Are 2D fingerprints still valuable for drug discovery?

文献情報

出版日 2020-03-20
DOI 10.1039/D0CP00305K
インパクトファクター 3.676
著者

Kaifu Gao, Duc Duy Nguyen, Vishnu Sresht, Alan M. Mathiowetz, Meihua Tu


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要旨

Recently, molecular fingerprints extracted from three-dimensional (3D) structures using advanced mathematics, such as algebraic topology, differential geometry, and graph theory have been paired with efficient machine learning, especially deep learning algorithms to outperform other methods in drug discovery applications and competitions. This raises the question of whether classical 2D fingerprints are still valuable in computer-aided drug discovery. This work considers 23 datasets associated with four typical problems, namely protein–ligand binding, toxicity, solubility and partition coefficient to assess the performance of eight 2D fingerprints. Advanced machine learning algorithms including random forest, gradient boosted decision tree, single-task deep neural network and multitask deep neural network are employed to construct efficient 2D-fingerprint based models. Additionally, appropriate consensus models are built to further enhance the performance of 2D-fingerprint-based methods. It is demonstrated that 2D-fingerprint-based models perform as well as the state-of-the-art 3D structure-based models for the predictions of toxicity, solubility, partition coefficient and protein–ligand binding affinity based on only ligand information. However, 3D structure-based models outperform 2D fingerprint-based methods in complex-based protein–ligand binding affinity predictions.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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