T-ALPHA: A Hierarchical Transformer-Based Deep Neural Network for Protein–Ligand Binding Affinity Prediction with Uncertainty-Aware Self-Learning for Protein-Specific Alignment

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作者
Gregory W. Kyro,Anthony M. Smaldone,Yu Shee,C. F. Xu,Víctor S. Batista
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:65 (5): 2395-2415 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.4c02332
摘要

There is significant interest in targeting disease-causing proteins with small molecule inhibitors to restore healthy cellular states. The ability to accurately predict the binding affinity of small molecules to a protein target in silico enables the rapid identification of candidate inhibitors and facilitates the optimization of on-target potency. In this work, we present T-ALPHA, a novel deep learning model that enhances protein-ligand binding affinity prediction by integrating multimodal feature representations within a hierarchical transformer framework to capture information critical to accurately predicting binding affinity. T-ALPHA outperforms all existing models reported in the literature on multiple benchmarks designed to evaluate protein-ligand binding affinity scoring functions. Remarkably, T-ALPHA maintains state-of-the-art performance when utilizing predicted structures rather than crystal structures, a powerful capability in real-world drug discovery applications where experimentally determined structures are often unavailable or incomplete. Additionally, we present an uncertainty-aware self-learning method for protein-specific alignment that does not require additional experimental data and demonstrate that it improves T-ALPHA's ability to rank compounds by binding affinity to biologically significant targets such as the SARS-CoV-2 main protease and the epidermal growth factor receptor. To facilitate implementation of T-ALPHA and reproducibility of all results presented in this paper, we made all of our software available at https://github.com/gregory-kyro/T-ALPHA.
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