A computational framework to in silico screen for drug-induced hepatocellular toxicity

生物信息学 转录组 药品 药物重新定位 药物代谢 肝损伤 生物 药物开发 计算生物学 药理学 内质网 毒性 药物数据库 生物信息学 医学 基因 生物化学 内科学 基因表达
作者
Yueshan Zhao,Ji Youn Park,Da Yang,Min Zhang
出处
期刊:Toxicological Sciences [Oxford University Press]
卷期号:201 (1): 14-25
标识
DOI:10.1093/toxsci/kfae078
摘要

Drug-induced liver injury (DILI) is the most common trigger for acute liver failure and the leading cause of attrition in drug development. In this study, we developed an in silico framework to screen drug-induced hepatocellular toxicity (INSIGHT) by integrating the post-treatment transcriptomic data from both rodent models and primary human hepatocytes. We first built an early prediction model using logistic regression with elastic net regularization for 123 compounds and established the INSIGHT framework that can screen for drug-induced hepatotoxicity. The 235 signature genes identified by INSIGHT were involved in metabolism, bile acid synthesis, and stress response pathways. Applying the INSIGHT to an independent transcriptomic dataset treated by 185 compounds predicted that 27 compounds show a high DILI risk, including zoxazolamine and emetine. Further integration with cell image data revealed that predicted compounds with high DILI risk can induce abnormal morphological changes in the endoplasmic reticulum and mitochondrion. Clustering analysis of the treatment-induced transcriptomic changes delineated distinct DILI mechanisms induced by these compounds. Our study presents a computational framework for a mechanistic understanding of long-term liver injury and the prospective prediction of DILI risk.

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