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GIAE-DTI: Predicting Drug-Target Interactions Based on Heterogeneous Network and GIN-Based Graph Autoencoder

自编码 计算机科学 图形 图论 人工智能 机器学习 理论计算机科学 人工神经网络 数学 组合数学
作者
Mengdi Wang,Xiujuan Lei,Lian Liu,Jianrui Chen,Fang‐Xiang Wu
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:29 (11): 7896-7909 被引量:8
标识
DOI:10.1109/jbhi.2024.3458794
摘要

Accurate prediction of drug-target interactions (DTIs) is essential for advancing drug discovery and repurposing. However, the sparsity of DTI data limits the effectiveness of existing computational methods, which primarily focus on sparse DTI networks and have poor performance in aggregating information from neighboring nodes and representing isolated nodes within the network. In this study, we propose a novel deep learning framework, named GIAE-DTI, which considers cross-modal similarity of drugs and targets and constructs a heterogeneous network for DTI prediction. Firstly, the model calculates the cross-modal similarity of drugs and proteins from the relationships among drugs, proteins, diseases, and side effects, and performs similarity integration by taking the average. Then, a drug-target heterogeneous network is constructed, including drug-drug interactions, protein-protein interactions, and drug-target interactions processed by weighted K nearest known neighbors. In the heterogeneous network, a graph autoencoder based on a graph isomorphism network is employed for feature extraction, while a dual decoder is utilized to achieve better self-supervised learning, resulting in latent feature representations for drugs and targets. Finally, a deep neural network is employed to predict DTIs. The experimental results indicate that on the benchmark dataset, GIAE-DTI achieves AUC and AUPR scores of 0.9533 and 0.9619, respectively, in DTI prediction, outperforming the current state-of-the-art methods. Additionally, case studies on four 5-hydroxytryptamine receptor-related targets and five drugs related to mental diseases show the great potential of the proposed method in practical applications.
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