Geometric Interaction Graph Neural Network for Predicting Protein–Ligand Binding Affinities from 3D Structures (GIGN)

亲缘关系 结合亲和力 配体(生物化学) 计算机科学 图形 非共价相互作用 人工神经网络 药物发现 化学 人工智能 理论计算机科学 立体化学 分子 氢键 生物化学 受体 有机化学
作者
Ziduo Yang,Weihe Zhong,Qiujie Lv,Tiejun Dong,Calvin Yu-Chian Chen
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:14 (8): 2020-2033 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.2c03906
摘要

Predicting protein–ligand binding affinities (PLAs) is a core problem in drug discovery. Recent advances have shown great potential in applying machine learning (ML) for PLA prediction. However, most of them omit the 3D structures of complexes and physical interactions between proteins and ligands, which are considered essential to understanding the binding mechanism. This paper proposes a geometric interaction graph neural network (GIGN) that incorporates 3D structures and physical interactions for predicting protein–ligand binding affinities. Specifically, we design a heterogeneous interaction layer that unifies covalent and noncovalent interactions into the message passing phase to learn node representations more effectively. The heterogeneous interaction layer also follows fundamental biological laws, including invariance to translations and rotations of the complexes, thus avoiding expensive data augmentation strategies. GIGN achieves state-of-the-art performance on three external test sets. Moreover, by visualizing learned representations of protein–ligand complexes, we show that the predictions of GIGN are biologically meaningful.
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