An effective self-supervised framework for learning expressive molecular global representations to drug discovery

计算机科学 药物发现 人工智能 图形 机器学习 分子图 标记数据 水准点(测量) 一般化 深度学习 理论计算机科学 生物信息学 数学分析 数学 大地测量学 生物 地理
作者
Pengyong Li,Jun Wang,Yixuan Qiao,Hao Chen,Yihuan Yu,Xiaojun Yao,Peng Gao,Guotong Xie,Sen Song
出处
期刊:Briefings in Bioinformatics [Oxford University Press]
卷期号:22 (6) 被引量:100
标识
DOI:10.1093/bib/bbab109
摘要

Abstract How to produce expressive molecular representations is a fundamental challenge in artificial intelligence-driven drug discovery. Graph neural network (GNN) has emerged as a powerful technique for modeling molecular data. However, previous supervised approaches usually suffer from the scarcity of labeled data and poor generalization capability. Here, we propose a novel molecular pre-training graph-based deep learning framework, named MPG, that learns molecular representations from large-scale unlabeled molecules. In MPG, we proposed a powerful GNN for modelling molecular graph named MolGNet, and designed an effective self-supervised strategy for pre-training the model at both the node and graph-level. After pre-training on 11 million unlabeled molecules, we revealed that MolGNet can capture valuable chemical insights to produce interpretable representation. The pre-trained MolGNet can be fine-tuned with just one additional output layer to create state-of-the-art models for a wide range of drug discovery tasks, including molecular properties prediction, drug-drug interaction and drug-target interaction, on 14 benchmark datasets. The pre-trained MolGNet in MPG has the potential to become an advanced molecular encoder in the drug discovery pipeline.
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