Integrating AI in Medicinal Chemistry for Accelerated Drug Discovery: A Comprehensive SAR (CSAR) Optimization Strategy and Discovery of Potent ALDH3A1 Inhibitors

化学 药物发现 药品 药理学 计算生物学 组合化学 生化工程 药物开发 生物化学 结构-活动关系
作者
Sankalp Jain,Adam Yasgar,Anu Dalal,Aleksandra Nilova,Marissa Davies,Bolormaa Baljinnyam,Yanyan Qu,John-Paul Denson,Dominic Esposito,Dingyin Tao,S S Yang,Daniel C. Talley,Anton Simeonov,Natalia Martínez,Ganesha Rai,Alexey Zakharov
出处
期刊:Journal of Medicinal Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.jmedchem.6c00537
摘要

Developing potent, selective small-molecule inhibitors remains a major challenge in drug discovery. ALDH3A1, a detoxifying aldehyde dehydrogenase isoform implicated in cancer and neurodegeneration, is a promising yet underexplored therapeutic target. To accelerate inhibitor optimization, we developed an AI-guided, reaction-based hit-to-lead workflow combining sequential reaction enumeration, pharmacophore-informed docking, and predictive modeling to support scalable SAR expansion. Applied to ALDH3A1, two rounds of enumeration using Enamine building blocks generated about 250,000 virtual analogues. Combined deep learning and docking-based triage prioritized 150 compounds for synthesis, leading to a roughly 1,000-fold improvement in biochemical potency from 1.41 μM to 1 nM for NCATS-SM0707, together with 4 nM cellular activity for NCATS-SM0708. Crucially, this methodology can be expanded by applying various chemical reactions at different positions. This study highlights CSAR as a scalable, generalizable complementary strategy to accelerate hit optimization through reaction-based enumeration and AI-guided prioritization of larger synthetically accessible chemical space.

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