De novo generation of multi-target compounds using deep generative chemistry

计算生物学 化学空间 计算机科学 生成语法 药物发现 化学生物学 合成生物学 化学 生物 生物化学 人工智能
作者
Brenton Munson,Mike Y. Chen,Audrey Bogosian,Jason F. Kreisberg,Katherine Licon,Ruben Abagyan,Brent M. Kuenzi,Trey Ideker
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:7
标识
DOI:10.1038/s41467-024-47120-y
摘要

Abstract Polypharmacology drugs—compounds that inhibit multiple proteins—have many applications but are difficult to design. To address this challenge we have developed POLYGON, an approach to polypharmacology based on generative reinforcement learning. POLYGON embeds chemical space and iteratively samples it to generate new molecular structures; these are rewarded by the predicted ability to inhibit each of two protein targets and by drug-likeness and ease-of-synthesis. In binding data for >100,000 compounds, POLYGON correctly recognizes polypharmacology interactions with 82.5% accuracy. We subsequently generate de-novo compounds targeting ten pairs of proteins with documented co-dependency. Docking analysis indicates that top structures bind their two targets with low free energies and similar 3D orientations to canonical single-protein inhibitors. We synthesize 32 compounds targeting MEK1 and mTOR, with most yielding >50% reduction in each protein activity and in cell viability when dosed at 1–10 μM. These results support the potential of generative modeling for polypharmacology.
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