Structure-Aware Heterogeneous Information Fusion Framework for Protein–Ligand Binding Affinity Prediction

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作者
Yan Zhu,Chunyu Wang,Junjie Wang,Lingling Zhao,Quan Zou
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:66 (1): 503-517 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.5c01927
摘要

Accurate prediction of protein–ligand binding affinities (PLAs) is essential for drug discovery and development. Recent advancements suggest that transforming protein–ligand complexes into heterogeneous graph representations may offer a viable solution. However, existing methods ignore the importance of heterogeneous graph augmentation and the complementary information provided by sequence and protein–ligand complex structure modalities, which are crucial for enhancing generalization and robustness. In this study, we propose a multimodal data fusion approach GIF-PLA (meta-path-based enhanced hetero g eneous i nformation f usion framework for p rotein- l igand binding a ffinity prediction). Protein–ligand binding complexes are represented as heterogeneous graphs with meta-paths, in parallel with protein sequences and ligand simplified molecular input line entry system (SMILES) strings, which are fed into cascaded deep neural networks, respectively. GIF-PLA effectively captures structure-oriented information, encompassing topological interactions and high-order nonlinear relationships, as well as sequence-oriented information. Finally, a late fusion module is used to integrate multilevel information. Comprehensive evaluations demonstrate that GIF-PLA surpasses state-of-the-art methods, achieving a Pearson’s correlation coefficient (Rp) of 0.784 and a root-mean-square error (RMSE) of 1.157 on benchmark data sets. Ablation studies highlight the critical contributions of meta-paths and multimodal fusion. Overall, GIF-PLA shows significant promise in predicting protein–ligand interactions with enhanced reliability.
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