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Structure-Aware Compound-Protein Affinity Prediction via Graph Neural Network with Group Lasso Regularization

Created by
  • Haebom

저자

Zanyu Shi, Yang Wang, Pathum Weerawarna, Jie Zhang, Timothy Richardson, Yijie Wang, Kun Huang

개요

본 논문은 약물 발견 분야에서 설명 가능한 인공지능(XAI)을 활용하여 화합물-단백질 결합 친화도 예측 모델을 개발하는 것을 목표로 한다. 특히, 특정 단백질 표적에 대한 화합물 활성도 예측을 위해, 활성도 절벽 쌍(activity cliff pairs)을 활용하는 그래프 신경망(GNN) 기반 프레임워크를 제안한다. 이 프레임워크는 활성도 절벽 쌍의 구조 및 특성 정보를 활용하고, group lasso와 sparse group lasso 정규화를 통해 모델의 성능과 설명 가능성을 향상시킨다. 연구는 Src 단백질을 표적으로 하는 분자 데이터에 적용되었으며, 예측 성능 향상과 함께 분자 내 핵심 구조 파악을 가능하게 했다.

시사점, 한계점

시사점:
활성도 절벽 쌍을 활용한 GNN 기반 모델을 통해 화합물-단백질 결합 친화도 예측 성능을 향상시킴.
group lasso 및 sparse group lasso 정규화를 통해 모델의 설명 가능성을 높이고, 약물 개발 과정에서 중요한 분자 구조를 식별하는 데 기여.
GNN의 feature attribution을 개선하여, atom-level coloring accuracy를 향상시키고, graph-level global direction scores를 향상시킴.
한계점:
연구가 특정 단백질 표적(Src 단백질)에 대한 데이터에 국한되어, 다른 단백질 표적 및 데이터셋에 대한 일반화 가능성 추가 검증 필요.
활성도 절벽 쌍 데이터의 의존성: 활성도 절벽 쌍 데이터의 품질과 양에 따라 모델 성능이 제한될 수 있음.
복잡한 분자 구조 및 상호작용을 완벽하게 포착하기 어려울 수 있으며, 추가적인 구조 정보 및 feature engineering 필요.
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