薬物の解離速度(koff)と residence time は結合親和性(Kd)より有効性と相関する系が多く、kinetics-driven drug designへの関心が高まっている。CCR2拮抗薬など複数の臨床事例でkoffの設計が成否を分けた。
→ 物理シミュレーション(SILCS)で自由エネルギープロファイルを算出し、それをMLへの入力として使う「ハイブリッド戦略」で高速・汎用・解釈可能なkoff予測を実現
SILCSシミュレーション(GPU数日)完了後は1分子あたり数分でkoff予測。
決定木系(RF/GB/XGB/LGBM): スカラー5特徴(ΣLGFE障壁・ΣIE障壁・LGFESMS・MW・NRot)を入力。RFが最良。
RNN+MLP(ハイブリッド): Bi-LSTM 2層でLGFE/IEプロファイル(可変長→pad40)を処理し、スカラー3特徴をMLPで処理→連結→-log(koff)予測。過学習が少なく外部タンパク質で安定。
| モデル | Test RMSE | Test PR |
|---|---|---|
| RF(最良) | 0.76 | 0.76 |
| GB | 0.83 | 0.71 |
| LGBM | 0.84 | 0.70 |
| XGB | 0.90 | 0.65 |
| RNN+MLP | 0.89 | 0.65 |
訓練/テスト=190/45化合物(8タンパク質、BindingDB)
E4(ΔLGFE+ΔIE+LGFESMS)×P2(最低障壁経路)が8タンパク質で最も一貫した相関
| 適用先 | ユースケース |
|---|---|
| lib/md | RMSDAnalyzer拡張: koff/居留時間予測モジュール追加 |
| lib/md | HBondAnalyzer: 結合ポーズ安定性→koff相関分析 |
| lib/docking | UniDockRunner後段でRFベースkinetics scorer追加 |
| lib/docking | ProLIFCalculator: 解離経路上のH-bond消失プロファイル抽出 |
MWとNRotはRDKit Descriptorsで即座に取得可能。エネルギー障壁はVina scoreで代理実装可能。