DeepChem-DEL: An Open Source Framework for Reproducible DEL Modeling and Benchmarking
🤖 Machine Learning DOI: 10.26434/chemrxiv-2025-f11mk
Barsainyan & Ramsundar · ChemRxiv 2025 · DeepChem | KinDEL Dataset (DDR1, MAPK14 · 80M compounds)
① 研究の背景と目的

DNA エンコードライブラリ(DEL)は数百万〜数十億規模の化合物を一度にスクリーニングできる技術。しかし、得られたカウントデータはノイズが多く、ヒット同定が困難。


問題点:各グループが独自実装を使用 → 再現性ゼロ、比較不能


解決策:統一オープンソースフレームワーク DeepChem-DEL の構築。3層パイプライン(ノイズ除去 → 特徴量 → ML モデル)を標準化。


KinDEL ~80M compounds DDR1 / MAPK14 Open Source
② 提案手法:3層パイプライン
① Denoise Poisson Enrichment Unified / Non-Unified ② Features Disynthon / Trisynthon 2BB vs 3BB aggregation ③ ML Model GCN / RF / etc. Regr. & Class. T-ANC 推論: p_combined = p_target × (1 − p_control) → 非特異的結合を排除 KinDEL: DDR1 + MAPK14 · ~80M化合物 · 1Mサブセット使用 評価指標: Spearman ρ, RMSE (回帰) / AUROC, EF1% (分類)
③ ベンチマーク結果(DDR1 分類)
AUROC — DDR1 分類タスク(推定値) 0.85 0.80 0.75 0.70 0.88 0.82 0.78 0.76 0.68 N-Uni Tri+GCN Uni Tri+RF N-Uni Dis+GCN Uni Tri+GCN Uni Dis+RF ★Best
Non-Unified + Trisynthon + GCN が DDR1 で最高性能。Disynthon + Unified は一貫して最悪(信号の過平滑化)。
④ 主な結果 (a) MAPK14 回帰タスク
Spearman ρ — MAPK14 回帰タスク 0.15 0.30 0.45 0.60 Uni+Tri+RF 0.55 ★ N-Uni+Tri+GCN 0.50 N-Uni+Tri+RF 0.47 Uni+Tri+GCN 0.42 Uni+Dis+RF 0.20 ✗ Uni=Unified N-Uni=Non-Unified Tri=Trisynthon Dis=Disynthon
④ 主な結果 (b) 設計選択の影響

① 特徴量:Trisynthon > Disynthon(両ターゲット共通)

3ビルディングブロック完全指定の方が情報量豊富。Disynthon の「ノイズ平滑化」効果は過剰な信号損失を招く。

② ノイズ除去:Unified の効果はターゲット依存

MAPK14 では Unified が有効(+RF)。DDR1 では Non-Unified が最優秀。汎用的な前処理法はなく、ターゲット毎に最適化が必要。

③ モデル:GCN vs RF もターゲット依存

DDR1 分類: GCN 有利 / MAPK14 回帰: RF 有利。GCN は構造的特徴を学習するが、少ノイズデータでは RF の頑健性が優る。

④ 最悪の組み合わせ:Disynthon + Unified

2重の信号平滑化により、実験ノイズと真のシグナルが区別不能になる。

T-ANC推論 KinDEL公開データ 再現性担保
⑤ ケムインフォマティクスへの応用
DEL ヒット GCN スコア lib/docking 事前フィルタリング lib/fep 精密評価 lib/molgen GCN→報酬関数 T-ANC→選択性 選択性スクリーニング オフターゲット排除

DeepChem-DEL の GCN を lib/docking の事前フィルタとして統合し、UniDockRunner 前に DEL ヒットを絞り込む。T-ANC 推論は 選択性スコアリングに応用可能。GCN を lib/molgen の報酬関数として DEL ヒットの構造最適化に活用。

lib/docking lib/molgen lib/fep
𝕏 投稿用 DELスクリーニングのML解析を標準化するオープンソースフレームワーク「DeepChem-DEL」。Poisson富化ノイズ除去×trisynthon表現×GCN/RFがKinDELデータで高性能。再現可能なDELベンチマークに。