PMODiff: Physics-Informed Multi-Objective Optimization Diffusion Model for Protein-Specific 3D Molecule Generation

扩散 分子 统计物理学 物理 计算机科学 热力学 量子力学
作者
Yaoxiang Zhang,Shuang Wang,Junjie Ma,Ze Zhang,Tao Song
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.5c00591
摘要

3D generative models have shown great potential in structure-based drug design for generating ligands tailored to specific protein binding pockets. However, existing methods primarily emphasize ligand-target geometric interactions and binding affinity prediction, often overlooking intrinsic physicochemical principles driving protein-ligand interactions as well as critical pharmaceutical properties, such as drug-likeness and synthetic accessibility. To address these limitations, PMODiff (Physics-Informed Multi-Objective Optimization Diffusion Model) integrates a physics-informed component into the denoising phase, minimizing protein-ligand interaction energy modeled by a simplified Lennard-Jones potential, thus generating conformations aligned with essential physicochemical constraints. In addition, pretrained networks guide the sampling process toward ligands exhibiting high affinity, favorable drug-likeness, and synthetic accessibility, thus addressing multiobjective optimization challenges in practical drug development. Experimental results on the CrossDocked2020 data set indicate that PMODiff generates more realistic 3D structures with higher binding affinity, achieving an average Vina Score of -7.44. This performance represents a 13% improvement over existing methods, highlighting the potential of PMODiff for more comprehensive drug design.
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