Identifying promoter and enhancer sequences by graph convolutional networks

增强子 图形 计算机科学 计算生物学 生物 遗传学 理论计算机科学 基因 转录因子
作者
Samet Tenekeci,Selma Tekır
出处
期刊:Computational Biology and Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:110: 108040-108040 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.compbiolchem.2024.108040
摘要

Identification of promoters, enhancers, and their interactions helps understand genetic regulation. This study proposes a graph-based semi-supervised learning model (GCN4EPI) for the enhancer-promoter classification problem. We adopt a graph convolutional network (GCN) architecture to integrate interaction information with sequence features. Nodes of the constructed graph hold word embeddings of DNA sequences while edges hold the Enhancer-Promoter Interaction (EPI) information. By means of semi-supervised learning, much less data (16%) and time are needed in model training. Comparisons on a benchmark dataset of six human cell lines show that the proposed approach outperforms the state-of-the-art methods by a large margin (10% higher F1 score) and has the fastest training time (up to 3 times). Moreover, GCN4EPI’s performance on cross-cell line data is also better than the baselines (3% higher F1 score). Our qualitative analyses with graph explainability models prove that GCN4EPI learns from both text and graph structure. The results suggest that integrating interaction information with sequence features improves predictive performance and compensates for the number of training instances.
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