Integrating Medicinal Chemist Expertise with Deep Learning for Automated Molecular Optimization

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作者
Li Liang,Xinyi Yang,Boheng Wan,Lingxi Gu,Yan Yang,Wuchen Xie,Xiaowen Dai,Yuan Xu,Xian Wei,Haichun Liu,Tao Lu,Yadong Chen,Y. Zhang
出处
期刊:Journal of Medicinal Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:69 (3): 3609-3638 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.jmedchem.5c03746
摘要

Successful compound optimization heavily relies on medicinal chemist expertise. In this work, we curated nearly 9000 molecular optimization strategies from the medicinal chemistry literature. Driven by expert knowledge, we constructed the MolOpt framework based on graph deep learning to expand these structural optimization strategies. Leveraging both expert-derived strategies and MolOpt, we developed AutoOptimizer, an automatic platform used for molecular optimization. To demonstrate the platform’s practical application, we conducted case studies on fibroblast growth factor receptor 4 (FGFR4) and hematopoietic progenitor kinase 1 (HPK1). Experimental validation identified M8 and M9, which exhibited IC 50 values of 17.6 and 46.5 nM against FGFR4 and HPK1, respectively, representing a 77.6-fold and 51.6-fold improvement over starting molecules. To our knowledge, this represents the first deep learning-generated molecular optimization strategy database grounded in the expertise of medicinal chemists. We anticipate that AutoOptimizer will provide valuable insights and accelerate lead optimization, thereby advancing drug discovery efforts.
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