Deep generative models are rapidly advancing structure-based drug design, offering substantial promise for generating small molecule ligands that bind to specific protein targets. However, most current approaches assume a rigid protein binding pocket, neglecting the intrinsic flexibility of proteins and the conformational rearrangements induced by ligand binding, limiting their applicability in practical drug discovery. Here, we propose Apo2Mol, a diffusion-based generative framework for 3D molecule design that explicitly accounts for conformational flexibility in protein binding pockets. To support this, we curate a dataset of over 24,000 experimentally resolved apo-holo structure pairs from the Protein Data Bank, enabling the characterization of protein structure changes associated with ligand binding. Apo2Mol employs a full-atom hierarchical graph-based diffusion model that simultaneously generates 3D ligand molecules and their corresponding holo pocket conformations from input apo states. Empirical studies demonstrate that Apo2Mol can achieve state-of-the-art performance in generating high-affinity ligands and accurately capture realistic protein pocket conformational changes.


翻译:深度生成模型正在快速推动基于结构的药物设计,为生成与特定蛋白质靶点结合的小分子配体提供了巨大潜力。然而,当前大多数方法假设蛋白质结合口袋为刚性结构,忽略了蛋白质固有的柔性以及配体结合诱导的构象重排,这限制了其在实际药物发现中的应用。本文提出Apo2Mol,一种基于扩散的生成框架,用于三维分子设计,该框架显式地考虑了蛋白质结合口袋的构象柔性。为此,我们从蛋白质数据库中整理了一个包含超过24,000个实验解析的apo-holo结构对的数据集,以表征与配体结合相关的蛋白质结构变化。Apo2Mol采用了一种全原子层次化图扩散模型,能够从输入的apo状态同时生成三维配体分子及其对应的holo口袋构象。实证研究表明,Apo2Mol在生成高亲和力配体方面能够达到最先进的性能,并能准确捕捉真实的蛋白质口袋构象变化。

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