Prediction of Drug-Target Interactions with High-Quality Negative Samples and A Network-Based Deep Learning Framework

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作者
Zhixing Cheng,Danke Xu,Dewu Ding,Yanrui Ding
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-12
标识
DOI:10.1109/jbhi.2024.3354953
摘要

Identification of drug-target interactions (DTIs) plays a crucial role in drug discovery. Compared to traditional experimental methods, computer-based methods for predicting DTIs can significantly reduce the time and financial burdens of drug development. In recent years, numerous machine learning-based methods have been proposed for predicting potential DTIs. However, a common limitation among these methods is the absence of high-quality negative samples. Moreover, the effective extraction of multisource information of drugs and proteins for DTI prediction remains a significant challenge. In this paper, we investigated two aspects: the selection of high-quality negative samples and the construction of a high-performance DTI prediction framework. Specifically, we found two types of hidden biases when randomly selecting negative samples from unlabeled drug-protein pairs and proposed a negative sample selection approach based on complex network theory. Furthermore, we proposed a novel DTI prediction method named HNetPa-DTI, which integrates topological information from the drug-protein-disease heterogeneous network and gene ontology (GO) and pathway annotation information of proteins. Specifically, we extracted topological information of the drug-protein-disease heterogeneous network using heterogeneous graph neural networks, and obtained GO and pathway annotation information of proteins from the GO term semantic similarity networks, GO term-protein bipartite networks, and pathway-protein bipartite network using graph neural networks. Experimental results show that HNetPa-DTI outperforms the baseline methods on four types of prediction tasks, demonstrating the superiority of our method. Our code and datasets are available at https://github.com/study-czx/HNetPa-DTI.
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