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2018 年度 実績報告書

深層学習を用いた化合物とタンパク質の表現学習と創薬への応用

研究課題

研究課題/領域番号 17H07392
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

椿 真史  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 研究員 (80803874)

研究期間 (年度) 2017-08-25 – 2019-03-31
キーワード創薬 / 機械学習 / 深層学習 / 人工知能
研究実績の概要

機械学習手法の中でも近年、画像処理や言語処理で大きな成功を収めている深層学習を、創薬研究に応用する研究を行った。計算機を用いた創薬の応用としては主に、薬剤と生体内のタンパク質の相互作用を、大量の薬剤候補から高速かつ高精度にスクリーニングすることが重要である。この予測を、深層学習で行うのが目標である。しかしながら、画像処理や言語処理におけるデータとは違い、創薬では薬剤とタンパク質という異なる構造を持つ2つデータを同時に扱う必要があり、これらを柔軟に扱う深層学習の手法を新たに開発する必要がある。そこで、グラフ構造と配列構造の2つの深層学習手法を組み合わせて、高精度かつ高速な薬剤スクリーニング手法を開発した。この成果は、バイオインフォマティクス分野の国際ジャーナルであるBioinformaticsに採択された。同時に、開発したソフトウエアを一般に公開した。さらに、この成果を基に、製薬会社などの企業、大学、研究機関の集まる創薬インフォマティクス研究会において、講演を行った。この講演と、開発・公開したソフトウエアをきっかけに、実際に製薬会社と共同研究を行うことになった。論文執筆時は、創薬のパブリックなベンチマークデータセットを用いて手法の評価を行うだけに留まっていたが、製薬会社では実データを用いてより実践的に手法の評価、さらにはそのアップデートが可能となると考えている。このように研究実績としては、基礎の部分である手法の考案から行い、論文採択とソフトウエアの公開、そしてそこから企業との共同研究という、産業応用までの一連の流れを作ることができた。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Quantitative estimation of properties from core-loss spectrum via neural network2019

    • 著者名/発表者名
      Shin Kiyohara, Masashi Tsubaki, Kunyen Liao, and Teruyasu Mizoguchi
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Materials

      巻: 1 ページ: 1,2

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Compound-protein Interaction Prediction with End-to-end Learning of Neural Networks for Graphs and Sequences2018

    • 著者名/発表者名
      Masashi Tsubaki, Kentaro Tomii, and Jun Sese
    • 雑誌名

      Bioinformatics

      巻: 35 ページ: 309-318

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fast and Accurate Molecular Property Prediction: Learning Atomic Interactions and Potentials with Neural Networks2018

    • 著者名/発表者名
      Masashi Tsubaki and Teruyasu Mizoguchi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 9 ページ: 5733-5741

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Mean-field theory of Graph Neural Networks in Graph Partitioning2018

    • 著者名/発表者名
      Tatsuro Kawamoto, Masashi Tsubaki, and Tomoyuki Obuchi
    • 雑誌名

      Advances in Neural Information Processing Systems

      巻: 1 ページ: 1,2

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 深層学習を用いた化合物とタンパク質の相互作用予測2018

    • 著者名/発表者名
      椿真史
    • 学会等名
      創薬インフォマティクス研究会
    • 招待講演
  • [備考] 化合物の薬剤活性予測ソフトウエア

    • URL

      https://github.com/masashitsubaki/GNN_molecules

  • [備考] 化合物とタンパク質の相互作用予測ソフトウエア

    • URL

      https://github.com/masashitsubaki/CPI_prediction

  • [備考] 化合物の立体構造データからの物性値予測ソフトウエア

    • URL

      https://github.com/masashitsubaki/QuantumGNN_molecules

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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