PocketFlow is a data-and-knowledge-driven structure-based molecular generative model

药物发现 生成语法 计算生物学 生成模型 计算机科学 化学空间 化学 纳米技术 人工智能 生物 材料科学 生物化学
作者
Yuanyuan Jiang,Guo Zhang,Jing You,Hailin Zhang,Rui Yao,Huanzhang Xie,Liyun Zhang,Ziyi Xia,Mengzhe Dai,Yunjie Wu,Linli Li,Shengyong Yang
出处
期刊:Nature Machine Intelligence [Nature Portfolio]
卷期号:6 (3): 326-337 被引量:88
标识
DOI:10.1038/s42256-024-00808-8
摘要

Deep learning-based molecular generation has extensive applications in many fields, particularly drug discovery. However, the majority of current deep generative models are ligand-based and do not consider chemical knowledge in the molecular generation process, often resulting in a relatively low success rate. We herein propose a structure-based molecular generative framework with chemical knowledge explicitly considered (named PocketFlow), which generates novel ligand molecules inside protein binding pockets. In various computational evaluations, PocketFlow showed state-of-the-art performance, with generated molecules being 100% chemically valid and highly drug-like. Ablation experiments prove the critical role of chemical knowledge in ensuring the validity and drug-likeness of the generated molecules. We applied PocketFlow to two new target proteins that are related to epigenetic regulation, HAT1 and YTHDC1, and successfully obtained wet-lab validated bioactive compounds. The binding modes of the active compounds with target proteins are close to those predicted by molecular docking and further confirmed by the X-ray crystal structure. All the results suggest that PocketFlow is a useful deep generative model, capable of generating innovative bioactive molecules from scratch given a protein binding pocket. Deep learning generative approaches have been used in recent years to discover new molecules with drug-like properties. To improve the performance of such approaches, Yang et al. add chemical binding knowledge to a deep generative framework and demonstrate, including by wet-lab verification, that the method can find valid molecules that successfully bind to target proteins.
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