MMD-DTA: A Multi-Modal Deep Learning Framework for Drug-Target Binding Affinity and Binding Region Prediction

可解释性 人工智能 计算机科学 机器学习 一般化 交互信息 虚拟筛选 药物发现 特征提取 水准点(测量) 人工神经网络 模式识别(心理学) 化学 数学 数学分析 生物化学 统计 大地测量学 地理
作者
Qi Zhang,Yuxiao Wei,Bo Liao,Liwei Liu,Shengli Zhang
出处
期刊:IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:21 (6): 2200-2211 被引量:9
标识
DOI:10.1109/tcbb.2024.3451985
摘要

The prediction of drug-target affinity (DTA) plays a crucial role in drug development and the identification of potential drug targets. In recent years, computer-assisted DTA prediction has emerged as a significant approach in this field. In this study, we propose a multi-modal deep learning framework called MMD-DTA for predicting drug-target binding affinity and binding regions. The model can predict DTA while simultaneously learning the binding regions of drug-target interactions through unsupervised learning. To achieve this, MMD-DTA first uses graph neural networks and target structural feature extraction network to extract multi-modal information from the sequences and structures of drugs and targets. It then utilizes the feature interaction and fusion modules to generate interaction descriptors for predicting DTA and interaction strength for binding region prediction. Our experimental results demonstrate that MMD-DTA outperforms existing models based on key evaluation metrics. Furthermore, external validation results indicate that MMD-DTA enhances the generalization capability of the model by integrating sequence and structural information of drugs and targets. The model trained on the benchmark dataset can effectively generalize to independent virtual screening tasks. The visualization of drug-target binding region prediction showcases the interpretability of MMD-DTA, providing valuable insights into the functional regions of drug molecules that interact with proteins.
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