Predicting the sequence specificities of DNA- and RNA-binding proteins by deep learning

计算生物学 序列(生物学) 深度学习 计算机科学 人工智能 DNA测序 可扩展性 核糖核酸 软件 机器学习 生物 DNA 数据挖掘 生物信息学 遗传学 基因 数据库 程序设计语言
作者
Babak Alipanahi,Andrew Delong,Matthew T. Weirauch,Brendan J. Frey
出处
期刊:Nature Biotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:33 (8): 831-838 被引量:3176
标识
DOI:10.1038/nbt.3300
摘要

Knowing the sequence specificities of DNA- and RNA-binding proteins is essential for developing models of the regulatory processes in biological systems and for identifying causal disease variants. Here we show that sequence specificities can be ascertained from experimental data with 'deep learning' techniques, which offer a scalable, flexible and unified computational approach for pattern discovery. Using a diverse array of experimental data and evaluation metrics, we find that deep learning outperforms other state-of-the-art methods, even when training on in vitro data and testing on in vivo data. We call this approach DeepBind and have built a stand-alone software tool that is fully automatic and handles millions of sequences per experiment. Specificities determined by DeepBind are readily visualized as a weighted ensemble of position weight matrices or as a 'mutation map' that indicates how variations affect binding within a specific sequence.
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