Efficient Generation of Conformer Ensembles Using Internal Coordinates and a Generative Directional Graph Convolution Neural Network

计算机科学 人工神经网络 能量最小化 人工智能 计算 构象异构 计算科学 算法 化学 计算化学 分子 有机化学
作者
Eugene Raush,Ruben Abagyan,Maxim Totrov
出处
期刊:Journal of Chemical Theory and Computation [American Chemical Society]
卷期号:20 (9): 4054-4063 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.jctc.4c00280
摘要

We present a neural-network-based high-throughput molecular conformer-generation algorithm. A chemical graph-convolutional network is trained to predict low-energy conformers in internal coordinate representation (bond lengths, bond, and torsion angles), starting from two-dimensional (2D) chemical topology. Generative neural network (NN) architecture performs denoising from torsion space, producing conformer ensembles with populations that are well correlated with torsion energy profiles. Short force-field-based energy minimization is applied to refine final conformers. All computation-intensive stages of the algorithm are GPU-optimized. The procedure (termed GINGER) is benchmarked on a commonly used test set of bioactive three-dimensional (3D) conformers from the PDB. We demonstrate highly competitive results in conformer recovery and throughput rates suitable for giga-scale compound library processing. A web server that allows interactive conformer ensemble generation by GINGER and their viewing is made freely available at https://www.molsoft.com/gingerdemo.html

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