いくつかの人工知能アルゴリズムを用いて、アルツハイマー病の有力な手がかりを明らかにした

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Biomed. Pharmacother..2020 Jun;129:110360. S0753-3322(20)30553-9. doi: 10.1016/j.biopha.2020.110360.Epub 2020-06-16.

いくつかの人工知能アルゴリズムを用いて、アルツハイマー病の有力な手がかりを明らかにした

Insight into potent leads for alzheimer's disease by using several artificial intelligence algorithms.

Xuedong He
Lu Zhao
Weihe Zhong
Hsin-Yi Chen
Xiaoting Shan
Ning Tang
Calvin Yu-Chian Chen

PMID: 32559623 DOI: 10.1016/j.biopha.2020.110360.

抄録

S-ニトロソグルタチオン還元酵素（GSNOR）、補体因子D、補体3b（C3b）、プロテインキナーゼR様小胞体キナーゼ（PERK）などのタンパク質は、アルツハイマー病の発症経路に関与していることが示されており、アルツハイマー病の潜在的な治療ターゲットと考えられています。本研究では、マルチターゲットの概念に基づき、ネットワーク薬理学に基づいたアプローチにより、GSNOR、C3b、第D因子、PERKタンパク質と良好に結合する可能性のある漢方薬候補を探索した。候補化合物の生理活性を予測するために、7つの機械学習アルゴリズムとディープラーニングモデルからなる人工知能（AI）アルゴリズムを用いてドッキング結果を検証した。さらに、本研究では、AIアルゴリズムの予測結果を効率的に探索するための新しい組み合わせ手法を提案した。また、予測モデルを構築するために、比較力場分析(CoMFA)と比較類似度指標分析(CoMSIA)を行った。その結果、すべてのモデルの二乗相関係数(R)は0.75以上となり、テストセットにおいても良好な結果が得られた。さらに、100nsのMDシミュレーションを用いて、潜在的な阻害剤の結合安定性を評価した。以上のことから，本研究では，2,2'-[ベンゼン-1.4-ジイルビス(メタンジイルオキシベンゼン-4,1-ジイル)]ビス(オキソ酢酸)、グラアスペリンB、ノジフロリジンA、ミラキサンチンIII、l-バリン-l-無水物は、ADの薬効処方の可能性があるかもしれません。

Several proteins including S-nitrosoglutathione reductase (GSNOR), complement Factor D, complement 3b (C3b) and Protein Kinase R-like Endoplasmic Reticulum Kinase (PERK), have been demonstrated to be involved in pathogenesis pathways for Alzheimer's disease (AD) and considered as potential treatment targets to AD. Based on the concept of multitargets, a network pharmacology-based approach was employed to investigate potential Traditional Chinese Medicine (TCM) candidates that can dock well with GSNOR, C3b, Factor D and PERK proteins. To predict the bioactivities of candidates, Artificial Intelligence (AI) algorithms composed of seven machine learning algorithms and a deep learning model were performed to validate the docking results. Furthermore, in this study, we propose a novel combined method for efficiently exploring the predicted results of AI algorithms. Besides, Comparative force field analysis (CoMFA) and comparative similarity indices analysis (CoMSIA) were performed to construct predicted models. The results show that the square correlation coefficients (R) of all models are almost higher than 0.75, which also acquire good achievements on the test set. Moreover, the binding stability of the potential inhibitors were evaluated using 100 ns of MD simulation. Collectively, this study elucidate that the herbs Ardisia japonica, Ligusticum chuanxiong, Lippia nodiflora and Mirabilis jalapa containing 2,2'-[benzene-1,4-diylbis(methanediyloxybenzene-4,1-diyl)]bis(oxoacetic acid), Glyasperin B, Nodifloridin A, Miraxanthin III and l-Valine-l-valine anhydride might be a potential medicine formula for AD.