Molformer: Motif-Based Transformer on 3D Heterogeneous Molecular Graphs

计算机科学 主题(音乐) 利用 变压器 理论计算机科学 同种类的 分子图 图形 人工智能 数学 物理 计算机安全 量子力学 电压 组合数学 声学
作者
Fang Wu,Dragomir Radev,Stan Z. Li
出处
期刊:Proceedings of the ... AAAI Conference on Artificial Intelligence [Association for the Advancement of Artificial Intelligence (AAAI)]
卷期号:37 (4): 5312-5320 被引量:2
标识
DOI:10.1609/aaai.v37i4.25662
摘要

Procuring expressive molecular representations underpins AI-driven molecule design and scientific discovery. The research mainly focuses on atom-level homogeneous molecular graphs, ignoring the rich information in subgraphs or motifs. However, it has been widely accepted that substructures play a dominant role in identifying and determining molecular properties. To address such issues, we formulate heterogeneous molecular graphs (HMGs) and introduce a novel architecture to exploit both molecular motifs and 3D geometry. Precisely, we extract functional groups as motifs for small molecules and employ reinforcement learning to adaptively select quaternary amino acids as motif candidates for proteins. Then HMGs are constructed with both atom-level and motif-level nodes. To better accommodate those HMGs, we introduce a variant of the Transformer named Molformer, which adopts a heterogeneous self-attention layer to distinguish the interactions between multi-level nodes. Besides, it is also coupled with a multi-scale mechanism to capture fine-grained local patterns with increasing contextual scales. An attentive farthest point sampling algorithm is also proposed to obtain the molecular representations. We validate Molformer across a broad range of domains, including quantum chemistry, physiology, and biophysics. Extensive experiments show that Molformer outperforms or achieves the comparable performance of several state-of-the-art baselines. Our work provides a promising way to utilize informative motifs from the perspective of multi-level graph construction. The code is available at https://github.com/smiles724/Molformer.
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