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Enregistrement W4387983238 · doi:10.2196/50998

Potential Schizophrenia Disease-Related Genes Prediction Using Metagraph Representations Based on a Protein-Protein Interaction Keyword Network: Framework Development and Validation

2023· article· en· W4387983238 sur OpenAlexvenueno aff
Shirui Yu, Ziyang Wang, Jiale Nan, Aihua Li, Xuemei Yang, Xiaoli Tang

Notice bibliographique

RevueJMIR Formative Research · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueBioinformatics and Genomic Networks
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesChinese Academy of Medical Sciences
Mots-clésRandom forestGradient boostingComputer scienceMachine learningSchizophrenia (object-oriented programming)Artificial intelligenceBoosting (machine learning)Logistic regressionData mining

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Schizophrenia is a serious mental disease. With increased research funding for this disease, schizophrenia has become one of the key areas of focus in the medical field. Searching for associations between diseases and genes is an effective approach to study complex diseases, which may enhance research on schizophrenia pathology and lead to the identification of new treatment targets. OBJECTIVE: The aim of this study was to identify potential schizophrenia risk genes by employing machine learning methods to extract topological characteristics of proteins and their functional roles in a protein-protein interaction (PPI)-keywords (PPIK) network and understand the complex disease-causing property. Consequently, a PPIK-based metagraph representation approach is proposed. METHODS: To enrich the PPI network, we integrated keywords describing protein properties and constructed a PPIK network. We extracted features that describe the topology of this network through metagraphs. We further transformed these metagraphs into vectors and represented proteins with a series of vectors. We then trained and optimized our model using random forest (RF), extreme gradient boosting, light gradient boosting machine, and logistic regression models. RESULTS: Comprehensive experiments demonstrated the good performance of our proposed method with an area under the receiver operating characteristic curve (AUC) value between 0.72 and 0.76. Our model also outperformed baseline methods for overall disease protein prediction, including the random walk with restart, average commute time, and Katz models. Compared with the PPI network constructed from the baseline models, complementation of keywords in the PPIK network improved the performance (AUC) by 0.08 on average, and the metagraph-based method improved the AUC by 0.30 on average compared with that of the baseline methods. According to the comprehensive performance of the four models, RF was selected as the best model for disease protein prediction, with precision, recall, F1-score, and AUC values of 0.76, 0.73, 0.72, and 0.76, respectively. We transformed these proteins to their encoding gene IDs and identified the top 20 genes as the most probable schizophrenia-risk genes, including the EYA3, CNTN4, HSPA8, LRRK2, and AFP genes. We further validated these outcomes against metagraph features and evidence from the literature, performed a features analysis, and exploited evidence from the literature to interpret the correlation between the predicted genes and diseases. CONCLUSIONS: The metagraph representation based on the PPIK network framework was found to be effective for potential schizophrenia risk genes identification. The results are quite reliable as evidence can be found in the literature to support our prediction. Our approach can provide more biological insights into the pathogenesis of schizophrenia.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,012
Score d'incertitude au seuil0,024

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0030,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,036
Tête enseignante GPT0,348
Écart entre enseignants0,313 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations2
Publié2023
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