Deep learning para seleção de conformações de proteínas considerando suas propriedades tridimensionais

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2018
Autor(a) principal: Silva, Raphael Giordano do Nascimento e
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/00130000076zv
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Ciência da Computação
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação
Centro de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/16579
Resumo: A new drug discovery is financially costly and time-consuming. To deal this issue, the Rational Drug Design process investigates the macromolecular interaction between receptor molecules and drug-candidate ligands. Through molecular docking experiments it becomes possible to evaluate the binding quality between these molecules. To simulate the flexibility of the receptor, molecular dynamics simulations can be performed, where the protein is represented by a distinct conformation at each instant of time. Thus, molecular docking experiments can be performed on these different conformations. Several machine learning techniques can be used to mine these data. This work presents an approach for artificial neural networks deep learning, which uses as input several conformation about a given protein, generated through molecular dynamic simulations. These conformation are described in terms of its atoms tridimensional coordinates, labeled by a target attribute FEB, which points out the quality about each conformation in molecular docking experiments. In the deep learning approaches proposed in this work, we consider as input both these raw data, as well as we consider an approach that makes use of clustering experiments that generates a good parallelepiped surface for each atom, instead of the raw data. These strategies are implemented in terms deep feedforward networks and deep convolutional networks algorithms. For both architectures, the clustering-based strategy showed up promising results. However, models generated through deep feedforward showed up the best global results, being that those with the DBSCAN-Clustering-based approach highlight from the other ones.
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spelling Deep learning para seleção de conformações de proteínas considerando suas propriedades tridimensionaisDeep learning on protein conformation selection considering their tridimensional propertiesAprendizagem profundaRedes neurais convolucionaisDocagem molecularDeep learningConvolutional neural networksMolecular dockingCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOA new drug discovery is financially costly and time-consuming. To deal this issue, the Rational Drug Design process investigates the macromolecular interaction between receptor molecules and drug-candidate ligands. Through molecular docking experiments it becomes possible to evaluate the binding quality between these molecules. To simulate the flexibility of the receptor, molecular dynamics simulations can be performed, where the protein is represented by a distinct conformation at each instant of time. Thus, molecular docking experiments can be performed on these different conformations. Several machine learning techniques can be used to mine these data. This work presents an approach for artificial neural networks deep learning, which uses as input several conformation about a given protein, generated through molecular dynamic simulations. These conformation are described in terms of its atoms tridimensional coordinates, labeled by a target attribute FEB, which points out the quality about each conformation in molecular docking experiments. In the deep learning approaches proposed in this work, we consider as input both these raw data, as well as we consider an approach that makes use of clustering experiments that generates a good parallelepiped surface for each atom, instead of the raw data. These strategies are implemented in terms deep feedforward networks and deep convolutional networks algorithms. For both architectures, the clustering-based strategy showed up promising results. However, models generated through deep feedforward showed up the best global results, being that those with the DBSCAN-Clustering-based approach highlight from the other ones.A descoberta de novos fármacos é custosa, tanto financeiramente como em tempo. Para tratar essa questão, o processo de Desenho Racional de Fármacos investiga a interação entre moléculas receptoras e ligantes candidatos a fármacos. Por meio de experimentos de simulação de docagem molecular é possível avaliar a qualidade da ligação entre essas moléculas. Para simular a flexibilidade do receptor, podem ser executados simulações de dinâmica molecular, onde a proteína é representada por uma conformação distinta em cada instante de tempo. Assim, os experimentos de docagem molecular podem ser executados sobre essas diferentes conformações. Diversas técnicas de aprendizagem de máquina podem ser utilizadas para minerar esses dados. Esta dissertação apresenta uma abordagem para redes neurais deep learning que utiliza como dados de entrada diferentes conformações de uma proteína, geradas por meio de simulações de dinâmica molecular. Essas conformações são descritas em termos das coordenadas tridimensionais dos átomos que a compõem, rotuladas por um atributo alvo FEB (Free Energy of Binding), que relaciona a interação entre a conformação do receptor e o ligante em experimentos de docagem molecular. Nas abordagens de deep learning propostas neste trabalho, são considerados como entrada tanto esses dados brutos, como são considerados uma abordagem que utiliza resultados agrupamento de dados para gerar um bloco com intervalos ideais para cada átomo, em vez dos dados brutos. Essas propostas são implementadas em termos de redes neurais deep feedforward e convolucional. As estratégias são comparadas com redes neurais com a mesma arquitetura, sem o uso dos blocos. Para ambas arquiteturas, a estratégia de utilizar os blocos gerados por agrupamento mostrou resultados promissores. Entretanto os modelos gerados a partir da arquitetura deep feedforward apresentam os melhores resultados globais, sendo que aqueles com abordagem de agrupamento por DBSCAN destacam-se frente às outras duas abordagens.Universidade Federal de Santa MariaBrasilCiência da ComputaçãoUFSMPrograma de Pós-Graduação em Ciência da ComputaçãoCentro de TecnologiaWinck, Ana Trindadehttp://lattes.cnpq.br/5075974938483862Machado, Karina dos Santoshttp://lattes.cnpq.br/3528633359332021Silva, Luís Alvaro de Limahttp://lattes.cnpq.br/8066370508832550Silva, Raphael Giordano do Nascimento e2019-05-20T12:04:16Z2019-05-20T12:04:16Z2018-08-27info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/16579ark:/26339/00130000076zvporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2019-05-21T06:00:43Zoai:repositorio.ufsm.br:1/16579Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2019-05-21T06:00:43Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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