BatmanNet: bi-branch masked graph transformer autoencoder for molecular representation

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作者
Zhen Wang,Zhenghe Feng,Yanjun Li,Bowen Li,Yongrui Wang,Sha Chen,Min He,Xin Li
出处
期刊:Briefings in Bioinformatics [Oxford University Press]
卷期号:25 (1)
标识
DOI:10.1093/bib/bbad400
摘要

Abstract Although substantial efforts have been made using graph neural networks (GNNs) for artificial intelligence (AI)-driven drug discovery, effective molecular representation learning remains an open challenge, especially in the case of insufficient labeled molecules. Recent studies suggest that big GNN models pre-trained by self-supervised learning on unlabeled datasets enable better transfer performance in downstream molecular property prediction tasks. However, the approaches in these studies require multiple complex self-supervised tasks and large-scale datasets , which are time-consuming, computationally expensive and difficult to pre-train end-to-end. Here, we design a simple yet effective self-supervised strategy to simultaneously learn local and global information about molecules, and further propose a novel bi-branch masked graph transformer autoencoder (BatmanNet) to learn molecular representations. BatmanNet features two tailored complementary and asymmetric graph autoencoders to reconstruct the missing nodes and edges, respectively, from a masked molecular graph. With this design, BatmanNet can effectively capture the underlying structure and semantic information of molecules, thus improving the performance of molecular representation. BatmanNet achieves state-of-the-art results for multiple drug discovery tasks, including molecular properties prediction, drug–drug interaction and drug–target interaction, on 13 benchmark datasets, demonstrating its great potential and superiority in molecular representation learning.

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