Compound Activity Prediction with Dose-Dependent Transcriptomic Profiles and Deep Learning

转录组 计算生物学 药物发现 基因表达谱 基因表达 化学 生物 基因 生物信息学 生物化学
作者
William J. Godinez,Vladimir Trifonov,Bin Fang,Guray Kuzu,Luying Pei,W. Armand Guiguemde,Éric Martin,Frederick J. King,Jeremy L. Jenkins,Peter Skewes-Cox
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:64 (7): 2695-2704 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.3c01855
摘要

Predicting compound activity in assays is a long-standing challenge in drug discovery. Computational models based on compound-induced gene expression signatures from a single profiling assay have shown promise toward predicting compound activity in other, seemingly unrelated, assays. Applications of such models include predicting mechanisms-of-action (MoA) for phenotypic hits, identifying off-target activities, and identifying polypharmacologies. Here, we introduce transcriptomics-to-activity transformer (TAT) models that leverage gene expression profiles observed over compound treatment at multiple concentrations to predict the compound activity in other biochemical or cellular assays. We built TAT models based on gene expression data from a RASL-seq assay to predict the activity of 2692 compounds in 262 dose–response assays. We obtained useful models for 51% of the assays, as determined through a realistic held-out set. Prospectively, we experimentally validated the activity predictions of a TAT model in a malaria inhibition assay. With a 63% hit rate, TAT successfully identified several submicromolar malaria inhibitors. Our results thus demonstrate the potential of transcriptomic responses over compound concentration and the TAT modeling framework as a cost-efficient way to identify the bioactivities of promising compounds across many assays.
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