Interpretable neural architecture search and transfer learning for understanding CRISPR–Cas9 off-target enzymatic reactions

可解释性 计算机科学 清脆的 卷积神经网络 深度学习 人工智能 学习迁移 机器学习 人工神经网络 计算生物学 化学 生物 生物化学 基因
作者
Zijun Zhang,Adam Lamson,Michael Shelley,Olga G. Troyanskaya
出处
期刊:Nature Computational Science [Nature Portfolio]
卷期号:3 (12): 1056-1066 被引量:17
标识
DOI:10.1038/s43588-023-00569-1
摘要

Finely tuned enzymatic pathways control cellular processes, and their dysregulation can lead to disease. Developing predictive and interpretable models for these pathways is challenging because of the complexity of the pathways and of the cellular and genomic contexts. Here we introduce Elektrum, a deep learning framework that addresses these challenges with data-driven and biophysically interpretable models for determining the kinetics of biochemical systems. First, it uses in vitro kinetic assays to rapidly hypothesize an ensemble of high-quality kinetically interpretable neural networks (KINNs) that predict reaction rates. It then employs a transfer learning step, where the KINNs are inserted as intermediary layers into deeper convolutional neural networks, fine-tuning the predictions for reaction-dependent in vivo outcomes. We apply Elektrum to predict CRISPR–Cas9 off-target editing probabilities and demonstrate that Elektrum achieves improved performance, regularizes neural network architectures and maintains physical interpretability. Developing predictive mechanistic models in biology is challenging. Elektrum uses neural architecture search, kinetic models and transfer learning to discover CRISPR–Cas9 cleavage kinetics, achieving high performance and biophysical interpretability.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
orixero应助科研通管家采纳,获得10
刚刚
wlx发布了新的文献求助10
2秒前
仓颉发布了新的文献求助10
3秒前
李虹完成签到,获得积分20
3秒前
丰富的寒蕾完成签到 ,获得积分10
3秒前
郭星星完成签到,获得积分10
3秒前
世外完成签到,获得积分0
4秒前
蒋22完成签到 ,获得积分10
4秒前
晚风完成签到 ,获得积分10
5秒前
SCI发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
日发300篇NATURE关注了科研通微信公众号
5秒前
黄大桃完成签到,获得积分10
6秒前
孤独芷烟完成签到 ,获得积分10
6秒前
Nature_Science完成签到,获得积分10
6秒前
大海海海发布了新的文献求助10
7秒前
crystal完成签到 ,获得积分10
7秒前
8秒前
YJ完成签到,获得积分10
8秒前
852应助风吹小白菜采纳,获得10
8秒前
大模型应助仓颉采纳,获得10
10秒前
共享精神应助睦月采纳,获得10
12秒前
没有ID完成签到,获得积分10
12秒前
科研通AI6.2应助标致远锋采纳,获得10
12秒前
义气天真完成签到,获得积分10
13秒前
默默初阳应助文静若剑采纳,获得10
13秒前
wlx完成签到,获得积分10
14秒前
SCI完成签到,获得积分10
14秒前
Miraitowa发布了新的文献求助20
14秒前
韩小韩完成签到,获得积分10
15秒前
Ava应助孤独芷烟采纳,获得10
15秒前
15秒前
17秒前
慕青应助wlx采纳,获得10
17秒前
大模型应助xiaoke采纳,获得10
17秒前
烨无殇完成签到,获得积分10
19秒前
20秒前
七听完成签到,获得积分10
20秒前
小龙发布了新的文献求助10
20秒前
张天完成签到,获得积分10
21秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 4th Edition 800
Navigating Normative Orders. Interdisciplinary Perspectives 800
1 Peter and Christ's Descent to the Dead in Its Early Christian Reception 700
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7750052
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9297670
关于积分的说明 20241685
捐赠科研通 7331646
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3309510
关于科研通互助平台的介绍 2461118
邀请新用户注册赠送积分活动 2321857