ChemVA: Interactive visual analysis of chemical compound similarity in virtual screening

Autores
Sabando, María Virginia; Ulbrich, Pavol; Selzer, Matias Nicolas; Byska, Jan; Mican, Jan; Ponzoni, Ignacio; Soto, Axel Juan; Ganuza, María Luján; Kozlikova, Barbora
Año de publicación
2021
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
In the modern drug discovery process, medicinal chemists deal with the complexity of analysis of large ensembles of candidate molecules. Computational tools, such as dimensionality reduction (DR) and classification, are commonly used to efficiently process the multidimensional space of features. These underlying calculations often hinder interpretability of results and prevent experts from assessing the impact of individual molecular features on the resulting representations. To provide a solution for scrutinizing such complex data, we introduce ChemVA, an interactive application for the visual exploration of large molecular ensembles and their features. Our tool consists of multiple coordinated views: Hexagonal view, Detail view, 3D view, Table view, and a newly proposed Difference view designed for the comparison of DR projections. These views display DR projections combined with biological activity, selected molecular features, and confidence scores for each of these projections. This conjunction of views allows the user to drill down through the dataset and to efficiently select candidate compounds. Our approach was evaluated on two case studies of finding structurally similar ligands with similar binding affinity to a target protein, as well as on an external qualitative evaluation. The results suggest that our system allows effective visual inspection and comparison of different high-dimensional molecular representations. Furthermore, ChemVA assists in the identification of candidate compounds while providing information on the certainty behind different molecular representations.
Fil: Sabando, María Virginia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación; Argentina
Fil: Ulbrich, Pavol. Masaryk University. Faculty of Sciences; República Checa
Fil: Selzer, Matias Nicolas. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Laboratorio de Ciencias de la Imágenes; Argentina
Fil: Byska, Jan. Masaryk University. Faculty of Sciences; República Checa
Fil: Mican, Jan. Masaryk University. Faculty of Sciences; República Checa
Fil: Ponzoni, Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación; Argentina
Fil: Soto, Axel Juan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación; Argentina
Fil: Ganuza, María Luján. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Instituto de Ciencias e Ingeniería de la Computación; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación. Laboratorio de Ciencias de la Imágenes; Argentina
Fil: Kozlikova, Barbora. Masaryk University. Faculty of Sciences; República Checa
Materia
Tools
Compounds
Visualization
Two dimensional displays
Drugs
Three-dimensional displays
Chemicals
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar/
Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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To provide a solution for scrutinizing such complex data, we introduce ChemVA, an interactive application for the visual exploration of large molecular ensembles and their features. Our tool consists of multiple coordinated views: Hexagonal view, Detail view, 3D view, Table view, and a newly proposed Difference view designed for the comparison of DR projections. These views display DR projections combined with biological activity, selected molecular features, and confidence scores for each of these projections. This conjunction of views allows the user to drill down through the dataset and to efficiently select candidate compounds. Our approach was evaluated on two case studies of finding structurally similar ligands with similar binding affinity to a target protein, as well as on an external qualitative evaluation. The results suggest that our system allows effective visual inspection and comparison of different high-dimensional molecular representations. 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