Prospective de novo drug design with deep interactome learning

相互作用体 计算生物学 药物发现 计算机科学 配体(生物化学) 化学 生物信息学 受体 生物 生物化学 基因
作者
Kenneth Atz,Leandro Cotos,Clemens Isert,M. Håkansson,Dorota Focht,Mattis Hilleke,David F. Nippa,Michael Iff,Jann Ledergerber,Carl C. G. Schiebroek,Valentina Romeo,Jan A. Hiss,Daniel Merk,Petra Schneider,Bernd Kuhn,Uwe Grether,Gisbert Schneider
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:29
标识
DOI:10.1038/s41467-024-47613-w
摘要

Abstract De novo drug design aims to generate molecules from scratch that possess specific chemical and pharmacological properties. We present a computational approach utilizing interactome-based deep learning for ligand- and structure-based generation of drug-like molecules. This method capitalizes on the unique strengths of both graph neural networks and chemical language models, offering an alternative to the need for application-specific reinforcement, transfer, or few-shot learning. It enables the “zero-shot" construction of compound libraries tailored to possess specific bioactivity, synthesizability, and structural novelty. In order to proactively evaluate the deep interactome learning framework for protein structure-based drug design, potential new ligands targeting the binding site of the human peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) subtype gamma are generated. The top-ranking designs are chemically synthesized and computationally, biophysically, and biochemically characterized. Potent PPAR partial agonists are identified, demonstrating favorable activity and the desired selectivity profiles for both nuclear receptors and off-target interactions. Crystal structure determination of the ligand-receptor complex confirms the anticipated binding mode. This successful outcome positively advocates interactome-based de novo design for application in bioorganic and medicinal chemistry, enabling the creation of innovative bioactive molecules.
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