Biological knowledge-slanted random forest approach for the classification of calcified aortic valve stenosis

Antecedentes: la estenosis valvular aórtica calcificada (CAVS) es una enfermedad mortal y no existe un tratamiento farmacológico para prevenir la progresión de la CAVS. Este estudio tiene como objetivo identificar genes potencialmente implicados con CAVS en pacientes con válvula aórtica bicúspide co...

Full description

Autores:
Guauque Olarte, Sandra
Cantor, Erika
Rosas, Harvey
Salas, Rodrigo
Tipo de recurso:
Article of investigation
Fecha de publicación:
2021
Institución:
Universidad Cooperativa de Colombia
Repositorio:
Repositorio UCC
Idioma:
OAI Identifier:
oai:repository.ucc.edu.co:20.500.12494/46729
Acceso en línea:
https://doi.org/10.1186/s13040-021-00269-4
https://hdl.handle.net/20.500.12494/46729
Palabra clave:
enfermedad de la válvula aórtica calcificada
selección de genes
Aprendizaje automático
Conocimiento previo
Calcific aortic valve disease
Gene-selection
Machine learning
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openAccess
License
Atribución
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description Antecedentes: la estenosis valvular aórtica calcificada (CAVS) es una enfermedad mortal y no existe un tratamiento farmacológico para prevenir la progresión de la CAVS. Este estudio tiene como objetivo identificar genes potencialmente implicados con CAVS en pacientes con válvula aórtica bicúspide congénita (BAV) y válvula aórtica tricúspide (TAV) en comparación con pacientes que tienen válvulas normales, utilizando un bosque aleatorio inclinado (RF) de conocimiento. Resultados: Este estudio implementó un bosque aleatorio inclinado de conocimiento (RF) utilizando información extraída de una red de interacciones proteína-proteína para clasificar genes con el fin de modificar su probabilidad de selección para dibujar las variables divididas candidatas. Se evaluaron un total de 15.191 genes en 19 válvulas con CAVS (BAV, n = 10; TAV, n = 9) y 8 válvulas normales. El desempeño del modelo se evaluó usando precisión, sensibilidad y especificidad para discriminar casos con CAVS. También se realizó una comparación con RF convencional. El rendimiento de este enfoque propuesto informó una precisión mejorada en comparación con la RF convencional para clasificar los casos por separado con BAV y TAV (RF inclinada: 59,3% frente a 40,7%). Cuando los pacientes con BAV y TAV se agruparon contra pacientes con válvulas normales, la adición de información biológica previa no fue relevante con una precisión del 92,6%. Conclusión: El enfoque de RF basado en el conocimiento reflejó el conocimiento biológico previo, lo que llevó a una mejor precisión para distinguir entre casos con BAV, TAV y válvulas normales. Los resultados de este estudio sugieren que la integración del conocimiento biológico puede ser útil durante tareas de clasificación difíciles.
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Resultados: Este estudio implementó un bosque aleatorio inclinado de conocimiento (RF) utilizando información extraída de una red de interacciones proteína-proteína para clasificar genes con el fin de modificar su probabilidad de selección para dibujar las variables divididas candidatas. Se evaluaron un total de 15.191 genes en 19 válvulas con CAVS (BAV, n = 10; TAV, n = 9) y 8 válvulas normales. El desempeño del modelo se evaluó usando precisión, sensibilidad y especificidad para discriminar casos con CAVS. También se realizó una comparación con RF convencional. El rendimiento de este enfoque propuesto informó una precisión mejorada en comparación con la RF convencional para clasificar los casos por separado con BAV y TAV (RF inclinada: 59,3% frente a 40,7%). Cuando los pacientes con BAV y TAV se agruparon contra pacientes con válvulas normales, la adición de información biológica previa no fue relevante con una precisión del 92,6%. Conclusión: El enfoque de RF basado en el conocimiento reflejó el conocimiento biológico previo, lo que llevó a una mejor precisión para distinguir entre casos con BAV, TAV y válvulas normales. Los resultados de este estudio sugieren que la integración del conocimiento biológico puede ser útil durante tareas de clasificación difíciles.Background: Calcific aortic valve stenosis (CAVS) is a fatal disease and there is no pharmacological treatment to prevent the progression of CAVS. This study aims to identify genes potentially involved with CAVS in patients with congenital bicuspid aortic valve (BAV) and tricuspid aortic valve (TAV) compared to patients who have normal valves, using a tilted random forest (RF) of knowledge.https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=00005140120000-0003-0336-9682https://scienti.minciencias.gov.co/gruplac/jsp/visualiza/visualizagr.jsp?nro=00000000005649sandra.guauque@campusucc.edu.cohttps://scholar.google.ca/citations?user=9uoINksAAAAJ&hl=en35Universidad Cooperativa de Colombia, Facultad de Ciencias de la Salud, Odontología, Medellín y EnvigadoOdontologíaMedellínhttps://biodatamining.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13040-021-00269-4BioData miningI. Mordi, N. Tzemos, Bicuspid aortic valve disease: a comprehensive review., Cardiol. Res. Pract. 2012 (2012) 196037.R.L.J. Osnabrugge, D. Mylotte, S.J. Head, N.M. Van Mieghem, V.T. Nkomo, C.M. LeReun, A.J.J.C. Bogers, N. Piazza, A.P. Kappetein, Aortic stenosis in the elderly: disease prevalence and number of candidates for transcatheter aortic valve replacement: a meta-analysis and modeling study., J. Am. Coll. Cardiol. 62 (2013) 1002–1012.B. Alushi, L. Curini, M.R. Christopher, H. Grubitzch, U. Landmesser, A. Amedei, A. Lauten, Calcific Aortic Valve Disease-Natural History and Future Therapeutic Strategies., Front. Pharmacol. 11 (2020) 685.W.V. Li, J.J. Li, Modeling and analysis of RNA-seq data: a review from a statistical perspective, Quant. Biol. 6 (2018) 195–209.C. Wang, J.L. Gevertz, Finding causative genes from high-dimensional data: an appraisal of statistical and machine learning approaches, Stat. Appl. Genet. Mol. Biol. 15 (2016) 321–347.B. Efron, Prediction, Estimation, and Attribution, J. Am. Stat. Assoc. 115 (2020) 636–655.R. Couronné, P. Probst, A.-L. Boulesteix, Random forest versus logistic regression: a large-scale benchmark experiment, BMC Bioinformatics. 19 (2018) 270.J.A. Nepomuceno, A. 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