Deep Learning Enhancing Kinome-Wide Polypharmacology Profiling: Model Construction and Experiment Validation

基诺美 化学 药物发现 概化理论 计算生物学 人工智能 深度学习 机器学习 仿形(计算机编程) 计算机科学 激酶 数据挖掘 生物 统计 操作系统 生物化学 数学
作者
Xutong Li,Zhaojun Li,Xiaolong Wu,Zhaoping Xiong,Tianbiao Yang,Zunyun Fu,Xiaohong Liu,Xiaoqin Tan,Feisheng Zhong,Xiaozhe Wan,Dingyan Wang,Xiaoyu Ding,Ruirui Yang,Hui Hou,Chunpu Li,Hong Liu,Kaixian Chen,Hualiang Jiang,Mingyue Zheng
出处
期刊:Journal of Medicinal Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:63 (16): 8723-8737 被引量:102
标识
DOI:10.1021/acs.jmedchem.9b00855
摘要

The kinome-wide virtual profiling of small molecules with high-dimensional structure-activity data is a challenging task in drug discovery. Here, we present a virtual profiling model against a panel of 391 kinases based on large-scale bioactivity data and the multitask deep neural network algorithm. The obtained model yields excellent internal prediction capability with an auROC of 0.90 and consistently outperforms conventional single-task models on external tests, especially for kinases with insufficient activity data. Moreover, more rigorous experimental validations including 1410 kinase-compound pairs showed a high-quality average auROC of 0.75 and confirmed many novel predicted "off-target" activities. Given the verified generalizability, the model was further applied to various scenarios for depicting the kinome-wide selectivity and the association with certain diseases. Overall, the computational model enables us to create a comprehensive kinome interaction network for designing novel chemical modulators or drug repositioning and is of practical value for exploring previously less studied kinases.
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