MHCSeqNet: a deep neural network model for universal MHC binding prediction
- 1. Chulalongkorn University
Description
Immunotherapy is an emerging approach in cancer treatment that activates the host immune system to destroy cancer cells expressing unique peptide signatures (neoepitopes). Administrations of cancer-specific neoepitopes in the form of synthetic peptide vaccine have been proven effective in both mouse models and human patients. Because only a tiny fraction of cancer-specific neoepitopes actually elicits immune response, selection of potent, immunogenic neoepitopes remains a challenging step in cancer vaccine development. A basic approach for immunogenicity prediction is based on the premise that effective neoepitope should bind with the Major Histocompatibility Complex (MHC) with high affinity.In this study, we developed MHCSeqNet, an open-source deep learning model, which not only outperforms state-of-the-art predictors on both MHC binding affinity and MHC ligand peptidome datasets but also exhibits promising generalization to unseen MHC class I alleles. MHCSeqNet employed neural network architectures developed for natural language processing to model amino acid sequence representations of MHC allele and epitope peptide as sentences with amino acids as individual words. This consideration allows MHCSeqNet to accept new MHC alleles as well as peptides of any length.The improved performance and the flexibility offered by MHCSeqNet should make it a valuable tool for screening effective neoepitopes in cancer vaccine development.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
العلاج المناعي هو نهج ناشئ في علاج السرطان ينشط الجهاز المناعي للمضيف لتدمير الخلايا السرطانية التي تعبر عن بصمات الببتيد الفريدة (النيوبيتوبيس). ثبتت فعالية إعطاء القمم المستحدثة الخاصة بالسرطان في شكل لقاح ببتيد اصطناعي في كل من نماذج الفئران والمرضى البشريين. نظرًا لأن جزءًا صغيرًا فقط من النيوبيتوبات الخاصة بالسرطان هي التي تثير في الواقع استجابة مناعية، فإن اختيار النيوبيتوبات المناعية القوية لا يزال يمثل خطوة صعبة في تطوير لقاح السرطان. يعتمد النهج الأساسي للتنبؤ بالمناعة على فرضية أن النبيتوب الفعال يجب أن يرتبط بمركب التوافق النسيجي الرئيسي (MHC) مع تقارب عالٍ. في هذه الدراسة، قمنا بتطوير MHCSeqNet، وهو نموذج تعلم عميق مفتوح المصدر، والذي لا يتفوق فقط على أحدث التنبؤات على كل من تقارب ربط MHC ومجموعات بيانات MHC ligand peptidome ولكنه يُظهر أيضًا تعميمًا واعدًا لأليلات MHC من الفئة الأولى غير المرئية. استخدمت MHCSeqNet بنيات الشبكة العصبية التي تم تطويرها لمعالجة اللغة الطبيعية لنمذجة تمثيلات تسلسل الأحماض الأمينية لأليل MHC والببتيد اللاصق كجمل مع الأحماض الأمينية ككلمات فردية. يسمح هذا الاعتبار لـ MHCSeqNet بقبول أليلات MHC جديدة بالإضافة إلى الببتيدات من أي طول. يجب أن يجعل الأداء المحسن والمرونة التي توفرها MHCSeqNet أداة قيمة لفحص النيوبيتوبات الفعالة في تطوير لقاح السرطان.Translated Description (French)
L'immunothérapie est une approche émergente dans le traitement du cancer qui active le système immunitaire de l'hôte pour détruire les cellules cancéreuses exprimant des signatures peptidiques uniques (néoépitopes). L'administration de néoépitopes spécifiques du cancer sous forme de vaccin peptidique synthétique s'est avérée efficace à la fois chez les modèles murins et chez les patients humains. Étant donné que seule une infime fraction des néoépitopes spécifiques du cancer provoque réellement une réponse immunitaire, la sélection de néoépitopes immunogènes puissants reste une étape difficile dans le développement d'un vaccin contre le cancer. Une approche de base pour la prédiction de l'immunogénicité est basée sur le principe qu'un néoépitope efficace devrait se lier au complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) avec une affinité élevée. Dans cette étude, nous avons développé MHCSeqNet, un modèle d'apprentissage profond open-source, qui non seulement surpasse les prédicteurs de pointe sur les ensembles de données d'affinité de liaison du CMH et de peptidome de ligand du CMH, mais présente également une généralisation prometteuse aux allèles invisibles de classe I du CMH. MHCSeqNet a utilisé des architectures de réseaux neuronaux développées pour le traitement du langage naturel pour modéliser des représentations de séquences d'acides aminés de l'allèle et du peptide épitope du CMH sous forme de phrases avec des acides aminés comme mots individuels. Cette considération permet à MHCSeqNet d'accepter de nouveaux allèles de MHC ainsi que des peptides de toute longueur. L'amélioration des performances et la flexibilité offertes par MHCSeqNet devraient en faire un outil précieux pour le dépistage de néoépitopes efficaces dans le développement de vaccins contre le cancer.Translated Description (Spanish)
La inmunoterapia es un enfoque emergente en el tratamiento del cáncer que activa el sistema inmunitario del huésped para destruir las células cancerosas que expresan firmas peptídicas únicas (neoepítopos). Las administraciones de neoepítopos específicos del cáncer en forma de vacuna de péptidos sintéticos han demostrado ser eficaces tanto en modelos de ratón como en pacientes humanos. Debido a que solo una pequeña fracción de los neoepítopos específicos del cáncer en realidad provoca una respuesta inmune, la selección de neoepítopos inmunogénicos potentes sigue siendo un paso difícil en el desarrollo de vacunas contra el cáncer. Un enfoque básico para la predicción de la inmunogenicidad se basa en la premisa de que el neoepítopo efectivo debe unirse con el Complejo Mayor de Histocompatibilidad (MHC) con alta afinidad. En este estudio, desarrollamos MHCSeqNet, un modelo de aprendizaje profundo de código abierto, que no solo supera los predictores de vanguardia tanto en la afinidad de unión al MHC como en los conjuntos de datos del peptidoma del ligando del MHC, sino que también muestra una generalización prometedora a alelos invisibles del MHC de clase I. MHCSeqNet empleó arquitecturas de redes neuronales desarrolladas para el procesamiento del lenguaje natural para modelar representaciones de secuencias de aminoácidos del alelo MHC y el péptido epítopo como oraciones con aminoácidos como palabras individuales. Esta consideración permite que MHCSeqNet acepte nuevos alelos de MHC, así como péptidos de cualquier longitud. El rendimiento mejorado y la flexibilidad ofrecida por MHCSeqNet deberían convertirlo en una herramienta valiosa para el cribado de neoepítopos eficaces en el desarrollo de vacunas contra el cáncer.Files
s12859-019-2892-4.pdf
Files
(1.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:8687d0b347653ac7ccf5063db90778ee
|
1.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- MHCSeqNet: نموذج شبكة عصبية عميقة للتنبؤ العالمي بربط MHC
- Translated title (French)
- MHCSeqNet : un modèle de réseau neuronal profond pour la prédiction universelle de la liaison du CMH
- Translated title (Spanish)
- MHCSeqNet: un modelo de red neuronal profunda para la predicción universal de la unión de MHC
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2947980028
- DOI
- 10.1186/s12859-019-2892-4
References
- https://openalex.org/W1501531009
- https://openalex.org/W1677098616
- https://openalex.org/W2011458181
- https://openalex.org/W2033048068
- https://openalex.org/W2038810952
- https://openalex.org/W2053707749
- https://openalex.org/W2084492053
- https://openalex.org/W2108706633
- https://openalex.org/W2132926880
- https://openalex.org/W2143612262
- https://openalex.org/W2155786171
- https://openalex.org/W2336509392
- https://openalex.org/W2524611247
- https://openalex.org/W2555228033
- https://openalex.org/W2586154810
- https://openalex.org/W2589139221
- https://openalex.org/W2743893844
- https://openalex.org/W2756048586
- https://openalex.org/W2781173963
- https://openalex.org/W2791512052
- https://openalex.org/W2953065444
- https://openalex.org/W2964199361
- https://openalex.org/W4210702584
- https://openalex.org/W4237040408