DeepDegradome: A structure-aware deep learning framework for PROTAC and ligand generation against protein targets

可扩展性 计算生物学 计算机科学 药物发现 靶蛋白 配体(生物化学) 化学 人工智能 依赖关系(UML) 蛋白质配体 对接(动物) 组合化学 深度学习 蛋白质工程 片段(逻辑) 蛋白质设计 血浆蛋白结合 工程类 蛋白质降解 数量结构-活动关系 集合(抽象数据类型) 蛋白质-配体对接 蛋白质结构
作者
Qiaoyu Hu,Yu Cao,Pengxuan Ren,Xi Zhang,Fenglei Li,Xueyuan Zhang,Fengyu Cai,Ran Zhang,Yongqi Zhou,Lianghe Mei,Fang Bai
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:123 (11): e2518248123-e2518248123
标识
DOI:10.1073/pnas.2518248123
摘要

Targeted protein degradation is a promising strategy for drug discovery, but designing effective PROTACs remains challenging, especially for proteins without well-defined binding sites. Current methods rely on modifying linkers between fixed ligands, which limits the diversity and innovation of the overall molecular architecture of PROTAC. Here, we introduce DeepDegradome, an AI-powered method that automates the structure-aware design of both small-molecule ligands and PROTACs. It employs a large fragment library constructed from public databases and applies an in-house docking method (iFitDock) to obtain initial binding fragments. DeepDegradome builds ligands by assembling these fragments based on the shape and physicochemical features of the target protein pocket. It can further construct PROTACs from these generated ligands, eliminating the dependency on predefined warheads or E3 ligands. Compared to other AI models, DeepDegradome produces more valid, drug-like molecules with higher predicted binding affinity. We demonstrate DeepDegradome's effectiveness by designing and validating multiple potency inhibitors and PROTACs for two protein targets: WDR5 and CDK9. One synthesized compound showed excellent agreement between predicted and actual binding conformation confirmed by X-ray crystallography. By combining ligand and PROTAC design in one system, DeepDegradome offers a scalable and reliable tool for discovering new drugs against protein targets.
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