Development of Chemical Structure Generation Method Based on Three-dimensional Molecular Representation

基于三维分子表示的化学结构生成方法的发展

• 批准号: 20K19922
• 负责人: 宮尾 知幸
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Nara Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K19922/
• 关键词: 化学情報学; 分子構造生成; 分子表現; 定量的構造活性相関; 構造記述子; モデル統合; 分子設計; 定量的構造物性相関; 三次元分子表現; モデルの統合

本研究における目的は、「分子構造の３次元情報を取り入れた分子設計手法を確立すること」であり、今年度は遺伝的アルゴリズム（分子改変のみ）を利用した構造生成器の開発と、数式としてモデルを解釈できる回帰モデル構築手法を提案した。前年度までの研究成果では、分子構造の２次元情報を表現した記述子と３次元情報を表現した記述子において予測精度に有意な差は見られない一方で、「活性があるかないかを予測する課題」に対しては、３次元分子表現の優位性を複数のターゲットにおいて確認できている。これらの分子表現を利用したモデルは解釈可能なものでなければ、「実際の利用」を考えた場合には真に有用とはならない。そのために解釈性に富んだモデル構築手法が必要となりシンボリック回帰モデル構築手法を考案した。さまざまなタイプの予測モデルを、柔軟に組み込むことができる構造生成器として、遺伝的アルゴリム（分子改変）による構造生成器を開発した。既往の手法としてはヒュリースティックな構造改変ルールを実装したものが複数提案されている。しかし、今回構築した構造生成器は構造改変ルールを既存の化合物データベースから自動抽出する仕組みを利用しており、またコンピュータにおける仮想反応を利用している。これは、利用者が指定する反応に限定した構造改変を行うなど柔軟な設定が可能である。加えて解釈性に富んだ数式をモデルとして提案するシンボリック回帰構築手法を新規考案した。今後はこの開発した構造生成器とモデル構築手法を利用して、複数の活性・毒性予測モデルを統合したモデルの評価が良くなる分子構造を生成する予定である。

Purpose this study に お け る は, 3 dimensional intelligence を "molecular structure の take り れ た molecular design gimmick を establish す る こ と" で あ り, our は but 伝 ア ル ゴ リ ズ ム (molecular change - の み) を using し た structure generator の open 発 と, several と し て モ デ ル を solution 釈 で き る back 帰 モ デ ル construct technique proposed を し た. Research achievements before the annual ま で の で は, 2 dimensional molecular structure の intelligence を performance し た account son と 3 dimensional intelligence を performance し た account son に お い て in measuring accuracy に intentionally な poor は see ら れ な で い party, "active が あ る か な い か を be す る subject" に し seaborne て は, 3 dimensional molecular expression の primacy を plural の タ ー ゲ ッ ト に お い て confirm で き Youdaoplaceholder0 て る. を こ れ ら の molecular performance using し た モ デ ル 釈 は solution may な も の で な け れ ば, "the event be の use" を exam え た occasions に は に really useful と は な ら な い. そ の た め 釈 に solutions に rich ん だ モ デ ル construct technique が necessary と な り シ ン ボ リ ッ ク back 帰 モ デ ル construct technique し を test case た. さ ま ざ ま な タ イ プ の be モ デ ル を, soft に み 込 む こ と が で き る structure generator と し て, but 伝 ア ル ゴ リ ム (molecular change -) に よ る structure generator を open 発 し た. Always の gimmick と し て は ヒ ュ リ ー ス テ ィ ッ ク な structural change - ル ー ル を be loaded し た も の が plural proposal さ れ て い る. し か し, today back to construct し た structure generator は change - ル ー ル を existing の compound デ ー タ ベ ー ス か ら automatic extraction す る blackstone group み を using し て お り, ま た コ ン ピ ュ ー タ に お け る 仮 instead 応 を using し て い る. こ れ は, ik が specified す る anti 応 に qualified し た structural change - line を う な ど soft な may set が で あ る. Add え 釈 て solutions に rich ん だ number type を モ デ ル と し て proposal す る シ ン ボ リ ッ ク 帰 construct technique を back new rules test case し た. Future は こ の open 発 し た structure generator と モ デ ル construct technique を USES し て, plural の activity, toxicity can be モ デ ル を integration し た モ デ ル の review 価 が good く な る molecular structure を generated す る designated で あ る.

项目成果

Comparing predictive ability of QSAR/QSPR models using 2D and 3D molecular representations

• DOI: 10.1007/s10822-020-00361-7
• 发表时间: 2021-01
• 期刊: Journal of Computer-Aided Molecular Design
• 影响因子: 3.5
• 作者: A. Sato;Tomoyuki Miyao;Swarit Jasial;K. Funatsu

Global Interpretation of Regression Models for Quantitative Structure-Property Relationship

定量结构-性质关系回归模型的全局解释

• 发表时间: 2022
• 作者: Takaho Tsuchiya and Haruka Ozaki;Tomoyuki Miyao
• 通讯作者: Tomoyuki Miyao

二次元分子表現と三次元分子表現を用いたQSAR/QSPRモデルの予測能力の比較

使用二维和三维分子表示的 QSAR/QSPR 模型的预测能力比较

• 发表时间: 2020
• 作者: 佐藤彰准;宮尾知幸;Swarit Jasial;船津公人
• 通讯作者: 船津公人

Symbolic Regression for the Interpretation of Quantitative Structure-Property Relationships

• DOI: 10.1016/j.ailsci.2022.100046
• 发表时间: 2022-11
• 期刊: Artificial Intelligence in the Life Sciences
• 作者: Katsushi Takaki;Tomoyuki Miyao