条件蒙特卡洛树扩散用于设计细胞类型特异性且生物学保真的调控 DNA
基因组学
2026-04-23 v1
摘要
设计具有精确细胞类型特异性活性的调控 DNA 元件，对于细胞工程和基因治疗具有广泛的相关性。深度生成模型可以生成功能性的基因调控元件，但现有方法难以在遵循基因组自然调控语法的同时，实现对非目标细胞类型的高特异性。在此，我们引入了 DNA-CRAFT，这是一个将类别条件离散扩散与蒙特卡洛树搜索相结合的生成框架，用于设计细胞类型特异性且生物学保真的调控元件。我们首先在包含 320 万个候选调控元件的 ENCODE 注册数据集上训练了一个离散扩散模型。其次，我们对该模型进行条件化，使其学习天然存在的 DNA 序列（包括增强子和启动子）的类别特异性调控语法。第三，我们采用条件蒙特卡洛树引导，这是一种推理时对齐算法，旨在最大化目标与非目标细胞类型之间的差异调控活性。通过在人细胞系和免疫细胞类型的调控序列设计任务上对 DNA-CRAFT 进行基准测试，我们证明我们的模型生成的序列具有高预测的细胞类型特异性活性和生物学保真度，与使用扩散、自回归模型和基于梯度的优化方法相比，实现了最佳的权衡。
引用
@article{arxiv.2604.20488,
title = {Conditional Monte Carlo Tree Diffusion for Designing Cell-Type-Specific and Biologically Faithful Regulatory DNA},
author = {Animesh Awasthi and Raphael Bednarsky and Moritz Schaefer and Christoph Bock},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.20488},
year = {2026}
}