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揭示精准药物设计的分子特征:来自锥虫硫醇还原酶、蛋白激酶C-θ和大麻素受体1的机器学习见解

Unveiling molecular signatures for precision drug design: machine learning insights from trypanothione reductase, PKC-θ, and CB1.

作者信息

Sahu Sunil, Anmol Adarsh, Nishad Tushar, Jujjavarapu Satya Eswari

机构信息

Department of Biotechnology, National Institute of Technology Raipur, Raipur, Chhattisgarh, 492001, India.

出版信息

Mol Divers. 2025 Sep 10. doi: 10.1007/s11030-025-11287-3.

Abstract

Traditional drug discovery methods like high-throughput screening and molecular docking are slow and costly. This study introduces a machine learning framework to predict bioactivity (pIC₅₀) and identify key molecular properties and structural features for targeting Trypanothione reductase (TR), Protein kinase C theta (PKC-θ), and Cannabinoid receptor 1 (CB1) using data from the ChEMBL database. Molecular fingerprints, generated via PaDEL-Descriptor and RDKit, encoded structural features as binary vectors. Three models-Random Forest (RF), Gradient Boosting (GB), and a stacking ensemble with Ridge Regression-predicted pIC₅₀, with the ensemble achieving the lowest RMSE. Results highlight heteroatom-containing rings for TR, multiple ring systems for PKC-θ, and aromatic rings for CB1 as critical for high bioactivity. This adaptable framework accelerates drug design by pinpointing optimizable structures, enhancing efficiency in therapeutic development.

摘要

像高通量筛选和分子对接这样的传统药物发现方法既缓慢又昂贵。本研究引入了一个机器学习框架,利用ChEMBL数据库的数据来预测生物活性(pIC₅₀),并确定针对锥虫硫醇还原酶(TR)、蛋白激酶Cθ(PKC-θ)和大麻素受体1(CB1)的关键分子特性和结构特征。通过PaDEL-Descriptor和RDKit生成的分子指纹将结构特征编码为二进制向量。三种模型——随机森林(RF)、梯度提升(GB)以及带有岭回归的堆叠集成模型——预测pIC₅₀,其中集成模型实现了最低的均方根误差(RMSE)。结果突出显示,含杂原子的环对TR至关重要,多个环系统对PKC-θ至关重要,而芳香环对CB1具有高生物活性至关重要。这个适应性强的框架通过精确确定可优化的结构来加速药物设计,提高治疗开发的效率。

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