PRODeepSyn: predicting anticancer synergistic drug combinations by embedding cell lines with protein–protein interaction network

计算机科学 人工智能 深度学习 规范化(社会学) 马修斯相关系数 卷积神经网络 机器学习 交互网络 人工神经网络 化学 支持向量机 生物化学 社会学 人类学 基因
作者
Xiaowen Wang,Hongming Zhu,Yizhi Jiang,Yulong Li,Chen Tang,Xiaohan Chen,Li Yunjie,Qi Liu,Liu Qin
出处
期刊:Briefings in Bioinformatics [Oxford University Press]
卷期号:23 (2) 被引量:14
标识
DOI:10.1093/bib/bbab587
摘要

Abstract Although drug combinations in cancer treatment appear to be a promising therapeutic strategy with respect to monotherapy, it is arduous to discover new synergistic drug combinations due to the combinatorial explosion. Deep learning technology holds immense promise for better prediction of in vitro synergistic drug combinations for certain cell lines. In methods applying such technology, omics data are widely adopted to construct cell line features. However, biological network data are rarely considered yet, which is worthy of in-depth study. In this study, we propose a novel deep learning method, termed PRODeepSyn, for predicting anticancer synergistic drug combinations. By leveraging the Graph Convolutional Network, PRODeepSyn integrates the protein–protein interaction (PPI) network with omics data to construct low-dimensional dense embeddings for cell lines. PRODeepSyn then builds a deep neural network with the Batch Normalization mechanism to predict synergy scores using the cell line embeddings and drug features. PRODeepSyn achieves the lowest root mean square error of 15.08 and the highest Pearson correlation coefficient of 0.75, outperforming two deep learning methods and four machine learning methods. On the classification task, PRODeepSyn achieves an area under the receiver operator characteristics curve of 0.90, an area under the precision–recall curve of 0.63 and a Cohen’s Kappa of 0.53. In the ablation study, we find that using the multi-omics data and the integrated PPI network’s information both can improve the prediction results. Additionally, the case study demonstrates the consistency between PRODeepSyn and previous studies.

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