Prediction and Optimization of NaV1.7 Sodium Channel Inhibitors Based on Machine Learning and Simulated Annealing

虚拟筛选 模拟退火 计算机科学 化学 药物发现 人工智能 钠通道 自编码 机器学习 化学 人工神经网络 生物化学 有机化学
作者
Weikaixin Kong,Xinyu Tu,Weiran Huang,Yang Yang,Zhengwei Xie,Zhuo Huang
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:60 (6): 2739-2753 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.9b01180
摘要

Although the NaV1.7 sodium channel is a promising drug target for pain, traditional screening strategies for discovery of NaV1.7 inhibitors are very painstaking and time-consuming. Herein, we aimed to build machine learning models for screening and design of potent and effective NaV1.7 sodium channel inhibitors. We customized the imbalanced data set from ChEMBL and BindingDB to train and filter the best classification model. Then, the whole-cell voltage-clamp was employed to validate the inhibitors. We assembled a molecular group optimization method by combining the Grammar Variational Autoencoder, classification model, and simulated annealing. We found that the RF-CDK model (random forest + CDK fingerprint) performs best in the imbalanced data set. Of the three compounds that may have inhibitory effects, nortriptyline has been experimentally verified. In the molecule optimization process, 40 molecules located in the applicability domain of RF-CDK were used as a starting point, among which 34 molecules evolved to molecules with greater molecular scores (MS). The molecule with the highest MS was derived from CHEMBL2325245. The model and method we developed for NaV1.7 inhibitors are also applicable to other targets.
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