Molecular Graph-Based Deep Learning Algorithm Facilitates an Imaging-Based Strategy for Rapid Discovery of Small Molecules Modulating Biomolecular Condensates

小分子 药物发现 化学 RNA剪接 神经退行性变 图形 计算生物学 深度学习 计算机科学 人工智能 生物化学 核糖核酸 基因 生物 理论计算机科学 医学 疾病 病理
作者
Peng Gao,Qi Zhang,Devin Keely,Don W. Cleveland,Yihong Ye,Wei Zheng,Min Shen,Haiyang Yu
出处
期刊:Journal of Medicinal Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:66 (22): 15084-15093 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.jmedchem.3c00490
摘要

Biomolecular condensates are proposed to cause diseases, such as cancer and neurodegeneration, by concentrating proteins at abnormal subcellular loci. Imaging-based compound screens have been used to identify small molecules that reverse or promote biomolecular condensates. However, limitations of conventional imaging-based methods restrict the screening scale. Here, we used a graph convolutional network (GCN)-based computational approach and identified small molecule candidates that reduce the nuclear liquid–liquid phase separation of TAR DNA-binding protein 43 (TDP-43), an essential protein that undergoes phase transition in neurodegenerative diseases. We demonstrated that the GCN-based deep learning algorithm is suitable for spatial information extraction from the molecular graph. Thus, this is a promising method to identify small molecule candidates with novel scaffolds. Furthermore, we validated that these candidates do not affect the normal splicing function of TDP-43. Taken together, a combination of an imaging-based screen and a GCN-based deep learning method dramatically improves the speed and accuracy of the compound screen for biomolecular condensates.
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