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Enregistrement W4412163782 · doi:10.1158/1557-3265.aimachine-a016

Abstract A016: A computational chemistry and AI-driven framework for structure-based drug design informed by underlying factors of mutation-induced drug resistance: A study of KRAS

2025· article· en· W4412163782 sur OpenAlexaboutno aff
Katarzyna Mizgalska, Denis Imbody, Eric B. Haura, Wayne C. Guida, Aleksandra Karolak

Notice bibliographique

RevueClinical Cancer Research · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueComputational Drug Discovery Methods
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésDrugDrug resistanceKRASMutationPharmacologyComputational biologyMedicineChemistryCancer researchGeneticsBiologyGene

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Mutation-induced drug resistance is a major obstacle in effective cancer treatment. We present a framework that integrates computational chemistry and AI for structure-based drug design targeting drug resistant mutations. To demonstrate the application of our framework, we use Kirsten Rat Sarcoma (KRAS) oncogene as a proof of concept. KRAS is one of the most mutated oncogenes in pancreatic, colorectal, and lung cancers. Mutations in KRAS cause its prolonged activation and excessive cell growth. While the primary mutant KRAS G12C responds to approved covalent inhibitors, several secondary mutations in the binding site (e.g., G12C/Y96C, G12C/Y96S, G12C/Y96D) lead to drug resistance. To understand conformational differences between treatment-sensitive and treatment-resistant populations and to enable structure-based drug design, we conducted molecular dynamics simulations on several drug-free KRAS mutants. Each simulation was performed in triplicate, and trajectory clustering was applied to extract the most populated conformations. Molecular features were calculated for the representative structures. The resulting data were analyzed using three supervised machine learning (ML) models: logistic regression, random forest, and support vector machine. Distinct structural differences in protein dynamics were observed between the two groups, particularly in the switch II binding site region, where covalent inhibitors bind. Variations were detected in residue conformations and the spatial arrangement of molecular features such as hydrogen bond donors and acceptors, as well as aromatic and aliphatic groups. Using ML, we identified that the molecular features of the most populated protein conformations differed significantly between treatment-sensitive and treatment-resistant systems. Notably, solvent exposure and conformational flexibility of residues G10, E62, and H95 within the switch II binding site emerged as the most predictive features of treatment sensitivity, alongside other features such as Lennard-Jones 1-4 energy and backbone mean square displacement. Given these differences, pharmacophores describing the physicochemical and spatial properties of switch II binding site conformations have been extracted for resistant and sensitive systems and will serve as input conditions for generative molecular design. To achieve that, we will utilize existing string- and graph-based generative ML models to design ligands within the binding site of the target. In this approach, the protein binding pocket will be represented by the coordinates of the pharmacophore, guiding the construction of molecular graphs for ligands. Generative ML applied to structure-based drug design will enable the discovery of potential bioactive compounds at an increased rate by accessing vast chemical space. Incorporating protein dynamics into this process provides deeper insights into mutation-induced drug resistance by revealing critical molecular determinants. These insights are essential for guiding the design of selective small molecules against difficult-to-target proteins. Citation Format: Katarzyna Mizgalska, Denis J. Imbody, Eric B. Haura, Wayne C. Guida, Aleksandra Karolak. A computational chemistry and AI-driven framework for structure-based drug design informed by underlying factors of mutation-induced drug resistance: A study of KRAS [abstract]. In: Proceedings of the AACR Special Conference in Cancer Research: Artificial Intelligence and Machine Learning; 2025 Jul 10-12; Montreal, QC, Canada. Philadelphia (PA): AACR; Clin Cancer Res 2025;31(13_Suppl):Abstract nr A016.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,015

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0050,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,233
Tête enseignante GPT0,547
Écart entre enseignants0,314 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
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