SlideShare a Scribd company logo
Priori%zing Scaffolds for Hit Selec%on 
    in High Throughput Screening 
              Programs  
         Rajarshi Guha, Dac‐Trung Nguyen 
          NIH Chemical Genomics Center 

        6th Indo‐US Workshop on Mathema%cal Chemistry 
                     8th – 10th January, 2010 
Outline 
•  HTS and qHTS at the NCGC 
•  Hit selec%on & cherry picks 
•  The fragment based approach 
NIH Chemical Genomics Center 
Assay development                                               Compound 
and op2miza2on                                                  Op2miza2on 

                                  Small Molecules 


                           Biology            Chemistry 

                                      NCGC 

                          Informa%cs            ACOM 

                                  Genome wide RNAi 

SAR analysis, method &                                  Automa2on, Compound 
tool development                                        management 
High Throughput Screening 
•  Assay thousands to 
   hundreds of thousands 
   of compounds 
   –  Biochemical, gene%c, 
      pharmacological assays 
•  Rapidly iden%fy novel 
   modulators of biological 
   systems 
•  Lots of raw data – 
   automated analy%cs are 
   essen%al 
Hun%ng for Leads 

           Target              Lead             Lead               Clinical 
        Iden%fica%on          Discovery       Op%miza%on          Development 




HTS 
                              Primary 
                                                                    Confirma%on 
  •  Sensi%vity              Screening    •  Select subset 
  •  Scaling           •  Fluorescence       to follow up       •  Counter 
                       •  High Content    •  Diversity             screen 
                                                                •  Explore SAR 
          Assay 
                                              Cherry Picking 
       Op%miza%on 
High Throughput Screening 
•  Given a screen, we 
   must iden%fy ac%ve 
   compounds and 
   confirm their ac%vity 
•  Most HTS campaigns 
   are run at a single 
   concentra%on 
                                          Negative
                                    150   Positive                                                                                                  !                     !
                                                                  !    !                                                                                 ! !
                                                                                                                                                                                !
                                          Sample              !
                                                                                                                                     !
                                                                                                                                         !
                                                                                                                                                         !
                                                                                                                                                           ! !                 !

                                                    !!!                        !                                                                !       ! !               !        !                         !
                                                                !!                      !                                                               !
                                                ! !             !                   !! !
                                                                                     !                                           !                                                  !
                                               ! !!                       !
                                                                               ! !  !               !!             !! ! !
                                                                                                                    !
                                                                                                                                  !     ! !!       !      !
                                                                                                                                                                                                                 !!
                                                        !                                                                                                 !!               !
                                           !!                 ! !
                                                               !
                                           ! ! ! ! ! ! !! !! ! !
                                           !                  ! !!
                                                               !
                                                                               !
                                                                               !            !          !                                !       !          !!
                                                                                                                                                            !
                                                                                                                                                         !! !                !              !! ! !                 !
                                                                           !                          !             ! ! !
                                                                                                                    !                      !     ! ! ! ! !! ! !              ! !!             !               ! !
                                               !! !  ! !       ! !!              !
                                                                                 !! !    !
                                                                                        !!       !! ! ! !
                                                                                                 ! !               ! ! ! ! !! !        ! !        !      !! ! !            !                 !
                                                                                                                                                                                         ! !! !           !! !
                                                                                                                                                                                                          !! ! !
                                                                                                                                                                                                          ! !! !! !
                                                     !! ! !!
                                              ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! !
                                                                        !                                                         ! ! !! !              !! !              !! ! !
                                                                                                                                                                     ! !! !! !!                            !
                                          !! !! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! !
                                                                                                    ! !         ! !! !!    !                             ! !                             !
                                                                                                                                                                             ! ! ! ! ! !! !        !
                                                                                                                                                                                                          !!!! !!
                                                                                                                                                                                                            !     !! !
                                                        !                                   ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! !                           !!
                                                                                                                                                       ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! !
                           Signal




                                                   !            !
                                                              ! !!   !      !           ! !
                                                                                       ! !!             !! !                    !    !                          !         ! !! !                          !          !
                                                                                                                                                                         ! ! ! ! !! !                      ! ! !!! !
                                    100



                                                                                                         !                                             !                                                             !
                                          ! ! ! !
                                          !! !       !       ! ! ! ! ! !! !
                                                     ! ! !! ! ! ! !! ! !
                                                             ! !! ! ! ! !!                ! ! ! ! ! ! ! !!!! ! ! !! ! ! !! !! !! !! ! ! ! !
                                                                                                  !          !     !
                                                                                                                   ! !! !     !            !
                                                                                                                                          !! !!!! ! ! ! ! ! !
                                                                                                                                           !            !
                                                                                                                                                        !           !          !! !      !
                                                                                                                                                                                         !!      !!! ! ! ! !! ! !
                                                                                                                                                                                                  ! !
                                                                                                                                                                                                 ! !! !     !
                                          ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !! ! ! ! !! !
                                          ! ! ! !            !                   !               !
                                                                                                 ! ! !!
                                                                                                 ! ! ! !!
                                                                                                         !        !        !!
                                                                                                                            !!       !
                                                                                                                                     !
                                                                                                               ! ! ! !!! !!! ! !! ! !!
                                                                                                                                           !!
                                                                                                                                            !      ! !         ! ! ! !! ! !! ! ! ! ! !! !!! ! !!
                                                                                                                                                                        !!
                                                                                                                                                                        !! ! !
                                                                                                                                                                         !               !       !        !!       !! !
                                                                                                                                                                                                                     !
                                                                                                                                                                                                                    !! !
                                                                                                                                                                                                                     !
                                          !
                                          !
                                          !! ! ! ! !! ! ! ! !! !! ! ! ! !! !
                                          !
                                          ! ! ! !! ! ! !! ! !
                                          !                  !
                                                              !! ! !
                                                                   !!
                                                                                                  !                ! ! !! ! ! ! !
                                                                               !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! !!! ! !
                                                                                       !
                                                                                       !    !    ! !               !                              !       !! ! !        !!
                                                                                                                                                                        ! !! !
                                                                                                                                                                        !
                                                                                                                                                                         !           ! !
                                                                                                                                                                                     ! !
                                                                                                                                                                                      !
                                                                                                                                                                                         !
                                                                                                                                                                                      ! ! ! !
                                                                                                                                                                                         !
                                                                                                                                                                        ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !!
                                                                           ! !! !! ! !! ! ! !!!! ! !!!! ! !! ! !! !! !! ! ! !!!! ! ! ! ! !!! !!! !! ! ! ! ! ! !! ! !!! !!!!
                                                                                                                                                                                                          !! ! !
                                                                                                                                                                                                             !
                                                                                                                                                                                                                      !
                                                                                                                                                                                                                      !
                                          ! ! ! !!! !! !! !
                                          ! ! ! ! ! !! !
                                           ! !                           !    !!!
                                                                                !      !     ! ! ! ! ! ! ! ! !! !
                                                                                                   ! ! !!
                                                                                                                   !
                                                                                                                                  ! !! ! ! ! ! ! !
                                                                                                                                        !              ! ! ! !!!!
                                                                                                                                                        !                     ! ! !         ! ! ! !!
                                                                                                                                                                                            !             ! !!
                                                                                                                                                                                                          ! !!         !
                                          ! !!! !! !! !! !
                                           !!! ! ! !     !    ! ! !!! !!! ! ! !
                                                               !         !! ! !
                                                                           ! !! ! !!
                                                                               !! ! !!             !
                                                                                                  !!      ! !!! !! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !! !! ! ! ! !! !!! !! !!!!! !! !! !!! ! ! !
                                                                                                          !! !! !    ! !!!
                                                                                                                          !!! !! !!! !
                                                                                                                                                       !
                                                                                                                                                     ! ! !!! ! ! ! !! ! !
                                                                                                                                                               ! !                ! ! !!!! ! !!
                                                                                                                                                                                           ! !! ! !!
                                                                                                                                                                                             !
                                                                                                                                                                                                       ! ! ! ! ! !!
                                                                                                                                                                                                                         !
                                            ! ! ! !! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !! !! ! !! ! ! !! !
                                             !
                                             ! ! !!          !! !                     ! !!                   !!
                                                                                                             !      !           !     ! ! !
                                                                                                                           ! !! ! ! !! !!! ! ! !! ! ! !!! !!!! ! !
                                                                                                                          !! !                           ! !!! !         ! ! ! ! !          !!                 !
                                                                                                                                                                                                       ! !! !!! ! !! ! !
                                                                                                                                                                                                                         !
                                          ! !! ! ! ! !!
                                                 !
                                              !! !              ! !! ! ! ! ! !!! ! ! ! !! !!! !! ! ! !!!!!
                                                                    ! !!!
                                                                    !! ! !
                                                                         !            !! !          !
                                                                                                   !!          !    !
                                                                                                                                       ! !
                                                                                                                                              ! !
                                                                                                                                               ! !           ! ! !! ! ! ! ! !!! ! ! ! !
                                                                                                                                                                              !!!! !
                                                                                                                                                                               !           ! ! !! ! ! ! !!!! !
                                                                                                                                                                                             !                ! ! ! !    !
                                           !!! ! ! !! ! ! ! ! !! !
                                           !! ! !
                                            !                      ! ! !
                                                                   !! !
                                                                                      !
                                                                                ! ! ! !
                                                                                      !           ! !! !!!
                                                                                ! ! ! ! ! ! !!!! !! !
                                                                                                        ! !  !               ! !!!
                                                                                                                                !!         ! ! ! ! ! ! ! ! !!!
                                                                                                                                              !!                   ! ! ! ! !! !
                                                                                                                                                                             !! !          ! !       !!!
                                                                                                                                                                                          ! !! ! ! ! ! !!! !! ! !
                                                                                                                                                                                          !!! !
                                                                                                                                                                                                               !        !
                                           ! !!! ! ! !
                                            ! !!! !                ! !!              !    !       ! ! !                ! !! ! ! ! ! !!! ! ! ! ! ! !! ! ! !
                                                                                                                        ! ! !!!         !!! !!! !
                                                                                                                                             ! !              ! !!!!      !     ! !!     !! ! ! !!!! !!! ! !!! !
                                                                                                                                                                                              !
                                                                                                                                                                                              !      !         !! !! !!!
                                           ! !!!! !!
                                                ! !! !
                                                !!  !        ! !!! !
                                                             !!! ! !          ! !! ! ! ! !! ! !! ! ! ! !! ! !
                                                                              ! !! !!!            !            !     !
                                                                                                                     !
                                                                                                                     !
                                                                                                                    ! ! ! !!             ! ! ! !!        ! !             !     !! !!!       !
                                                                                                                                        ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! !! ! !! !!!! ! ! !!!!! !!
                                                                                                                                                                                                      !
                                                                                                                                                                                                      !!
                                                                                                                                                                          ! ! ! !! ! ! ! !! !!! ! ! ! ! ! !!  !!     ! !
                                                    ! ! !!! !! !!!! !! ! ! !! ! ! !! !! !! ! ! ! ! !!! !
                                               !! ! ! !         !
                                                                 !
                                                                 ! ! !!         !      !! !            !!
                                                                                              ! ! ! ! ! !!
                                                                          ! ! ! !! !!! !! ! !!! ! !!! ! ! !
                                                                                                        !                   !           !! !!!!!
                                                                                                                                              ! !!!
                                                                                                                                                  !       !!         !
                                                                                                                                                        ! ! !! ! ! ! !
                                                                                                                                                                          !!     !       ! ! ! !     !
                                                                                                                                                                                                     !
                                                                                                                                                                                                     !!      !! ! !
                                                                                                                                                                                                                 !
                                                                                                                                                                                                                         !
                                                                                                                                                                                                                         !
                                             ! ! ! !! ! ! !
                                             !                ! ! !!!! !! !!    ! ! ! !!                            ! ! ! !! ! !       ! ! ! ! !! ! !!! ! !!!!
                                                                                                                                           ! ! !! !           ! !            !    !!! ! !! ! ! !
                                                                                                                                                               ! ! !! ! !! ! !!! ! !!!!!! !!!
                                                                                                                                                                                           !!               ! !!
                                                                                                                                                                                                            ! !!! ! !
                                            !  ! ! !!
                                                ! !!  !           !
                                                              ! !! !! ! !
                                                                       ! !
                                                                                 !! !
                                                                                     ! !! ! ! ! ! !! ! !
                                                                                                        ! !! !
                                                                                                     !! ! !
                                                                                                           !
                                                                                                           !!        ! !!! !
                                                                                                                     !! !! ! !  !
                                                                                                                        ! ! !! ! !!!!!!! ! !
                                                                                                                                         !! ! !          !      ! !!        ! !! !
                                                                                                                                                                            !! ! !!        !!! !! !!
                                                                                                                                                                                             !
                                                                                                                                                                                            !!       !!
                                                                                                                                                                                                               ! ! !
                                                                                                                                                                                                       ! ! ! !!!!!!
                                                    !!                         !! ! ! ! !                                     !          ! !            ! ! ! !                 ! !
                                                                                                                                                                           !!! !!         ! !! !                 !! !
                                           ! ! ! ! !!
                                            !
                                            ! ! ! !
                                                      !          ! ! !
                                                                 !! !
                                                                 ! ! ! !
                                                                !! !! !!!         ! !               !! !
                                                                                                    !! ! ! ! !!! ! ! ! ! !!! ! ! !
                                                                                                     !!
                                                                                                                      !
                                                                                                                      !        !      ! !!               !
                                                                                                                                                        !!!! !! !
                                                                                                                                                         ! ! !! !            ! !
                                                                                                                                                                             ! !! !        ! !! !
                                                                                                                                                                                          ! ! ! !!         ! !!!! !!
                                                                                                                                                                                                             !! ! !!
                                                                                                                                                                                                               !
                                           ! !! ! ! !
                                           ! !! ! !! !
                                                      !         ! !!                 !!! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! ! ! ! ! !! !
                                                                                             !
                                                                                             !        !    ! !                 !
                                                                                                                               !                                   !!           !!
                                                                                                                                                                    ! ! ! !! ! !!        !!! !! ! ! ! !! ! !! !! !! ! !
                                                                                                                                                                                                               ! !
                                               ! !
                                          ! !! ! ! !
                                               !                                      !!
                                                               ! ! !! ! !! ! ! ! !! !!!
                                                                                             !
                                                                                !!! !! !! ! ! ! !!         ! ! ! ! !!!! ! !
                                                                                                                         !!
                                                                                                              ! ! ! ! !! !!     !         ! ! !
                                                                                                                                         ! ! ! !          !!         !      ! ! ! ! ! ! ! ! !!!    !
                                                                                                                                                                                          ! ! ! !! ! ! !! ! ! !!
                                                                                                                                                                                          !                            !
                                                                                                                                             ! !! ! !! ! !                                ! ! !! !
                                    50




                                             ! !!! ! ! !
                                                       !        !    ! !!
                                                                 ! ! !! !! !!!            !         !         !
                                                                                                    ! ! ! ! ! !! !!!! !  !             ! ! ! ! ! ! !!! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! !! !! !
                                                                                                                                                         ! !              !                        !!       ! !! ! !
                                                                                                                                                                                                               !!
                                           !! !
                                             !        !
                                           !! ! ! !! !! ! ! ! ! !     !         ! ! ! ! !! !! !! ! !
                                                                            ! ! !        ! !      !! !                        !       ! !! !
                                                                                                                             ! ! ! !!! !! ! ! !
                                                                                                                            ! !!
                                                                                                                    !! ! ! ! !
                                                                                                                       !                                 !! ! ! !
                                                                                                                                                          !! !            ! ! !! !! !
                                                                                                                                                              ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! !
                                                                                                                                                                                          !!               !!
                                            !     !             ! !
                                                                      !            !! !!!! ! ! !! ! !!
                                                                                   !         !            ! !
                                                                                                   ! !! ! !!
                                                                                                                      !!
                                                                                                                        ! !!
                                                                                                                                      !
                                                                                                                                      !! ! !! ! !!! !!!! !! !! ! !!!!!
                                                                                                                                       !        !                              ! !!
                                                                                                                                                                                   !       ! ! !           !! ! !!!!
                                                                                                                                                                                                             !      ! !
                                                                ! !
                                                               ! ! ! ! ! ! ! !! !!! !
                                                               ! ! ! !!           !! !!!
                                                                                   !     ! !
                                                                                        !! !
                                                                                          !            !     !      !!!!! ! !
                                                                                                                    ! !                !     ! !!
                                                                                                                                     ! !! !! ! !               ! !!!
                                                                                                                                                          ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !
                                                                                                                                                                               ! !                 !!
                                                                                                                                                                                           ! ! ! !! !         ! ! ! !!
                                           !
                                           !     ! ! !!
                                            !! ! ! !
                                                        !        !! !!! !          !!
                                                                                 ! !!! !
                                                                              ! !! ! ! !
                                                                                                   !! !
                                                                                                      !
                                                                                                      ! !     !! ! !!! ! !
                                                                                                                     ! !! !          !! ! ! ! !
                                                                                                                                                          !
                                                                                                                                                        ! ! !!
                                                                                                                                                                  !
                                                                                                                                              ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! !!!
                                                                                                                                                                           ! ! !
                                                                                                                                                                          !! ! ! !          !      !           !! !
                                                                                                                                                                                                                 !!
                                            !!
                                             !!                       !    !         !                 ! ! !!
                                                                 ! !! ! ! !!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! !!! ! ! !
                                                     ! !! ! ! ! ! ! !                                       !! ! !                   !!! ! !! !
                                                                                                                                      !      ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !!                         !    !!      ! ! !! ! !
                                                                                                                                                                                                                 ! !!
                                               ! !!          ! ! ! ! !! ! !! !! !!! ! !                                    !! !
                                                                                                                                  ! !!  !!     !! !
                                                                                                                                                ! !        ! ! !! !   !        !! !
                                                                                                                                                                                               !! !!             !! !  !
                                            ! ! !!
                                           ! !! ! ! ! !              ! !           !                !!! ! ! !
                                                                                                      !! ! !
                                                                                                      !!             ! ! !! !!
                                                                                                                        !
                                                                                                                       ! ! ! ! ! ! !!         ! !         ! ! !! !        ! ! ! !!
                                                                                                                                                                                                !
                                                                                                                                                                                         !! ! ! ! !
                                                                                                                                                                                          ! !! ! !! !
                                                                                                                                                                                                 !                ! !
                                              !! !!                 ! !
                                                          ! ! ! ! ! !!
                                                                     !!!        !! !
                                                                                 !!         !!       ! ! ! !
                                                                                                  !! ! ! !            !!          !
                                                                                                                                       !
                                                                                                                                      ! ! !
                                                                                                                                        !
                                                                                                                                                   !
                                                                                                                                                            ! ! !!
                                                                                                                                                               !    !
                                                                                                                                                                    !     ! !! ! ! ! !
                                                                                                                                                                           !    !! !      !         ! !!               ! !
                                                 !        ! ! !
                                                          !
                                                          !                      ! !
                                                                                  !                                    ! ! !! ! ! ! !
                                                                                                                       !                            !!     !!       !!                           !      ! !!
                                                                                                                                                                                                        !             !! !!
                                                                                                                                                                                                                          !
                                                          !
                                                       !! ! ! !
                                                          !             ! !                ! !
                                                                                           ! !       ! ! !!
                                                                                                    ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! !
                                                                                                                 ! ! !
                                                                                                                                      ! ! !  !       !     !                 ! !!    !!
                                                                                                                                                                                      !        ! ! ! ! !! !!! !
                                                                                                                                                                                                        !                !!
                                                                                                                                                                                                                          !
                                             !      ! !  !
                                                          !
                                                   !!! !! !                 ! ! !! ! ! ! !
                                                                            !
                                                                            !              ! !
                                                                                           !!              !!             !        !
                                                                                                                                   !
                                                                                                                                   !      !!! ! ! ! !!! !! ! !! !
                                                                                                                                            !     ! !!
                                                                                                                                                     !     ! !
                                                                                                                                                           ! !
                                                                                                                                                           ! ! !!!!
                                                                                                                                                                    !!
                                                                                                                                                                    !!
                                                                                                                                                                     !!
                                                                                                                                                                                      !        ! ! ! !
                                                                                                                                                                                       ! ! !!! !! ! !
                                                                                                                                                                                                ! ! !   !                 !
                                                                                                                                                                                                                          !
                                           ! !! ! !!!
                                                !      !! ! !   ! ! ! !
                                                                !
                                                                        ! ! !
                                                                            !      !! !
                                                                                     ! !
                                                                                              !      !
                                                                                              ! !! ! !         !!
                                                                                                                !
                                                                                                                !!
                                                                                                                         !
                                                                                                                              ! ! !
                                                                                                                                  !!        ! ! !
                                                                                                                                             ! ! !
                                                                                                                                                     !
                                                                                                                                                     !
                                                                                                                                                     !         !       ! !!
                                                                                                                                                                       ! !
                                                                                                                                                                                 ! ! !!
                                                                                                                                                                                      !!
                                                                                                                                                                                       !                         !
                                                                            !                 !
                                                                                              !                                    !        !! ! !                    ! !           !              ! ! !    !
                                               !
                                                      !
                                                           !        ! ! !!
                                                                           !                  ! !
                                                                                              !!                          !        !
                                                                                                                                                     !
                                                                                                                                                             !
                                                                                                                                                                !
                                                                                                                                                                   ! ! ! ! ! ! !! !          !
                                                                        !!        !!                                 !                       !
                                                                                                                                             !     !               !                                !
                                                    !
                                    0




                                                                                                                 Plate Number
The qHTS Paradigm 
                                                                                  Negative
                                                                                  Positive
                                                                                  Sample                                                                                                                  !
                                                                                                                                                                                     !




                                                                      150
                                                                                                   !       !                                                                              ! !
                                                                                                                                                                                                                !
                                                                                               !                                                                         !                  ! !                !
                                                                                                                                                                     !                    !
                                                                                       !!!                      !                                                                !       ! !             !        !                          !
                                                                                                !!                      !                                                              !
                                                                                  ! !           !                   !! !
                                                                                                                     !                                         !                                                   !
                                                                                 ! !!                      !
                                                                                                                ! ! !              !!             !! ! ! !
                                                                                                                                                   !                  ! !!
                                                                                                                                                                                 !       !
                                                                                                                                                                                                                                                 !!
                                                                                          !                                 !                                                            !!               !
                                                                             !
                                                                             !                  ! !
                                                                                                !
                                                                             ! ! ! ! ! ! !! !! ! !! !
                                                                                                               !                     !                                 !       !         !!
                                                                              !                ! !!
                                                                                                !                                    !             ! ! !
                                                                                                                                                   !                     !      ! ! !! !! !! !              ! !!           !! ! !
                                                                                                                                                                                                                              !               ! !!
                                                                                 !! !! !        ! !!             !! ! !!!       !! ! ! ! ! !
                                                                                                                                !                          ! !
                                                                                                                                                            !        !          !             ! !
                                                                                                                                                                                        ! ! ! ! ! ! !!                  ! !! !            !! !
                                                                                                                                                                                                                                          !! ! !
                                                                                                                                                                                                                                          ! !! !! !
                                                                                       !! ! !!           !       !
                                                                                ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! !            !
                                                                                                                                   ! !             !! ! !!    !! ! !     !! !          !! !
                                                                                                                                                                                        ! !
                                                                                                                                                                                                         !
                                                                                                                                                                                                    ! !! ! !!!   !
                                                                                                                                                                                                          !! ! ! ! ! !! !
                                                                                                                                                                                                                        !          !       !
                                                                                                                                                                                                                                             ! !! ! !
                                                                            !! !! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! !
                                                                                          !                                           !! ! !
                                                                                                                            ! ! ! !! ! ! !!! !                                        !! !                                                !!




                                                             Signal
                                                                                     !           ! !
                                                                                                ! !!        !           ! !
                                                                                                                       ! !!                                  !      ! ! !
                                                                                                                                                       !! ! !! ! ! !! !! !! ! ! ! !   ! ! ! ! ! !!! ! ! !! !! ! !!!! ! ! !! ! ! ! ! !
                                                                                                                                                                                              !              !          !!                !! ! ! !!!




                                                                      100
                                                                                                            !                           !                                                                                                           !
                                                                            ! ! ! ! ! !! ! !! !! ! !
                                                                            ! !        !       !!!  ! ! ! !                     !                 !
                                                                                                                                                  !      !!
                                                                            ! !!!! ! ! ! !! !!!! ! !!! !! !!! ! !!!!!! ! ! ! ! ! ! !!! ! !!! !! !! !! ! ! ! !!
                                                                                       !                                                          !         !             ! !
                                                                                                                                                                    ! ! !! ! !        !!                !
                                                                                                                                                                                                   ! ! !! ! ! ! !! !
                                                                                                                                                                                                   ! ! !! ! ! ! !
                                                                                                                                                                                                             !          !         !
                                                                                                                                                                                                                                 ! !!
                                                                                                                                                                                                                                 ! ! ! ! ! !!! !
                                                                                                                                                                                              ! ! !! ! !! !!! !! !! !!!!! !! ! ! !! !!
                                                                                                                                                                                                                                 !
                                                                            !
                                                                            !
                                                                            !                  !
                                                                                               !            ! !            !! ! !! !! ! ! ! !! ! ! !! !
                                                                                                                                !
                                                                                                                                !       !                 !!
                                                                            !! ! ! ! !! ! ! ! !! !! ! ! ! ! !! !! ! !!!!! ! !!! ! ! ! ! !! !!! !! ! ! !!!! ! !
                                                                                                                                 !      !                       ! ! !
                                                                                                                                                                           !          !                !
                                                                                                                                                                                                       ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! !
                                                                                                                                                                                                        !               !                  !!        !
                                                                                                                                                                                                                                                     !
                                                                            ! ! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !!!! ! !! ! ! ! ! !
                                                                            !
                                                                            !       ! !  ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !
                                                                                               !! !  !         !!      !
                                                                                                                       !
                                                                                                                       !        ! !!              !
                                                                                                                                                  ! !!              !                                  !
                                                                                                                                                                                                       ! ! !! ! !! !    !
                                                                                                                                                                                                                     ! ! !
                                                                                                                                                  ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !!! ! !! ! !! ! ! !!! ! !!! ! !
                                                                                                                                                  ! ! !                          !    ! !              ! ! !! ! !
                                                                                                                                                                                                       !             !
                                                                                                                                                                                                                                            !
                                                                                                                                                                                                                                          ! !! ! !
                                                                                                                                                                                                                          ! ! !! ! ! ! ! ! !
                                                                                                                                                                                                                                    !! ! ! ! ! !
                                                                                                                                                                                                                                                     !
                                                                            ! !!! !!! !! !! !
                                                                            !! ! ! !            !                !
                                                                                                ! ! !!! !!! !!! ! ! !! ! ! ! !! !! !! !
                                                                                                                                                                      !
                                                                                                                                                                 ! !! !            ! ! !
                                                                                                                                                                                      !! ! !!!!                             ! !               !
                                                                             !! !
                                                                             !!! ! ! ! !! !
                                                                                !    ! !   !                   !!
                                                                                                          !! ! !         !!       !
                                                                                                                                 !!      !
                                                                                                                                         ! !! !
                                                                                                                                         !     !
                                                                                                                                               !    ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !! !! ! ! ! !! !!! ! !!!!!! !!! !! !!! ! ! !
                                                                                                                                                       !
                                                                                                                                                       !                !                    !! !                   !        !! ! ! !
                                                                                                                                                                                                                ! ! ! !!! ! !!
                                                                                                                                                                                                                    !                         !! ! !!   !
                                                                            ! ! ! !
                                                                              ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! !
                                                                               ! ! ! !! ! !! !! ! !!
                                                                                                               ! ! ! ! !! !!
                                                                                                                !! !
                                                                                                                  ! ! !!                    !!
                                                                                                                                           ! !! !       ! ! !! ! ! !
                                                                                                                                                               !     ! ! ! ! !! ! !
                                                                                                                                                                     !             !     !       !     ! !!!! ! !
                                                                                                                                                                                                       ! ! ! ! !           !!         !                 !
                                                                            ! ! ! !! !
                                                                                !                    !
                                                                                                 ! ! !! !             ! ! !   ! !! ! !!! ! ! ! !!!!!! ! ! !! !!! ! !!!!! ! !! ! !! !! ! !
                                                                                                                                  !!!       !           ! ! !
                                                                                                                                                         ! !                               !
                                                                                                                                                                                            ! !!! !          !             !! !
                                                                                                                                                                                                                            !      ! ! !!! !!! ! !
                                                                                                                                                                                                                                           ! ! !! !!! !
                                                                                                                                                                                                                                                   !! !
                                                                                     !                                !! !
                                                                                                                ! ! ! ! ! ! ! ! !!!!
                                                                                                ! ! !! !!! ! !!! !!   !             ! !!! ! !
                                                                                                                                        ! !! !            ! !                !
                                                                                                                                                                          ! !!!!! ! ! ! !!!!                 ! ! ! ! ! !! !
                                                                                                                                                                                                             !            !!! ! !!
                                                                                                                                                                                                                         !!! ! ! ! !!!!! ! !!




  •  Tradi%onal single 
                                                                             !!! ! ! ! !
                                                                             !! ! !
                                                                              ! !                      ! !!
                                                                                                          !           !                                    ! !!!              !
                                                                                                                                                                             !!       ! !       !! ! ! ! ! !!!!!             !         !
                                                                                                                                                                                                                                       !       ! ! !!  !
                                                                                                    ! !                                                      !!                              ! !!!          !!                               ! !
                                                                             ! !! !! !
                                                                                  ! !! !
                                                                              ! !!! !
                                                                                    !! !
                                                                                                     !!
                                                                                                    ! ! !
                                                                                                     !              ! !!
                                                                                                                     !          ! !                   ! ! !!
                                                                                                                                                    ! ! !! !
                                                                                               !!!!!! !!! ! !!!! !! ! !!! ! ! ! ! ! ! ! !! !! ! !!!! !! !
                                                                                                                  !! ! ! ! !! !                    ! ! ! ! !!          !!! !! ! !
                                                                                                                                                                           !!
                                                                                                                                                                                   !       !! ! ! !
                                                                                                                                                                                            ! ! !! !          ! !! !       !!
                                                                                                                                                                                                                              !
                                                                                                                                                                                                        ! !! !!! !! !! !!! !!! ! !!!!
                                                                                                                                                                                                                 !! ! !! ! ! !!                      !
                                                                                                                                                                                                                                               !! !! !
                                                                                                                                                                                                                                               ! !!! !!
                                                                                  !
                                                                             ! !! !! !! ! ! !
                                                                                  !                            ! !! ! !
                                                                                                               !                 ! !  !       !     !
                                                                                                                                                   ! ! !! !            ! ! !!           !                                        ! !!
                                                                                                                                                                                                                                      !
                                                                                                                                                                                                        !! !!! ! !! ! ! !!! ! ! !!! ! !!      !        !
                                                                                      ! !
                                                                               ! !! ! ! !
                                                                                                !! ! !
                                                                                                  !!
                                                                                                   !        ! ! ! !!
                                                                                                         ! ! !! ! ! ! !
                                                                                                                                !      !     !
                                                                                                                              ! ! ! ! !! ! ! !
                                                                                                                                      ! ! ! !!! !!! !
                                                                                                                                  ! ! !!
                                                                                                                                                                 !     ! ! ! !!! !! ! !
                                                                                                                                                                               ! !       !
                                                                                                                                                                                                        !!
                                                                                                                                                                                                               !
                                                                                                                                                   ! ! ! !! ! ! ! !!! !!! !!!!! ! ! ! !!!! !!! ! !!!!! !!! ! !!! !! !! !!        ! ! !       !! ! ! !
                                                                               ! ! ! !! ! ! ! ! !!!! !! ! !! !!! !! !! !!!!
                                                                                       !!
                                                                                                  !
                                                                                               ! ! !! !
                                                                                               ! ! !! !!        ! ! ! !!               ! !
                                                                                                                                                    ! !!! !
                                                                                                                                                                      !!
                                                                                                                                                                       ! ! ! !! !
                                                                                                                                                                      !!!! ! ! ! !
                                                                                                                                                                                 !         ! !!                          !!! ! ! !!!
                                                                                                                                                                                             ! ! ! ! ! !! ! !!! ! !!! !!! !!!
                                                                                                                                                                                            ! ! !          !       !                 !      ! !! !     !!
                                                                                  ! !!
                                                                              ! ! ! !
                                                                                                                    !       !      !! !!
                                                                                                                                        ! ! !       !! ! !! !
                                                                                                                                                            ! !         !! ! ! !              !! !!        ! !!
                                                                                                                                                                                                          ! !! !          !! ! ! ! ! ! ! !! !!
                                                                                                                                                                                                                                               !!
                                                                                                                                                                                                                                              ! ! !
                                                                             ! !! !!!!!
                                                                                        !      ! !! ! ! !       ! !!               !! !!              ! ! !
                                                                                                   ! ! !!! !! ! ! !! ! ! !!! ! ! ! !!! !! !!! !!! !! ! !
                                                                                                                  ! !! ! ! !! ! ! ! ! !! !! ! ! ! !! !! !
                                                                                                                                     !                     !                            !
                                                                                                                                                                                       ! ! ! !!
                                                                                                                                                                                        ! ! !
                                                                                                                                                                                                 !        ! ! ! !!!
                                                                                                                                                                                                            !!! !        ! ! ! !! !!
                                                                                                                                                                                                                          ! ! !! !
                                                                                                                                                                                                                                     !            !!
                                                                              !        !!         !!
                                                                                                 !! !! !!!
                                                                                                                                   !                 !       !      ! !!                !          !        !! !
                                                                                                                                                                                                               !
                                                                                                                                                                                                            !!! !         ! !! ! ! ! !!!! !!
                                                                                                                                                                                                                               !!               ! !
                                                                                                                                                                                                                                             !! ! !!   !
                                                                              !! ! !
                                                                                 !   ! ! !
                                                                             !!! ! !!!            ! !! !
                                                                                                  !                  !!! !
                                                                                                                      !!! !
                                                                                                                        !    !      ! ! ! !
                                                                                                                                         ! !        !! ! ! ! ! ! !! !! ! ! !!!! !! !!
                                                                                                                                          ! ! ! ! !!! !!!    !          !!! !            !     ! !! ! !! ! ! !!
                                                                                                                                                                                                   !!      ! ! ! ! !! !  !!! !!!! ! ! !! ! !! !
                                                                                                                                                                                                                             ! !!  !           ! ! !
                                                                                                                                                                                                                                               ! !! !!
                                                                             ! !!
                                                                            ! !! ! ! !
                                                                                 !!                             ! !!
                                                                                                 ! ! !! ! !! ! ! ! !! !!!         ! ! ! !!! ! ! !! ! !!! !                  ! !! ! !! ! !
                                                                                                                                                                                         !                               ! ! ! ! ! ! !! ! ! !!
                                                                                                                                                                                                                          !
                                                                                                                                                                                                                         ! ! ! !!




                                                                      50
                                                                                  !      !               !!
                                                                                                 ! !!! !! ! !    !        ! ! !!
                                                                                                                           !                  !        !! ! !
                                                                                                                                                       !      !       ! ! ! ! ! ! !!! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! !! !! !
                                                                                                                                                                                        ! !             !                                   ! !! ! !
                                                                                                                                                                                                                                                !!
                                                                               !        !!        ! !                                        !      !! ! ! !                                                             !! !
                                                                             !! ! ! !                       ! ! !                ! !
                                                                                                                        ! !! ! ! !!! !!
                                                                             !! !! ! !! !! ! !!! ! ! ! ! !!! !! !! !!! ! ! ! !! ! ! ! !
                                                                                                       !                 ! !
                                                                                                                             ! !!! ! !               !               ! !! !
                                                                                                                                                      ! ! ! ! !!! !! ! ! !
                                                                                                                                                           !                    !       !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !! !!
                                                                                                                                                                                            ! ! ! ! ! !! !!
                                                                                                                                                                                         !! !                     !       ! !         ! !!!!
                                                                                                                                                                                                                                                    ! !!
                                                                              !! !                ! !
                                                                                                 ! !               !! !! !
                                                                                                                   !                                !! ! !           !
                                                                                                                                                                    !! ! ! !! !!! !!!! !! !! ! !!!!! !
                                                                                                                                                                     !
                                                                                                                                                                     !        !                         ! ! ! !!!                           !!    !! !




     point screens 
                                                                                                 ! ! ! ! ! ! ! !! !!! !
                                                                                                                  !! !!!             !! !          ! !!! !!                 !!          ! ! !!! !!!          ! ! !                 !!         ! ! !! !
                                                                             !
                                                                             !     ! ! !! !      ! ! ! !!          !! ! !
                                                                                                                   !      !         ! ! !!! ! !!! ! !
                                                                                                                                  !! !       !                      ! !! !! ! !
                                                                                                                                                                    !! ! !!!! !          !      !             ! !
                                                                                                                                                                                                         ! !! !           ! ! ! !! !           !!
                                                                              !! ! ! !            !! !!
                                                                                                                 ! !! ! !
                                                                                                     ! ! ! ! ! !! ! ! !
                                                                                                       ! !            !             ! !             !! !!!                   ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! !! !
                                                                                                                                                                                  ! ! !! !               !! ! ! !           !       !             !
                                                                                                                                                                                                                                                 !! !!
                                                                                                                                                                                                                                             ! ! !!!!
                                                                              !!
                                                                               !!
                                                                                    !!
                                                                                         !             !! !     !! ! !                ! ! !! !
                                                                                                                                           ! ! ! !!
                                                                                                  ! !! ! ! !!! !!! ! ! ! ! ! ! !!! ! !!!! ! !             !         !!! ! !! !
                                                                                                                                                                     !
                                                                                                                                                                     ! ! !!! ! ! ! !!! ! !
                                                                                                                                                                                                ! !
                                                                                                                                                                                              !! ! !!                           !
                                                                                                                                                                                                                               !! !! !!          !
                                                                                 !! ! ! ! !
                                                                              !! !             !!
                                                                                                     ! ! !! ! ! !
                                                                                                                 !! ! !
                                                                                                                   !      !             ! !
                                                                                                                                  !! ! ! !             !      !!
                                                                                                                                                    ! ! !! ! ! ! ! ! !!        ! !
                                                                                                                                                                               !         !!! !      !        !! !         ! !                    !! ! !
                                                                             ! !! ! ! ! !             ! !
                                                                                            ! ! ! !! !!
                                                                                                        !        !!         !       ! ! !!
                                                                                                                                     !
                                                                                                                             ! ! !! ! !              !! ! ! ! ! !
                                                                                                                                                                ! !!              !         ! !!
                                                                                                                                                                                                          !    !!        ! !! ! !!
                                                                                                                                                                                                         ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !
                                                                                                                                                                                                                         ! !
                                                                                                                                                                                                                                 !                ! ! !!
                                                                                !! !!
                                                                                   !        ! ! !!!!!
                                                                                            !                                          ! ! !         !!
                                                                                                                                                      !!     ! ! ! ! !!!           !       ! ! ! ! ! !! !
                                                                                                                                                                                          ! !! ! ! !
                                                                                                                                                                                                   !
                                                                                                                                                                                                                  !      !       ! ! !! ! !
                                                                                                                                                                                                                                        !            !! !!
                                                                                                                                                                                                                                                         !
                                                                                            !
                                                                                            !            ! !     ! !
                                                                                                                  !        ! ! ! !!! ! !! !!!! !
                                                                                                                           ! !     !                                 !! !
                                                                                                                                                                        !!! ! !    !
                                                                                                                                                                                   !               !! ! ! !    !    !!                  !
                                                                                                                                                                                                                               ! ! ! ! !! !!! !         !!
                                                                               ! !!! !! ! !!
                                                                                      ! !! !
                                                                                            !
                                                                                            !           !
                                                                                                             ! ! ! ! ! ! ! !! ! !! !! ! ! ! ! ! !
                                                                                                                           ! !                         ! ! !     !                 !!     !!
                                                                                                                                                                                          !!
                                                                                                                                                                                          ! ! ! !! !!                !!        ! ! ! !
                                                                                                                                                                                                                                        !                !
                                                                                                                                                                                                                                                         !
                                                                                                                                                                                                                                                         !
                                                                                           !                 !
                                                                                                             !
                                                                                                             !     !! !
                                                                                                                           !! !    !
                                                                                                                              ! !! ! !
                                                                                                                                           ! !
                                                                                                                                              !!                 !
                                                                                                                                                                 !      !!  ! ! !   !
                                                                                                                                                                           ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! !
                                                                                                                                                                                          ! ! ! !!              ! ! ! ! ! !!! !! ! !
                                                                                                                                                                                                                      !         ! !!    !
                                                                             ! !! ! !!! !
                                                                                  !      !! ! !   !! !
                                                                                                         ! ! !
                                                                                                             !
                                                                                                             !       ! !                        !
                                                                                                                                                !
                                                                                                                                                !           ! ! !!         !
                                                                                                                                                                                    !
                                                                                                                                                                                    !                !
                                                                                                                                                                                                     ! !
                                                                                                                                                                                                                     !!
                                                                                                                                                                                                                      !                     ! !
                                                                                 !           !       ! ! !!                   !
                                                                                                                              !
                                                                                                                              ! !
                                                                                                                              !                         !
                                                                                                                                                                 !         ! ! !
                                                                                                                                                                            ! !!    !          !     ! ! ! ! !! !
                                                                                                                                                                                                     ! !
                                                                                                                                                                                                                   !               ! ! !
                                                                                        !                                     !                                   !                               !!
                                                                                                         !!       !!                                                             !          !                               !




     can miss useful hits 
                                                                                      !                   !                                         !                       !
                                                                                                                                                                            !                     !                                 !




                                                                      0
                                                                                   1                   2              3                4                 5                   6             7                  8               9               10
                                                                                                                                                  Plate Number

  •  qHTS involves concentra%on response assays 
     on a high‐throughput 
      scale 
  •  The CRC allows us to  
     categorize hits in a more 
     fine‐grained manner 
Inglese, J et al, Proc. Natl. Acad. Sci., 2006, 103, 11473‐11478 
Concentra%on Response Curves 




                                  SInf
•  Each compound is 
   characterized by 4  
   Hill parameters 

                                  50%
•  Also evaluate       Activity
   p‐values and R2 
•  Finally we classify  
   each curve  
                                  S0




                                              AC50
                                         Concentration
Curve Class Usage 




                                                  Inac2ve 
•  Heuris%c assessment of the significance of a 
   concentra%on response curve 
•  We aggregate certain curve classes into 
   “ac%ve”, “inconclusive” and “inac%ve” 
   categories 
•  Inconclusive is a “catch all”  




                                                  Inconclusive 
   category (i.e., if it not clearly  
   ‘ac%ve’ or ‘inac%ve’) 




                                                  Ac2ve 
                                                  9 
Hit Selec%on 
•  Easy to iden%fy ini%al set of ac%ves                          300K
•  Ranges from 50 to 5000 molecules 
                                                                 HTS
•  How do we select a subset that will 




                                           Number of Molecules
   likely retest as ac%ve in secondary 
   assays?                                                       1000

   –  Avoid false nega%ves as far as                             Cherry
                                                                 Picks
      possible 
•  We’d also like to be able to explore 
   SAR’s                                                          300
Hit Selec%on – Prior Work 
  •  The simplest method is purely 




                                                                            1000 1200
     sta%s%cal 




                                                                            800
                                                                Frequency
         –  Select compounds above/below an 




                                                                            600
            ac%vity threshold 




                                                                            400
  •  Many methods are based on 




                                                                            200
     similarity to known ac%ves or 




                                                                            0
     neighborhoods 
                                                                                        Activity




         –  Hit‐directed nearest neighbor 
         –  Predic%ve models  
         –  Local hit rate analysis 
Shanmugasundaram, V. et al, J. Med. Chem., 2005, 48, 240‐248 
Selzer P. et al, J. Chem. Inf. Model., 2006, 46, 2319‐2323 
Posner, B. et al, J. Chem. Inf. Model., 2009, 49, 2202‐2210 
Why Use Fragments? 

•  Conceptually equivalent to clustering 
•  Very fast with pre‐computed fragments 
   compared to clustering  
  –  No similarity matrix calcula%ons 
•  Simple to implement 
  –  Iden%fy fragments associated with ac%ve compounds 
  –  For a given fragment iden%fy the ac%ve, inac%ve, 
     inconclusive members 
  –  Rank these fragment “series” for follow up 
The Fragment Analysis Workflow 
 Identify Scaffolds



                                                                                                 Promiscuity & Potency
                                                Flourescence Flagging               Singletons          Filter

   Scaffold Reduction




Calculate Scaffold Statistics
1. Min/Max potency and efficacy
2. Ratio of actives to size of member set
                                                           Flourescence Flagging
3. Complexity of the scaffold
4. Promiscuity (based on active members)




                                                 Priority                  Non-Priority
                                                 Series                      Series


                                            Promiscuity & Potency       Promiscuity & Potency
                                                   Filter                      Filter
Scaffold Genera%on 
•  We employ Murcko fragments 
•  Pre‐generate fragments on 
   compound registra%on and store 
   them in the database 
•  For a given screen, we iden%fy 
   fragments based on the ac%ve 
   compounds and then proceed 
   with the analysis 
  –  Ignore “common” fragments 
     (benzene, furan, …) 
Scaffold Genera%on 
Scaffold Reduc%on 
•  The reduc%on process tries to iden%fy a subset of 
   core‐like fragments 
•  What is core‐like? 
   –  Somewhat subjec%ve 
•  Ini%ally, we iden%fy fragments that are 
   substructures of another fragment 
   –  Keep the smaller fragment 
   –  Not always the best choice 
Scoring Scaffolds 
•  What makes a good 
   scaffold? 
  –  Size, complexity, … 
  –  Do the members 
     represent an SAR or not? 
  –  Intui%on and experience 
     also play a role 
Scaffolds, R‐groups & SAR 
                                                                                Fit PLS or ridge 
                                                                                regression model 




                                                                      0
                                                                                                                                      !


                                                                                                                         !

                                                                                                                         !!
                                                                                                                              !




                                                                      !2
                                                                                                  !                  !

                                                                                              !
                                                                                                            !




                                                          Predicted
                                                                                                        !




                                                                      !4
                                                                                            ! !       !!
                                                                                                        !




   Evaluate topological  
                                                                                     !        !




   and physicochemical  
                                                                                    !




                                                                      !6
   descriptors for the                                                      !

                                                                                !


   R‐groups 


                                                                      !8
                              Characterize the                             !8       !6        !4                !2                0
                                                                                         Observed
                              SAR landscape 

Guha, R et al. J. Chem. Inf. Model., 2008,48, 646‐658  
Scaffold QSAR ‐ Drawbacks   
•  Many scaffolds have few (5 to 10) members 
•  Invariably, more features than observa%ons 
•  If the number of R‐groups is large, the feature 
   matrix can be very sparse 
  –  Less of a problem for combinatorial libraries 
•  A linear fit may not be the best approach to 
   correla%ng R‐groups to the ac%vi%es 
  –  Difficult to choose a model type a priori 
•  SBll working on it … 
Measuring Promiscuity 
•  Promiscuity is measured on a compound‐wise basis 
•  Defined in terms of how many %mes it is ac%ve  in a 
   pre‐defined set of assays versus how many %mes it’s 
   not ac%ve 
•  Promiscuity ranges from 1 to 10 
   –  1 indicates it was not ac%ve in any assay 
   –  10 indicates it was ac%ve in all assays 
   –  0 indicates it wasn’t tested 
•  Scaffold promiscuity is the mean  promiscuity of its 
   ac%ve members 
2000
                           Measuring Promiscuity 




                                                                                      0.7
                                                                                      0.6
            1500




                                                       Width of Confidence Interval
                                                                                      0.5
Frequency
            1000




                                                                                      0.4
                                                                                      0.3
            500




                                                                                      0.2
                                                                                      0.1
            0




                   1   2   3     4      5      6   7                                        1   2   3      4      5     6   7

                           Promiscuity Score                                                        Promiscuity Score



                                           10N active + N inactive
                       Promiscuity Score =
                                            N active + N inactive
Fluorescence Flagging 
•  Depends on the nature of the screen 
•  For a single compound, flag if ac%ve in spectral 
   profiling assay or LDR fluorescence counterscreen 
•  For a series 
  –  Flag if a single ac%ve compound in the series is ac%ve in 
     spectral profiling assay or LDR fluorescence 
     counterscreen 
  –  Or if > 50% of the ac%ve series members are ac%ve in 
     LDR/Lamin‐A/Betaglobin 
qHTS for Tau Inhibitors   
       •  Fibrils of the microtubule associated protein 
          tau are observed in Alzheimers pa%ents 
       •  Goal was to iden%fy small molecule inhibitors 
          of tau oligomeriza%on 
       •  Screened 292K compounds,  
          iden%fied 4788 ac%ves 
       •  Selected a novel  
          aminothienopyridazine series 

Crowe, A. et al, Biochemistry, 2009, 48, 7732‐7745 
Fragment Analysis on Tau‐2 
Identify Scaffolds
                                                            Flourescence Flagging                                                                               Potency & Promiscuity Filter
1. Consider the 4788 actives
2. Ignore non-specific scaffolds                                                                                         Identify singleton compounds
                                                            1. If compound is active in cho-gfp/spec-profile/                                                    1. Keep cmpds whose minimum potency < X uM
                                                               LDR retest, the cluster is flagged fluorescent
                                                                                                                        (i.e., compounds with no
                                                                                                                        precomputed scaffold)
                                                                                                                                                       866      2. Keep cmpds with promiscuity < Y



                                                                                                                                                                Identify singleton compounds
Scaffold Reduction                                                                                                                                              (i.e., compounds with no
                                                                                                                                                                precomputed scaffold)
                                                                                                                                                                                                  ?
Use a substructure method to collapse
scaffolds into more "core-like" scaffolds.




Calculate Scaffold Statistics                                      Flourescence Flagging



                                                                                                                                                         Selec2on Strategy 
1. Min/Max potency and efficacy                                     1. If a single active member is active in cho-gfp,
2. Ratio of actives to size of member set                             the cluster is flagged fluorescent
3. Complexity of the scaffold                                      2. If a single active member is active in LDR
4. Promiscuity (based on active members)                              retest, the cluster is flagged fluorescent

                                                                                                                                                             •  All singletons 
                                                                   2. If 50% of the actives are active in LDR/
                                                                      Lamin-A/Betaglobin, the cluster is flagged



                                                                                                                                                             •  2 ac%ves, 1 inac%ve 
                                                                         Non flourescent other
                                                                         scaffolds                   514                                                        from priority series 
                                                                                                                                                             •  1 ac%ve from non‐
                                   Priority series (scaffolds
                                   with > 10% actives)           46
                                                                                                       Non-priority series
                                                                                                       (scaffolds with < 10%
                                                                                                       actives)
                                                                                                                                    459                         priority series 

                                   Potency & Promiscuity Filter                                        Potency & Promiscuity Filter
                                   1. Keep series whose minimum potency < X uM                         1. Keep series whose minimum potency < X uM
                                   2. Keep series with promiscuity < Y                                 2. Keep series with promiscuity < Y




                                   Priority series (scaffolds                                          Non-priority series
                                   with > 10% actives)            ?                                    (scaffolds with < 10%
                                                                                                       actives)
                                                                                                                                       ?
Effects of Potency Filters on Selec%ons 
The Top Priority Series 


                 Scaffold                              MCS 




                  !
                  !          !             !
                  !          !
                             !             !
           0




                  !                        !          !
                  !
                  !          !
                             !             !          !
                                                      !
                  !                        !
                             !             !          !
                                                      !
                                                      !
                             !
                                                      !
           !20




                                           !

                                                      !            !           !
                                                                   !
                                                                   !           !
Activity




                                                      !                        !
                                                                               !
                                                                   !
           !40




                                                                   !           !
                                                                               !
                                                                               !
                                                                   !           !


                                                                   !
           !60
           !80




                                                                               !


                      !7.5   !7.0   !6.5       !6.0       !5.5   !5.0   !4.5
                                     log Concentration (M)
The Top Priority Series 
Scaffold 




                                     !
                                                !

                               0                !
                                     !

                                                              !

MCS                                             !
                               !10




                                                              !
                    Activity




                                                              !
                               !20




                                                                         !


                                                                         !
                                                                         !
                                                                                      !
                               !30




                                                                                      !
                                                                                                  !
                                                                                                  !


                                                                                      !           !


                                         !7.5   !7.0   !6.5       !6.0       !5.5   !5.0   !4.5
                                                        log Concentration (M)
The Scaffold Explorer 




•  Currently %ed to NCGC 
   database infrastructure 
Summary 
•  Fragment based hit selec%on is a cheaper 
   alterna%ve to clustering & neighborhood methods 
•  Easily integrated with other metrics such as 
   promiscuity 
•  What makes a “good” fragment is s%ll tricky to 
   encode algorithmically 
   –  Encoding the “SARability” of a fragment series is key 
   –  But, this is one component of a comprehensive fragment 
      score 
•  Allows us to rapidly drill into series of interest 
   in qHTS projects 
Acknowledgements 
•  Ruili Huang 
•  Wenwei Huang 
•  Ajit Jadhav 

More Related Content

PDF
Hit Triage in RNAi Screens マking Use of Interaction and Pathway Data - Enhanc...
PDF
Joining the Dots: Integrating High Throughput Small Molecule and RNAi Screens
PDF
Mosquera assg 3_3
PDF
PDF
47295388 aunti-ma-ma-myar
PDF
PDF
PDF
Hit Triage in RNAi Screens マking Use of Interaction and Pathway Data - Enhanc...
Joining the Dots: Integrating High Throughput Small Molecule and RNAi Screens
Mosquera assg 3_3
47295388 aunti-ma-ma-myar

Similar to Prioritizing Scaffolds for Hit Selection in High Throughput Screening Programs (20)

PDF
Broad oak & laredo offset leases
PDF
Equipos y aparatos de laboratorio
PDF
Los equipos y aparatos de laboratorio y su relación...
PDF
Vti transportforum 2013-erik ström-v3
PDF
Multi-Relational Graph Structures: From Algebra to Application
PDF
Recomanacions nadal 2010
PDF
Ganglians Press Update
PPTX
Mapping for Informed Decision Making and Strengthening Project M&E: Lessons a...
PDF
Experience Design: Why Pages Are The Last Thing You Need To Worry About
PDF
The Secret Success In Being A Coach Ebook
PDF
Coldreadingbook
PDF
Cloud computing
PDF
Drycake-Product-overview
PDF
dengue-1.pdf
PDF
PreviousWorkArchaeologicalSites
PDF
Map of city managed natural areas
PDF
KNFP Environmental Remediation Projects
PDF
Пора зарабатывать на ёлках!
PDF
Cuban Cigar Makers
PDF
TBF 2011- Ezequiel Singer: "Google Workshop"
Broad oak & laredo offset leases
Equipos y aparatos de laboratorio
Los equipos y aparatos de laboratorio y su relación...
Vti transportforum 2013-erik ström-v3
Multi-Relational Graph Structures: From Algebra to Application
Recomanacions nadal 2010
Ganglians Press Update
Mapping for Informed Decision Making and Strengthening Project M&E: Lessons a...
Experience Design: Why Pages Are The Last Thing You Need To Worry About
The Secret Success In Being A Coach Ebook
Coldreadingbook
Cloud computing
Drycake-Product-overview
dengue-1.pdf
PreviousWorkArchaeologicalSites
Map of city managed natural areas
KNFP Environmental Remediation Projects
Пора зарабатывать на ёлках!
Cuban Cigar Makers
TBF 2011- Ezequiel Singer: "Google Workshop"
Ad

More from Rajarshi Guha (20)

PDF
Pharos: A Torch to Use in Your Journey in the Dark Genome
PDF
Pharos: Putting targets in context
PDF
Pharos – A Torch to Use in Your Journey In the Dark Genome
PDF
Pharos - Face of the KMC
PDF
Enhancing Prioritization & Discovery of Novel Combinations using an HTS Platform
PDF
What can your library do for you?
PDF
So I have an SD File … What do I do next?
PDF
Characterization of Chemical Libraries Using Scaffolds and Network Models
PDF
From Data to Action : Bridging Chemistry and Biology with Informatics at NCATS
PDF
Robots, Small Molecules & R
PDF
Fingerprinting Chemical Structures
PDF
Exploring Compound Combinations in High Throughput Settings: Going Beyond 1D...
PDF
When the whole is better than the parts
PDF
Exploring Compound Combinations in High Throughput Settings: Going Beyond 1D ...
PDF
Pushing Chemical Biology Through the Pipes
PDF
Characterization and visualization of compound combination responses in a hig...
PDF
The BioAssay Research Database
PDF
Cloudy with a Touch of Cheminformatics
PDF
Chemical Data Mining: Open Source & Reproducible
PDF
Chemogenomics in the cloud: Is the sky the limit?
Pharos: A Torch to Use in Your Journey in the Dark Genome
Pharos: Putting targets in context
Pharos – A Torch to Use in Your Journey In the Dark Genome
Pharos - Face of the KMC
Enhancing Prioritization & Discovery of Novel Combinations using an HTS Platform
What can your library do for you?
So I have an SD File … What do I do next?
Characterization of Chemical Libraries Using Scaffolds and Network Models
From Data to Action : Bridging Chemistry and Biology with Informatics at NCATS
Robots, Small Molecules & R
Fingerprinting Chemical Structures
Exploring Compound Combinations in High Throughput Settings: Going Beyond 1D...
When the whole is better than the parts
Exploring Compound Combinations in High Throughput Settings: Going Beyond 1D ...
Pushing Chemical Biology Through the Pipes
Characterization and visualization of compound combination responses in a hig...
The BioAssay Research Database
Cloudy with a Touch of Cheminformatics
Chemical Data Mining: Open Source & Reproducible
Chemogenomics in the cloud: Is the sky the limit?
Ad

Recently uploaded (20)

PDF
The Rise and Fall of 3GPP – Time for a Sabbatical?
PDF
Diabetes mellitus diagnosis method based random forest with bat algorithm
PDF
MIND Revenue Release Quarter 2 2025 Press Release
PDF
TokAI - TikTok AI Agent : The First AI Application That Analyzes 10,000+ Vira...
PDF
Building Integrated photovoltaic BIPV_UPV.pdf
PPTX
Tartificialntelligence_presentation.pptx
PDF
Network Security Unit 5.pdf for BCA BBA.
PDF
Optimiser vos workloads AI/ML sur Amazon EC2 et AWS Graviton
PDF
Mobile App Security Testing_ A Comprehensive Guide.pdf
PDF
NewMind AI Weekly Chronicles - August'25-Week II
PPTX
A Presentation on Artificial Intelligence
PDF
7 ChatGPT Prompts to Help You Define Your Ideal Customer Profile.pdf
PDF
Video forgery: An extensive analysis of inter-and intra-frame manipulation al...
PDF
Agricultural_Statistics_at_a_Glance_2022_0.pdf
PDF
Approach and Philosophy of On baking technology
PPTX
SOPHOS-XG Firewall Administrator PPT.pptx
PPTX
Big Data Technologies - Introduction.pptx
PPTX
Digital-Transformation-Roadmap-for-Companies.pptx
PDF
Encapsulation_ Review paper, used for researhc scholars
PDF
Unlocking AI with Model Context Protocol (MCP)
The Rise and Fall of 3GPP – Time for a Sabbatical?
Diabetes mellitus diagnosis method based random forest with bat algorithm
MIND Revenue Release Quarter 2 2025 Press Release
TokAI - TikTok AI Agent : The First AI Application That Analyzes 10,000+ Vira...
Building Integrated photovoltaic BIPV_UPV.pdf
Tartificialntelligence_presentation.pptx
Network Security Unit 5.pdf for BCA BBA.
Optimiser vos workloads AI/ML sur Amazon EC2 et AWS Graviton
Mobile App Security Testing_ A Comprehensive Guide.pdf
NewMind AI Weekly Chronicles - August'25-Week II
A Presentation on Artificial Intelligence
7 ChatGPT Prompts to Help You Define Your Ideal Customer Profile.pdf
Video forgery: An extensive analysis of inter-and intra-frame manipulation al...
Agricultural_Statistics_at_a_Glance_2022_0.pdf
Approach and Philosophy of On baking technology
SOPHOS-XG Firewall Administrator PPT.pptx
Big Data Technologies - Introduction.pptx
Digital-Transformation-Roadmap-for-Companies.pptx
Encapsulation_ Review paper, used for researhc scholars
Unlocking AI with Model Context Protocol (MCP)

Prioritizing Scaffolds for Hit Selection in High Throughput Screening Programs

  • 1. Priori%zing Scaffolds for Hit Selec%on  in High Throughput Screening  Programs   Rajarshi Guha, Dac‐Trung Nguyen  NIH Chemical Genomics Center   6th Indo‐US Workshop on Mathema%cal Chemistry  8th – 10th January, 2010 
  • 3. NIH Chemical Genomics Center  Assay development  Compound  and op2miza2on  Op2miza2on  Small Molecules  Biology  Chemistry  NCGC  Informa%cs  ACOM  Genome wide RNAi  SAR analysis, method &  Automa2on, Compound  tool development  management 
  • 4. High Throughput Screening  •  Assay thousands to  hundreds of thousands  of compounds  –  Biochemical, gene%c,  pharmacological assays  •  Rapidly iden%fy novel  modulators of biological  systems  •  Lots of raw data –  automated analy%cs are  essen%al 
  • 5. Hun%ng for Leads  Target  Lead  Lead  Clinical  Iden%fica%on  Discovery  Op%miza%on  Development  HTS  Primary  Confirma%on  •  Sensi%vity  Screening  •  Select subset  •  Scaling  •  Fluorescence  to follow up  •  Counter  •  High Content  •  Diversity  screen  •  Explore SAR  Assay  Cherry Picking  Op%miza%on 
  • 6. High Throughput Screening  •  Given a screen, we  must iden%fy ac%ve  compounds and  confirm their ac%vity  •  Most HTS campaigns  are run at a single  concentra%on  Negative 150 Positive ! ! ! ! ! ! ! Sample ! ! ! ! ! ! ! !!! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! !! ! !! ! ! ! !! !! ! !! ! !! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !! ! !! ! ! ! !! !! !! ! !! !! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !!!! !! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! Signal ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !!! ! 100 ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !!!! ! ! !! ! ! !! !! !! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! !!!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! !!! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! !! !! ! ! ! ! ! !!! !!! ! !! ! !! !! ! ! ! ! ! ! !! ! !! ! ! ! ! !! !!! ! !! !! !! ! ! ! ! ! !! !! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! !!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! !! !! ! !! ! ! !!!! ! !!!! ! !! ! !! !! !! ! ! !!!! ! ! ! ! !!! !!! !! ! ! ! ! ! !! ! !!! !!!! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !!! !! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!!! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! !! ! ! !!! !! !! !! ! !!! ! ! ! ! ! ! !!! !!! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! !! !! ! !! ! !! ! !!! !! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !! !! ! ! ! !! !!! !! !!!!! !! !! !!! ! ! ! !! !! ! ! !!! !!! !! !!! ! ! ! ! !!! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !!!! ! !! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !! !! ! !! ! ! !! ! ! ! ! !! !! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! !!! ! ! !! ! ! !!! !!!! ! ! !! ! ! !!! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! !!! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! !! ! ! !! ! ! ! ! !!! ! ! ! !! !!! !! ! ! !!!!! ! !!! !! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !!! ! ! ! ! !!!! ! ! ! ! !! ! ! ! !!!! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !!! ! ! ! ! ! ! !!!! !! ! ! ! ! ! !!! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !!! !! ! ! ! ! !! ! !! ! ! ! !!! ! !! ! ! ! ! !!! !! ! ! !!! ! ! ! ! !!! ! ! ! ! !!! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !!! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !!! !!! !!! ! ! ! ! !!!! ! ! !! !! ! ! !!!! !!! ! !!! ! ! ! ! !! !! !!! ! !!!! !! ! !! ! !! ! ! !!! ! !!! ! ! ! !! ! ! ! !! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! !!! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! !!! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! !! ! !! !!!! ! ! !!!!! !! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! !!! ! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! !!! !! !!!! !! ! ! !! ! ! !! !! !! ! ! ! ! !!! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! !! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! !!! !! ! !!! ! !!! ! ! ! ! ! !! !!!!! ! !!! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !!!! !! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! !!! ! !!!! ! ! !! ! ! ! ! !!! ! !! ! ! ! ! ! !! ! !! ! !!! ! !!!!!! !!! !! ! !! ! !!! ! ! ! ! ! !! ! !! ! ! ! !! !! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! !! ! ! ! !! ! !!! ! !! !! ! ! ! ! ! !! ! !!!!!!! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !! ! !! ! !! !!! !! !! ! !! !! ! ! ! ! ! ! !!!!!! !! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!! !! ! !! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! !! !!! ! ! !! ! !! ! ! ! !!! ! ! ! ! !!! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !!!! !! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !!!! !! !! ! !! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !! ! ! ! !! !!! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !! ! ! ! !! ! !! !!! !! ! ! ! !! ! !! !! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! !! ! !! ! ! ! !! !!! ! !!! !! !! ! ! ! !! ! ! ! ! !!!! ! ! !! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! ! !! ! !! ! ! ! ! !! ! 50 ! !!! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! !! !!! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !!!! ! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! !! ! !! ! ! !! !! ! ! ! !! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! !!! !! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! !! !! ! ! ! ! ! !! !!!! ! ! !! ! !! ! ! ! ! ! !! ! !! !! ! !! ! !! ! !! ! !!! !!!! !! !! ! !!!!! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !!!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !!! ! ! ! ! !! !! !!! ! ! ! !! ! ! ! ! !!!!! ! ! ! ! ! ! !! ! !! !! ! ! ! !!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! !! !!! ! !! ! !!! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !!! ! ! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! !!! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! !! !! !! ! ! ! ! ! !! ! !! ! ! !!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! !!! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !!! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! !! ! ! !! ! ! ! !! ! !! ! ! ! ! !! ! !! !! !!! ! ! !! ! ! !! !! !! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! !! !! !! ! ! ! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! ! ! !! ! ! !! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !! ! ! ! ! ! !! ! !! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! !! !!! !! ! !! !! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! !! !! ! ! !! ! !! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! !! !!! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !!! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! !!! ! ! ! !!! !! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !!!! !! !! !! ! ! ! ! ! ! ! !!! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! !!! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! 0 Plate Number
  • 7. The qHTS Paradigm  Negative Positive Sample ! ! 150 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !! !! ! ! !! !! ! ! ! ! !! !! !! ! ! !! !! ! !!! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! !! ! !! ! !! ! ! ! !! !! ! !! ! !! ! ! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !! !! ! ! !! ! !! ! ! ! ! ! !! ! !!! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! !! !! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! !!! ! !! ! !! Signal ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !! ! ! !! !! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! ! !! !! ! !!!! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !! !! ! ! !!! 100 ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! !! !! ! ! ! ! ! !!! ! ! ! ! ! ! ! !! ! !!!! ! ! ! !! !!!! ! !!! !! !!! ! !!!!!! ! ! ! ! ! ! !!! ! !!! !! !! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !!! ! ! ! !! ! !! !!! !! !! !!!!! !! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! !! !! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! !! !! ! ! ! !! ! ! ! !! !! ! ! ! ! !! !! ! !!!!! ! !!! ! ! ! ! !! !!! !! ! ! !!!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !!!! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !!! ! !! ! !! ! ! !!! ! !!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !!! !!! !! !! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !!! !!! !!! ! ! !! ! ! ! !! !! !! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !!!! ! ! ! !! ! !!! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! !! ! ! !! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !! !! ! ! ! !! !!! ! !!!!!! !!! !! !!! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !!! ! !! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! !! !! ! !! ! ! ! ! !! !! !! ! ! ! !! !! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !!!! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! !!! ! ! ! !!!!!! ! ! !! !!! ! !!!!! ! !! ! !! !! ! ! !!! ! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! ! !! ! ! ! ! !!! !!! ! ! ! ! !! !!! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!!! ! ! !! !!! ! !!! !! ! ! !!! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !!!!! ! ! ! !!!! ! ! ! ! ! !! ! ! !!! ! !! !!! ! ! ! !!!!! ! !! •  Tradi%onal single  !!! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !!! ! !! ! ! !! ! ! ! ! !!!!! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! !!! !! ! ! ! !! !! ! ! !! ! ! !!! ! !! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! !!!!!! !!! ! !!!! !! ! !!! ! ! ! ! ! ! ! !! !! ! !!!! !! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! !!! !! ! ! !! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! !! ! ! !! !!! !! !! !!! !!! ! !!!! !! ! !! ! ! !! ! !! !! ! ! !!! !! ! ! !! !! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! !! ! !! !!! ! !! ! ! !!! ! ! !!! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !!! !!! ! ! ! !! ! ! ! ! !!! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! !!! !!! !!!!! ! ! ! !!!! !!! ! !!!!! !!! ! !!! !! !! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !!!! !! ! !! !!! !! !! !!!! !! ! ! ! !! ! ! ! !! !! ! ! ! !! ! ! ! !!! ! !! ! ! ! !! ! !!!! ! ! ! ! ! ! !! !!! ! ! !!! ! ! ! ! ! !! ! !!! ! !!! !!! !!! ! ! ! ! ! ! ! !! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! !! !! ! ! ! !! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! !! ! !! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! !! !! !! ! ! ! ! !! !!!!! ! ! !! ! ! ! ! !! !! !! ! ! ! ! ! !!! !! ! ! !! ! ! !!! ! ! ! !!! !! !!! !!! !! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! !! !! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !!! !!! ! ! ! ! !! !! ! ! !! ! ! !! ! !! !! !! !! !!! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! !!! ! ! !! ! ! ! !!!! !! !! ! ! !! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! !!! ! !!! ! !! ! ! !!! ! !!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! !! ! ! !!!! !! !! ! ! ! ! !!! !!! ! !!! ! ! ! !! ! !! ! ! !! !! ! ! ! ! !! ! !!! !!!! ! ! !! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! !! !! ! !! ! !! ! ! ! !! ! !! ! ! !! ! !! ! ! ! !! !!! ! ! ! !!! ! ! !! ! !!! ! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! !! 50 ! ! !! ! !!! !! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !!! !! !! !! ! !! !! ! !!! ! ! ! ! !!! !! !! !!! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !!! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !! !! ! ! ! ! ! !! !! !! ! ! ! ! ! !!!! ! !! !! ! ! ! ! ! !! !! ! ! !! ! ! ! !! ! ! !! !!! !!!! !! !! ! !!!!! ! ! ! ! ! ! ! !!! !! !! ! point screens  ! ! ! ! ! ! ! !! !!! ! !! !!! !! ! ! !!! !! !! ! ! !!! !!! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! !!! ! !!! ! ! !! ! ! ! !! !! ! ! !! ! !!!! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !! !! ! ! ! !! !! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! !! ! ! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! !! !! ! ! !!!! !! !! !! ! !! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! !! ! ! !!! !!! ! ! ! ! ! ! !!! ! !!!! ! ! ! !!! ! !! ! ! ! ! !!! ! ! ! !!! ! ! ! ! !! ! !! ! !! !! !! ! !! ! ! ! ! !! ! !! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !!! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! !! ! !! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !! !! ! ! ! !!!!! ! ! ! ! !! !! ! ! ! ! !!! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!! ! !! !!!! ! ! ! ! !! ! !!! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! !!! ! !! ! !!! !! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! !! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !! !! ! ! ! !! !! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! !!! !! ! ! ! ! !! ! ! !! ! !!! ! ! !! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! !! !! ! ! ! can miss useful hits  ! ! ! ! ! ! ! 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Plate Number •  qHTS involves concentra%on response assays  on a high‐throughput   scale  •  The CRC allows us to   categorize hits in a more  fine‐grained manner  Inglese, J et al, Proc. Natl. Acad. Sci., 2006, 103, 11473‐11478 
  • 8. Concentra%on Response Curves  SInf •  Each compound is  characterized by 4   Hill parameters  50% •  Also evaluate   Activity p‐values and R2  •  Finally we classify   each curve   S0 AC50 Concentration
  • 9. Curve Class Usage  Inac2ve  •  Heuris%c assessment of the significance of a  concentra%on response curve  •  We aggregate certain curve classes into  “ac%ve”, “inconclusive” and “inac%ve”  categories  •  Inconclusive is a “catch all”   Inconclusive  category (i.e., if it not clearly   ‘ac%ve’ or ‘inac%ve’)  Ac2ve  9 
  • 10. Hit Selec%on  •  Easy to iden%fy ini%al set of ac%ves  300K •  Ranges from 50 to 5000 molecules  HTS •  How do we select a subset that will  Number of Molecules likely retest as ac%ve in secondary  assays?  1000 –  Avoid false nega%ves as far as  Cherry Picks possible  •  We’d also like to be able to explore  SAR’s  300
  • 11. Hit Selec%on – Prior Work  •  The simplest method is purely  1000 1200 sta%s%cal  800 Frequency –  Select compounds above/below an  600 ac%vity threshold  400 •  Many methods are based on  200 similarity to known ac%ves or  0 neighborhoods  Activity –  Hit‐directed nearest neighbor  –  Predic%ve models   –  Local hit rate analysis  Shanmugasundaram, V. et al, J. Med. Chem., 2005, 48, 240‐248  Selzer P. et al, J. Chem. Inf. Model., 2006, 46, 2319‐2323  Posner, B. et al, J. Chem. Inf. Model., 2009, 49, 2202‐2210 
  • 12. Why Use Fragments?  •  Conceptually equivalent to clustering  •  Very fast with pre‐computed fragments  compared to clustering   –  No similarity matrix calcula%ons  •  Simple to implement  –  Iden%fy fragments associated with ac%ve compounds  –  For a given fragment iden%fy the ac%ve, inac%ve,  inconclusive members  –  Rank these fragment “series” for follow up 
  • 13. The Fragment Analysis Workflow  Identify Scaffolds Promiscuity & Potency Flourescence Flagging Singletons Filter Scaffold Reduction Calculate Scaffold Statistics 1. Min/Max potency and efficacy 2. Ratio of actives to size of member set Flourescence Flagging 3. Complexity of the scaffold 4. Promiscuity (based on active members) Priority Non-Priority Series Series Promiscuity & Potency Promiscuity & Potency Filter Filter
  • 14. Scaffold Genera%on  •  We employ Murcko fragments  •  Pre‐generate fragments on  compound registra%on and store  them in the database  •  For a given screen, we iden%fy  fragments based on the ac%ve  compounds and then proceed  with the analysis  –  Ignore “common” fragments  (benzene, furan, …) 
  • 16. Scaffold Reduc%on  •  The reduc%on process tries to iden%fy a subset of  core‐like fragments  •  What is core‐like?  –  Somewhat subjec%ve  •  Ini%ally, we iden%fy fragments that are  substructures of another fragment  –  Keep the smaller fragment  –  Not always the best choice 
  • 17. Scoring Scaffolds  •  What makes a good  scaffold?  –  Size, complexity, …  –  Do the members  represent an SAR or not?  –  Intui%on and experience  also play a role 
  • 18. Scaffolds, R‐groups & SAR  Fit PLS or ridge  regression model  0 ! ! !! ! !2 ! ! ! ! Predicted ! !4 ! ! !! ! Evaluate topological   ! ! and physicochemical   ! !6 descriptors for the   ! ! R‐groups  !8 Characterize the   !8 !6 !4 !2 0 Observed SAR landscape  Guha, R et al. J. Chem. Inf. Model., 2008,48, 646‐658  
  • 19. Scaffold QSAR ‐ Drawbacks    •  Many scaffolds have few (5 to 10) members  •  Invariably, more features than observa%ons  •  If the number of R‐groups is large, the feature  matrix can be very sparse  –  Less of a problem for combinatorial libraries  •  A linear fit may not be the best approach to  correla%ng R‐groups to the ac%vi%es  –  Difficult to choose a model type a priori  •  SBll working on it … 
  • 20. Measuring Promiscuity  •  Promiscuity is measured on a compound‐wise basis  •  Defined in terms of how many %mes it is ac%ve  in a  pre‐defined set of assays versus how many %mes it’s  not ac%ve  •  Promiscuity ranges from 1 to 10  –  1 indicates it was not ac%ve in any assay  –  10 indicates it was ac%ve in all assays  –  0 indicates it wasn’t tested  •  Scaffold promiscuity is the mean  promiscuity of its  ac%ve members 
  • 21. 2000 Measuring Promiscuity  0.7 0.6 1500 Width of Confidence Interval 0.5 Frequency 1000 0.4 0.3 500 0.2 0.1 0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 Promiscuity Score Promiscuity Score 10N active + N inactive Promiscuity Score = N active + N inactive
  • 22. Fluorescence Flagging  •  Depends on the nature of the screen  •  For a single compound, flag if ac%ve in spectral  profiling assay or LDR fluorescence counterscreen  •  For a series  –  Flag if a single ac%ve compound in the series is ac%ve in  spectral profiling assay or LDR fluorescence  counterscreen  –  Or if > 50% of the ac%ve series members are ac%ve in  LDR/Lamin‐A/Betaglobin 
  • 23. qHTS for Tau Inhibitors    •  Fibrils of the microtubule associated protein  tau are observed in Alzheimers pa%ents  •  Goal was to iden%fy small molecule inhibitors  of tau oligomeriza%on  •  Screened 292K compounds,   iden%fied 4788 ac%ves  •  Selected a novel   aminothienopyridazine series  Crowe, A. et al, Biochemistry, 2009, 48, 7732‐7745 
  • 24. Fragment Analysis on Tau‐2  Identify Scaffolds Flourescence Flagging Potency & Promiscuity Filter 1. Consider the 4788 actives 2. Ignore non-specific scaffolds Identify singleton compounds 1. If compound is active in cho-gfp/spec-profile/ 1. Keep cmpds whose minimum potency < X uM LDR retest, the cluster is flagged fluorescent (i.e., compounds with no precomputed scaffold) 866 2. Keep cmpds with promiscuity < Y Identify singleton compounds Scaffold Reduction (i.e., compounds with no precomputed scaffold) ? Use a substructure method to collapse scaffolds into more "core-like" scaffolds. Calculate Scaffold Statistics Flourescence Flagging Selec2on Strategy  1. Min/Max potency and efficacy 1. If a single active member is active in cho-gfp, 2. Ratio of actives to size of member set the cluster is flagged fluorescent 3. Complexity of the scaffold 2. If a single active member is active in LDR 4. Promiscuity (based on active members) retest, the cluster is flagged fluorescent •  All singletons  2. If 50% of the actives are active in LDR/ Lamin-A/Betaglobin, the cluster is flagged •  2 ac%ves, 1 inac%ve  Non flourescent other scaffolds 514 from priority series  •  1 ac%ve from non‐ Priority series (scaffolds with > 10% actives) 46 Non-priority series (scaffolds with < 10% actives) 459 priority series  Potency & Promiscuity Filter Potency & Promiscuity Filter 1. Keep series whose minimum potency < X uM 1. Keep series whose minimum potency < X uM 2. Keep series with promiscuity < Y 2. Keep series with promiscuity < Y Priority series (scaffolds Non-priority series with > 10% actives) ? (scaffolds with < 10% actives) ?
  • 26. The Top Priority Series  Scaffold  MCS  ! ! ! ! ! ! ! ! 0 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !20 ! ! ! ! ! ! ! Activity ! ! ! ! !40 ! ! ! ! ! ! ! !60 !80 ! !7.5 !7.0 !6.5 !6.0 !5.5 !5.0 !4.5 log Concentration (M)
  • 27. The Top Priority Series  Scaffold  ! ! 0 ! ! ! MCS  ! !10 ! Activity ! !20 ! ! ! ! !30 ! ! ! ! ! !7.5 !7.0 !6.5 !6.0 !5.5 !5.0 !4.5 log Concentration (M)
  • 29. Summary  •  Fragment based hit selec%on is a cheaper  alterna%ve to clustering & neighborhood methods  •  Easily integrated with other metrics such as  promiscuity  •  What makes a “good” fragment is s%ll tricky to  encode algorithmically  –  Encoding the “SARability” of a fragment series is key  –  But, this is one component of a comprehensive fragment  score  •  Allows us to rapidly drill into series of interest  in qHTS projects