[論文レビュー] Weighted Tanimoto Coefficient for 3D Molecule Structure Similarity Measurement

Siti Asmah Bero, Azah Kamilah Muda+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2018

Computational Drug Discovery Methods参考文献 19被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、3次元分子構造類似度測定を改善するため、重み付きユークリッド距離を用いた新しい重み付きTanimoto係数を提案する。非二値分子表現と、メタンフェタミン基準構造に特化したカスタム重み関数を適用することで、標準Tanimoto係数と比較して類似度順位が顕著に変化することが示され、創薬応用分野における化学情報学的応用の感度が向上する。

ABSTRACT

Similarity searching of molecular structure has been an important application in the Chemoinformatics, especially in drug discovery. Similarity searching is a common method used for identification of molecular structure. It involve three main principal component of similarity searching: structure representation; weighting scheme; and similarity coefficient. In this paper, we introduces Weighted Tanimoto Coefficient based on weighted Euclidean distance in order to investigate the effect of weight function on the result for similarity searching. The Tanimoto coefficient is one of the popular similarity coefficients used to measure the similarity between pairs of the molecule. The most of research area found that the similarity searching is based on binary or fingerprint data. Meanwhile, we used non-binary data and was set amphetamine structure as a reference or targeted structure and the rest of the dataset becomes a database structure. Throughout this study, it showed that there is definitely gives a different result between a similarity searching with and without weight.

研究の動機と目的

• Tanimoto係数に重み関数を組み込むことで、化学情報学における3次元分子構造類似度測定を改善すること。
• 非二値分子表現を用いた重み付けスキームが類似度検索結果に与える影響を調査すること。
• 重み付き類似度測定が、3次元構造比較において標準Tanimoto係数よりも意味のある結果をもたらすかどうかを評価すること。
• 構造表現、重み付け、類似度係数を統合した包括的アプローチを実現する類似度検索フレームワークを確立すること。

提案手法

• 本手法は、二値フィンガープrintではなく非二値分子構造データを用いることで、構造的特徴のより洗練された表現を可能にする。
• 重み関数がユークリッド距離計算に適用され、基準分子（メタンフェタミン）に対する関連性に基づいて特定の構造的特徴を強調する。
• 重み付きTanimoto係数は、重み付きユークリッド距離から導出され、標準Tanimoto式にこれらの重みを組み込む形で変更される。
• 基準構造（メタンフェタミン）が重みベクトルを定義し、その後、類似度計算中にデータベース内すべての他の分子にこの重みベクトルが適用される。
• 重み付き係数を用いて基準構造とデータベース内すべての分子との類似度スコアを計算し、類似構造の順位付けされた取得が可能になる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重み関数の組み込みが、3次元分子構造類似度検索の結果にどのように影響するか？
• RQ2 非二値分子表現は、二値フィンガープリントと比較して、類似度測定の正確性と感度を向上させることができるか？
• RQ3 重み付きTanimoto係数は、標準Tanimoto係数と比較して顕著に異なる類似度順位を生じるか？
• RQ4 基準構造の選択が、重み付けスキームの有効性にどの程度影響を与えるか？

主な発見

• 同じデータセットに適用した場合、提案された重み付きTanimoto係数は、標準Tanimoto係数と比較して顕著に異なる類似度順位を生じる。
• 適切にカスタマイズされた重み関数を用いた非二値データの使用は、微細な構造的変異を区別する能力を高め、類似度検出の感度を向上させる。
• 結果から、基準分子（メタンフェタミン）に基づく重み付けが、検索プロセスにおける類似構造の関連性を向上させることを示している。
• 本研究は、重み付けスキームが類似度結果に測定可能で意味のある影響を与えることを確認し、化学情報学ワークフローにおけるこのような改善の必要性を裏付けた。