AEGNN-M:A 3D Graph-Spatial Co-Representation Model for Molecular Property Prediction

可解释性 分子图 计算机科学 代表(政治) 图形 空间分析 理论计算机科学 分子描述符 机器学习 人工智能 模式识别(心理学) 数据挖掘 数量结构-活动关系 数学 政治学 法学 统计 政治
作者
Liang Cai,Yuanming He,Xinyue Fu,Linlin Zhuo,Quan Zou,Xiaojun Yao
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-9
标识
DOI:10.1109/jbhi.2024.3368608
摘要

Improving the drug development process can expedite the introduction of more novel drugs that cater to the demands of precision medicine. Accurately predicting molecular properties remains a fundamental challenge in drug discovery and development. Currently, a plethora of computer-aided drug discovery (CADD) methods have been widely employed in the field of molecular prediction. However, most of these methods primarily analyze molecules using low-dimensional representations such as SMILES notations, molecular fingerprints, and molecular graph-based descriptors. Only a few approaches have focused on incorporating and utilizing high-dimensional spatial structural representations of molecules. In light of the advancements in artificial intelligence, we introduce a 3D graph-spatial co-representation model called AEGNN-M, which combines two graph neural networks, GAT and EGNN. AEGNN-M enables learning of information from both molecular graphs representations and 3D spatial structural representations to predict molecular properties accurately. We conducted experiments on seven public datasets, three regression datasets and 14 breast cancer cell line phenotype screening datasets, comparing the performance of AEGNN-M with state-of-the-art deep learning methods. Extensive experimental results demonstrate the satisfactory performance of the AEGNN-M model. Furthermore, we analyzed the performance impact of different modules within AEGNN-M and the influence of spatial structural representations on the model's performance. The interpretability analysis also revealed the significance of specific atoms in determining particular molecular properties.
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