A subcomponent-guided deep learning method for interpretable cancer drug response prediction

成对比较 人工智能 计算机科学 深度学习 药物反应 机器学习 癌细胞系 集合(抽象数据类型) 癌症 计算生物学 药品 癌细胞 生物 药理学 遗传学 程序设计语言
作者
Xuan Liu,Wen Zhang
出处
期刊:PLOS Computational Biology [Public Library of Science]
卷期号:19 (8): e1011382-e1011382 被引量:12
标识
DOI:10.1371/journal.pcbi.1011382
摘要

Accurate prediction of cancer drug response (CDR) is a longstanding challenge in modern oncology that underpins personalized treatment. Current computational methods implement CDR prediction by modeling responses between entire drugs and cell lines, without the consideration that response outcomes may primarily attribute to a few finer-level 'subcomponents', such as privileged substructures of the drug or gene signatures of the cancer cell, thus producing predictions that are hard to explain. Herein, we present SubCDR, a subcomponent-guided deep learning method for interpretable CDR prediction, to recognize the most relevant subcomponents driving response outcomes. Technically, SubCDR is built upon a line of deep neural networks that enables a set of functional subcomponents to be extracted from each drug and cell line profile, and breaks the CDR prediction down to identifying pairwise interactions between subcomponents. Such a subcomponent interaction form can offer a traceable path to explicitly indicate which subcomponents contribute more to the response outcome. We verify the superiority of SubCDR over state-of-the-art CDR prediction methods through extensive computational experiments on the GDSC dataset. Crucially, we found many predicted cases that demonstrate the strength of SubCDR in finding the key subcomponents driving responses and exploiting these subcomponents to discover new therapeutic drugs. These results suggest that SubCDR will be highly useful for biomedical researchers, particularly in anti-cancer drug design.
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