Biologically Interpretable Deep Learning To Predict Response to Immunotherapy In Advanced Melanoma Using Mutations and Copy Number Variations

黑色素瘤 免疫疗法 小桶 医学 肿瘤科 突变 基因 计算生物学 内科学 癌症研究 癌症 生物 转录组 基因表达 遗传学
作者
Liuchao Zhang,Lei Cao,Shuang Li,Liuying Wang,Yongzhen Song,Yue Huang,Zhenyi Xu,Jia He,Meng Wang,Kang Li
出处
期刊:Journal of Immunotherapy [Lippincott Williams & Wilkins]
卷期号:46 (6): 221-231 被引量:5
标识
DOI:10.1097/cji.0000000000000475
摘要

Only 30–40% of advanced melanoma patients respond effectively to immunotherapy in clinical practice, so it is necessary to accurately identify the response of patients to immunotherapy pre-clinically. Here, we develop KP-NET, a deep learning model that is sparse on KEGG pathways, and combine it with transfer- learning to accurately predict the response of advanced melanomas to immunotherapy using KEGG pathway-level information enriched from gene mutation and copy number variation data. The KP-NET demonstrates best performance with AUROC of 0.886 on testing set and 0.803 on an unseen evaluation set when predicting responders (CR/PR/SD with PFS ≥6 mo) versus non-responders (PD/SD with PFS <6 mo) in anti-CTLA-4 treated melanoma patients. The model also achieves an AUROC of 0.917 and 0.833 in predicting CR/PR versus PD, respectively. Meanwhile, the AUROC is 0.913 when predicting responders versus non-responders in anti-PD-1/PD-L1 melanomas. Moreover, the KP-NET reveals some genes and pathways associated with response to anti-CTLA-4 treatment, such as genes PIK3CA, AOX1 and CBLB, and ErbB signaling pathway, T cell receptor signaling pathway, et al. In conclusion, the KP-NET can accurately predict the response of melanomas to immunotherapy and screen related biomarkers pre-clinically, which can contribute to precision medicine of melanoma.
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