Motivation: Computational prediction of multiple-type drug-drug interaction (DDI) helps reduce unexpected side effects in poly-drug treatments. Although existing computational approaches achieve inspiring results, they ignore that the action of a drug is mainly caused by its chemical substructures. In addition, their interpretability is still weak. Results: In this paper, by supposing that the interactions between two given drugs are caused by their local chemical structures (sub-structures) and their DDI types are determined by the linkages between different substructure sets, we design a novel Substructure-ware Tensor Neural Network model for DDI prediction (STNN-DDI). The proposed model learns a 3-D tensor of (substructure, in-teraction type, substructure) triplets, which characterizes a substructure-substructure interaction (SSI) space. According to a list of predefined substructures with specific chemical meanings, the mapping of drugs into this SSI space enables STNN-DDI to perform the multiple-type DDI prediction in both transductive and inductive scenarios in a unified form with an explicable manner. The compar-ison with deep learning-based state-of-the-art baselines demonstrates the superiority of STNN-DDI with the significant improvement of AUC, AUPR, Accuracy, and Precision. More importantly, case studies illustrate its interpretability by both revealing a crucial sub-structure pair across drugs regarding a DDI type of interest and uncovering interaction type-specific substructure pairs in a given DDI. In summary, STNN-DDI provides an effective approach to predicting DDIs as well as explaining the interaction mechanisms among drugs.


翻译:动力: 对多种类型药物相互作用(DDI)的计算预测有助于减少多种药物治疗中出人意料的副作用。虽然现有的计算方法取得了令人鼓舞的结果,但它们忽略了一种药物的动作主要是其化学子结构造成的。此外,它们的可解释性仍然很弱。结果:在本文中,假定两种特定药物之间的相互作用是由其当地化学结构(次结构)及其DDI类型由不同子结构组合之间的联系所决定的,我们为DDI预测(STNN-DDI)设计了新型的子结构软件内线网络模型。拟议的模型学习了一种3D的药物动作(次结构下、内部类型下、结构下结构上)三重体。根据一个具有特定化学含义的预定义的子结构清单,将药物放入SINNN-DDI空间,使STNN-DDI能够在基于转化和内嵌入式的DDI假设中进行多种类型的DDI的预测,用一种更精确的直线性互动方式,用一个更精确的直径的底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底基底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底底

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