TransCrispr: Transformer Based Hybrid Model for Predicting CRISPR/Cas9 Single Guide RNA Cleavage Efficiency

计算机科学 清脆的 变压器 卷积神经网络 编码 Cas9 引导RNA 人工智能 序列标记 计算生物学 机器学习 生物 遗传学 工程类 基因 电压 电气工程 系统工程 任务(项目管理)
作者
Yun-Qi Wan,Zhenran Jiang
出处
期刊:IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:20 (2): 1518-1528 被引量:11
标识
DOI:10.1109/tcbb.2022.3201631
摘要

CRISPR/Cas9 is a widely used genome editing tool for site-directed modification of deoxyribonucleic acid (DNA) nucleotide sequences. However, how to accurately predict and evaluate the on- and off-target effects of single guide RNA (sgRNA) is one of the key problems for CRISPR/Cas9 system. Using computational methods to obtain high cell-specific sensitivity and specificity is a prerequisite for the optimal design of sgRNAs. Inspired by the work of predecessors, we found that sgRNA on-target knockout efficacy was not only related to the original sequence but also affected by important biological features. Hence, we introduce a novel approach called TransCrispr, which integrates Transformer and convolutional neural network (CNN) architecture to predict sgRNA knockout efficacy. Firstly, we encode the sequence data and send the transformed sgRNA sequence, positional information, and biological features into the network as input. Then, the convolutional neural network will automatically learn an appropriate feature representation for the sgRNA sequence and combine it with the positional information for self-attention learning of the Transformer. Finally, a regression score is generated by predicting biological features. Experiments on seven public datasets illustrate that TransCrispr outperforms state-of-the-art methods in terms of prediction accuracy and generalization ability.
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