Integrating Prior Chemical Knowledge into the Graph Transformer Network to Predict the Stability Constants of Chelating Agents and Metal Ions

螯合作用 水溶液中的金属离子 离子 变压器 图形 金属 化学 计算机科学 化学稳定性 生物系统 组合化学 无机化学 理论计算机科学 物理 有机化学 生物 量子力学 电压
作者
Geng Chen,Yiyang Qin,Rong Sheng
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.4c00614
摘要

The latest advancements in nuclear medicine indicate that radioactive isotopes and associated metal chelators play crucial roles in the diagnosis and treatment of diseases. The development of metal chelators mainly relies on traditional trial-and-error methods, lacking rational guidance and design. In this study, we propose the structure-aware transformer (SAT) combined with molecular fingerprint (SATCMF), a novel graph transformer network framework that incorporates prior chemical knowledge to construct coordination edges and learns the interactions between chelating agents and metal ions. SATCMF is trained on stability data collected from metal ion-ligand complexes, leveraging the SAT network to extract structural features relevant to the binding of ligands with metal ions. It further integrates molecular fingerprint features to refine the prediction of the stability constants of the chelating agents and metal ions. The experimental results on benchmark data set demonstrate that SATCMF achieves state-of-the-art performance based on four different graph neural network architectures. Additionally, visualizing the learned molecular attention distribution provides interpretable insights from the prediction results, offering valuable guidance for the development of novel metal chelators.
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