MetalloDock: Decoding Metalloprotein–Ligand Interactions via Physics-Aware Deep Learning for Metalloprotein Drug Discovery

药物发现 虚拟筛选 对接(动物) 化学 金属蛋白 计算生物学 深度学习 人工智能 水准点(测量) 计算机科学 解码方法 药物靶点 机器学习 训练集 结合位点 试验装置 药物设计 药物开发 组合化学
作者
Hui Zhang,Xujun Zhang,Qun Su,Yangyang Zheng,Linlong Jiang,Kai Zhu,Qiaolin Gou,Odin Zhang,Shi Li,Bo Peng,Shaokai Ni,Yushen Du,J. F. Tang,Yu Kang,Chang‐Yu Hsieh,Dan Li,Wenteng Chen,Tingjun Hou,Peichen Pan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (3): 3086-3101 被引量:9
标识
DOI:10.1021/jacs.5c15876
摘要

Accurate prediction of metalloprotein-ligand interactions is critical for metalloprotein-targeted drug discovery. Conventional docking tools and existing deep learning (DL) models fail to reliably capture metal-ligand interactions, hampering the discovery of potent metalloprotein inhibitors. Here, we propose MetalloDock, the first DL-based docking framework specially designed for metalloprotein targets. By innovatively integrating an autoregressive spatial decoding engine with a physics-constrained geometric generation paradigm, MetalloDock can precisely reconstruct metal coordination geometries and accurately capture metal-ligand interactions, which enhance both the accuracy of metalloprotein-ligand docking and binding affinity prediction. Extensive evaluations on our custom-built benchmark data set demonstrate that MetalloDock outperforms existing methods, including AlphaFold3, in docking success rate and virtual screening performance for metalloprotein targets. In real-world applications, MetalloDock successfully identified multiple novel hit compounds in a virtual screening campaign targeting the prostate-specific membrane antigen. Additionally, it enabled rational drug design for acidic polymerase endonuclease, leading to the discovery of potent inhibitors. These results highlight the broad applicability of MetalloDock in accelerating metalloprotein-targeted drug discovery and provide a standardized framework for future evaluation of metalloprotein-specific docking algorithms.
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