KR20230033562A - Classification method for predicting kinase binding ability of atoms in chemical structures - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 화합물의 결합여부 예측 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는, 화합물의 각 원자와 키나아제의 결합여부를 예측하기 위한 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a method for predicting whether a compound binds, and more specifically, to a method for predicting whether each atom of a compound binds to a kinase.
키나아제(kinase)는 ATP의 γ-인산염(γ-phosphate)을 타단백질에 전달하여 세포성장, 세포사멸, 염증, 및 대사 등에 관련된 세포신호전달을 매개하는 단백질(효소)로써, 항암 치료제 개발을 위해서 고려해야 할 주요 표적단백질이다. 키나아제 표적항암제 개발을 위해서는 해당 표적 키나아제를 선택적으로 억제하는 동시에, 기존의 알려진 키나아제 결합 화합물과 차별적인 구조를 가지도록 디자인해야 한다. 이때, 상기 신규 키나아제 결합 화합물의 차별성은 키나아제 활성부위(active site)의 힌지(hinge) 영역에 결합하는 모체(scaffold)구조에 의해서 결정이 된다. 예컨대, 문지기(gk: gate keeper)의 아미노산 잔기로부터 첫번째(gk+1)와 세번째(gk+3) 떨어진 아미노산 잔기의 백본(backbone)과의 수소결합이 키나아제 결합의 주요한 상호작용이 된다.Kinase is a protein (enzyme) that mediates cell signal transmission related to cell growth, cell death, inflammation, and metabolism by transferring γ-phosphate of ATP to other proteins. These are the main target proteins to be considered. In order to develop a kinase-targeted anti-cancer drug, it is necessary to selectively inhibit the target kinase and at the same time design it to have a structure different from known kinase-binding compounds. At this time, the differentiation of the novel kinase-binding compound is determined by the scaffold structure that binds to the hinge region of the kinase active site. For example, hydrogen bonds with the backbone of the first (gk+1) and third (gk+3) amino acid residues from the gate keeper (gk) amino acid residue become the main interaction of kinase binding.
또한, 키나아제 결합 화합물의 모체 구조는 언급한 주요 수소 결합을 형성하는 동시에 키나아제 활성부위 내부에서의 입체 상보성(steric complementarity)를 반영하도록 설계되어야 한다.In addition, the parent structure of the kinase binding compound should be designed to reflect the steric complementarity inside the kinase active site while forming the main hydrogen bonds mentioned above.
따라서, 신규 구조의 키나아제 결합 화합물은 국소적인 수소결합 형성 여부를 비롯하여, 수소결합 지점 주변의 화학적 구조에 의해서 키나아제와 입체 장애를 고려하여 설계되어야 한다.Therefore, a kinase-binding compound with a novel structure should be designed in consideration of steric hindrance with the kinase by the chemical structure around the hydrogen bonding site, including whether or not local hydrogen bonds are formed.
본 개시는 화합물의 키나아제 활성부위의 힌지에 대한 결합 가능성을 판단하는 것을 해결과제로 한다.The present disclosure aims to determine the binding potential of the kinase active site of a compound to the hinge.
본 개시의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 개시의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 개시의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 개시의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The purpose of the present disclosure is not limited to the above-mentioned purpose, and other objects and advantages of the present disclosure not mentioned above can be understood by the following description and will be more clearly understood by the embodiments of the present disclosure. Further, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present disclosure may be realized by means of the instrumentalities and combinations indicated in the claims.
전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 실시예에 따라, 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 결합여부 예측 방법이 개시된다. 상기 방법은, 화합물(compound)의 화학적 구조에 기초하여 상기 화합물의 각 원자의 주변환경 정보를 나타내는 특징 벡터를 생성하는 단계; 및 상기 특징 벡터를 기초로 상기 화합물의 각 원자와 키나아제의 힌지(hinge) 영역과의 결합여부를 분류하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure for realizing the above object, a combination prediction method including at least one processor is disclosed. The method may include generating a feature vector representing environmental information of each atom of the compound based on the chemical structure of the compound; and classifying whether each atom of the compound binds to a hinge region of the kinase based on the feature vector.
대안적 실시예에서, 상기 특징 벡터를 생성하는 단계는, 원자중심 대칭함수를 사용하여 상기 화합물의 각각의 원자와 주변 원자들의 공간적 분포를 표현하는 특징 벡터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.In an alternative embodiment, the generating of the feature vector may include generating a feature vector expressing a spatial distribution of each atom of the compound and surrounding atoms using an atomic center symmetry function.
대안적 실시예에서, 상기 특징 벡터에 기초하여, 기계학습 분류모델을 사용해 상기 화합물의 각 원자와 키나아제의 힌지 영역 사이에 입체 장애(steric hindrance)가 발생하는지 여부를 분류하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.In an alternative embodiment, the method further comprises classifying whether steric hindrance occurs between each atom of the compound and the hinge region of the kinase using a machine learning classification model based on the feature vector. can
대안적 실시예에서, 상기 기계학습 분류모델은, PDB(protein data bank)를 기초하여 학습되고, 베이즈 방법(bayes rule)을 사용하여 하이퍼파라미터(hyperparameter) 최적화된 것일 수 있다.In an alternative embodiment, the machine learning classification model may be trained based on a protein data bank (PDB) and hyperparameter optimized using a Bayes rule.
대안적 실시예에서, 상기 특징 벡터를 생성하는 단계는, 상기 화합물을 기초로, GNN(graph neural network)을 사용하여 잠재 공간(latent space)상의 특징 벡터를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 결합여부를 분류하는 단계는, 상기 특징 벡터에 기초하여, GNN을 사용해 대응되는 화합물의 키나아제 결합여부를 분류하는 단계를 포함할 수 있다.In an alternative embodiment, the generating of the feature vector includes generating a feature vector on a latent space using a graph neural network (GNN) based on the compound, and whether the combination Classifying may include classifying whether a corresponding compound binds to a kinase using GNN based on the feature vector.
대안적 실시예에서, 상기 GNN은, PDB(protein data bank)를 기초하여 학습되고, 상기 PDB는: 각각의 원자간의 연결정보를 포함하는 2차원 그래프; 또는 각각의 원자간의 공간정보를 포함하는 3차원 그래프; 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an alternative embodiment, the GNN is trained based on a protein data bank (PDB), and the PDB includes: a two-dimensional graph including connection information between atoms; or a 3D graph including spatial information between atoms; may include at least one of them.
대안적 실시예에서, 상기 방법은, 상기 결합여부가 분류된 화합물을 소정의 기준으로 필터링(filtering)하여, 라이브러리(library)를 생성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.In an alternative embodiment, the method may further include generating a library by filtering the compounds whose binding properties are classified according to a predetermined criterion.
대안적 실시예에서, 상기 방법은, 상기 결합여부가 분류된 화합물을 기초로, 분자 생성 심층 학습(molecular generation deep learning)모델을 사용하여 손실값을 출력하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.In an alternative embodiment, the method may further include outputting a loss value using a molecular generation deep learning model based on the compounds classified as to whether or not they bind.
대안적 실시예에서, 상기 특징 벡터를 기초로 상기 화합물의 각 원자와 키나아제의 힌지(hinge) 영역과의 결합여부를 분류하는 단계는, 결합의 종류를 나타내는 클래스(class)별 예측값을 생성하는 단계; 및 상기 클래스별 예측값이 가장 높은 클래스에 기초하여 상기 각 원자와 키나아제의 힌지 영역 사이의 결합의 종류를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In an alternative embodiment, the step of classifying whether each atom of the compound binds to the hinge region of the kinase based on the feature vector generates a prediction value for each class indicating the type of binding ; and determining the type of binding between each atom and the hinge region of the kinase based on the class having the highest predicted value for each class.
대안적 실시예에서, 상기 클래스는, 상기 화합물 내의 각 원자에 대한: 문지기(gate keeper)에 해당하는 아미노산 잔기로부터 첫번째로 가까운 아미노산 잔기와의 수소결합여부를 나타내는 클래스; 또는 상기 문지기로부터 세번째로 가까운 아미노산 잔기와의 수소결합여부를 나타내는 클래스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an alternative embodiment, the class may include, for each atom in the compound: a class indicating whether or not a hydrogen bond with an amino acid residue first closest to an amino acid residue corresponding to a gate keeper; Alternatively, it may include at least one of classes indicating whether a hydrogen bond is present with an amino acid residue located third from the gatekeeper.
전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 실시예에 따라, 장치가 개시된다. 상기 장치는, 하나 이상의 코어를 포함하는 프로세서; 및 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 상기 프로세서는, 화합물(compound)의 화학적 구조에 기초하여 상기 화합물의 각 원자의 주변환경 정보가 포함된 특징 벡터를 생성하고, 그리고 상기 특징 벡터를 기초로 상기 화합물의 각 원자와 키나아제의 힌지(hinge) 영역과의 결합여부를 분류할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure for realizing the above object, an apparatus is disclosed. The device may include a processor including one or more cores; and memory. In addition, the processor generates a feature vector including environment information of each atom of the compound based on the chemical structure of the compound, and each atom of the compound and the hinge of the kinase based on the feature vector (hinge) It is possible to classify whether or not it is combined with the area.
전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 실시예에 따라, 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 개시된다. 상기 컴퓨터 프로그램은 결합여부 예측을 위한 동작들을 수행하게 하고, 상기 동작들은: 화합물(compound)의 화학적 구조에 기초하여 상기 화합물의 각 원자의 주변환경 정보가 포함된 특징 벡터를 생성하는 동작; 및 상기 특징 벡터를 기초로 상기 화합물의 각 원자와 키나아제의 힌지(hinge) 영역과의 결합여부를 분류하는 동작을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure for realizing the above object, a computer program stored in a computer readable storage medium is disclosed. The computer program performs operations for predicting whether or not to bind, and the operations include: generating a feature vector including information about the surrounding environment of each atom of the compound based on the chemical structure of the compound; and classifying whether each atom of the compound binds to a hinge region of the kinase based on the feature vector.
본 개시는 화합물의 키나아제 활성부위의 힌지에 대한 결합 가능성을 판단하여 키나아제 결합 화합물을 설계하기 위한 것으로, 키나아제 결합 화합물을 설계함에 있어, 국소적인 수소결합 형성 여부를 비롯하여, 수소결합 지점 주변의 화학적 구조에 의해서 키나아제와 입체 장애가 발생하지 않도록 화합물의 각 원자와 키나아제의 힌지 영역과의 결합여부를 분류하여 상기 결합여부를 예측할 수 있다.The present disclosure is to design a kinase-binding compound by determining the possibility of binding to a hinge of a kinase active site of a compound, and in designing a kinase-binding compound, the chemical structure around the hydrogen bonding point By classifying the binding between each atom of the compound and the hinge region of the kinase so that steric hindrance does not occur with the kinase, the binding can be predicted.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 결합여부를 예측하기 위한 컴퓨팅 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예를 설명하기 앞서, 화합물의 키나아제 힌지 영역과 입체 장애 현상을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 네트워크 함수를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따라 화합물의 각 원자와 키나아제의 힌지 영역과의 결합여부를 예측하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따라 프로세서가 기계학습 분류모델을 사용하여 결합여부를 예측하는 방법을 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따라 프로세서가 GNN을 사용하여 결합여부를 예측하는 방법을 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따라 결합여부가 분류된 화합물을 기초로 라이브러리를 생성하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 개시의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 환경에 대한 간략하고 일반적인 개략도이다.1 is a block diagram of a computing device for predicting whether to combine according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 2 is a schematic diagram for explaining the kinase hinge region and steric hindrance of a compound prior to describing an embodiment of the present disclosure.
3 is a schematic diagram illustrating a network function according to an embodiment of the present disclosure.
4 is a flowchart illustrating a method of predicting whether each atom of a compound is bound to a hinge region of a kinase according to an embodiment of the present disclosure.
5 is a schematic diagram illustrating a method in which a processor predicts whether to combine using a machine learning classification model according to an embodiment of the present disclosure.
6 is a schematic diagram illustrating a method in which a processor predicts whether to combine using a GNN according to an embodiment of the present disclosure.
7 is a flowchart illustrating a method for generating a library based on compounds whose binding properties are classified according to an embodiment of the present disclosure.
8 is a simplified and general schematic diagram of an exemplary computing environment in which embodiments of the present disclosure may be implemented.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명된다. 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 개시의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나, 이러한 실시예들은 이러한 구체적인 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다.Various embodiments are now described with reference to the drawings. In this specification, various descriptions are presented to provide an understanding of the present disclosure. However, it is apparent that these embodiments may be practiced without these specific details.
본 명세서에서 사용되는 용어 "컴포넌트", "모듈", "시스템" 등은 컴퓨터-관련 엔티티, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 소프트웨어 및 하드웨어의 조합, 또는 소프트웨어의 실행을 지칭한다. 예를 들어, 컴포넌트는 프로세서상에서 실행되는 처리과정(procedure), 프로세서, 객체, 실행 스레드, 프로그램, 및/또는 컴퓨터일 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치에서 실행되는 애플리케이션 및 컴퓨팅 장치 모두 컴포넌트일 수 있다. 하나 이상의 컴포넌트는 프로세서 및/또는 실행 스레드 내에 상주할 수 있다. 일 컴포넌트는 하나의 컴퓨터 내에 로컬화 될 수 있다. 일 컴포넌트는 2개 이상의 컴퓨터들 사이에 분배될 수 있다. 또한, 이러한 컴포넌트들은 그 내부에 저장된 다양한 데이터 구조들을 갖는 다양한 컴퓨터 판독가능한 매체로부터 실행할 수 있다. 컴포넌트들은 예를 들어 하나 이상의 데이터 패킷들을 갖는 신호(예를 들면, 로컬 시스템, 분산 시스템에서 다른 컴포넌트와 상호작용하는 하나의 컴포넌트로부터의 데이터 및/또는 신호를 통해 다른 시스템과 인터넷과 같은 네트워크를 통해 전송되는 데이터)에 따라 로컬 및/또는 원격 처리들을 통해 통신할 수 있다.The terms “component,” “module,” “system,” and the like, as used herein, refer to a computer-related entity, hardware, firmware, software, a combination of software and hardware, or an execution of software. For example, a component may be, but is not limited to, a procedure, processor, object, thread of execution, program, and/or computer running on a processor. For example, both an application running on a computing device and a computing device may be components. One or more components may reside within a processor and/or thread of execution. A component can be localized within a single computer. A component may be distributed between two or more computers. Also, these components can execute from various computer readable media having various data structures stored thereon. Components may be connected, for example, via signals with one or more packets of data (e.g., data and/or signals from one component interacting with another component in a local system, distributed system) to other systems and over a network such as the Internet. data being transmitted) may communicate via local and/or remote processes.
더불어, 용어 "또는"은 배타적 "또는"이 아니라 내포적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 달리 특정되지 않거나 문맥상 명확하지 않은 경우에, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 이용하거나; X가 B를 이용하거나; 또는 X가 A 및 B 모두를 이용하는 경우, "X는 A 또는 B를 이용한다"가 이들 경우들 어느 것으로도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, the term “or” is intended to mean an inclusive “or” rather than an exclusive “or”. That is, unless otherwise specified or clear from the context, “X employs A or B” is intended to mean one of the natural inclusive substitutions. That is, X uses A; X uses B; Or, if X uses both A and B, "X uses either A or B" may apply to either of these cases. Also, the term "and/or" as used herein should be understood to refer to and include all possible combinations of one or more of the listed related items.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 다만, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 달리 특정되지 않거나 단수 형태를 지시하는 것으로 문맥상 명확하지 않은 경우에, 본 명세서와 청구범위에서 단수는 일반적으로 "하나 또는 그 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, the terms "comprises" and/or "comprising" should be understood to mean that the features and/or components are present. However, it should be understood that the terms "comprises" and/or "comprising" do not exclude the presence or addition of one or more other features, elements, and/or groups thereof. Also, unless otherwise specified or where the context clearly indicates that a singular form is indicated, the singular in this specification and claims should generally be construed to mean "one or more".
그리고, "A 또는 B 중 적어도 하나"이라는 용어는, "A만을 포함하는 경우", "B 만을 포함하는 경우" "A와 B의 구성으로 조합된 경우"를 의미하는 것으로 해석되어야 한다.In addition, the term “at least one of A or B” should be interpreted as meaning “when only A is included”, “when only B is included” and “when A and B are combined”.
통상의 기술자들은 추가적으로 여기서 개시된 실시예들과 관련되어 설명된 다양한 예시적 논리적 블록들, 구성들, 모듈들, 회로들, 수단들, 로직들, 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 양쪽 모두의 조합들로 구현될 수 있음을 인식해야 한다. 하드웨어 및 소프트웨어의 상호교환성을 명백하게 예시하기 위해, 다양한 예시적 컴포넌트들, 블록들, 구성들, 수단들, 로직들, 모듈들, 회로들, 및 단계들은 그들의 기능성 측면에서 일반적으로 위에서 설명되었다. 그러한 기능성이 하드웨어로 또는 소프트웨어로서 구현되는지 여부는 전반적인 시스템에 부과된 특정 어플리케이션(application) 및 설계 제한들에 달려 있다. 숙련된 기술자들은 각각의 특정 어플리케이션들을 위해 다양한 방법들로 설명된 기능성을 구현할 수 있다. 다만, 그러한 구현의 결정들이 본 개시내용의 영역을 벗어나게 하는 것으로 해석되어서는 안 된다.Skilled artisans will further understand that the various illustrative logical blocks, components, modules, circuits, means, logics, and algorithm steps described in connection with the embodiments disclosed herein may be implemented in electronic hardware, computer software, or both. It should be recognized that it can be implemented with combinations of To clearly illustrate the interchangeability of hardware and software, various illustrative components, blocks, configurations, means, logics, modules, circuits, and steps have been described above generally in terms of their functionality. Whether such functionality is implemented in hardware or as software depends on the particular application and design constraints imposed on the overall system. Skilled artisans may implement the described functionality in varying ways for each particular application. However, such implementation decisions should not be interpreted as causing a departure from the scope of this disclosure.
제시된 실시예들에 대한 설명은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 개시는 여기에 제시된 실시예 들로 한정되는 것이 아니다. 본 개시는 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present disclosure. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art of this disclosure. The general principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of this disclosure. Thus, the present disclosure is not limited to the embodiments presented herein. This disclosure is to be interpreted in the widest light consistent with the principles and novel features presented herein.
본 개시에서 네트워크 함수와 인공 신경망 및 뉴럴 네트워크(neural network)는 상호교환 가능하게 사용될 수 있다.In the present disclosure, network functions, artificial neural networks, and neural networks may be used interchangeably.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 결합여부를 예측하기 위한 컴퓨팅 장치의 블록 구성도이다.1 is a block diagram of a computing device for predicting whether to combine according to an embodiment of the present disclosure.
도 1에 도시된 컴퓨팅 장치(100)의 구성은 간략화 하여 나타낸 예시일 뿐이다. 본 개시의 일 실시예에서 컴퓨팅 장치(100)는 컴퓨팅 장치(100)의 컴퓨팅 환경을 수행하기 위한 다른 구성들이 포함될 수 있고, 개시된 구성들 중 일부만이 컴퓨팅 장치(100)를 구성할 수도 있다.The configuration of the
컴퓨팅 장치(100)는 프로세서(110), 메모리(130), 네트워크부(150)를 포함할 수 있다.The
프로세서(110)는 하나 이상의 코어로 구성될 수 있으며, 컴퓨팅 장치의 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 범용 그래픽 처리 장치 (GPGPU: general purpose graphics processing unit), 텐서 처리 장치(TPU: tensor processing unit) 등의 데이터 분석, 딥러닝을 위한 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서(110)는 메모리(130)에 저장된 컴퓨터 프로그램을 판독하여 본 개시의 일 실시예에 따른 기계 학습을 위한 데이터 처리를 수행할 수 있다. 본 개시의 일실시예에 따라 프로세서(110)는 신경망의 학습을 위한 연산을 수행할 수 있다. 프로세서(110)는 딥러닝(DL: deep learning)에서 학습을 위한 입력 데이터의 처리, 입력 데이터에서의 피처 추출, 오차 계산, 역전파(backpropagation)를 이용한 신경망의 가중치 업데이트 등의 신경망의 학습을 위한 계산을 수행할 수 있다. 프로세서(110)의 CPU, GPGPU, 및 TPU 중 적어도 하나가 네트워크 함수의 학습을 처리할 수 있다. 예를 들어, CPU 와 GPGPU가 함께 네트워크 함수의 학습, 네트워크 함수를 이용한 데이터 분류를 처리할 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시예에서 복수의 컴퓨팅 장치의 프로세서를 함께 사용하여 네트워크 함수의 학습, 네트워크 함수를 이용한 데이터 분류를 처리할 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치에서 수행되는 컴퓨터 프로그램은 CPU, GPGPU 또는 TPU 실행가능 프로그램일 수 있다.The
본 개시의 일 실시예에 따르면, 메모리(130)는 프로세서(110)가 생성하거나 결정한 임의의 형태의 정보 및 네트워크부(150)가 수신한 임의의 형태의 정보를 저장할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the
본 개시의 일 실시예에 따르면, 메모리(130)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(100)는 인터넷(internet) 상에서 상기 메모리(130)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작할 수도 있다. 전술한 메모리에 대한 기재는 예시일 뿐, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.According to an embodiment of the present disclosure, the
본 개시의 일 실시예에 따른 네트워크부(150)는 공중전화 교환망(PSTN: Public Switched Telephone Network), xDSL(x Digital Subscriber Line), RADSL(Rate Adaptive DSL), MDSL(Multi Rate DSL), VDSL(Very High Speed DSL), UADSL(Universal Asymmetric DSL), HDSL(High Bit Rate DSL) 및 근거리 통신망(LAN) 등과 같은 다양한 유선 통신 시스템들을 사용할 수 있다. The network unit 150 according to an embodiment of the present disclosure includes a Public Switched Telephone Network (PSTN), x Digital Subscriber Line (xDSL), Rate Adaptive DSL (RADSL), Multi Rate DSL (MDSL), and VDSL ( Various wired communication systems such as Very High Speed DSL), Universal Asymmetric DSL (UADSL), High Bit Rate DSL (HDSL), and Local Area Network (LAN) may be used.
또한, 본 명세서에서 제시되는 네트워크부(150)는 CDMA(Code Division Multi Access), TDMA(Time Division Multi Access), FDMA(Frequency Division Multi Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multi Access), SC-FDMA(Single Carrier-FDMA) 및 다른 시스템들과 같은 다양한 무선 통신 시스템들을 사용할 수 있다.In addition, the network unit 150 presented in this specification includes Code Division Multi Access (CDMA), Time Division Multi Access (TDMA), Frequency Division Multi Access (FDMA), Orthogonal Frequency Division Multi Access (OFDMA), SC-FDMA ( Single Carrier-FDMA) and other systems.
본 개시에서 네트워크부(150)는 유선 및 무선 등과 같은 그 통신 양태를 가리지 않고 구성될 수 있으며, 단거리 통신망(PAN: Personal Area Network), 근거리 통신망(WAN: Wide Area Network) 등 다양한 통신망으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 네트워크는 공지의 월드와이드웹(WWW: World Wide Web)일 수 있으며, 적외선(IrDA: Infrared Data Association) 또는 블루투스(Bluetooth)와 같이 단거리 통신에 이용되는 무선 전송 기술을 이용할 수도 있다. 본 명세서에서 설명된 기술들은 위에서 언급된 다른 네트워크들 에서도 사용될 수 있다.In the present disclosure, the network unit 150 may be configured regardless of its communication mode, such as wired and wireless, and may be configured with various communication networks such as a personal area network (PAN) and a wide area network (WAN). can In addition, the network may be the known World Wide Web (WWW), or may use a wireless transmission technology used for short-range communication, such as Infrared Data Association (IrDA) or Bluetooth. The techniques described herein may also be used in other networks mentioned above.
도 2는 본 개시의 일 실시예를 설명하기 앞서, 화합물의 키나아제 힌지 영역과 입체 장애 현상을 설명하기 위한 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram for explaining the kinase hinge region and steric hindrance of a compound prior to describing an embodiment of the present disclosure.
본 개시의 실시예들을 설명하기 위한 용어의 개념들을 도 2를 참조하여 설명한다.Concepts of terms for describing embodiments of the present disclosure will be described with reference to FIG. 2 .
키나아제(kinase)는 ATP의 감마 인산을 타단백질에 전달하여 세포성장, 세포사멸, 염증, 및 대사 등에 관련된 세포의 신호전달을 매개하는 단백질(효소)로써, 항암 치료제 개발을 위해서 고려해야 할 주요 표적단백질이다. 키나아제 표적항암제 개발을 위해서는 해당 표적 키나아제를 선택적으로 억제하는 동시에, 기존의 알려진 키나아제 결합 화합물(compound)과 차별적인 구조를 가지도록 디자인해야 한다. 이때, 신규 키나아제 결합 화합물의 차별성은 키나아제 활성부위(active site)의 힌지(hinge) 영역에 결합하는 모체(scaffold)구조에 의해서 결정이 된다.Kinase is a protein (enzyme) that mediates cell signal transmission related to cell growth, apoptosis, inflammation, and metabolism by transferring gamma phosphate of ATP to other proteins. It is a major target protein to be considered for the development of anticancer drugs am. In order to develop a kinase-targeted anti-cancer drug, it is necessary to selectively inhibit the target kinase and at the same time design it to have a structure different from known kinase-binding compounds. At this time, the differentiation of the novel kinase-binding compound is determined by the scaffold structure that binds to the hinge region of the kinase active site.
도 2를 통해 표현된 화학구조는 만성 골수성 백혈병의 치료 약제로 사용되는 보수티닙(bosutinib)의 화학구조를 표현한 것으로, 힌지 결합 부위(200), 및 모체(scaffold)(201)으로 구성된다. 이때, 상기 모체(201)는 수소 결합된 것이고, 힌지 결합 부위(200)는 모체와 수소결합이 가능할 수 있다. (본 개시에서 사용되는 용어인 입체 장애는, 키나아제와 결합되는 화합물의 입체적 구조와 키나아제의 입체적 구조 사이에 충돌이 발생하여 서로 결합하기 어렵게 되는 것을 의미한다.)The chemical structure shown in FIG. 2 represents the chemical structure of bosutinib used as a treatment drug for chronic myelogenous leukemia, and is composed of a
이때, 상기 수소결합은 수소와 산소 또는 수소와 질소 사이의 정전기적 인력에 의해 발생하므로, 화합물과 키나아제의 결합에 있어, 주변 이온의 인력에 대한 영향과 분자의 입체 구조로 인한 반응성 변화에 따라 입체 장애가 발생할 수 있다.At this time, since the hydrogen bond is generated by the electrostatic attraction between hydrogen and oxygen or hydrogen and nitrogen, in the binding of the compound and kinase, the effect on the attraction of surrounding ions and the change in reactivity due to the three-dimensional structure of the molecule are three-dimensional. Disruptions may occur.
또한, 키나아제 활성부위의 힌지에서는 문지기(gate keeper, gk)에 해당하는 아미노산 잔기로부터 첫번째(gk+1)로 가까운 아미노산 잔기의 백본(backbone)과 세번째(gk+3)로 가까운 아미노산 잔기의 백본과의 수소결합이 키나아제 결합의 주요한 상호작용이 된다. 이때, 첫번째 백본의 펩티드 결합(peptide bond)에 포함된 산소, 세번째 백본의 펩티드 결합에 포함된 산소 또는 질소와 수소결합을 형성할 수 있는 모체구조를 포함하는 화학구조가 키나아제 결합 억제제의 기본적인 요건이다.In addition, in the hinge of the kinase active site, the backbone of the amino acid residue closest to the first (gk + 1) from the amino acid residue corresponding to the gate keeper (gk) and the backbone of the third (gk + 3) closest amino acid residue The hydrogen bond of is the main interaction of kinase bonds. At this time, a chemical structure including a parent structure capable of forming a hydrogen bond with oxygen or nitrogen contained in the peptide bond of the first backbone and the peptide bond of the third backbone is a basic requirement for a kinase binding inhibitor. .
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 네트워크 함수를 나타낸 개략도이다.3 is a schematic diagram illustrating a network function according to an embodiment of the present disclosure.
본 명세서에 걸쳐, 연산 모델, 신경망, 네트워크 함수, 뉴럴 네트워크(neural network)는 동일한 의미로 사용될 수 있다. 신경망은 일반적으로 노드라 지칭될 수 있는 상호 연결된 계산 단위들의 집합으로 구성될 수 있다. 이러한 노드들은 뉴런(neuron)들로 지칭될 수도 있다. 신경망은 적어도 하나 이상의 노드들을 포함하여 구성된다. 신경망들을 구성하는 노드(또는 뉴런)들은 하나 이상의 링크에 의해 상호 연결될 수 있다.Throughout this specification, computational model, neural network, network function, and neural network may be used interchangeably. A neural network may consist of a set of interconnected computational units, which may generally be referred to as nodes. These nodes may also be referred to as neurons. A neural network includes one or more nodes. Nodes (or neurons) constituting neural networks may be interconnected by one or more links.
신경망 내에서, 링크를 통해 연결된 하나 이상의 노드들은 상대적으로 입력 노드 및 출력 노드의 관계를 형성할 수 있다. 입력 노드 및 출력 노드의 개념은 상대적인 것으로서, 하나의 노드에 대하여 출력 노드 관계에 있는 임의의 노드는 다른 노드와의 관계에서 입력 노드 관계에 있을 수 있으며, 그 역도 성립할 수 있다. 상술한 바와 같이, 입력 노드 대 출력 노드 관계는 링크를 중심으로 생성될 수 있다. 하나의 입력 노드에 하나 이상의 출력 노드가 링크를 통해 연결될 수 있으며, 그 역도 성립할 수 있다.In a neural network, one or more nodes connected through a link may form a relative relationship of an input node and an output node. The concept of an input node and an output node is relative, and any node in an output node relationship with one node may have an input node relationship with another node, and vice versa. As described above, an input node to output node relationship may be created around a link. More than one output node can be connected to one input node through a link, and vice versa.
하나의 링크를 통해 연결된 입력 노드 및 출력 노드 관계에서, 출력 노드의 데이터는 입력 노드에 입력된 데이터에 기초하여 그 값이 결정될 수 있다. 여기서 입력 노드와 출력 노드를 상호 연결하는 링크는 가중치(weight)를 가질 수 있다. 가중치는 가변적일 수 있으며, 신경망이 원하는 기능을 수행하기 위해, 사용자 또는 알고리즘에 의해 가변 될 수 있다. 예를 들어, 하나의 출력 노드에 하나 이상의 입력 노드가 각각의 링크에 의해 상호 연결된 경우, 출력 노드는 상기 출력 노드와 연결된 입력 노드들에 입력된 값들 및 각각의 입력 노드들에 대응하는 링크에 설정된 가중치에 기초하여 출력 노드 값을 결정할 수 있다.In a relationship between an input node and an output node connected through one link, the value of data of the output node may be determined based on data input to the input node. Here, a link interconnecting an input node and an output node may have a weight. The weight may be variable, and may be changed by a user or an algorithm in order to perform a function desired by the neural network. For example, when one or more input nodes are interconnected by respective links to one output node, the output node is set to a link corresponding to values input to input nodes connected to the output node and respective input nodes. An output node value may be determined based on the weight.
상술한 바와 같이, 신경망은 하나 이상의 노드들이 하나 이상의 링크를 통해 상호 연결되어 신경망 내에서 입력 노드 및 출력 노드 관계를 형성한다. 신경망 내에서 노드들과 링크들의 개수 및 노드들과 링크들 사이의 연관관계, 링크들 각각에 부여된 가중치의 값에 따라, 신경망의 특성이 결정될 수 있다. 예를 들어, 동일한 개수의 노드 및 링크들이 존재하고, 링크들의 가중치 값이 상이한 두 신경망이 존재하는 경우, 두 개의 신경망들은 서로 상이한 것으로 인식될 수 있다.As described above, in the neural network, one or more nodes are interconnected through one or more links to form an input node and output node relationship in the neural network. Characteristics of the neural network may be determined according to the number of nodes and links in the neural network, an association between the nodes and links, and a weight value assigned to each link. For example, when there are two neural networks having the same number of nodes and links and different weight values of the links, the two neural networks may be recognized as different from each other.
신경망은 하나 이상의 노드들의 집합으로 구성될 수 있다. 신경망을 구성하는 노드들의 부분 집합은 레이어(layer)를 구성할 수 있다. 신경망을 구성하는 노드들 중 일부는, 최초 입력 노드로부터의 거리들에 기초하여, 하나의 레이어(layer)를 구성할 수 있다. 예를 들어, 최초 입력 노드로부터 거리가 n인 노드들의 집합은, n 레이어를 구성할 수 있다. 최초 입력 노드로부터 거리는, 최초 입력 노드로부터 해당 노드까지 도달하기 위해 거쳐야 하는 링크들의 최소 개수에 의해 정의될 수 있다. 그러나, 이러한 레이어의 정의는 설명을 위한 임의적인 것으로서, 신경망 내에서 레이어의 차수는 상술한 것과 상이한 방법으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 노드들의 레이어는 최종 출력 노드로부터 거리에 의해 정의될 수도 있다.A neural network may be composed of a set of one or more nodes. A subset of nodes constituting a neural network may constitute a layer. Some of the nodes constituting the neural network may form one layer based on distances from the first input node. For example, a set of nodes having a distance of n from the first input node may constitute n layers. The distance from the first input node may be defined by the minimum number of links that must be passed through to reach the corresponding node from the first input node. However, the definition of such a layer is arbitrary for explanation, and the order of a layer in a neural network may be defined in a method different from the above. For example, a layer of nodes may be defined by a distance from a final output node.
최초 입력 노드는 신경망 내의 노드들 중 다른 노드들과의 관계에서 링크를 거치지 않고 데이터가 직접 입력되는 하나 이상의 노드들을 의미할 수 있다. 또는, 신경망 네트워크 내에서, 링크를 기준으로 한 노드 간의 관계에 있어서, 링크로 연결된 다른 입력 노드들을 가지지 않는 노드들을 의미할 수 있다. 이와 유사하게, 최종 출력 노드는 신경망 내의 노드들 중 다른 노드들과의 관계에서, 출력 노드를 가지지 않는 하나 이상의 노드들을 의미할 수 있다. 또한, 히든 노드는 최초 입력 노드 및 최후 출력 노드가 아닌 신경망을 구성하는 노드들을 의미할 수 있다.An initial input node may refer to one or more nodes to which data is directly input without going through a link in relation to other nodes among nodes in the neural network. Alternatively, in a relationship between nodes based on a link in a neural network, it may mean nodes that do not have other input nodes connected by a link. Similarly, the final output node may refer to one or more nodes that do not have an output node in relation to other nodes among nodes in the neural network. Also, the hidden node may refer to nodes constituting the neural network other than the first input node and the last output node.
딥 뉴럴 네트워크(DNN: deep neural network, 심층신경망)는 입력 레이어와 출력 레이어 외에 복수의 히든 레이어를 포함하는 신경망을 의미할 수 있다. 딥 뉴럴 네트워크를 이용하면 데이터의 잠재적인 구조(latent structures)를 파악할 수 있다. 즉, 사진, 글, 비디오, 음성, 음악의 잠재적인 구조(예를 들어, 어떤 물체가 사진에 있는지, 글의 내용과 감정이 무엇인지, 음성의 내용과 감정이 무엇인지 등)를 파악할 수 있다. 딥 뉴럴 네트워크는 컨볼루션 뉴럴 네트워크(CNN: convolutional neural network), 리커런트 뉴럴 네트워크(RNN: recurrent neural network), 오토 인코더(auto encoder), GAN(Generative Adversarial Networks), 제한 볼츠만 머신(RBM: restricted boltzmann machine), 심층 신뢰 네트워크(DBN: deep belief network), Q 네트워크, U 네트워크, 샴 네트워크, 적대적 생성 네트워크(GAN: Generative Adversarial Network), 및 그래프 기반 뉴럴 네트워크(GNN: Graph Neural Network) 등을 포함할 수 있다. 전술한 딥 뉴럴 네트워크의 기재는 예시일 뿐이며 본 개시는 이에 제한되지 않는다.A deep neural network (DNN) may refer to a neural network including a plurality of hidden layers in addition to an input layer and an output layer. Deep neural networks can reveal latent structures in data. In other words, it can identify the latent structure of a photo, text, video, sound, or music (e.g., what objects are in the photo, what the content and emotion of the text are, what the content and emotion of the audio are, etc.). . Deep neural networks include convolutional neural networks (CNNs), recurrent neural networks (RNNs), auto encoders, generative adversarial networks (GANs), and restricted boltzmann machines (RBMs). machine), deep belief network (DBN), Q network, U network, Siamese network, Generative Adversarial Network (GAN), and Graph Neural Network (GNN). can The description of the deep neural network described above is only an example, and the present disclosure is not limited thereto.
뉴럴 네트워크는 교사 학습(supervised learning), 비교사 학습(unsupervised learning), 반교사학습(semi supervised learning), 또는 강화학습(reinforcement learning) 중 적어도 하나의 방식으로 학습될 수 있다. 뉴럴 네트워크의 학습은 뉴럴 네트워크가 특정한 동작을 수행하기 위한 지식을 뉴럴 네트워크에 적용하는 과정일 수 있다.The neural network may be trained using at least one of supervised learning, unsupervised learning, semi-supervised learning, and reinforcement learning. Learning of the neural network may be a process of applying knowledge for the neural network to perform a specific operation to the neural network.
뉴럴 네트워크는 출력의 오류를 최소화하는 방향으로 학습될 수 있다. 뉴럴 네트워크의 학습에서 반복적으로 학습데이터를 뉴럴 네트워크에 입력시키고 학습데이터에 대한 뉴럴 네트워크의 출력과 타겟의 에러를 계산하고, 에러를 줄이기 위한 방향으로 뉴럴 네트워크의 에러를 뉴럴 네트워크의 출력 레이어에서부터 입력 레이어 방향으로 역전파(backpropagation)하여 뉴럴 네트워크의 각 노드의 가중치를 업데이트 하는 과정이다. 교사 학습의 경우 각각의 학습데이터에 정답이 라벨링 되어있는 학습데이터를 사용하며(즉, 라벨링된 학습데이터), 비교사 학습의 경우는 각각의 학습데이터에 정답이 라벨링되어 있지 않을 수 있다. 즉, 예를 들어 데이터 분류에 관한 교사 학습의 경우의 학습데이터는 학습데이터 각각에 카테고리가 라벨링 된 데이터일 수 있다. 라벨링된 학습데이터가 뉴럴 네트워크에 입력되고, 뉴럴 네트워크의 출력(카테고리)과 학습데이터의 라벨을 비교함으로써 오류(error)가 계산될 수 있다. 다른 예로, 데이터 분류에 관한 비교사 학습의 경우 입력인 학습데이터가 뉴럴 네트워크 출력과 비교됨으로써 오류가 계산될 수 있다. 계산된 오류는 뉴럴 네트워크에서 역방향(즉, 출력 레이어에서 입력 레이어 방향)으로 역전파 되며, 역전파에 따라 뉴럴 네트워크의 각 레이어의 각 노드들의 연결 가중치가 업데이트 될 수 있다. 업데이트 되는 각 노드의 연결 가중치는 학습률(learning rate)에 따라 변화량이 결정될 수 있다. 입력 데이터에 대한 뉴럴 네트워크의 계산과 에러의 역전파는 학습 사이클(epoch)을 구성할 수 있다. 학습률은 뉴럴 네트워크의 학습 사이클의 반복 횟수에 따라 상이하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 뉴럴 네트워크의 학습 초기에는 높은 학습률을 사용하여 뉴럴 네트워크가 빠르게 일정 수준의 성능을 확보하도록 하여 효율성을 높이고, 학습 후기에는 낮은 학습률을 사용하여 정확도를 높일 수 있다.A neural network can be trained in a way that minimizes output errors. In learning the neural network, the learning data is repeatedly input into the neural network, the output of the neural network for the training data and the error of the target are calculated, and the error of the neural network is transferred from the output layer of the neural network to the input layer in the direction of reducing the error. It is a process of updating the weight of each node of the neural network by backpropagating in the same direction. In the case of teacher learning, the learning data in which the correct answer is labeled is used for each learning data (ie, the labeled learning data), and in the case of comparative teacher learning, the correct answer may not be labeled in each learning data. That is, for example, learning data in the case of teacher learning about data classification may be data in which each learning data is labeled with a category. Labeled training data is input to the neural network, and an error can be calculated by comparing the output (category) of the neural network and the label of the training data. As another example, in the case of comparative history learning for data classification, an error may be calculated by comparing input learning data with a neural network output. The calculated error is back-propagated in a reverse direction (ie, from the output layer to the input layer) in the neural network, and the connection weight of each node of each layer of the neural network may be updated according to the back-propagation. The amount of change in the connection weight of each updated node may be determined according to a learning rate. The neural network's computation of input data and backpropagation of errors can constitute a learning cycle (epoch). The learning rate may be applied differently according to the number of iterations of the learning cycle of the neural network. For example, a high learning rate may be used in the early stage of neural network training to increase efficiency by allowing the neural network to quickly obtain a certain level of performance, and a low learning rate may be used in the late stage to increase accuracy.
뉴럴 네트워크의 학습에서 일반적으로 학습데이터는 실제 데이터(즉, 학습된 뉴럴 네트워크를 이용하여 처리하고자 하는 데이터)의 부분집합일 수 있으며, 따라서, 학습데이터에 대한 오류는 감소하나 실제 데이터에 대해서는 오류가 증가하는 학습 사이클이 존재할 수 있다. 과적합(overfitting)은 이와 같이 학습데이터에 과하게 학습하여 실제 데이터에 대한 오류가 증가하는 현상이다. 예를 들어, 노란색 고양이를 보여 고양이를 학습한 뉴럴 네트워크가 노란색 이외의 고양이를 보고는 고양이임을 인식하지 못하는 현상이 과적합의 일종일 수 있다. 과적합은 머신러닝 알고리즘의 오류를 증가시키는 원인으로 작용할 수 있다. 이러한 과적합을 막기 위하여 다양한 최적화 방법이 사용될 수 있다. 과적합을 막기 위해서는 학습데이터를 증가시키거나, 레귤라이제이션(regularization), 학습의 과정에서 네트워크의 노드 일부를 비활성화하는 드롭아웃(dropout), 배치 정규화 레이어(batch normalization layer)의 활용 등의 방법이 적용될 수 있다.In neural network learning, generally, training data can be a subset of real data (ie, data to be processed using the trained neural network). Therefore, errors for training data are reduced, but errors for real data are reduced. There may be incremental learning cycles. Overfitting is a phenomenon in which errors on actual data increase due to excessive learning on training data. For example, a phenomenon in which a neural network that has learned a cat by showing a yellow cat does not recognize that it is a cat when it sees a cat other than yellow may be a type of overfitting. Overfitting can act as a cause of increasing the error of machine learning algorithms. Various optimization methods can be used to prevent such overfitting. To prevent overfitting, methods such as increasing the training data, regularization, inactivating some nodes in the network during the learning process, and using a batch normalization layer should be applied. can
본 개시의 일 실시예에 따라 데이터 구조를 저장한 컴퓨터 판독가능 매체가 개시된다.According to an embodiment of the present disclosure, a computer readable medium storing a data structure is disclosed.
데이터 구조는 데이터에 효율적인 접근 및 수정을 가능하게 하는 데이터의 조직, 관리, 저장을 의미할 수 있다. 데이터 구조는 특정 문제(예를 들어, 최단 시간으로 데이터 검색, 데이터 저장, 데이터 수정) 해결을 위한 데이터의 조직을 의미할 수 있다. 데이터 구조는 특정한 데이터 처리 기능을 지원하도록 설계된, 데이터 요소들 간의 물리적이거나 논리적인 관계로 정의될 수도 있다. 데이터 요소들 간의 논리적인 관계는 사용자 정의 데이터 요소들 간의 연결관계를 포함할 수 있다. 데이터 요소들 간의 물리적인 관계는 컴퓨터 판독가능 저장매체(예를 들어, 영구 저장 장치)에 물리적으로 저장되어 있는 데이터 요소들 간의 실제 관계를 포함할 수 있다. 데이터 구조는 구체적으로 데이터의 집합, 데이터 간의 관계, 데이터에 적용할 수 있는 함수 또는 명령어를 포함할 수 있다. 효과적으로 설계된 데이터 구조를 통해 컴퓨팅 장치는 컴퓨팅 장치의 자원을 최소한으로 사용하면서 연산을 수행할 수 있다. 구체적으로 컴퓨팅 장치는 효과적으로 설계된 데이터 구조를 통해 연산, 읽기, 삽입, 삭제, 비교, 교환, 검색의 효율성을 높일 수 있다.Data structure can refer to the organization, management, and storage of data that enables efficient access and modification of data. Data structure may refer to the organization of data to solve a specific problem (eg, data retrieval, data storage, data modification in the shortest time). A data structure may be defined as a physical or logical relationship between data elements designed to support a specific data processing function. A logical relationship between data elements may include a connection relationship between user-defined data elements. A physical relationship between data elements may include an actual relationship between data elements physically stored in a computer-readable storage medium (eg, a persistent storage device). The data structure may specifically include a set of data, a relationship between data, and a function or command applicable to the data. Through an effectively designed data structure, a computing device can perform calculations while using minimal resources of the computing device. Specifically, the computing device can increase the efficiency of operation, reading, insertion, deletion, comparison, exchange, and search through an effectively designed data structure.
데이터 구조는 데이터 구조의 형태에 따라 선형 데이터 구조와 비선형 데이터 구조로 구분될 수 있다. 선형 데이터 구조는 하나의 데이터 뒤에 하나의 데이터만이 연결되는 구조일 수 있다. 선형 데이터 구조는 리스트(List), 스택(Stack), 큐(Queue), 데크(Deque)를 포함할 수 있다. 리스트는 내부적으로 순서가 존재하는 일련의 데이터 집합을 의미할 수 있다. 리스트는 연결 리스트(Linked List)를 포함할 수 있다. 연결 리스트는 각각의 데이터가 포인터를 가지고 한 줄로 연결되어 있는 방식으로 데이터가 연결된 데이터 구조일 수 있다. 연결 리스트에서 포인터는 다음이나 이전 데이터와의 연결 정보를 포함할 수 있다. 연결 리스트는 형태에 따라 단일 연결 리스트, 이중 연결 리스트, 원형 연결 리스트로 표현될 수 있다. 스택은 제한적으로 데이터에 접근할 수 있는 데이터 나열 구조일 수 있다. 스택은 데이터 구조의 한 쪽 끝에서만 데이터를 처리(예를 들어, 삽입 또는 삭제)할 수 있는 선형 데이터 구조일 수 있다. 스택에 저장된 데이터는 늦게 들어갈수록 빨리 나오는 데이터 구조(LIFO-Last in First Out)일 수 있다. 큐는 제한적으로 데이터에 접근할 수 있는 데이터 나열 구조로서, 스택과 달리 늦게 저장된 데이터일수록 늦게 나오는 데이터 구조(FIFO-First in First Out)일 수 있다. 데크는 데이터 구조의 양 쪽 끝에서 데이터를 처리할 수 있는 데이터 구조일 수 있다.The data structure can be divided into a linear data structure and a non-linear data structure according to the shape of the data structure. A linear data structure may be a structure in which only one data is connected after one data. Linear data structures may include lists, stacks, queues, and decks. A list may refer to a series of data sets in which order exists internally. The list may include a linked list. A linked list may be a data structure in which data are connected in such a way that each data is connected in a single line with a pointer. In a linked list, a pointer can contain information about connection to the next or previous data. A linked list can be expressed as a singly linked list, a doubly linked list, or a circular linked list depending on the form. A stack can be a data enumeration structure that allows limited access to data. A stack can be a linear data structure in which data can be processed (eg, inserted or deleted) at only one end of the data structure. The data stored in the stack may be a LIFO-Last in First Out (Last in First Out) data structure. A queue is a data listing structure that allows limited access to data, and unlike a stack, it can be a data structure (FIFO-First in First Out) in which data stored later comes out later. A deck can be a data structure that can handle data from either end of the data structure.
비선형 데이터 구조는 하나의 데이터 뒤에 복수개의 데이터들이 연결되는 구조일 수 있다. 비선형 데이터 구조는 그래프(Graph) 데이터 구조를 포함할 수 있다. 그래프 데이터 구조는 정점(Vertex)과 간선(Edge)으로 정의될 수 있으며 간선은 서로 다른 두개의 정점을 연결하는 선을 포함할 수 있다. 그래프 데이터 구조 트리(Tree) 데이터 구조를 포함할 수 있다. 트리 데이터 구조는 트리에 포함된 복수개의 정점들 중에서 서로 다른 두개의 정점을 연결시키는 경로가 하나인 데이터 구조일 수 있다. 즉 그래프 데이터 구조에서 루프(loop)를 형성하지 않는 데이터 구조일 수 있다.The nonlinear data structure may be a structure in which a plurality of data are connected after one data. The non-linear data structure may include a graph data structure. A graph data structure can be defined as a vertex and an edge, and an edge can include a line connecting two different vertices. A graph data structure may include a tree data structure. The tree data structure may be a data structure in which one path connects two different vertices among a plurality of vertices included in the tree. That is, it may be a data structure that does not form a loop in a graph data structure.
본 명세서에 걸쳐, 연산 모델, 신경망, 네트워크 함수, 뉴럴 네트워크(neural network)는 동일한 의미로 사용될 수 있다. 이하에서는 신경망으로 통일하여 기술한다. 데이터 구조는 신경망을 포함할 수 있다. 그리고 신경망을 포함한 데이터 구조는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있다. 신경망을 포함한 데이터 구조는 신경망에 의한 처리를 위하여 전처리된 데이터, 신경망에 입력되는 데이터, 신경망의 가중치, 신경망의 하이퍼 파라미터, 신경망으로부터 획득한 데이터, 신경망의 각 노드 또는 레이어와 연관된 활성 함수, 신경망의 학습을 위한 손실 함수 등을 포함할 수 있다. 신경망을 포함한 데이터 구조는 상기 개시된 구성들 중 임의의 구성 요소들을 포함할 수 있다. 즉 신경망을 포함한 데이터 구조는 신경망에 의한 처리를 위하여 전처리된 데이터, 신경망에 입력되는 데이터, 신경망의 가중치, 신경망의 하이퍼 파라미터, 신경망으로부터 획득한 데이터, 신경망의 각 노드 또는 레이어와 연관된 활성 함수, 신경망의 학습을 위한 손실 함수 등 전부 또는 이들의 임의의 조합을 포함하여 구성될 수 있다. 전술한 구성들 이외에도, 신경망을 포함한 데이터 구조는 신경망의 특성을 결정하는 임의의 다른 정보를 포함할 수 있다. 또한, 데이터 구조는 신경망의 연산 과정에 사용되거나 발생되는 모든 형태의 데이터를 포함할 수 있으며 전술한 사항에 제한되는 것은 아니다. 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 판독가능 기록 매체 및/또는 컴퓨터 판독가능 전송 매체를 포함할 수 있다. 신경망은 일반적으로 노드라 지칭될 수 있는 상호 연결된 계산 단위들의 집합으로 구성될 수 있다. 이러한 노드들은 뉴런(neuron)들로 지칭될 수도 있다. 신경망은 적어도 하나 이상의 노드들을 포함하여 구성된다.Throughout this specification, computational model, neural network, network function, and neural network may be used interchangeably. Hereinafter, a neural network is unified and described. The data structure may include a neural network. And the data structure including the neural network may be stored in a computer readable medium. The data structure including the neural network includes preprocessed data for processing by the neural network, data input to the neural network, weights of the neural network, hyperparameters of the neural network, data acquired from the neural network, activation function associated with each node or layer of the neural network, and A loss function for learning may be included. A data structure including a neural network may include any of the components described above. That is, the data structure including the neural network includes preprocessed data for processing by the neural network, data input to the neural network, weights of the neural network, hyperparameters of the neural network, data obtained from the neural network, activation function associated with each node or layer of the neural network, and neural network. It may be configured to include all or any combination thereof, such as a loss function for learning of . In addition to the foregoing configurations, the data structure comprising the neural network may include any other information that determines the characteristics of the neural network. In addition, the data structure may include all types of data used or generated in the computational process of the neural network, but is not limited to the above. A computer readable medium may include a computer readable recording medium and/or a computer readable transmission medium. A neural network may consist of a set of interconnected computational units, which may generally be referred to as nodes. These nodes may also be referred to as neurons. A neural network includes one or more nodes.
데이터 구조는 신경망에 입력되는 데이터를 포함할 수 있다. 신경망에 입력되는 데이터를 포함하는 데이터 구조는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있다. 신경망에 입력되는 데이터는 신경망 학습 과정에서 입력되는 학습데이터 및/또는 학습이 완료된 신경망에 입력되는 입력 데이터를 포함할 수 있다. 신경망에 입력되는 데이터는 전처리(pre-processing)를 거친 데이터 및/또는 전처리 대상이 되는 데이터를 포함할 수 있다. 전처리는 데이터를 신경망에 입력시키기 위한 데이터 처리 과정을 포함할 수 있다. 따라서 데이터 구조는 전처리 대상이 되는 데이터 및 전처리로 발생되는 데이터를 포함할 수 있다. 전술한 데이터 구조는 예시일 뿐 본 개시는 이에 제한되지 않는다.The data structure may include data input to the neural network. A data structure including data input to the neural network may be stored in a computer readable medium. Data input to the neural network may include training data input during the neural network learning process and/or input data input to the neural network after learning has been completed. Data input to the neural network may include pre-processed data and/or data subject to pre-processing. Pre-processing may include a data processing process for inputting data to a neural network. Accordingly, the data structure may include data subject to pre-processing and data generated by pre-processing. The foregoing data structure is only an example, and the present disclosure is not limited thereto.
데이터 구조는 신경망의 가중치를 포함할 수 있다. (본 명세서에서 가중치, 파라미터는 동일한 의미로 사용될 수 있다.) 그리고 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있다. 신경망은 복수개의 가중치들을 포함할 수 있다. 가중치는 가변적일 수 있으며, 신경망이 원하는 기능을 수행하기 위해, 사용자 또는 알고리즘에 의해 가변 될 수 있다. 예를 들어, 하나의 출력 노드에 하나 이상의 입력 노드가 각각의 링크에 의해 상호 연결된 경우, 출력 노드는 상기 출력 노드와 연결된 입력 노드들에 입력된 값들 및 각각의 입력 노드들에 대응하는 링크에 설정된 가중치에 기초하여 출력 노드에서 출력되는 데이터 값을 결정할 수 있다. 전술한 데이터 구조는 예시일 뿐 본 개시는 이에 제한되지 않는다.The data structure may include the weights of the neural network. (In this specification, weights and parameters may be used in the same meaning.) Also, a data structure including weights of a neural network may be stored in a computer readable medium. A neural network may include a plurality of weights. The weight may be variable, and may be changed by a user or an algorithm in order to perform a function desired by the neural network. For example, when one or more input nodes are interconnected by respective links to one output node, the output node is set to a link corresponding to values input to input nodes connected to the output node and respective input nodes. A data value output from an output node may be determined based on the weight. The foregoing data structure is only an example, and the present disclosure is not limited thereto.
제한이 아닌 예로서, 가중치는 신경망 학습 과정에서 가변되는 가중치 및/또는 신경망 학습이 완료된 가중치를 포함할 수 있다. 신경망 학습 과정에서 가변되는 가중치는 학습 사이클이 시작되는 시점의 가중치 및/또는 학습 사이클 동안 가변되는 가중치를 포함할 수 있다. 신경망 학습이 완료된 가중치는 학습 사이클이 완료된 가중치를 포함할 수 있다. 따라서 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 신경망 학습 과정에서 가변되는 가중치 및/또는 신경망 학습이 완료된 가중치를 포함한 데이터 구조를 포함할 수 있다. 그러므로 상술한 가중치 및/또는 각 가중치의 조합은 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조에 포함되는 것으로 한다. 전술한 데이터 구조는 예시일 뿐 본 개시는 이에 제한되지 않는다.As a non-limiting example, the weights may include weights that are varied during neural network training and/or weights for which neural network training has been completed. The variable weight in the neural network learning process may include a weight at the time the learning cycle starts and/or a variable weight during the learning cycle. The weights for which neural network learning has been completed may include weights for which learning cycles have been completed. Accordingly, the data structure including the weights of the neural network may include a data structure including weights that are variable during the neural network learning process and/or weights for which neural network learning is completed. Therefore, it is assumed that the above-described weights and/or combinations of weights are included in the data structure including the weights of the neural network. The foregoing data structure is only an example, and the present disclosure is not limited thereto.
신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 직렬화(serialization) 과정을 거친 후 컴퓨터 판독가능 저장 매체(예를 들어, 메모리, 하드 디스크)에 저장될 수 있다. 직렬화는 데이터 구조를 동일하거나 다른 컴퓨팅 장치에 저장하고 나중에 다시 재구성하여 사용할 수 있는 형태로 변환하는 과정일 수 있다. 컴퓨팅 장치는 데이터 구조를 직렬화 하여 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 수 있다. 직렬화된 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 역직렬화(deserialization)를 통해 동일한 컴퓨팅 장치 또는 다른 컴퓨팅 장치에서 재구성될 수 있다. 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 직렬화에 한정되는 것은 아니다. 나아가 신경망의 가중치를 포함한 데이터 구조는 컴퓨팅 장치의 자원을 최소한으로 사용하면서 연산의 효율을 높이기 위한 데이터 구조(예를 들어, 비선형 데이터 구조에서 B-Tree, Trie, m-way search tree, AVL tree, Red-Black Tree)를 포함할 수 있다. 전술한 사항은 예시일 뿐 본 개시는 이에 제한되지 않는다.The data structure including the weights of the neural network may be stored in a computer readable storage medium (eg, a memory or a hard disk) after going through a serialization process. Serialization can be the process of converting a data structure into a form that can be stored on the same or another computing device and later reconstructed and used. The computing device may transmit and receive data through a network by serializing the data structure. The data structure including the weights of the serialized neural network may be reconstructed on the same computing device or another computing device through deserialization. The data structure including the weights of the neural network is not limited to serialization. Furthermore, the data structure including the weights of the neural network is a data structure for increasing the efficiency of operation while minimizing the resource of the computing device (for example, B-Tree, Trie, m-way search tree, AVL tree, Red-Black Tree). The foregoing is only an example, and the present disclosure is not limited thereto.
데이터 구조는 신경망의 하이퍼 파라미터(Hyper-parameter)를 포함할 수 있다. 그리고 신경망의 하이퍼 파라미터를 포함한 데이터 구조는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있다. 하이퍼 파라미터는 사용자에 의해 가변되는 변수일 수 있다. 하이퍼 파라미터는 예를 들어, 학습률(learning rate), 비용 함수(cost function), 학습 사이클 반복 횟수, 가중치 초기화(Weight initialization)(예를 들어, 가중치 초기화 대상이 되는 가중치 값의 범위 설정), Hidden Unit 개수(예를 들어, 히든 레이어의 개수, 히든 레이어의 노드 수)를 포함할 수 있다. 전술한 데이터 구조는 예시일 뿐 본 개시는 이에 제한되지 않는다.The data structure may include hyper-parameters of the neural network. Also, the data structure including the hyperparameters of the neural network may be stored in a computer readable medium. A hyperparameter may be a variable variable by a user. Hyperparameters include, for example, learning rate, cost function, number of learning cycle iterations, weight initialization (eg, setting the range of weight values to be targeted for weight initialization), hidden unit number (eg, the number of hidden layers and the number of nodes in the hidden layer). The foregoing data structure is only an example, and the present disclosure is not limited thereto.
본 개시에서 사용되는 뉴럴 네트워크 모델의 일종인 GNN(graph neural network)은 그래프에 연관하여 구성된 뉴럴 네트워크 모델으로써, 상기 그래프는 값(value) 그리고, 값과 값을 잇는 변(edge)으로 구성되는 것으로, 데이터 간의 관계나 상호작용을 나타내는 데이터를 분석할 때 주로 사용된다. 일반적으로, 그래프는 그래프(G)=((값(V), 변(E)))으로 표현되며 예를 들어, 서로 완전 연결된 3개의 값인 A, B 및 C 가 있다고 할 때, 이는 G=({A, B, C}, {A, B}, {A, C}, {B, C})로 정의될 수 있다. 이때, GNN은 그래프와 관련하여 각각의 값을 노드로, 각각의 변을 링크로써 사용된다고 이해될 수 있다. 상기 GNN을 활용함으로써, 각각의 노드들을 분류하는 문제, 각각의 노드간의 링크값(가중치)를 예측하는 문제, 전체 그래프를 분류하는 문제등을 해결할 수 있다. 이때, 본 개시에서는 각각의 값들은, 원자의 종류에 대한 정보를 담고 각각의 변들은 원자간의 위치 정보, 결합여부, 인력 및 척력을 포함하는 정보를 담을 수 있다.A graph neural network (GNN), a type of neural network model used in the present disclosure, is a neural network model constructed in relation to a graph, and the graph is composed of values and edges connecting values and values. , it is mainly used when analyzing data that represents relationships or interactions between data. In general, a graph is expressed as a graph (G) = ((value (V), side (E))). {A, B, C}, {A, B}, {A, C}, {B, C}). At this time, it can be understood that GNN uses each value as a node and each edge as a link in relation to a graph. By utilizing the GNN, problems of classifying individual nodes, problems of predicting link values (weights) between nodes, and problems of classifying the entire graph can be solved. At this time, in the present disclosure, each value may contain information about the type of atom, and each side may contain information including location information between atoms, whether or not they are bonded, and attractive and repulsive forces.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따라 화합물의 각 원자와 키나아제의 힌지 영역과의 결합여부를 예측하는 방법을 나타낸 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a method of predicting whether each atom of a compound is bound to a hinge region of a kinase according to an embodiment of the present disclosure.
도 4를 참조하여, 화합물의 각 원자와 키나아제의 힌지 영역과의 결합여부를 분류하는 방법에 관한 일 실시예가 개시된다.Referring to FIG. 4, an embodiment of a method for classifying whether each atom of a compound is bound to a hinge region of a kinase is disclosed.
S400 단계를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 장치(100)의 프로세서(110)는 화합물의 화학적 구조에 기초하여 상기 화합물의 각 원자에 영향을 줄 수 있는 주변 원자간의 상호작용 정보를 포함하는 주변환경 정보를 나타내는 특징 벡터를 생성할 수 있다. 이때, 상기 특징 벡터는 원자중심 대칭함수를 사용하여 상기 화합물의 각각의 원자와 주변원자들의 공간적 분포를 표현하는 것일 수 있다. 예컨대, 상기 주변환경 정보를 나타내는 특징 벡터는 원자 번호, 원자 궤도 혼성화, 링(ring) 형성 여부, 방향족성(atomicity) 여부, 결합된 원자 개수, 수소결합 클래스, 원자 질량, 가슈타이거 원자 전하(Gasteiger atomic charge), 및 원자의 공간적 분포 등의 정보를 포함할 수 있다.Referring to step S400, the
또한, 본 개시에서의 각 원자와 키나아제의 힌지 영역과의 결합은 수소 결합일 수 있다. 이때, 프로세서(110)는, 상기 화합물의 각 원자의 주변 환경 정보를 나타내기 위한 특징 벡터를 원자중심 대칭함수 또는 GNN을 사용하여 생성할 수 있다. 이때, GNN은 키나아제에서 힌지의 위치, 상기 힌지에 결합된 원자 종류 등을 포함하는 키나아제와 화합물의 결합 구조에 대한 정보를 기초로 학습될 수 있다. In addition, the bond between each atom and the hinge region of the kinase in the present disclosure may be a hydrogen bond. In this case, the
구체적으로, GNN은 단백질 데이터 은행(protein data bank)에 포함된 단백질 내에 포함된 분자내의 원자 간의 결합 정보를 기초로 학습될 수 있다. 또한, 상기 단백질 데이터 은행을 기초로 학습된 GNN은 초기화된 가중치를 기초로 화합물의 화학적 구조를 입력 받을 경우, 힌지 영역 내의 원자 간의 수소 결합여부 및 입체 장애 여부를 예측하기 위한 특징값을 출력할 수 있다. (이때 상기 특징값은 GNN의 은닉층 내의 가상의 공간에 존재하게 된다.) 그러나, 상기 GNN을 학습하기 위한 데이터는 상기 단백질 데이터 은행에 한정되지 않고 단백질과 화합물의 결합에 관련된 다른 데이터 베이스 또한 사용될 수 있다.Specifically, the GNN may be learned based on binding information between atoms in a molecule included in a protein included in a protein data bank. In addition, when the GNN learned based on the protein data bank receives the chemical structure of a compound based on the initialized weights, it can output feature values for predicting whether there is hydrogen bonding between atoms in the hinge region and whether there is steric hindrance. there is. (At this time, the feature value exists in a virtual space within the hidden layer of the GNN.) However, data for learning the GNN is not limited to the protein data bank, and other databases related to the combination of proteins and compounds can also be used. there is.
이어서, S401 단계를 참조하면, 프로세서(110)는 상기 특징 벡터를 기초로 상기 화합물의 각 원자와 키나아제의 힌지 영역과의 수소 결합여부를 분류할 수 있다. 또한, 프로세서(110)는 결합여부를 분류함에 있어서, 상기 특징 벡터에 기초하여, 기계학습 분류모델을 사용해 상기 화합물의 각 원자와 키나아제의 힌지 영역 사이에 입체 장애가 발생하는지 여부를 분류할 수 있다. 또한 프로세서(110)는 상기 결합여부를 분류함에 있어서, GNN 내의 가상의 공간에 존재하는 특징값을 기초로 원자의 종류, 거리, 및 입체장애를 발생시키는 화합물의 입체적 구조와 키나아제의 입체적 구조 사이에 충돌이 발생하는지 여부를 고려하여 상기 GNN의 출력층을 결과로써, 결합여부를 출력할 수 있다.Subsequently, referring to step S401, the
이때, 상기 결합여부는, 카니아제에 포함된 분자의 문지기인 아미노산 잔기와 주변 아미노산 잔기를 고려하여, 문지기인 아미노산 잔기로부터 첫번째(gk+1)로 가까운 아미노산 잔기의 백본(backbone)과 세번째(gk+3)로 가까운 아미노산 잔기의 백본과의 결합여부 그리고, 첫번째로 가까운 백본의 펩티드 결합에 포함된 산소와 세번째로 가까운 백본의 펩티드 결합에 포함된 산소 또는 질소가 수소결합을 형성할 수 있는 모체구조를 포함하는지 여부, 및 이온에 의한 입체 장애효과가 발생하는지 여부가 포함될 수 있다.At this time, whether or not the binding is determined is based on the backbone of the first (gk+1) closest amino acid residue and the third (gk) from the gatekeeper amino acid residue and the surrounding amino acid residues of the molecule included in the cannase. +3) Whether the amino acid residue closest to the backbone is bound to the backbone, and the matrix structure in which the oxygen or nitrogen contained in the peptide bond of the backbone closest to the oxygen contained in the peptide bond of the first closest backbone can form a hydrogen bond It may include whether or not a steric hindrance effect by ions occurs.
구체적으로, 프로세서(110)는 상기 특징 벡터를 기초로 상기 화합물의 각 원자(예컨대, 질소, 및 산소 등)와 키나아제의 힌지 영역과의 결합여부를 분류함에 있어, 상기 화합물의 각 원자의 클래스별 예측값을 생성하고 상기 클래스별 예측값이 가장 높은 클래스를 상기 각 원자와 키나아제의 힌지 영역과의 결합으로 분류할 수 있다. 이때, 클래스는, 4가지 클래스를 포함할 수 있다. 예를 들어, ①[클래스 1] 상기 화합물의 각 원자가, 문지기에 해당하는 아미노산 잔기로부터 첫번째로 가까운 아미노산 잔기(gk+1)의 백본의 펩티드 결합에 포함된 산소에 수소결합 하는지 여부, ② [클래스 2] 상기 화합물의 각 원자가, 상기 문지기로부터 세번째로 가까운 아미노산 잔기(gk+3)의 백본의 펩티드 결합에 포함된 질소에 수소결합 하는지 여부 및 ③ [클래스 3] 상기 화합물의 각 원자가, 상기 문지기로부터 세번째로 가까운 아미노산 잔기(gk+3)의 백본의 펩티드 결합에 포함된 수소에 수소결합 하는지 여부 및 ④ [클래스 4] 상기 화합물의 각 원자가 이상에서 살핀 클래스 1 내지 3에 해당하지 않는지 여부 등을 포함할 수 있다.Specifically, the
또한, 상기 과정을 통해 산출된 결합여부 정보는 키나아제 억제제 화합물을 디자인하기 위한 분자 생성 심층 학습 모델(molecular generation deep learning)의 평가지표로 사용될 수 있다.In addition, the binding information calculated through the above process can be used as an evaluation index of a molecular generation deep learning model for designing a kinase inhibitor compound.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따라 프로세서가 기계학습 분류모델을 사용하여 결합여부를 예측하는 방법을 나타낸 개략도이다.5 is a schematic diagram illustrating a method in which a processor predicts whether to combine using a machine learning classification model according to an embodiment of the present disclosure.
도 5를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 장치(100)의 프로세서(110)는 화합물(500)의 화학적 구조에 기초하여 원자중심 대칭함수(501)를 사용해 상기 화합물의 각 원자의 주변환경 정보를 나타내는 특징 벡터(502)를 생성할 수 있다. 또한, 프로세서(110)는 특징 벡터(502)에 기초하여 기계학습 분류모델(503)을 사용해 상기 화합물(500)의 각 원자와 키나아제의 힌지 영역의 결합여부(504)를 분류할 수 있다. 이때, 상기 기계학습 분류모델(503)은 단백질 데이터 은행에 기초하여 학습되고, 베이즈 방법을 사용하여 하이퍼파라미터가 최적화될 수 있다. 또한, 상기 기계학습 분류모델(503)은 SVM, Xgboost, 및 lightgbm 등과 같은 모델을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the
도 5를 참조하여 복수의 기계학습 분류모델을 사용하여 결합여부를 예측하는 방법에 관한 일 실시예가 개시된다. 프로세서(110)는 화합물(500)의 화학적 구조에 기초하여 원자중심 대칭함수(501)를 사용해 상기 화합물의 각 원자의 주변환경 정보를 나타내는 특징 벡터(502)를 생성할 수 있다. 또한 프로세서(110)는 특징 벡터(502)에 기초하여 기계학습 모델을 사용해 상기 화합물(500)의 각 원자와 키나아제의 힌지 영역과의 결합여부(504)를 분류할 수 있다. 이때, 프로세서(110)는 복수개의 서로 상이한 기계학습 모델을 기초로 결합여부(504)를 나타내는 복수의 출력 데이터들을 생성할 수 있다. 또한, 프로세서(110)는 상기 복수의 출력 데이터들을 앙상블 하여 최종적인 결합여부(504)를 나타내는 최종 출력을 생성할 수 있다. 이때, 앙상블 방법은, 통계적인 평균값, 분산값, 최댓값 또는 최소값이 사용될 수 있다.Referring to FIG. 5, an embodiment of a method for predicting whether to combine using a plurality of machine learning classification models is disclosed. The
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따라 프로세서가 GNN을 사용하여 결합여부를 예측하는 방법을 나타낸 개략도이다.6 is a schematic diagram illustrating a method in which a processor predicts whether to combine using a GNN according to an embodiment of the present disclosure.
도 6을 참조하여, 프로세서(110)가 GNN을 사용하여 결합여부를 예측하는 방법을 나타내는 방법에 관한 일 실시예가 개시된다.Referring to FIG. 6, an embodiment of a method for the
도 6을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 장치(100)의 프로세서(110)는 화합물(600)의 화학적 구조에 기초하여 GNN(graph neural network)(601)를 사용해 상기 화합물(600)의 각 원자와 키나아제의 힌지 영역과의 결합여부(603)를 분류할 수 있다. 이때, GNN(601)은 잠재 공간 상의 특징 벡터(602)를 생성하고, 상기 특징 벡터(602)에 기초하여 결합여부(603)를 분류할 수 있다. 이때, 상기 GNN(601)은 단백질 데이터 은행(610)을 기초하여 학습되고, 상기 단백질 데이터 은행(610)은 단백질을 포함한 화합물의 각각의 원자간의 연결정보를 포함하는 2차원 그래프; 또는 각각의 원자간의 공간정보를 포함하는 3차원 그래프 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 상기 GNN(601)은 상태 정보를 포함하는 점과 점의 연결에 의해 정의되는 그래프를 기초로 하는 신경망으로서, 값의 연결관계와 이웃 값들의 상태 정보에 기초하여 각 값의 상태를 학습하고, 학습된 상태의 값들 간의 관계를 기초로 결합여부(603)를 분류할 수 있다. 프로세서(110)는 GNN의 각 값에 화합물의 원자에 관련된 정보인, 원자의 종류(예컨대, 탄소, 수소, 질소)를 상태 정보로 포함하여 사용할 수 있다. 또한, 프로세서(110)는 GNN을 사용하여 원자와 원자간의 상태 정보와 이웃 관계를 입체적으로 고려할 수 있으며, 각 원자가 포함하는 전자에 의한 인력을 예측하여 키나아제의 힌지 영역이 수소결합에 유효한지를 예측할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the
한편, 프로세서(110)는, 도 5에 따른 기계학습 분류모델 및 도 6에 따른 GNN 모두를 사용하여 결합여부를 예측하는 동작을 수행할 수도 있다. 구체적으로, 프로세서(110)는, 도 5에 따른 기계학습 분류 모델의 출력 데이터와 도 6에 따른 GNN의 출력 데이터를 앙상블하여, 최종적인 결합여부를 나타내는 최종 출력을 생성할 수 있다. 또한, 프로세서는 도 5에 따른 복수의 기계학습 분류 모델들의 복수의 출력 데이터들과 도 6에 따른 GNN의 출력 데이터를 앙상블하여, 최종적인 결합여부를 나타내는 최종 출력을 생성할 수도 있다. 이때, 상기 앙상블 방법은, 평균, 분산, 최댓값, 최솟값 들의 방법이 사용될 수 있다. 이렇게 상이한 타입의 모델을 활용하여 결합여부를 판단하는 경우, 다양한 관점의 특징 벡터들이 반영될 수 있으므로, 분류의 정확성이 향상될 수 있다.Meanwhile, the
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따라 결합여부가 분류된 화합물을 기초로 라이브러리를 생성하는 방법을 나타낸 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a method for generating a library based on compounds whose binding properties are classified according to an embodiment of the present disclosure.
도 7을 참조하여 프로세서가 결합여부가 분류된 화합물을 기초로 라이브러리를 생성하는 방법에 관한 일 실시예가 개시된다. S700 단계를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨터 장치(100)의 프로세서(110)는 화합물의 화학적 구조에 기초하여 상기 화합물의 각 원자의 주변환경 정보를 나타내는 특징 벡터를 생성할 수 있다. 이어서, S701 단계를 참조하면, 프로세서(110)는 상기 특징 벡터를 기초로 상기 화합물의 각 원자와 키나아제의 힌지 영역과의 결합여부를 분류할 수 있다. 이어서, S702 단계를 참조하면 상기 결합여부가 분류된 화합물을 소정의 기준으로 필터링(filtering)하여, 라이브러리(library)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(110)는 상기 결합여부가 분류된 화합물 중 특정 암과 관련된 데이터를 필터링하고 어떤 암과 관련됐는지 주석을 포함하여, 데이터 세트를 생성할 수 있다. 즉, 프로세서(110)는 공개 화합물 데이터베이스로부터 키나아제 집중 화합물 라이브러리(kinase-focused library)를 추출하기 위해서 상기 기계학습 및 GNN 기반 분류 모델을 사용할 수 있다. 상기 키나아제 집중 화합물 라이브러리는 기억 매체에 저장된 데이터에 대한 각 항원에 대한 관련된 키나아제를 나타내는 카탈로그식 파일의 집합의 형태를 띌 수 있으며, 대용량 자료에 대한 정보를 요약하여 담을 수 있다.Referring to FIG. 7, an embodiment of a method for a processor to generate a library based on compounds whose binding properties have been classified is disclosed. Referring to step S700, the
예를 들어 각 화합물에 따른 포함된 분자의 문지기인 아미노산 잔기와 주변 아미노산 잔기를 고려하여, ①첫번째로 가까운 아미노산 잔기의 백본(backbone)과 세번째(gk+3)로 가까운 아미노산 잔기의 백본과의 결합여부, ②첫번째로 가까운 백본의 펩티드 결합에 포함된 산소와 세번째로 가까운 백본의 펩티드 결합에 포함된 산소 또는 질소와 수소결합을 형성할 수 있는 모체구조를 포함하는지 여부, ③수소 결합 지점 주변의 화학적 구조에 의해 입체 장애가 발생할 수 있는지 여부 등이 포함될 수 있다. 구체적으로, 화합물이 이온과 분자의 반응성에 영향을 주는 입체 구조를 가져서 화학 반응 속도에 부정적인 현상이 발생할 수 있는지 여부 등이 포함될 수 있다.For example, considering the amino acid residues that are the gatekeepers of the included molecule and the surrounding amino acid residues according to each compound, ① a bond between the backbone of the first nearest amino acid residue and the third closest (gk+3) backbone of the amino acid residue whether or not, ②whether it contains a parent structure that can form a hydrogen bond with oxygen or nitrogen contained in the peptide bond of the backbone closest to the first and oxygen contained in the peptide bond of the third closest backbone, ③chemical chemical properties around the hydrogen bond point Whether or not steric hindrance can occur due to the structure may be included. Specifically, it may include whether or not a compound has a three-dimensional structure that affects the reactivity of ions and molecules, so that a negative phenomenon may occur in the chemical reaction rate.
도 8은 본 개시의 실시예들이 구현될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 환경에 대한 간략하고 일반적인 개략도이다.8 is a simplified and general schematic diagram of an exemplary computing environment in which embodiments of the present disclosure may be implemented.
본 개시가 일반적으로 컴퓨팅 장치에 의해 구현될 수 있는 것으로 전술되었지만, 통상의 기술자라면 본 개시가 하나 이상의 컴퓨터 상에서 실행될 수 있는 컴퓨터 실행가능 명령어 및/또는 기타 프로그램 모듈들과 결합되어 및/또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로써 구현될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.Although the present disclosure has been described above as being generally embodied by a computing device, those skilled in the art will understand that the present disclosure may be combined with computer executable instructions and/or other program modules that may be executed on one or more computers and/or with hardware. It will be appreciated that it can be implemented as a combination of software.
일반적으로, 프로그램 모듈은 특정의 태스크를 수행하거나 특정의 추상 데이터 유형을 구현하는 루틴, 프로그램, 컴포넌트, 데이터 구조, 기타 등등을 포함한다. 또한, 통상의 기술자라면 본 개시의 방법이 단일-프로세서 또는 멀티프로세서 컴퓨터 시스템, 미니컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터는 물론 퍼스널 컴퓨터, 핸드헬드(handheld) 컴퓨팅 장치, 마이크로프로세서-기반 또는 프로그램가능 가전 제품, 기타 등등(이들 각각은 하나 이상의 연관된 장치와 연결되어 동작할 수 있음)을 비롯한 다른 컴퓨터 시스템 구성으로 실시될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.Generally, program modules include routines, programs, components, data structures, etc. that perform particular tasks or implement particular abstract data types. In addition, it will be appreciated by those skilled in the art that the methods of the present disclosure may be used in single-processor or multiprocessor computer systems, minicomputers, mainframe computers as well as personal computers, handheld computing devices, microprocessor-based or programmable consumer electronics, and the like. It will be appreciated that other computer system configurations may be implemented, including (each of which may be operative in connection with one or more associated devices).
본 개시의 설명된 실시예들은 어떤 태스크들이 통신 네트워크를 통해 연결되어 있는 원격 처리 장치들에 의해 수행되는 분산 컴퓨팅 환경에서 실시될 수 있다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈은 로컬 및 원격 메모리 저장 장치 둘 다에 위치할 수 있다.The described embodiments of the present disclosure may be practiced in a distributed computing environment where certain tasks are performed by remote processing devices that are linked through a communications network. In a distributed computing environment, program modules may be located in both local and remote memory storage devices.
컴퓨터는 통상적으로 다양한 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다. 컴퓨터에 의해 액세스 가능한 매체는 그 어떤 것이든지 컴퓨터 판독가능 매체가 될 수 있고, 이러한 컴퓨터 판독가능 매체는 휘발성 및 비휘발성 매체, 일시적(transitory) 및 비일시적(non-transitory) 매체, 이동식 및 비-이동식 매체를 포함한다. 제한이 아닌 예로서, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 판독가능 저장 매체 및 컴퓨터 판독가능 전송 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보를 저장하는 임의의 방법 또는 기술로 구현되는 휘발성 및 비휘발성 매체, 일시적 및 비-일시적 매체, 이동식 및 비이동식 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리 또는 기타 메모리 기술, CD-ROM, DVD(digital video disk) 또는 기타 광 디스크 저장 장치, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장 장치 또는 기타 자기 저장 장치, 또는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있고 원하는 정보를 저장하는 데 사용될 수 있는 임의의 기타 매체를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.Computers typically include a variety of computer readable media. Computer readable media can be any medium that can be accessed by a computer, including volatile and nonvolatile media, transitory and non-transitory media, removable and non-transitory media. Includes removable media. By way of example, and not limitation, computer readable media may include computer readable storage media and computer readable transmission media. Computer readable storage media are volatile and nonvolatile media, transitory and non-transitory, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. includes media Computer readable storage media may include RAM, ROM, EEPROM, flash memory or other memory technology, CD-ROM, digital video disk (DVD) or other optical disk storage device, magnetic cassette, magnetic tape, magnetic disk storage device or other magnetic storage device. device, or any other medium that can be accessed by a computer and used to store desired information.
컴퓨터 판독가능 전송 매체는 통상적으로 반송파(carrier wave) 또는 기타 전송 메커니즘(transport mechanism)과 같은 피변조 데이터 신호(modulated data signal)에 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터 등을 구현하고 모든 정보 전달 매체를 포함한다. 피변조 데이터 신호라는 용어는 신호 내에 정보를 인코딩하도록 그 신호의 특성들 중 하나 이상을 설정 또는 변경시킨 신호를 의미한다. 제한이 아닌 예로서, 컴퓨터 판독가능 전송 매체는 유선 네트워크 또는 직접 배선 접속(direct-wired connection)과 같은 유선 매체, 그리고 음향, RF, 적외선, 기타 무선 매체와 같은 무선 매체를 포함한다. 상술된 매체들 중 임의의 것의 조합도 역시 컴퓨터 판독가능 전송 매체의 범위 안에 포함되는 것으로 한다.A computer readable transmission medium typically embodies computer readable instructions, data structures, program modules or other data in a modulated data signal such as a carrier wave or other transport mechanism. Including all information delivery media. The term modulated data signal means a signal that has one or more of its characteristics set or changed so as to encode information within the signal. By way of example, and not limitation, computer readable transmission media includes wired media such as a wired network or direct-wired connection, and wireless media such as acoustic, RF, infrared, and other wireless media. Combinations of any of the above are also intended to be included within the scope of computer readable transmission media.
컴퓨터(1102)를 포함하는 본 개시의 여러가지 측면들을 구현하는 예시적인 환경(1100)이 나타내어져 있으며, 컴퓨터(1102)는 처리 장치(1104), 시스템 메모리(1106) 및 시스템 버스(1108)를 포함한다. 시스템 버스(1108)는 시스템 메모리(1106)(이에 한정되지 않음)를 비롯한 시스템 컴포넌트들을 처리 장치(1104)에 연결시킨다. 처리 장치(1104)는 다양한 상용 프로세서들 중 임의의 프로세서일 수 있다. 듀얼 프로세서 및 기타 멀티프로세서 아키텍처도 역시 처리 장치(1104)로서 이용될 수 있다.An exemplary environment 1100 implementing various aspects of the present disclosure is shown including a
시스템 버스(1108)는 메모리 버스, 주변장치 버스, 및 다양한 상용 버스 아키텍처 중 임의의 것을 사용하는 로컬 버스에 추가적으로 상호 연결될 수 있는 몇 가지 유형의 버스 구조 중 임의의 것일 수 있다. 시스템 메모리(1106)는 판독 전용 메모리(ROM)(1110) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)(1112)를 포함한다. 기본 입/출력 시스템(BIOS)은 ROM, EPROM, EEPROM 등의 비휘발성 메모리(1110)에 저장되며, 이 BIOS는 시동 중과 같은 때에 컴퓨터(1102) 내의 구성요소들 간에 정보를 전송하는 일을 돕는 기본적인 루틴을 포함한다. RAM(1112)은 데이터를 캐싱하기 위한 정적 RAM 등의 고속 RAM을 포함할 수 있다.
컴퓨터(1102)는 내장형 하드 디스크 드라이브(HDD)(1114)(예를 들어, EIDE, SATA)-이 내장형 하드 디스크 드라이브(1114)는 적당한 섀시(도시 생략) 내에서 외장형 용도로 구성될 수 있음-, 자기 플로피 디스크 드라이브(FDD)(1116)(예를 들어, 이동식 디스켓(1118)으로부터 판독을 하거나 그에 기록을 하기 위한 것임), 및 광 디스크 드라이브(1120)(예를 들어, CD-ROM 디스크(1122)를 판독하거나 DVD 등의 기타 고용량 광 매체로부터 판독을 하거나 그에 기록을 하기 위한 것임)를 포함한다. 하드 디스크 드라이브(1114), 자기 디스크 드라이브(1116) 및 광 디스크 드라이브(1120)는 각각 하드 디스크 드라이브 인터페이스(1124), 자기 디스크 드라이브 인터페이스(1126) 및 광 드라이브 인터페이스(1128)에 의해 시스템 버스(1108)에 연결될 수 있다. 외장형 드라이브 구현을 위한 인터페이스(1124)는 USB(Universal Serial Bus) 및 IEEE 1394 인터페이스 기술 중 적어도 하나 또는 그 둘 다를 포함한다.
이들 드라이브 및 그와 연관된 컴퓨터 판독가능 매체는 데이터, 데이터 구조, 컴퓨터 실행가능 명령어, 기타 등등의 비휘발성 저장을 제공한다. 컴퓨터(1102)의 경우, 드라이브 및 매체는 임의의 데이터를 적당한 디지털 형식으로 저장하는 것에 대응한다. 상기에서의 컴퓨터 판독가능 매체에 대한 설명이 HDD, 이동식 자기 디스크, 및 CD 또는 DVD 등의 이동식 광 매체를 언급하고 있지만, 통상의 기술자라면 집 드라이브(zip drive), 자기 카세트, 플래쉬 메모리 카드, 카트리지, 기타 등등의 컴퓨터에 의해 판독가능한 다른 유형의 매체도 역시 예시적인 운영 환경에서 사용될 수 있으며 또 임의의 이러한 매체가 본 개시의 방법들을 수행하기 위한 컴퓨터 실행가능 명령어를 포함할 수 있다는 것을 잘 알 것이다.These drives and their associated computer readable media provide non-volatile storage of data, data structures, computer executable instructions, and the like. In the case of
운영 체제(1130), 하나 이상의 애플리케이션 프로그램(1132), 기타 프로그램 모듈(1134) 및 프로그램 데이터(1136)를 비롯한 다수의 프로그램 모듈이 드라이브 및 RAM(1112)에 저장될 수 있다. 운영 체제, 애플리케이션, 모듈 및/또는 데이터의 전부 또는 그 일부분이 RAM(1112)에 캐싱될 수 있다. 본 개시가 여러가지 상업적으로 이용가능한 운영 체제 또는 운영 체제들의 조합에서 구현될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.A number of program modules may be stored on the drive and
사용자는 하나 이상의 유선/무선 입력 장치, 예를 들어, 키보드(1138) 및 마우스(1140) 등의 포인팅 장치를 통해 컴퓨터(1102)에 명령 및 정보를 입력할 수 있다. 기타 입력 장치(도시 생략)로는 마이크, IR 리모콘, 조이스틱, 게임 패드, 스타일러스 펜, 터치 스크린, 기타 등등이 있을 수 있다. 이들 및 기타 입력 장치가 종종 시스템 버스(1108)에 연결되어 있는 입력 장치 인터페이스(1142)를 통해 처리 장치(1104)에 연결되지만, 병렬 포트, IEEE 1394 직렬 포트, 게임 포트, USB 포트, IR 인터페이스, 기타 등등의 기타 인터페이스에 의해 연결될 수 있다.A user may enter commands and information into the
모니터(1144) 또는 다른 유형의 디스플레이 장치도 역시 비디오 어댑터(1146) 등의 인터페이스를 통해 시스템 버스(1108)에 연결된다. 모니터(1144)에 부가하여, 컴퓨터는 일반적으로 스피커, 프린터, 기타 등등의 기타 주변 출력 장치(도시 생략)를 포함한다.A
컴퓨터(1102)는 유선 및/또는 무선 통신을 통한 원격 컴퓨터(들)(1148) 등의 하나 이상의 원격 컴퓨터로의 논리적 연결을 사용하여 네트워크화된 환경에서 동작할 수 있다. 원격 컴퓨터(들)(1148)는 워크스테이션, 컴퓨팅 디바이스 컴퓨터, 라우터, 퍼스널 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 마이크로프로세서-기반 오락 기기, 피어 장치 또는 기타 통상의 네트워크 노드일 수 있으며, 일반적으로 컴퓨터(1102)에 대해 기술된 구성요소들 중 다수 또는 그 전부를 포함하지만, 간략함을 위해, 메모리 저장 장치(1150)만이 도시되어 있다. 도시되어 있는 논리적 연결은 근거리 통신망(LAN)(1152) 및/또는 더 큰 네트워크, 예를 들어, 원거리 통신망(WAN)(1154)에의 유선/무선 연결을 포함한다. 이러한 LAN 및 WAN 네트워킹 환경은 사무실 및 회사에서 일반적인 것이며, 인트라넷 등의 전사적 컴퓨터 네트워크(enterprise-wide computer network)를 용이하게 해주며, 이들 모두는 전세계 컴퓨터 네트워크, 예를 들어, 인터넷에 연결될 수 있다.
LAN 네트워킹 환경에서 사용될 때, 컴퓨터(1102)는 유선 및/또는 무선 통신 네트워크 인터페이스 또는 어댑터(1156)를 통해 로컬 네트워크(1152)에 연결된다. 어댑터(1156)는 LAN(1152)에의 유선 또는 무선 통신을 용이하게 해줄 수 있으며, 이 LAN(1152)은 무선 어댑터(1156)와 통신하기 위해 그에 설치되어 있는 무선 액세스 포인트를 포함하고 있다. WAN 네트워킹 환경에서 사용될 때, 컴퓨터(1102)는 모뎀(1158)을 포함할 수 있거나, WAN(1154) 상의 통신 컴퓨팅 디바이스에 연결되거나, 또는 인터넷을 통하는 등, WAN(1154)을 통해 통신을 설정하는 기타 수단을 갖는다. 내장형 또는 외장형 및 유선 또는 무선 장치일 수 있는 모뎀(1158)은 직렬 포트 인터페이스(1142)를 통해 시스템 버스(1108)에 연결된다. 네트워크화된 환경에서, 컴퓨터(1102)에 대해 설명된 프로그램 모듈들 또는 그의 일부분이 원격 메모리/저장 장치(1150)에 저장될 수 있다. 도시된 네트워크 연결이 예시적인 것이며 컴퓨터들 사이에 통신 링크를 설정하는 기타 수단이 사용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.When used in a LAN networking environment,
컴퓨터(1102)는 무선 통신으로 배치되어 동작하는 임의의 무선 장치 또는 개체, 예를 들어, 프린터, 스캐너, 데스크톱 및/또는 휴대용 컴퓨터, PDA(portable data assistant), 통신 위성, 무선 검출가능 태그와 연관된 임의의 장비 또는 장소, 및 전화와 통신을 하는 동작을 한다. 이것은 적어도 Wi-Fi 및 블루투스 무선 기술을 포함한다. 따라서, 통신은 종래의 네트워크에서와 같이 미리 정의된 구조이거나 단순하게 적어도 2개의 장치 사이의 애드혹 통신(ad hoc communication)일 수 있다.
Wi-Fi(Wireless Fidelity)는 유선 없이도 인터넷 등으로의 연결을 가능하게 해준다. Wi-Fi는 이러한 장치, 예를 들어, 컴퓨터가 실내에서 및 실외에서, 즉 기지국의 통화권 내의 아무 곳에서나 데이터를 전송 및 수신할 수 있게 해주는 셀 전화와 같은 무선 기술이다. Wi-Fi 네트워크는 안전하고 신뢰성 있으며 고속인 무선 연결을 제공하기 위해 IEEE 802.11(a, b, g, 기타)이라고 하는 무선 기술을 사용한다. 컴퓨터를 서로에, 인터넷에 및 유선 네트워크(IEEE 802.3 또는 이더넷을 사용함)에 연결시키기 위해 Wi-Fi가 사용될 수 있다. Wi-Fi 네트워크는 비인가 2.4 및 5GHz 무선 대역에서, 예를 들어, 11Mbps(802.11a) 또는 54 Mbps(802.11b) 데이터 레이트로 동작하거나, 양 대역(듀얼 대역)을 포함하는 제품에서 동작할 수 있다.Wi-Fi (Wireless Fidelity) makes it possible to connect to the Internet without wires. Wi-Fi is a wireless technology, such as a cell phone, that allows such devices, eg, computers, to transmit and receive data both indoors and outdoors, i.e. anywhere within coverage of a base station. Wi-Fi networks use a radio technology called IEEE 802.11 (a, b, g, etc.) to provide secure, reliable, and high-speed wireless connections. Wi-Fi can be used to connect computers to each other, to the Internet, and to wired networks (using IEEE 802.3 or Ethernet). Wi-Fi networks can operate in the unlicensed 2.4 and 5 GHz radio bands, for example, at 11 Mbps (802.11a) or 54 Mbps (802.11b) data rates, or in products that include both bands (dual band) .
본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 정보 및 신호들이 임의의 다양한 상이한 기술들 및 기법들을 이용하여 표현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 위의 설명에서 참조될 수 있는 데이터, 지시들, 명령들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들 및 칩들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기장들 또는 입자들, 광학장들 또는 입자들, 또는 이들의 임의의 결합에 의해 표현될 수 있다.Those skilled in the art will understand that information and signals may be represented using any of a variety of different technologies and techniques. For example, data, instructions, instructions, information, signals, bits, symbols and chips that may be referenced in the above description are voltages, currents, electromagnetic waves, magnetic fields or particles, optical fields s or particles, or any combination thereof.
본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 여기에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 프로세서들, 수단들, 회로들 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, (편의를 위해, 여기에서 소프트웨어로 지칭되는) 다양한 형태들의 프로그램 또는 설계 코드 또는 이들 모두의 결합에 의해 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 이러한 상호 호환성을 명확하게 설명하기 위해, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들이 이들의 기능과 관련하여 위에서 일반적으로 설명되었다. 이러한 기능이 하드웨어 또는 소프트웨어로서 구현되는지 여부는 특정한 애플리케이션 및 전체 시스템에 대하여 부과되는 설계 제약들에 따라 좌우된다. 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 각각의 특정한 애플리케이션에 대하여 다양한 방식들로 설명된 기능을 구현할 수 있으나, 이러한 구현 결정들은 본 개시의 범위를 벗어나는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다.Those skilled in the art will understand that the various illustrative logical blocks, modules, processors, means, circuits, and algorithm steps described in connection with the embodiments disclosed herein are electronic hardware, (for convenience) , may be implemented by various forms of program or design code (referred to herein as software) or a combination of both. To clearly illustrate this interchangeability of hardware and software, various illustrative components, blocks, modules, circuits, and steps have been described above generally in terms of their functionality. Whether such functionality is implemented as hardware or software depends on the particular application and the design constraints imposed on the overall system. Skilled artisans may implement the described functionality in varying ways for each particular application, but such implementation decisions should not be interpreted as causing a departure from the scope of the present disclosure.
여기서 제시된 다양한 실시예들은 방법, 장치, 또는 표준 프로그래밍 및/또는 엔지니어링 기술을 사용한 제조 물품(article)으로 구현될 수 있다. 용어 제조 물품은 임의의 컴퓨터-판독가능 저장장치로부터 액세스 가능한 컴퓨터 프로그램, 캐리어, 또는 매체(media)를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터-판독가능 저장매체는 자기 저장 장치(예를 들면, 하드 디스크, 플로피 디스크, 자기 스트립, 등), 광학 디스크(예를 들면, CD, DVD, 등), 스마트 카드, 및 플래쉬 메모리 장치(예를 들면, EEPROM, 카드, 스틱, 키 드라이브, 등)를 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 또한, 여기서 제시되는 다양한 저장 매체는 정보를 저장하기 위한 하나 이상의 장치 및/또는 다른 기계-판독가능한 매체를 포함한다.Various embodiments presented herein may be implemented as a method, apparatus, or article of manufacture using standard programming and/or engineering techniques. The term article of manufacture includes a computer program, carrier, or media accessible from any computer-readable storage device. For example, computer-readable storage media include magnetic storage devices (eg, hard disks, floppy disks, magnetic strips, etc.), optical disks (eg, CDs, DVDs, etc.), smart cards, and flash memory devices (eg, EEPROM, cards, sticks, key drives, etc.), but are not limited thereto. Additionally, various storage media presented herein include one or more devices and/or other machine-readable media for storing information.
제시된 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조는 예시적인 접근들의 일례임을 이해하도록 한다. 설계 우선순위들에 기반하여, 본 개시의 범위 내에서 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조가 재배열될 수 있다는 것을 이해하도록 한다. 첨부된 방법 청구항들은 샘플 순서로 다양한 단계들의 엘리먼트들을 제공하지만 제시된 특정한 순서 또는 계층 구조에 한정되는 것을 의미하지는 않는다.It is to be understood that the specific order or hierarchy of steps in the processes presented is an example of example approaches. Based upon design priorities, it is to be understood that the specific order or hierarchy of steps in the processes may be rearranged within the scope of this disclosure. The accompanying method claims present elements of the various steps in a sample order, but are not meant to be limited to the specific order or hierarchy presented.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 개시는 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present disclosure. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art of this disclosure, and the general principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of this disclosure. Thus, the present disclosure is not to be limited to the embodiments presented herein, but is to be interpreted in the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.
Claims (12)
화합물(compound)의 화학적 구조에 기초하여 상기 화합물의 각 원자의 주변환경 정보를 나타내는 특징 벡터를 생성하는 단계; 및
상기 특징 벡터를 기초로 상기 화합물의 각 원자와 키나아제의 힌지(hinge) 영역과의 결합여부를 분류하는 단계;
를 포함하는,
방법.
A method for predicting whether a coupling is performed by a computing device including at least one processor,
generating a feature vector representing surrounding environment information of each atom of the compound based on the chemical structure of the compound; and
Classifying whether each atom of the compound binds to a hinge region of a kinase based on the feature vector;
including,
method.
상기 특징 벡터를 생성하는 단계는,
원자중심 대칭함수를 사용하여 상기 화합물의 각각의 원자와 주변 원자들의 공간적 분포를 표현하는 특징 벡터를 생성하는 단계;
를 포함하는,
방법.
According to claim 1,
Generating the feature vector,
generating a feature vector expressing the spatial distribution of each atom of the compound and surrounding atoms using an atomic center symmetry function;
including,
method.
상기 결합여부를 분류하는 단계는,
상기 특징 벡터에 기초하여, 기계학습 분류모델을 사용해 상기 화합물의 각 원자와 키나아제의 힌지 영역 사이에 입체 장애(steric hindrance)가 발생하는지 여부를 분류하는 단계;
를 추가로 포함하는,
방법.
According to claim 2,
The step of classifying whether or not the combination is,
Classifying whether steric hindrance occurs between each atom of the compound and the hinge region of the kinase using a machine learning classification model based on the feature vector;
Further comprising,
method.
상기 기계학습 분류모델은,
PDB(protein data bank)를 기초하여 학습되고,
베이즈 방법(bayes rule)을 사용하여 하이퍼파라미터(hyperparameter) 최적화된 것인,
방법.
According to claim 3,
The machine learning classification model,
It is learned based on PDB (protein data bank),
which is hyperparameter optimized using the Bayes rule,
method.
상기 특징 벡터를 생성하는 단계는,
상기 화합물을 기초로, GNN(graph neural network)을 사용하여 잠재 공간(latent space)상의 특징 벡터를 생성하는 단계;
를 포함하고,
상기 결합여부를 분류하는 단계는,
상기 특징 벡터에 기초하여, GNN을 사용해 대응되는 화합물의 키나아제 결합여부를 분류하는 단계;
를 포함하는,
방법.
According to claim 1,
Generating the feature vector,
generating a feature vector on a latent space using a graph neural network (GNN) based on the compound;
including,
The step of classifying whether or not the combination is,
Based on the feature vector, classifying whether or not the corresponding compound binds to a kinase using GNN;
including,
method.
상기 GNN은,
PDB(protein data bank)를 기초하여 학습되고,
상기 PDB는:
각각의 원자간의 연결정보를 포함하는 2차원 그래프; 또는
각각의 원자간의 공간정보를 포함하는 3차원 그래프;
중 적어도 하나를 포함하는,
방법.
According to claim 5,
The GNN is
It is learned based on PDB (protein data bank),
The PDB is:
A two-dimensional graph including connection information between each atom; or
a 3D graph including spatial information between atoms;
including at least one of
method.
상기 방법은,
상기 결합여부가 분류된 화합물을 소정의 기준으로 필터링(filtering)하여, 라이브러리(library)를 생성하는 단계;
를 추가로 포함하는,
방법.
According to claim 1,
The method,
Generating a library by filtering the compounds whose binding properties are classified according to a predetermined criterion;
Further comprising,
method.
상기 방법은,
상기 결합여부가 분류된 화합물을 기초로, 분자 생성 심층 학습(molecular generation deep learning)모델을 사용하여 손실값을 출력하는 단계;
를 추가로 포함하는,
방법.
According to claim 1,
The method,
outputting a loss value using a molecular generation deep learning model based on the compound classified as to whether or not it binds;
Further comprising,
method.
상기 특징 벡터를 기초로 상기 화합물의 각 원자와 키나아제의 힌지(hinge) 영역과의 결합여부를 분류하는 단계는,
결합의 종류를 나타내는 클래스(class)별 예측값을 생성하는 단계; 및
상기 클래스별 예측값이 가장 높은 클래스에 기초하여 상기 각 원자와 키나아제의 힌지 영역 사이의 결합의 종류를 결정하는 단계;
를 포함하는,
방법.
According to claim 1,
The step of classifying whether each atom of the compound binds to the hinge region of the kinase based on the feature vector,
generating prediction values for each class indicating a type of combination; and
determining the type of binding between each atom and the hinge region of the kinase based on the class having the highest predicted value for each class;
including,
method.
상기 클래스는,
상기 화합물 내의 각 원자에 대한:
문지기(gate keeper)에 해당하는 아미노산 잔기로부터 첫번째로 가까운 아미노산 잔기와의 수소결합여부를 나타내는 클래스; 또는
상기 문지기로부터 세번째로 가까운 아미노산 잔기와의 수소결합여부를 나타내는 클래스
중 적어도 하나를 포함하는,
방법.
According to claim 9,
The class,
For each atom in the compound:
A class indicating whether or not a hydrogen bond with an amino acid residue first closest to an amino acid residue corresponding to a gate keeper; or
A class indicating whether there is a hydrogen bond with the third closest amino acid residue from the gatekeeper.
including at least one of
method.
하나 이상의 코어를 포함하는 프로세서; 및
메모리;
를 포함하고,
상기 프로세서는,
화합물(compound)의 화학적 구조에 기초하여 상기 화합물의 각 원자의 주변환경 정보가 포함된 특징 벡터를 생성하고, 그리고
상기 특징 벡터를 기초로 상기 화합물의 각 원자와 키나아제의 힌지(hinge) 영역과의 결합여부를 분류하는,
장치.
As a device,
a processor comprising one or more cores; and
Memory;
including,
the processor,
Based on the chemical structure of the compound, a feature vector including information about the surrounding environment of each atom of the compound is generated, and
Classifying whether each atom of the compound binds to the hinge region of the kinase based on the feature vector,
Device.
화합물(compound)의 화학적 구조에 기초하여 상기 화합물의 각 원자의 주변환경 정보가 포함된 특징 벡터를 생성하는 동작; 및
상기 특징 벡터를 기초로 상기 화합물의 각 원자와 키나아제의 힌지(hinge) 영역과의 결합여부를 분류하는 동작;
을 포함하는,
컴퓨터 판독가능한 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
A computer program stored on a computer readable storage medium, the computer program causing operations for predicting coupling, the operations comprising:
generating a feature vector including environment information of each atom of the compound based on the chemical structure of the compound; and
classifying whether each atom of the compound binds to a hinge region of a kinase based on the feature vector;
including,
A computer program stored on a computer readable storage medium.
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---|---|---|---|
PCT/KR2022/003743 WO2023027279A1 (en) | 2021-08-27 | 2022-03-17 | Method for predicting whether or not atom inside chemical structure binds to kinase |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020220032072A KR20230033562A (en) | 2021-08-27 | 2022-03-15 | Classification method for predicting kinase binding ability of atoms in chemical structures |
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2022
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