The 2019 novel coronavirus (SARS-CoV-2) pandemic has resulted in more than a million deaths, high morbidities, and economic distress worldwide. There is an urgent need to identify medications that would treat and prevent novel diseases like the 2019 coronavirus disease (COVID-19). Drug repurposing is a promising strategy to discover new medical indications of the existing approved drugs due to several advantages in terms of the costs, safety factors, and quick results compared to new drug design and discovery. In this work, we explore computational data-driven methods for drug repurposing and propose a dedicated graph neural network (GNN) based drug repurposing model, called Dr-COVID. Although we analyze the predicted drugs in detail for COVID-19, the model is generic and can be used for any novel diseases. We construct a four-layered heterogeneous graph to model the complex interactions between drugs, diseases, genes, and anatomies. We pose drug repurposing as a link prediction problem. Specifically, we design an encoder based on the scalable inceptive graph neural network (SIGN) to generate embeddings for all the nodes in the four-layered graph and propose a quadratic norm scorer as a decoder to predict treatment for a disease. We provide a detailed analysis of the 150 potential drugs (such as Dexamethasone, Ivermectin) predicted by Dr-COVID for COVID-19 from different pharmacological classes (e.g., corticosteroids, antivirals, antiparasitic). Out of these 150 drugs, 46 drugs are currently in clinical trials. Dr-COVID is evaluated in terms of its prediction performance and its ability to rank the known treatment drugs for diseases as high as possible. For a majority of the diseases, Dr-COVID ranks the actual treatment drug in the top 15.


翻译:2019年新科罗纳病毒(SARS-COV-2)大流行导致全世界超过100万人死亡、高发病率和经济困境。迫切需要确定治疗和预防2019年科罗纳病毒(COVID-19)等新疾病的药物。药物再定位是一个很有希望的战略,可以发现现有经批准的药物的新医学迹象,因为在成本、安全因素和与新药物设计和发现相比的快速结果方面有若干优势。在这项工作中,我们探索了药物再生的计算数据驱动方法,并提出了基于图形神经网络(GNN)的专用图形神经网络(GNN)重新定位药物模型。Dr-COVID。虽然我们详细分析了2019年科罗纳病毒病毒(COVI-19)的预测药物,但该模型是通用的,可用于任何新疾病。我们建造了一个四层混合的图表图,以模拟药物、疾病、疾病、基因和解析药物之间的复杂相互作用。我们把药物再生化成一个反毒预测问题。具体地说,我们设计了一种基于可感化的图形DNA的DNA流变变变变变变的药物,从DNA变的DNA变现到DNA,以图状的图状的DNA分析,作为所有变基因变基因变现的病变的病变现的病变的病变的病变。

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