Mfgnn: Multi‐Scale Feature‐Attentive Graph Neural Networks for Molecular Property Prediction

计算机科学 分子图 人工智能 图形 特征(语言学) 深度学习 财产(哲学) 人工神经网络 机器学习 特征学习 理论计算机科学 语言学 认识论 哲学
作者
Wangtao Ye,Jingcheng Li,Xianfa Cai
出处
期刊:Journal of Computational Chemistry [Wiley]
卷期号:46 (3): e70011-e70011 被引量:8
标识
DOI:10.1002/jcc.70011
摘要

In the realm of artificial intelligence-driven drug discovery (AIDD), accurately predicting the influence of molecular structures on their properties is a critical research focus. While deep learning models based on graph neural networks (GNNs) have made significant advancements in this area, prior studies have primarily concentrated on molecule-level representations, often neglecting the impact of functional group structures and the potential relationships between fragments on molecular property predictions. To address this gap, we introduce the multi-scale feature attention graph neural network (MfGNN), which enhances traditional atom-based molecular graph representations by incorporating fragment-level representations derived from chemically synthesizable BRICS fragments. MfGNN not only effectively captures both the structural information of molecules and the features of functional groups but also pays special attention to the potential relationships between fragments, exploring how they collectively influence molecular properties. This model integrates two core mechanisms: a graph attention mechanism that captures embeddings of molecules and functional groups, and a feature extraction module that systematically processes BRICS fragment-level features to uncover relationships among the fragments. Our comprehensive experiments demonstrate that MfGNN outperforms leading machine learning and deep learning models, achieving state-of-the-art performance in 8 out of 11 learning tasks across various domains, including physical chemistry, biophysics, physiology, and toxicology. Furthermore, ablation studies reveal that the integration of multi-scale feature information and the feature extraction module enhances the richness of molecular features, thereby improving the model's predictive capabilities.
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