Delta Machine Learning to Improve Scoring-Ranking-Screening Performances of Protein–Ligand Scoring Functions

机器学习 马修斯相关系数 人工智能 计算机科学 虚拟筛选 稳健性(进化) 试验装置 梯度升压 支持向量机 集成学习 数据挖掘 生物信息学 随机森林 药物发现 生物 生物化学 基因
作者
Chao Yang,Yingkai Zhang
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:62 (11): 2696-2712 被引量:47
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.2c00485
摘要

Protein–ligand scoring functions are widely used in structure-based drug design for fast evaluation of protein–ligand interactions, and it is of strong interest to develop scoring functions with machine-learning approaches. In this work, by expanding the training set, developing physically meaningful features, employing our recently developed linear empirical scoring function Lin_F9 (Yang, C. J. Chem. Inf. Model. 2021, 61, 4630−4644) as the baseline, and applying extreme gradient boosting (XGBoost) with Δ-machine learning, we have further improved the robustness and applicability of machine-learning scoring functions. Besides the top performances for scoring-ranking-screening power tests of the CASF-2016 benchmark, the new scoring function ΔLin_F9XGB also achieves superior scoring and ranking performances in different structure types that mimic real docking applications. The scoring powers of ΔLin_F9XGB for locally optimized poses, flexible redocked poses, and ensemble docked poses of the CASF-2016 core set achieve Pearson's correlation coefficient (R) values of 0.853, 0.839, and 0.813, respectively. In addition, the large-scale docking-based virtual screening test on the LIT-PCBA data set demonstrates the reliability and robustness of ΔLin_F9XGB in virtual screening application. The ΔLin_F9XGB scoring function and its code are freely available on the web at (https://yzhang.hpc.nyu.edu/Delta_LinF9_XGB).

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