Targeted protein degradation (TPD) is a rapidly growing field in modern drug discovery that aims to regulate the intracellular levels of proteins by harnessing the cell's innate degradation pathways to selectively target and degrade disease-related proteins. This strategy creates new opportunities for therapeutic intervention in cases where occupancy-based inhibitors have not been successful. Proteolysis-targeting chimeras (PROTACs) are at the heart of TPD strategies, which leverage the ubiquitin-proteasome system for the selective targeting and proteasomal degradation of pathogenic proteins. As the field evolves, it becomes increasingly apparent that the traditional methodologies for designing such complex molecules have limitations. This has led to the use of machine learning (ML) and generative modeling to improve and accelerate the development process. In this review, we explore the impact of ML on de novo PROTAC design $-$ an aspect of molecular design that has not been comprehensively reviewed despite its significance. We delve into the distinct characteristics of PROTAC linker design, underscoring the complexities required to create effective bifunctional molecules capable of TPD. We then examine how ML in the context of fragment-based drug design (FBDD), honed in the realm of small-molecule drug discovery, is paving the way for PROTAC linker design. Our review provides a critical evaluation of the limitations inherent in applying this method to the complex field of PROTAC development. Moreover, we review existing ML works applied to PROTAC design, highlighting pioneering efforts and, importantly, the limitations these studies face. By offering insights into the current state of PROTAC development and the integral role of ML in PROTAC design, we aim to provide valuable perspectives for researchers in their pursuit of better design strategies for this new modality.


翻译:靶向蛋白降解(TPD)是现代药物发现中快速发展的领域,其旨在通过利用细胞固有的降解通路选择性靶向并降解疾病相关蛋白,从而调控细胞内蛋白质水平。该策略为那些基于占据机制的抑制剂未能取得成功的治疗场景创造了新的干预机会。蛋白水解靶向嵌合体(PROTAC)是TPD策略的核心,其利用泛素-蛋白酶体系统实现对致病蛋白的选择性靶向与蛋白酶体降解。随着该领域的发展,传统设计此类复杂分子的方法局限性日益凸显。这促使机器学习(ML)与生成模型被用于改进和加速开发进程。本文综述探讨了ML对从头设计PROTAC的影响——尽管该分子设计方向意义重大,却尚未得到系统性的评述。我们深入分析了PROTAC连接子设计的独特性质,强调构建能够实现TPD的有效双功能分子所需的复杂性。随后,我们考察了在小分子药物发现领域成熟的基于片段的药物设计(FBDD)中的ML方法,如何为PROTAC连接子设计开辟道路。本综述对该方法应用于复杂的PROTAC开发领域所固有的局限性进行了批判性评估。此外,我们回顾了现有应用于PROTAC设计的ML研究工作,重点介绍了开创性成果,并尤其指出了这些研究面临的局限。通过深入剖析PROTAC开发现状以及ML在PROTAC设计中的关键作用,我们旨在为研究人员追求这一新模式的更优设计策略提供有价值的视角。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
21+阅读 · 2023年7月12日
A Survey on Deep Learning for Named Entity Recognition
Arxiv
73+阅读 · 2018年12月22日
VIP会员
最新内容
人工智能赋能无人机:俄乌战争(万字长文)
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:56
国外海军作战管理系统与作战训练系统
专知会员服务
2+阅读 · 今天4:16
美军条令《海军陆战队规划流程(2026版)》
专知会员服务
9+阅读 · 今天3:36
《压缩式分布式交互仿真标准》120页
专知会员服务
4+阅读 · 今天3:21
《电子战数据交换模型研究报告》
专知会员服务
6+阅读 · 今天3:13
《基于Transformer的异常舰船导航识别与跟踪》80页
《低数据领域军事目标检测模型研究》
专知会员服务
6+阅读 · 今天2:37
【CMU博士论文】物理世界的视觉感知与深度理解
专知会员服务
10+阅读 · 4月22日
伊朗战争停火期间美军关键弹药状况分析
专知会员服务
8+阅读 · 4月22日
电子战革命:塑造战场的十年突破(2015–2025)
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员