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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

基本信息

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

项目摘要

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。

The purpose of this study is to establish a molecular design method for the acquisition of three-dimensional information on molecular structure. This year, the molecular design method for the acquisition of three-dimensional information is proposed. The research results of the previous year include the intentional difference in prediction accuracy between the description of the two-dimensional information of the molecular structure and the description of the three-dimensional information. For the "topic of activity prediction", the superiority of the three-dimensional molecular performance must be confirmed in multiple ways. The molecular expression of this gene may be used in some cases. The construction method of the complex structure is necessary to examine the structure of the complex structure. The structure generator for the prediction of molecular changes is developed. In the past, the method of structural transformation was adopted. The present structure generator is used to modify the structure of existing compounds and extract them automatically. The user can specify, limit, and modify the structure of the software. Add a new method to the solution of the problem. In the future, the development of molecular structure generator will be carried out by using the method of activity and toxicity prediction, and the evaluation of molecular structure will be carried out in a unified way.