Multi-branch Neural Networks for Drug-target Interaction Prediction and Target-conditioned de novo Drug Design
Het ontdekken van nieuwe interacties tussen geneesmiddelen en proteïne-doelwitten (DTIs) is cruciaal voor therapeutische innovatie, maar experimentele validatie is kostelijk
en schaalt niet naar de astronomische omvang van chemische mogelijkheden. Heterogene, schaarse bindingsdata en beperkte diversiteit belemmeren robuuste voorspelling en de mogelijkheden voor in silico moleculaire ontwerp. Deze scriptie presenteert een geïntegreerd raamwerk dat data, representaties en modellen opschaalt voor DTI-voorspelling en doelwit-gestuurd de novo geneesmiddelontwerp.
Een gecombineerd DTI-corpus (339k interacties) en twee grote pretrainingsbronnen werden samengesteld om zowel supervised als unsupervised leerdoelen te ondersteunen. Centraal in het raamwerk is een flexibele, modulaire multi-branch architectuur: elke branch van het model (geneesmiddel of doelwit) kan geïnstantieerd worden als een encoder met enkele invoer, of als een multi-invoer-encoder die complementaire representaties fuseert (bijv. graaf, vingerafdruk, aminozuursequentie, DNA-signalen).
De geneesmiddel branch kan ook een variatie-sampling kop en een latent-gestuurde, discrete diffusie gebaseerde moleculaire graaf-generator omvatten. Branches kunnen
gezamenlijk getraind worden voor supervised DTI-voorspelling, of onafhankelijk met unsupervised/self-supervised leerdoelen om biologische voorkennis langs domeinen
heen in te brengen.
Resultaten tonen een regime-afhankelijk beeld: in data-arme regimes zijn foundationmodel embeddings het effectiefst, terwijl moleculaire vingerafdrukken de leiding hebben
wanneer data abundant zijn. Analyses tonen aan dat geneesmiddel-representaties de DTI-voorspellingsnauwkeurigheid sturen, met graaf-gebaseerde representaties als
meest invloedrijk; aminozuur- en DNA-signalen zijn complementair voor proteïnen. Algemeen verduidelijkt deze studie wanneer en hoe leren van meerdere representaties
en transfer learning helpen, biedt het een reproduceerbare basis voor DTI-voorspelling, en toont het de haalbaarheid aan van latent-gestuurde omgekeerde diffusie voor het
genereren van chemisch valide, doelwit-specifieke moleculen waarvan de farmacofore kenmerken consistent zijn met de bredere biochemische literatuur.
Meer lezen