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

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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。