Hybrid non-animal modeling: A mechanistic approach to predict chemical hepatotoxicity

不良结局途径 公共化学 数量结构-活动关系 计算机科学 毒性 计算生物学 化学毒性 高通量筛选 生化工程 生物信息学 机器学习 化学 生物 工程类 有机化学
作者
Elena Chung,Xia Wen,Xuelian Jia,Heather L. Ciallella,Lauren M. Aleksunes,Hao Zhu
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:471: 134297-134297
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.134297
摘要

Developing mechanistic non-animal testing methods based on the adverse outcome pathway (AOP) framework must incorporate molecular and cellular key events associated with target toxicity. Using data from an in vitro assay and chemical structures, we aimed to create a hybrid model to predict hepatotoxicants. We first curated a reference dataset of 869 compounds for hepatotoxicity modeling. Then, we profiled them against PubChem for existing in vitro toxicity data. Of the 2560 resulting assays, we selected the mitochondrial membrane potential (MMP) assay, a high-throughput screening (HTS) tool that can test chemical disruptors for mitochondrial function. Machine learning was applied to develop quantitative structure-activity relationship (QSAR) models with 2536 compounds tested in the MMP assay for screening new compounds. The MMP assay results, including QSAR model outputs, yielded hepatotoxicity predictions for reference set compounds with a Correct Classification Ratio (CCR) of 0.59. The predictivity improved by including 37 structural alerts (CCR = 0.8). We validated our model by testing 37 reference set compounds in human HepG2 hepatoma cells, and reliably predicting them for hepatotoxicity (CCR = 0.79). This study introduces a novel AOP modeling strategy that combines public HTS data, computational modeling, and experimental testing to predict chemical hepatotoxicity.
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