Identification of Potential Biomarkers in Prostate Cancer Microarray Gene Expression Leveraging Explainable Machine Learning Classifiers
Notice bibliographique
Résumé
Background and Objective: Prostate cancer remains one of the most prevalent and potentially lethal malignancies among men worldwide, and timely and accurate diagnosis, along with the stratification of patients by disease severity, is critical for personalized treatment and improved outcomes for this cancer. One of the tools used for diagnosis is bioinformatics. However, traditional biomarker discovery methods often lack transparency and interpretability, which means that clinicians find it difficult to trust biomarkers for their application in a clinical setting. Methods: This paper introduces a novel approach that leverages Explainable Machine Learning (XML) techniques to identify and prioritize biomarkers associated with different levels of severity of prostate cancer. The proposed XML approach presented in this study incorporates some traditional machine learning (ML) algorithms with transparent models to facilitate understanding of the importance of the characteristics for bioinformatics analysis, allowing for more informed clinical decisions. The proposed method contains the implementation of several ML classifiers, such as Naive Bayes (NB), Random Forest (RF), Decision Tree (DT), Support Vector Machine (SVM), Logistic Regression (LR), and Bagging (Bg); followed by SHAPly values for the XML pipeline. In this study, for pre-processing of missing values, imputation was applied; SMOTE (Synthetic Minority Oversampling Technique) and the Tomek link method were applied to handle the class imbalance problem. The k-fold stratified validation of machine learning (ML) models and SHAP values (SHapley Additive explanations) were used for explainability. Results: This study utilized a novel tissue microarray data set that has 102 patient data comprising prostate cancer and healthy patients. The proposed model satisfactorily identifies genes as biomarkers, with highest accuracy obtained being 81.01% using RF. The top 10 potential biomarkers identified in this study are DEGS1, HPN, ERG, CFD, TMPRSS2, PDLIM5, XBP1, AJAP1, NPM1 and C7. Conclusions: As XML continues to unravel the complexities within prostate cancer datasets, the identification of severity-specific biomarkers is poised at the forefront of precision oncology. This integration paves the way for targeted interventions, improving patient outcomes, and heralding a new era of individualized care in the fight against prostate cancer.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».