Graph Convolutional Neural Networks for Predicting Drug-Target Interactions

计算机科学 可药性 虚拟筛选 药物发现 卷积神经网络 自编码 深度学习 图形 配体(生物化学) 化学信息学 人工智能 蛋白质配体 理论计算机科学 化学 生物信息学 生物 生物化学 受体 基因 有机化学
作者
Wen Torng,Russ B. Altman
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:59 (10): 4131-4149 被引量:371
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.9b00628
摘要

Accurate determination of target-ligand interactions is crucial in the drug discovery process. In this paper, we propose a graph-convolutional (Graph-CNN) framework for predicting protein-ligand interactions. First, we built an unsupervised graph-autoencoder to learn fixed-size representations of protein pockets from a set of representative druggable protein binding sites. Second, we trained two Graph-CNNs to automatically extract features from pocket graphs and 2D ligand graphs, respectively, driven by binding classification labels. We demonstrate that graph-autoencoders can learn fixed-size representations for protein pockets of varying sizes and the Graph-CNN framework can effectively capture protein-ligand binding interactions without relying on target-ligand complexes. Across several metrics, Graph-CNNs achieved better or comparable performance to 3DCNN ligand-scoring, AutoDock Vina, RF-Score, and NNScore on common virtual screening benchmark data sets. Visualization of key pocket residues and ligand atoms contributing to the classification decisions confirms that our networks are able to detect important interface residues and ligand atoms within the pockets and ligands, respectively.
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