JP2002533477A

JP2002533477A - 結合自由エネルギーの正確な予測を含む構造ベースのドラッグデザインのためのシステムおよび方法

Info

Publication number: JP2002533477A
Application number: JP2000591577A
Authority: JP
Inventors: ロバート・エス・デウィット; ユージーン・アイ・シャクノビッチ
Original assignee: プレジデント・アンド・フェローズ・オブ・ハーバード・カレッジ
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2002-10-08
Also published as: EP1140737A2; WO2000039751A2; WO2000039751A3

Abstract

(57)【要約】より正確に結合自由エネルギーを予測する方法を含む、改善された新規構造ベースのドラッグデザインを提供するシステムおよび方法。該システムおよび方法は、対応する知識ベースのポテンシャルデータとともに粗視化モデルを用いてリガンド候補およびリガンド候補のライブラリーを成長させる。粗視化モデルを用いた本発明に鑑みて、本発明の新規な成長法はメトロポリスモンテカルロ法を用い、その結果、必ずしも最低のエネルギー構造ではないが低いエネルギー構造が得られ、より良好なリガンド候補が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）本発明は一般に、構造ベースの新規（de novo）ドラッグデザインをするため
のシステムおよび方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、新規な治療用分子
またはリガンドを製造する際に結合自由エネルギーを正確に予測する方法を含む
、新規構造ベースのドラッグデザインのためのシステムおよび方法に関する。

【０００２】（背景技術）リード化合物（leads）を見出すこと、および見出したリード化合物を最適化
することは、疾患や他の異常な身体状態に対処するのに有用な分子またはリガン
ドを開発するうえでの目標である。近年、これには、とりわけドラッグデザイン
の分子類似法（molecular similarity method）を用いることが含まれる。これ
は、新たなまたは改良された生物学的に活性で治療用の分子またはリガンドの探
索における有用なリード化合物を決定するための多くの方法の一つにすぎない。
ドラッグデザインの分子類似法は、相互に類似しているかまたは生化学的標的構
造との相補性を示すものを見出すために広範囲の化学構造を評価することに基づ
いている。このようにして同定した化学構造は、通常、標的構造に結合する妥当
に高い蓋然性を有する。この適当な化学構造の探索は、化学構造の大きなデータ
ベースを探索する探索アルゴリズム（search algorithms）を用いたコンピュー
ター技術によって促進および改善される。

【０００３】所望のリード化合物またはリガンドを開発する他の方法は、高処理量（throug
hput）スクリーニングまたはコンビナトリアルケミストリーを用いることである
。これら従来法は、ある状況下で所望のリード化合物およびリガンドを誘導する
ことがわかっている。構造ベースの分子デザインは、ドラッグデザインのためのリード化合物分子を
同定するためのさらに他の方法である。この方法は、良好なインヒビターはその
標的レセプターとの有意な構造的および化学的相補性を有するとの前提に基づい
ている。このデザイン法は、標的部位への結合に資する特別の性質を有する分子
を作製することができる。構造ベースのデザイン法によりデザインする分子構造
は、たとえば、三次元構造がわかっている生化学的標的と相互作用することを意
味する。

【０００４】構造ベースのドラッグデザイン法は、従来技術の方法に対して明らかな利点を
有する。構造ベースのドラッグデザイン法が伝統的なリード化合物の発見および
オプチマイゼーション法に対して与える一つの重要な利点は、可能な分子間相互
作用がわかること（awareness）である。構造ベースのドラッグデザイン法の１つの目標は、リード化合物分子を同定す
ることである。このことは様々な仕方で達成することができる。しかしながら、
大抵の構造ベースのドラッグデザイン法における主たる総括的な手順は、（１）
レセプター部位の構造を同定および決定すること；（２）理論的な原則および実
験データを用いて該レセプター部位に結合するであろう一連の推定リガンドを提
示すること（これらリガンドは合成し、その相補性について試験する）；（３）
低自由エネルギーレベルで首尾よく結合したレセプター／リガンド複合体の構造
の決定を行うこと；および（４）さらに結合を高めることを目指して手順（２）
および（３）を繰り返すことである。

【０００５】構造ベースのドラッグデザイン法の成功は、推測されるように、改良された計
算法（computation）の使用により促進でき、そのような計算法は鍵となる分子
フラグメント（該フラグメントをついで連結して分子を生成させてよい）または
分子全体（存在する化合物のデータベースからかまたは分子増大（growth）アル
ゴリズムにより）の同定をはかどらせるであろう。これら計算法の進歩は、巨大
分子のレセプター部位に首尾よく結合するであろう分子またはリガンドを開発す
る能力を高めるものである。

【０００６】１つのそのような進歩である分子のコンピュータードッキング（computationa
l docking）は、レセプター部位の構造および巨大分子レセプターに対する潜在
的なドラッグデザイン候補の結合親和性の評価を考慮に入れている。このことは
、合成した分子の三次元データベースによって構造ベースのドラッグデザインを
する基礎となる。ドッキングに取りかかるうえで取り組み克服しなければならな
い相当の数学的挑戦がある。これらには、レセプター部位およびリガンドの分子
形状を記載するための明確に最良の方法が存在しないこと、不規則な物体（連結
すべきレセプター表面およびリガンド表面）を一緒にパッキングすること、およ
びグラフ理論に関連する探索上の問題点（search issues）、すなわちレセプタ
ー部位とリガンドとのマッチングを行うための同形の部分グラフの研究が含まれ
る。リガンドのドッキングは、（１）部位／リガンドの記載、（２）参照するリ
ガンドフレームおよび部位フレームの併置、および（３）相補性の評価の３つの
構成要素を有する。

【０００７】部位／リガンドの記載に関しては、レセプター巨大分子の原子座標をＸ線結晶
学、核磁気共鳴（ＮＭＲ）またはホモロジーモデリング（homology modeling）
などの方法で得る。部位の記載は単にレセプター部位の原子座標であってよい。
しかしながら、空間的な相補性だけでなく化学的な相補性をも測定することを望
むなら、これら原子の化学的な特性についての若干の概念が必要である。部位の
容積もまた、部位の境界を同定できないなら定めてもよい。リガンドの記載は部
位の記載と全く同様である。

【０００８】多数の有機および無機化合物の構造は、Ｘ線および中性子結晶学技法を用いて
実験的に決定されている。もしもそのような構造を定められないときは、力場と
帰納的規則（heuristic rules）の組み合せを用いて原子座標を作成する市販の
コンピューターソフト製品を用いることにより、関連する化合物の近似の三次元
座標を得ることができる。

【０００９】リガンドとレセプター部位との併置を考慮するに際して、分子のドッキングに
おいて一般的に望まれるのはレセプター−リガンド複合体に関して最低の自由エ
ネルギーの構造を得ることである。さらに、この最低の自由エネルギーの探索は
、最低の結合自由エネルギーおよび選択基準に関して該構造の各位置での最良の
適合を選択する。このことを達成するための試みは、（１）推定リガンドのデー
タベースを探索し、同定したリガンドを特定のレセプター部位との各リガンドの
相互作用エネルギーに従ってランク付けを行う、および（２）コンピューターに
よる研究は特定の複合体の幾何学で成り立っている、ということになる。

【００１０】レセプター部位とリガンドとの相補性の評価においてリガンドのデザインのた
めに興味が持たれるのは結合の自由エネルギー（ｇ_結合）である。このことは、
リガンド−レセプター複合体の正確な幾何学的モデルが利用できるなら、自由エ
ネルギー摂動法を用いて直接計算できる。自由エネルギーの計算は、一般にコン
ピューターで多くの時間、すなわち日のオーダーの時間を要する。この点に鑑み
て、自由エネルギーを計算するための多くの単純化が提唱されている。しかしな
がら、これら単純化は自由エネルギーの決定に対して不正確さをもたらす傾向が
ある。このような正確さの下落は受理できないものであり、それゆえ、適度の長
さだと考えられる時間（これは分またはそれ未満の範囲である）内で自由エネル
ギーを計算し、かつ正確さを損うことのない方法に対する要求が存在する。自由エネルギーの計算または予測は、多くの市販のソフトウエアプログラムの
いずれかにより行うことができる。これらプログラムおよびそのコンピューター
戦略の幾つかは以下に一層詳細に論じられるであろう。

【００１１】リード化合物の候補を開発するための分子またはリガンドを製造するのに用い
ることのできるフラグメントに関連した多量のデータを含むデータベースを自動
的に探索する２つの方法のうちの１つを用いることが知られている。第１の方法
は幾何学的方法であり、リガンドとレセプター部位との記述子（descriptors）
をマッチングする。第２の方法は、リガンドとレセプターとの相互作用エネルギ
ーを最小にすることによりリガンドとレセプターを並べることである。この方法
の要件を満たすため、エネルギー駆動（energy-driven）探索は、分子動力学（
「ＭＤ」）および伝統的なモンテカルロ（Monte Carlo；「ＭＣ」）シミュレー
ションに基づく。しかしながら、これら方法はコンピューターによる膨大な時間
を要する。これら方法のいずれかを用いて所定のリガンド−レセプター複合体の
最低のエネルギー状態を見出すことは根本的な問題である。

【００１２】自由結合エネルギーの実際の計算を取り巻く方法を見出す試みは、記述子、格
子（grids）およびフラグメントに基づく探索法という結果となった。記述子マ
ッチング法についてみると、結合が起ると提唱されているレセプターの領域につ
いて分析を行う。ついで、リガンドの原子を該部位の最良の位置に位置付ける。
これによって近似したリガンド−レセプターの立体構造が得られ、ついで該構造
をオプチマイゼーションによりさらに精密にすることができる。記述子マッチン
グ法は適度に速く、レセプター部位での興味のもたれる領域の良いサンプリング
を提供する。記述子マッチング法の多くは、組み合せ探索戦略を用いたアルゴリ
ズムを使用している。そのようなものであるから、パラメータ値の小さな変化が
、過度に長いコンピューターによる計算時間を引き起こすことがある。

【００１３】ＤＯＣＫは最も初期のマッチングプログラムの一つである。ＤＯＣＫソフトウ
エアはサンフランシスコのユニバーシティー・オブ・カリフォルニアによって開
発されたもので、標的部位の陰画像（negative image）を作成し、類似のリガン
ドについてデータベースを探索し、推定リガンドを該部位に配置し、ついで適合
の良否を評価することによって医薬を開発することにより、問題を解決しようと
試みる方法を提供する。

【００１４】ＤＯＣＫソフトウエアを使用するに際して重要な要因は、結合自由エネルギー
の正確な予測である。好都合な場合では正確さは１〜２ｋｃａｌ／モルの高さに
達し得る。操作の際、ＤＯＣＫは、レセプター部位に位置的に（locally）相補
的な球面（spheres）を用いて該レセプター部位の空間充填（space-filling）陰
画を作成する。リガンドの幾つかの原子はレセプター球面とマッチングして、該
部位中のリガンドのキラルな方向付け（chiral orientations）を生じる。該レ
セプター部位の構造と相補する候補について小さな分子のデータベースを探索す
る。

【００１５】ＤＯＣＫには実際には所望とされるほど正確な予測が得られないという問題が
ある。さらに、ＤＯＣＫは新規な構造を示唆することはできず、すでにデータベ
ースに存在するものを探索できるだけである。ＣＡＶＥＡＴソフトウエア（これも記述子マッチング法である）は、リガンド
の方向的な（directional）特徴付けに基づく。ＣＡＶＥＡＴはバークレーのユ
ニバーシティー・オブ・カリフォルニアで開発された。このプログラムは、特定
のベクトルに沿って位置した原子を有するリガンドを探索する。これらベクトル
は、知られている複合体からの構造上の情報から得られる。ＣＡＶＥＡＴは、化
学構造の出発点としてのテンプレートを見出すためのリガンドデータベースの探
索に着目している。

【００１６】ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮソフトウエアは、重要なリガンド原子のモデルと構造ベ
ースのモデルとを組み合せることを試みる記述子マッチング法を提供する。ＦＯ
ＵＮＤＡＴＩＯＮを使用するに際して、探索者は候補分子が有していなければな
らない原子および結合のタイプを同定する。ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮは、探索を限
定するために探索者によって提供される詳細な原子のタイプ、結合のタイプ、鎖
の長さ、およびトポロジー上の制約に著しく依存している。ＦＯＵＮＤＡＴＩＯ
Ｎは活性部位の立体的な構成要素を考慮するのみであり、化学的に相補的なリガ
ンドを見出すためにマッチング情報に依存している。ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮプロ
グラムに必要とされる堅固な制約は、レセプター部位での１つの方向性に候補を
制限する。

【００１７】オーストラリアの会社であるＣＳＩＲＯで開発されたＣＬＩＸソフトウエアは
、レセプター部位を用いて可能な結合立体構造を定めることによりＤＯＣＫと似
ている。ＣＬＩＸはレセプター部位の詳細な化学的記載に依存している。このプ
ログラムはＤＯＣＫよりも少ないレセプター−リガンドマッチングを使用する。
ＣＬＩＸもまたレセプター部位での相互作用エネルギーを評価する。

【００１８】格子探索法（grid search methods）は、６度の配向空間（orientation space
）の自由度をサンプリングするのに用いる。これら方法は適当な解法（solution
）を同定するものであり、これは別個のサンプリング法では保証できないもので
ある。正確さは種々の位置の探索に使用した手順サイズにより制限される。手順
のサイズはまた探索時間をも決定する、すなわち、増加した手順の数が多いほど
探索時間も長くなる。高相補性の領域におけるさらなるサンプリングを使用した
方法は、この問題を克服する。

【００１９】第１のタイプの格子探索法は側鎖球面法（side chain spheres method）であ
る。この方法は、側鎖原子の単純化した球面表示および４の硬直な自由度の格子
探索を用いてタンパク質−タンパク質複合体を調べるものである。このプログラ
ムは、表面評価アルゴリズム、複合体の完全な分子力場評価（full molecular f
orce-field evaluations of complexes）、および最初のドッキング構造をより
精密にするためのシミュレーティド・アニーリング法を使用する。

【００２０】第２のタイプの格子探索法はソフトドッキング法（soft docking method）で
ある。この方法によれば、レセプターおよびリガンドの表面を立方体に分割して
探索の変換部（translational part）を生成させる。純粋な回転格子探索をサン
プルリガンドに対して角度を慎重に増加させた（in discreet angular incremen
ts）方向性にて行う。正確さはサイズにより制限される。処理時間スケーリング
は、回転手順サイズの三乗であり、レセプター−リガンド表面の点（receptor-l
igand surface points）の数の積である。

【００２１】フラグメント連結法（fragment-joining methods）は、官能基を独立してレセ
プター中にドッキングすることにより高相補性の領域を同定する。これら方法は
、付加した組み合せ探索のために硬直したリガンドの問題に特に悩まされるわけ
ではない。フラグメント連結法は合成されていない化合物を示唆するが、これら
フラグメントを実体的な（sensible）合成的に受理しうるパターンに連結するこ
とは困難である。フラグメント連結法は、フラグメントを最低のエネルギーの幾
何学的位置に保持しながら官能基を連結して完全な分子を生成する必要があると
いう問題がある。

【００２２】ＧＲＯＷは、既知の構造を有するタンパク質に相補的なペプチドをデザインす
るのに用いられているフラグメント連結法である。このソフトウエアは、Upjohn
Laboratories（カラマズー、ミシガン）で開発された。操作は、シードのアミ
ノ酸をレセプター部位に置き、ついでアミノ酸の付加を繰り返す。コンホメーシ
ョンは、前以て計算した低エネルギーの形状のライブラリーから選択する。ペプ
チドを付加する度にペプチド−レセプター複合体を最小にし、評価する。最良の
１０〜１００の低エネルギー構造のみをいずれれかの段階で保持する。

【００２３】ＧＲＯＷＭＯＬソフトウエアは、分子に付加した新たな各原子を該分子上の近
傍の原子に対する該付加原子の化学的相補性に従って評価することにより分子を
作製する。ボルツマンの計量因子（Boltzmann weighing factor）を用い、選択
の蓋然性を高相補性スコアを有する原子の方へ偏らせる。化学的相補性は、疎水
的な接触の数（すなわち、前以て定めた「疎水性領域」を占めるカルボニル炭素
以外のリガンドの炭素数）および水素結合の数（すなわち、前以て定めた「水素
アクセプター領域」中のリガンドの水素原子数と前以て定めた「水素結合ドナー
領域」中に認められるリガンドの酸素原子数とを加えたもの）を計算することに
より決定する。

【００２４】ＧＲＯＷＢＵＩＬＤソフトウエアは、ヒドロキシ、カルボニルまたはベンゼン
環などの単一の官能基からなるライブラリーからのフラグメントを付加すること
により分子を成長させる。各構成（setup）毎に、可能なフラグメント付加を分
子の機械エネルギーに従って評価し、最良の１つを無作為に選ぶ。最初は、充填
しなければならない活性部位の断絶領域を同定するため、重要な結合領域に関す
る情報は用いない。

【００２５】ハーバード・ユニバーシティー（ケンブリッジ、マサチューセッツ）で開発さ
れたＨＯＯＫは、官能基について低エネルギーの位置を探すことによりレセプタ
ー部位中のホットスポットを見出すフラグメント連結法である。ＨＯＯＫは幾つ
かの機能性フラグメントの多くのコピーの無作為な配置を用い、ついで分子動力
学を行う。マルチプルスタートモンテカルロ法（Multiple Start Monte Carlo methods）
もまたフラグメント連結法として用いられている。これら方法は、リガンドのフ
ラグメントをレセプター部位にドッキングするためにデータベースの探索を行う
。

【００２６】ＭＣＳＳ−ＨＯＯＫ−ＤＬＤ法は、マルチプルコピー同時探索（ＭＣＳＳ）を
行うことにより分子フラグメントにとって有利な相互作用部位を位置付けること
を含む。そのような探索では、ＣＨＡＲＭＭ経験力場（empirical force field
）を用いてタンパク質をリガンドの平均ポテンシャル場（potential field）に
供する。得られた相互作用部位はＧＲＩＤと違って配向（orientation）に関す
る情報を含んでおり、ＤＬＤ（ダイナミックリガンドデザイン）またはデータベ
ース中の分子フラグメント（ＨＯＯＫ）により結合力場およびリンカーｓｐ^３お
よびｓｐ^２炭素原子と連結することができる。ＭＣＳＳベースの方法の望ましく
ない側面は、大量のコンピューターによる計算が必要なことであり、現代のワー
クステーションで数日の処理時間、ついで各リガンド候補について約１時間のコ
ンピューターによる計算が必要である。

【００２７】ＢＵＩＬＤＥＲソフトウエアはドッキングした構造のファミリーを用い、制御
可能な密度の不規則な格子を提供する。この格子は分子フラグメントを連結する
経路を探索できる。ＬＵＤＩは、レセプター上の微細部位（microsites）中にドッキングするフラ
グメントを連結することによりインヒビターを提唱するフラグメント連結法であ
る。ＬＵＤＩはＢＡＳＦ（シュトゥットガルト、ドイツ）で開発された。これら
フラグメントは前以て決定した分子フラグメントのリストからのものである。微
細部位は、水素結合および疎水性基によって定められる。リガンドの偽原子位置
（pseudoatom positions）が、種々の相互作用について最小値となる適切な角度
および距離に基づいて微細部位内で生成される。同定したフラグメントを、１２
の官能基の１またはそれ以上からなる線状鎖を用いて連結する。

【００２８】ＧＲＩＤソフトウエアはハイブリッド格子／フラグメント連結法であり、活性
レセプター部位内の多くの規則的に間隔をあけた格子点（grid points）に小さ
なフラグメントプローブを置く。このプログラムはオックスフォード・ユニバー
シティー（イングランド）で開発されたものであり、重要な水素結合基の位置を
再生することがわかっている。ＧＲＩＤは経験的な水素結合相互作用ポテンシャ
ルおよび官能基の球面表示を用い、種々の分子フラグメントの親和性の輪郭を描
き出す。これは、高親和性および低親和性の領域を同定する。この輪郭は、化学
的な直覚（chemical intuition）を導き出すのに用いるか、または他の分析プロ
グラムのインプットとして用いることができる。ＧＲＩＤはフラグメントの配向
を予測することはできないので、フラグメントの表示により制限を受ける。関連
するプログラムはＨＳＩＴＥであり、これは各点での水素結合生成の蓋然性を含
めて酵素活性部位の水素結合領域の地図を作成する。

【００２９】（発明の開示）（発明が解決しようとする技術的課題）上記で検討したプログラムから正確な結果を得るためには、レセプター部位で
の結合自由エネルギーを理解し、評価し、予測する（または計算する）必要があ
る。また、そのようなことをコンピューターによる適度の計算時間で行う必要が
ある。現在用いられている予測するための便法の（short cut）計算方法は、構
造ベースのドラッグデザインを改善するには遺憾なところが多い。

【００３０】結合自由エネルギーの予測は、下記式による。 Δｇ_結合＝Δｅ_結合−ＴΔｓ_結合＝Δｅ_{複合体形成}−ＴΔｓ_{複合体形成} ＋Δｅ_{溶媒和−脱溶媒和}−ＴΔｓ_{溶媒和−脱溶媒和} 上記式中、 Δｇ_結合＝タンパク質−リガンド複合体の全結合自由エネルギー Δｅ_結合＝相互作用エネルギーから複合体形成により誘導された分子内ひずみ
を差し引いたもの Δｓ_結合＝複合体の形成により誘導されたコンホメーション自由度の変化 Δｅ_{複合体形成}＝リガンド／タンパク質複合体の相互作用エネルギーＴΔｓ_{複合体形成}＝複合体形成に伴うリガンドおよびタンパク質の両者のフレ
キシビリティーの低下によるエントロピー変化 Δｅ_{溶媒和−脱溶媒和}＝溶媒和のエネルギーは、水性溶媒からタンパク質結合
部位のより親油性領域への親水性基および親油性基の移動によるエネルギー因子
である Δｓ_{溶媒和−脱溶媒和}＝複合体形成時のリガンドと溶媒およびタンパク質と溶
媒との間の界面での溶媒の秩序の変化に関連する溶媒和のエントロピー。

【００３１】巨大分子レセプターに対するリガンドの結合親和性を迅速かつ正確に計算する
能力は、新規構造ベースのドラッグデザインにおいて依然として問題である。自
由エネルギー摂動計算法（free energy perturbation calculations）は１ｋｃ
ａｌ／モル内で相対的な結合自由エネルギーを生成することができるが、これら
方法には限界がある。収束に要するＣＰＵ（「中央処理装置」）時間は最速のコ
ンピューターを用いても過大であり、この方法は結合自由エネルギーの差異を計
算する試みがなされた分子のペア間での小さな変異に限られる。

【００３２】この点を強調するため、新規構造ベースのドラッグデザインでは、可能な限り
多くの分子を提唱されたレセプター部位で短時間にて試験することができ、試験
した構造を結合自由エネルギーの正確な予測に基づいてランク付けすることがで
きる必要がある。もしも小さな有機分子が官能基の単純な組み合せであると考え
られるなら、候補分子は、たとえば５つの官能基の選択および配置として考える
ことができる。そのようなものとして、そのような小さな有機分子を構築するの
に用いることのできるフラグメントのデータベースは、評価しなければならない
極めて多数の構造という結果となる。たとえば、５０フラグメントの非常に小さ
なデータベースでさえも５官能基の１０億近い候補（５０^５の組み合せ）が得ら
れるであろう。分子フラグメントのデータベースのサイズが増大するにつれ、可
能な組み合せの数が劇的に増大するであろうことは容易にわかる。そのようであ
るから、現在の技術を用いては各組み合わせを試験するのに必要なコンピュータ
ーによる計算時間は膨大であり、それゆえ実際的でない。本発明は、探索を行う
能力を向上させるシステムおよび方法を提供するものである。とりわけ、最も意
味のある組み合せのみを試験するために迅速かつ正確な自由エネルギーの評価法
を用いる。

【００３３】すでに検討したものなどの従来のコンピューターによる計算法は、うまくいけ
ばコンピューター計算の障壁の幾つかを克服する希望のあるアルゴリズムを用い
ている。しかしながら、コンピューター計算の障壁の克服を試みるに際して、結
合自由エネルギーの予測における正確さ（これは可能な候補のランク付けに際し
て知るべき非常に重要な因子である）が大きく損われている。結合自由エネルギ
ーの正確な評価のため、熱力学サイクルの各段階でのエンタルピーおよびエント
ロピーの変化の経験的なポテンシャルおよび段階的評価を用いた精巧なシミュレ
ーションを用いて自由結合エネルギーが計算されている。これらの計算法は各分
子について過度のコンピューターによる計算時間を要し、通常の構造ベースのド
ラッグデザインには実際的でない。それゆえ、これら従来法は、完全な熱力学的
決定のための可能な候補の短いリストを提供するスコアリング法、または化学的
合成および結合自由エネルギーの実験的決定を用いている。

【００３４】結合自由エネルギーの完全な表現を近似する方法の多くにおいて、スコアリン
グは自由エネルギーへの単独の最も重要な寄与因子として複合体中のリガンドと
タンパク質との相互作用エネルギーのみに基づいている。他の方法では、ランク
付けは化学的な相補性よりも空間的な相補性に基づいている。これらの場合にお
いて、溶媒和の寄与は表面領域の近似として取り扱う。これら２つの方法のいず
れにおいてもスコアリングは不完全であるため、候補分子またはリガンドのラン
ク付けの正確さに悪影響を及ぼしている。

【００３５】新規構造ベースのドラッグデザインでは、レセプター部位へのドッキングのた
めのリード化合物候補を生成およびランク付けするための多数の方法が試みられ
ている。しかしながら、過去において結合自由エネルギーを決定するために便法
を用いたときに自由エネルギーの予測の正確さは損われていた。それゆえ、三次
元のタンパク質−リガンド複合体での結合自由エネルギーを計算するために過度
のコンピューターによる計算時間を使用しない限り、不正確さの可能性は大きく
なるであろう。候補分子およびリガンドのランク付けは主として結合自由エネル
ギーに基づいているので、候補を不正確にランク付けする可能性も非常に高くな
る。

【００３６】可能なリード化合物候補を生成するために多数の変化に富む構造をサンプリン
グするのに要するコンピューターによる計算時間は、通常、非常に膨大で実際的
でない。できるだけ多くの構造をできるだけ短時間にサンプリングし、ついで結
合自由エネルギーの正確な予測に基づいてランク付けを行うことが非常に望まし
いので、過去のコンピューターによる計算の障害を回避しているが結合自由エネ
ルギーの予測の充分な正確さを備えたリード化合物候補の成長（grow）のための
システムおよび方法に対する必要性が存在する。

【００３７】（その解決方法）本発明の目的は、構造ベースのドラッグデザインのための新規なシステムおよ
び方法を提供することである。それゆえ、一つの側面において、本発明は、レセ
プター部位に結合する分子を新規にデザインする方法であって、手順：（ａ）レセプター部位中に分子を構築し、その際、該構築手順は、レセプター部
位中に入れた最初の分子フラグメントに連続的な無作為の分子フラグメントを加
え、分子フラグメントの各添加の後に成長する分子の自由エネルギーを評価し、
ついで該分子の自由エネルギー評価が該分子に可能な最低の自由エネルギー評価
よりも高くなるように、レセプター部位に加えるときに各連続的な分子フラグメ
ントを配向することを含み、（ｂ）手順（ａ）を繰り返してレセプター部位中に成長した分子の集合を生成し
、ついで増大する自由エネルギー評価に従って該分子の集合をランク付けして高
ランクの分子を同定し、（ｃ）手順（ｂ）で同定した高ランクの分子の１またはそれ以上の官能基を単一
の再開始フラグメントとして選択し、該再開始フラグメントを用いて手順（ａ）
および（ｂ）に従って第二世代の分子を構築し、（ｄ）経験的力場を用いてレセプター部位および第二世代の分子を含むタンパク
質／リガンド複合体のエネルギーを最小にし、（ｅ）第二世代の分子の経験的相互作用エネルギーを定量し、ついで該分子をラ
ンク付け、その際、低い相互作用力の分子は負の相互作用エネルギーがより大き
な分子よりも高くランク付けされ、負の相互作用エネルギーがより大きな分子は
負または正の相互作用エネルギーがより小さな分子よりも高くランク付けされ、
（ｆ）手順（ｆ）からの高ランク分子を、化学的な実行可能性（viability）、
合成の適合性（feasibility）、溶解度、およびタンパク質の構造に対する該分
子の影響の決定を含む分子の定性分析に基づいて修飾し、その際、該修飾は原子
および／または官能基置換、特定のレセプター部位からの成長の開始、塩橋また
は水素結合の導入（inclusion）、および溶解度増大手段を含み、（ｇ）手順（ｅ）および（ｆ）の両者で高ランクと同定される分子が構築される
まで手順（ｃ）〜（ｆ）を繰り返すを含む方法を提供する。

【００３８】一つの態様において、レセプター部位は以下のものよりなる群から選ばれる：
Ｓｒｃ−ホモロジー−３ドメイン、Ｓｒｃ−ホモロジー−２ドメイン、ＭＤＭ２
タンパク質、ＣＤ４タンパク質、およびカルボニックアンヒドラーゼタンパク質
（とりわけ、ヒトカルボニックアンヒドラーゼIIタンパク質）。好ましくは、経
験的相互作用エネルギーはＣＨＡＲＭＭ相互作用エネルギーを含み、経験的力場
はＣＨＡＲＭＭを含む。本発明の他の目的は、タンパク質−リガンド複合体での結合自由エネルギーを
予測する一層正確な方法を有する構造ベースのドラッグデザインのための新規な
システムおよび方法を提供することである。

【００３９】本発明のさらに他の目的は、タンパク質−リガンド複合体での結合自由エネル
ギーを予測する一層正確な方法を用いた、レセプター部位で結合するための候補
分子またはリガンドを構築するための新規なシステムおよび方法を提供すること
である。本発明の他の目的は、新規構造ベースのデザイン法を用いて生成した、目的と
するレセプター部位に結合するリガンド候補のライブラリーを提供することであ
る。これら目的および他の目的は、添付の図面とともに本明細書の残りの部分で一
層詳細に記載されるであろう。

【００４０】本発明はコンピューターによる新規構造ベースのドラッグデザインのためのシ
ステムおよび方法であり、リガンドの発見および構築のための新規な方法および
結合自由エネルギーを予測するためのより正確な方法を用いるものである。従っ
て、本発明のシステムおよび方法は、対応する知識ベースの（knowledge-based
）ポテンシャルデータとともに粗視化（coarse-graining）モデルを用いること
により、一層良好に予測しうる新規構造ベースのドラッグデザイン手段を提供す
る。さらに、粗視化モデルの使用に鑑みて、本発明の新規な分子成長法（molecu
lar growth method）は、低い自由エネルギー構造という結果となる（しかしな
がら、必ずしも最低の自由エネルギー構造でなくともよい）分子またはリガンド
を構築するメトロポリス（metropolis）モンテカルロ選択法を用いる。かくして
成長させた構造も結合自由エネルギーの予測が一層正確であり、受理しうるドラ
ッグデザイン候補でありうる。

【００４１】本発明の分子成長法は、結合部位の配置空間を速やかに探索およびサンプリン
グするためにメトロポリスモンテカルロ法を用いる。これはデータベースの一部
であるフラグメントについての相互作用ポテンシャルの知見を用いて行う。メト
ロポリスモンテカルロ法はまた、本発明のシステムおよび方法に、分子またはリ
ガンドを構築するのに有用であろうフラグメントを極めて速やかに同定する能力
をも与える。

【００４２】粗視化は統計力学において普通に用いられる手順であり、最も細かい細部での
変化によって圧倒されることなく一般的な傾向を推論できるように、中間の長さ
のスケールでの事象にのみ注意を集中することを可能にするものである。形式的
には、粗視化は特定のサイズの空間内での相互作用ポテンシャルの平均という結
果となる。これら空間のサイズは、平均したポテンシャルに包摂される（subsum
ed）詳細の本質を確信できるように該システム中の幾つかの物理的距離と対応し
ていなければならない。たとえばタンパク質−リガンド相互作用に応用すると、
粗視化は、分子が水性溶媒中で秩序を誘導し得る距離にほぼ対応する長さスケー
ルを選択することを必然的に伴う。

【００４３】粗視化を用いる場合、タンパク質の原子とリガンドの原子との間の接触半径を
定め、タンパク質−リガンド複合体の結晶構造のデータベースを調べる際または
デザインするときの結合相互作用を評価する際に、接触の半径（あるいは相互作
用半径と呼ばれる）内の原子は互いに接触していると考える。粗視化法の一つの
利点は、リガンド結合の溶媒エントロピーの項（terms）をポテンシャル表面に
統合する（integrates）ことである。粗視化法の他の利点は、ポテンシャル表面
が場所的な平均化（local averaging）により滑らかになることである。このこ
とは、可能な分子の空間をモンテカルロ成長アルゴリズムによって非常に効率的
に探索することを可能にする。

【００４４】知識ベースのポテンシャルは、自由エネルギー評価に対する種々のタイプの接
触の寄与を測定する一揃いの相互作用パラメータである。これらパラメータは、
すべての種々の原子タイプの間で接触が形成される頻度についての統計を集める
ことにより構造のデータベースより得られる。粗視化と組み合せることにより知
識ベースのポテンシャルは、物理的統計的な推論に基づいて結合自由エネルギー
を評価するためのシステムを提供する。

【００４５】知識ベースのポテンシャルデータを用いた粗視化モデルは、カノニカル（cano
nical）統計力学の原理をタンパク質の亜集団に適用した結果によるものである
。とりわけ、このモデルは、折り畳みタンパク質の小さな亜集団が相互に熱平衡
にあることの決定を含む。そのようなものとして、本発明はこれら原理を採用す
る。それゆえ、タンパク質の結晶構造およびタンパク質−リガンド複合体の結晶
構造に存在する情報を各構成部分に分解し、結合自由エネルギーに対する各構成
部分の寄与を蓋然性に基づいて割り当てることができると主張する妥当な根拠が
存在する。このことは、本発明が結合自由エネルギーの予測のためにより正確な
結果を達成することを可能にし、それら結果を分子またはリガンドの構築のため
に応用することを可能にするものである。

【００４６】本発明のシステムおよび方法によれば、候補分子の同定は最低自由エネルギー
複合体の探索ではなく、レセプター部位で低い自由エネルギー複合体を形成する
候補分子またはリガンドを同定するための探索であり、ドラッグデザインのため
の最良のリード化合物を与えるものである。このことは、メトロポリスモンテカ
ルロ選択法を用いる成長法を用いることにより達成される。分子成長法は、所望
の長さの低自由エネルギー候補の生成という結果となる。

【００４７】本発明は、構造ベースのドラッグデザインによる分子成長のためのシステムお
よび方法であり、候補分子またはリガンドの構築のための新規な方法およびリガ
ンド候補のライブラリーを用い、該分子またはリガンドが成長するときの該分子
またはリガンドの結合自由エネルギーをより正確に予測する方法を用いるもので
ある。本発明のシステムおよび方法はまた、適度の長さのコンピューターによる
計算時間で結合自由エネルギーのより正確な予測のできる、候補分子またはリガ
ンドの成長を可能にする。

【００４８】本発明の方法は、相互作用を速やかに評価して強い結合リガンドを構築するこ
とを可能にし、分子の変更および伸長についての示唆を連続的に提供するもので
あり、その結果、タンパク質結合部位との優れた化学的および空間的相補性が得
られる。この点で、本発明の方法は、知識ベースのポテンシャルデータを用いた
粗視化モデルに基づく定量スコア（以下、そのような定量スコアは「自由エネル
ギー評価スコア」と称する）を提供するものであり、これは候補分子への変更を
定量的に評価できるように実験的に見出した結合自由エネルギーと直接相関し該
結合自由エネルギーの近似である。

【００４９】他の利点は、この方法が分子の相互作用構築を可能にすることである。たとえ
ば、構造ベースのデザインは、部分的に成長した分子の再開始フラグメントとし
ての使用および天然に存在するリガンド中に存在することが知られている特定の
相互作用（塩橋やII-II相互作用など）の挿入（両者とも候補分子が成長する方
向に影響を及ぼす）を可能にする。従来技術に対する他の利点としては、時間の
効率、後に連結する必要のある別個のフラグメントではなく全体の分子を生成し
評価することができること、およびスコアリング法と結合の既知の自由エネルギ
ーとを相関させることができることが挙げられる。

【００５０】他に断らない限り、以下の定義を本発明の記載に適用する。「結合」とは、リガンドがレセプター部位と安定な配置で会合する物理的事象
である。「ドッキング」とは、結合を可能とする配置を決定することを目標とするコン
ピューターによる手順である。「新規構造ベースのドラッグデザイン」とは、タンパク質構造の知識を用いて
特定のレセプター部位と結合するのに資する分子またはリガンドを動的に形成す
るプロセスをいう。

【００５１】「重い原子」とは、ある分子内の非水素原子をいう。「リガンド」とは、標的レセプターに結合する分子をいう。「リガンド候補」とは、潜在的なリガンドとして提唱されているリガンドをい
う。あるリガンド候補が標的レセプターに結合することが実験的に示されると、
そのようなリガンド候補は「リガンド」と表示される。「リード化合物」とは、潜在的な医薬用途、治療用途および／または薬剤用途
を有することが実験的に示されているリガンドである。「分子」とは、分子化合物の最小の単位を形成すべく結合した原子の組み合せ
である。

【００５２】「回転異性体（rotamer）」（構造ベースのデザインの文脈における）とは、
その分子と結合部位との間の結合のねじれ回転（torsional rotation）により該
結合部位中で配向した（oriented）分子である。「フラグメント」とは、リガンドまたは分子の構築に用いる原子または官能基
である。「再開始フラグメント」とは、フラグメントのライブラリーから無作為に選ん
だフラグメントではなく、部分的にまたは全体的に成長した分子からの原子また
は官能基であり、本発明の方法を用いてリガンドまたは分子の構築を行うために
出発のインプットとして用いる。「相互作用半径」とは、タンパク質原子とリガンド原子とが互いに相互作用し
て結合する最大の距離である。

【００５３】「準拠状態（reference state）」とは、すべての相互作用タイプの頻度が正
確に平均となるリガンド原子とタンパク質原子との人為的な配置である。それは
平均の確率

【数２】として最も良く記載される。「準化学的近似」とは、カノニカル統計力学の原理に基づいて確率をエネルギ
ーに変換する数学的方法である。「経験的相互作用エネルギー」とは、数学的等式およびパラメータによるリガ
ンドとタンパク質との間の相互作用の物理的エネルギーの式であって、特別の形
態の等式をより簡単な相互作用システムの研究から採用したものをいう。

【００５４】本明細書において用いる「アルキル」なる語は、１〜１２の炭素原子、好まし
くは１〜８の炭素原子を有する直鎖および分枝鎖の脂肪族基をいい、１、２また
は３の置換基で任意に置換されていてよい。特に断らない限り、アルキル基は飽
和、不飽和または部分的に不飽和であってよい。それゆえ、本明細書において「
アルキル」なる語は、飽和アルキル基と同様にアルケニル基およびアルキニル基
を包含することを特に意図している。好ましいアルキル基としては、これらに限
られるものではないが、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、te
rt−ブチル、イソブチル、ペンチル、ヘキシル、ビニル、アリル、イソブテニル
、エチニル、およびプロピニルが挙げられる。

【００５５】本明細書において「置換した」アルキル、シクロアルキル、アリール、または
へテロ環基とは、１〜約４、好ましくは１〜約３、さらに好ましくは１または２
の非水素置換基を有するものをいう。適当な置換基としては、これらに限られる
ものではないが、ハロ、ヒドロキシ、ニトロ、ハロアルキル、アルキル、アルク
アリール（alkaryl）、アリール、アラルキル、アルコキシ、アミノ、アルキル
カルボキサミド、アリールカルボキサミド、アミノアルキル、アルコキシカルボ
ニル、カルボキシ、ヒドロキシアルキル、アルカンスルホニル、アレンスルホニ
ル、アルカンスルホンアミド、アレンスルホンアミド、アラルキルスルホンアミ
ド、ホスホリルアルキルカルボニル、シアノ、およびアルキルアミノカルボニル
基が挙げられる。

【００５６】本明細書において用いる「シクロアルキル」なる語は、３〜１２、好ましくは
３〜８の炭素原子を有する飽和および部分的に不飽和の環状炭化水素基を含み、
その際、環上の１または２の位置がオキソ基で置換されていてよく、シクロアル
キル基はさらに任意に置換されていてよい。好ましいシクロアルキル基としては
、これらに限られるものではないが、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペ
ンチル、シクロペンテニル、シクロヘキシル、シクロヘキセニル、シクロヘキサ
ノン、シクロヘプチル、およびシクロオクチルが挙げられる。

【００５７】「アリール」基は、任意に置換されていてよい１〜３の芳香族環を含むＣ_６〜
Ｃ_１４芳香族残基である。好ましくはアリール基はＣ_６〜Ｃ_１０アリール基であ
る。好ましいアリール基としては、これらに限られるものではないが、フェニル
、ナフチル、アントラセニル、およびフルオレニルが挙げられる。「アリールア
ルキル」基はアルキル基に共有結合したアリール基を含み、いずれかが独立に置
換されていてもよいし置換されていなくてもよい。好ましくはアリールアルキル
基はＣ_１−６アルキル(Ｃ_６−１０)アリールであり、ベンジル、フェネチル、お
よびナフチルメチルを含むがこれらに限られるものではない。「アルカリール」
または「アルキルアリール」基は、１またはそれ以上のアルキル置換基を有する
アリール基である。アルカリール基の例としては、これらに限られるものではな
いが、トリル、キシリル、メシチル、エチルフェニル、およびメチルナフチルが
挙げられる。

【００５８】「へテロ環」基は、約３〜約８の原子を有する環構造であって、１またはそれ
以上の原子がＮ、ＯおよびＳよりなる群から選ばれるものである。へテロ環基は
、炭素原子上でオキソまたは上記に挙げた置換基の１つで任意に置換されていて
よい。へテロ環基はまた、独立に窒素原子上でアルキル、アリール、アラルキル
、アルキルカルボニル、アルキルスルホニル、アリールカルボニル、アリールス
ルホニル、アルコキシカルボニル、アラルコキシカルボニルで置換されていてよ
く、または硫黄原子上でオキソまたは低級アルキルで置換されていてよい。好ま
しいへテロ環基としては、これらに限られるものではないが、エポキシ、アジリ
ジニル、テトラヒドロフラニル、ピロリジニル、ピペリジニル、ピペラジニル、
チアゾリジニル、オキサゾリジニル、およびモルホリノが挙げられる。

【００５９】ある好ましい態様において、へテロ環基はへテロアリール基である。本明細書
において用いる「へテロアリール」なる語は、５〜１４の環原子、好ましくは５
、６、９または１０の環原子を有し、環状の配列で共有される６、１０または１
４のπ電子を有し、炭素原子に加えてＮ、ＯおよびＳよりなる群から選ばれた１
〜約３のへテロ原子を有する基をいう。好ましいへテロアリール基としては、こ
れらに限られるものではないが、チエニル、ベンゾチエニル、フリル、ベンゾフ
リル、ピロリル、イミダゾリル、ピラゾリル、ピリジル、ピラジニル、ピリミジ
ニル、インドリル、キノリル、イソキノリル、キノキサニル、テトラゾリル、オ
キサゾリル、チアゾリル、およびイソキサゾリルが挙げられる。

【００６０】他の好ましい態様において、へテロ環基はアリール基またはへテロアリール基
に融合している。そのような融合したへテロ環の例としては、これらに限られる
ものではないが、テトラヒドロキノリンおよびジヒドロベンゾフランが挙げられ
る。本明細書において用いる「アシル」なる語は、アルキルカルボニルまたはアリ
ールカルボニル置換基をいう。「アシルオキシ」なる語は、アルキルオキシカルボニルまたはアリールオキシ
カルボニルをいう。本明細書において用いる「アミド」なる語は、ホルミルアミノ、アルキルカル
ボニルアミノ、またはアリールカルボニルアミノをいう。「アミノ」なる語は、
ＮＨ_２、アルキルアミノ、アリールアミノ、および環状アミノ基を包含すること
を意味する。

【００６１】図１、一般に１００は、新規構造ベースのドラッグデザインのためにリード化
合物候補を構築およびランク付けするための本発明の方法の一般的な図解を提供
する。図１に示すように、分子成長法１０８は１０２および１０４からの入力を
受け取る。１０４では（１）タンパク質構造および（２）その結合部位について
の情報が提供される。この情報は、標準ブルックヘブンプロテインデータバンク
（「ＰＤＢ」）の書式または表記法での結合部位の座標、タンパク質原子の座標
およびタンパク質原子のタイプを含む。結合部位に関しては、提唱されたレセプ
ター部位を同定するために少なくとも１つの座標が提供される。１０４の自由エ
ネルギー評価法は、構築されつつある分子またはリガンドの自由エネルギーの評
価を提供する。自由エネルギー法は、図３に従って開発したエネルギー表からの
入力を受け取る（これについては以下に記載するであろう）。多数の分子または
リガンドが構築されたら、通常、その結合自由エネルギーに基づき、１１０でド
ラッグデザインのためのリード化合物候補としてランク付けされる。

【００６２】分子成長法１０８への第二の入力は、構築した分子についての自由エネルギー
評価１０４である。記載したように、この自由エネルギー評価法は図３に従って
開発される計算した自由エネルギーデータベースからの情報を用いる。この予測
は、相互作用モデルおよび準拠状態の適切な選択、適当な相互作用半径の選択、
目的とする原子についての知識、タンパク質−リガンド複合体の既知の構造に関
する情報（知識ベースのポテンシャルデータ）、および準化学的近似に基づいて
いる。１０８の分子成長法は図２の一般的に２００で詳細に示してあり、これについ
ては以下に記載するであろう。この方法は、中間のおよび最終的な分子またはリ
ガンドの受理（acceptance）をその評価した結合自由エネルギーに基づいて条件
として制御するために、メトロポリスモンテカルロ（「ＭＭＣ」）選択プロセス
を用いる。

【００６３】図１および図２を参照しながら、１０８の分子成長法をより詳細に検討する。
図２の１０６でエネルギー表（図３に基づく）を計算する。この表の計算を所定
のセットのパラメータについて一度行う。パラメータを変えたときは表を再度計
算する。たとえば、相互作用半径を５オングストロームから３オングストローム
に変えたとき、表を再計算する。分子またはリガンドの構築の際にアクセスでき
るように、本発明の方法の開始時点または開始頃に表を計算することが必要であ
る。

【００６４】図２の２０２で、標的レセプター部位を有するタンパク質を入れる。これにつ
いで手順１０２が続き、ここで該標的レセプターを有するタンパク質に関する情
報が図１の１０８から入力される。この情報は目的とするタンパク質の構造およ
び結合部位を記載する。結合部位の記載において、その相対的な位置が座標の形
態で与えられる。この時点から分子成長法は、単結合で連結したフラグメントか
らなる簡単な有機分子である分子またはリガンドを成長させるであろう。２０４では水素分子（「Ｈ_２」）を座標上のタンパク質の結合部位中に無作為
に位置させる。このＨ_２分子は、手順２０６を満足させるための存在する分子と
みなされる。手順２０６に従い、Ｈ原子の１つを新たな結合部位として無作為に
選択する。

【００６５】手順２０８は、フラグメントのライブラリーから無作為にフラグメントを選択
することにより行う。たとえば、ライブラリーは表１に示すフラグメントを含ん
でいることができる。表１：分子成長法のためのフラグメント

【００６６】手順２１０では、無作為に選択したフラグメント上の少なくとも１のＨ原子を
無作為に選択する。Ｈ_２分子からの選択したＨ原子およびフラグメントからのＨ
原子は、タンパク質結合部位で構築される分子のための最初のフラグメント結合
を形成するであろう。手順２１２では、第一のフラグメントと手順２０４で入れたＨ_２分子からの残
りのＨ原子との間で第一の（かつ新しい）結合が形成される。この結合が形成さ
れるとき、選択した２つのＨ原子が除去される。本発明に従って、これら新しい
結合の角度および結合の長さは妥当な近似であることが保証される。

【００６７】次の手順は２１４であり、ここでは新規フラグメントが結合部位で低エネルギ
ーレベルにて適切に位置されるように、生成した結合および結合部位に関して新
規フラグメントを該新規結合の周りでのひずみ回転により配向させる。好ましく
は、新規結合の周りでのひずみ回転による新規フラグメントの配向に際して、配
向は所定の増分にて行う。これら所定の増分は、なお穏当なコンピューターによ
る計算時間を可能とするであろう最小のものである。最も好ましくは、ねじれ配
向は６０°の増分で起る。立体的に妨げのない配向について、その自由エネルギ
ー値を手順２１６で評価する。最も好ましくは、配向は原子の対がそのファンデ
ルワールス半径の合計の７０％以内にあるようなものである。低いエネルギーま
たは最低のエネルギーを生じるフラグメントまたは回転異性体の位置が、成長し
つつある分子の候補とみなされる。

【００６８】本発明の分子成長法を用い、いかなる所望のサイズの分子またはリガンドをも
構築できることがわかった。このことは、Ｈ原子の置換および該置換したＨ原子
に前以て連結させた原子の結合によりフラグメントを付加できることにより実現
される。該タンパク質に結合した構造のいずれのＨ原子も潜在的な成長部位であ
るという点で分枝鎖形成効果は充分に実現される。

【００６９】２１６では構築する分子の自由エネルギーの予測をする。自由エネルギーの評
価法は図３の３００に詳細に示してある。図３は、フラグメント単位で成長しつ
つある分子についての所望の自由エネルギー情報を与えるのに用いるエネルギー
表を作成または計算する方法のブロック線図である。何を評価するのかを理解す
るため、分子の結合自由エネルギーを決定する要因を理解する必要がある。結合
自由エネルギーの評価法を詳細に検討する前に、分子成長法の残りの部分を検討
することにする。

【００７０】手順２１６の後、分子成長法は手順２１８に進む。本発明のシステムおよび方
法は、知識ベースのポテンシャルデータを用いた粗視化モデルを用い、必ずしも
最低ではないが低い自由エネルギーの複合体を有する候補リード化合物分子を開
発および同定するために、コンビナトリアル探索空間（combinatorial search s
pace）（タンパク質の結合部位）（これは大まかなエネルギー景観（landscape
）である）を評価する。本発明のシステムおよび方法は、手順２１８でＭＭＣ選
択プロセスを用いることにより多種最小問題（multiple minimum problem）を克
服している。このフラグメントが条件（condition）として受理されるか否かを
決定するため、回転異性体の各配向について結合自由エネルギーが計算されたら
、２１８のＭＭＣ選択プロセスは、今行っている成長手順の前でかつ最適の配向
にある成長手順の後に原子当たりのエネルギーに関して比較を行う。もしも新た
に構築した手順で原子当たりのエネルギーが低下しているなら、その配向は条件
として受理される。しかしながら、もしも原子当たりのエネルギーの増加が経験
されても、それもまた条件として受理されるが、式（Example）（２）：

【数３】（式中、ｐ＝受理の確率； Δｇ＝ΔＧ／Ｎ（ΔＧは目的とするフラグメントを付加したときの自由エネル
ギーの差異であり、Ｎはリガンド中の原子の総数である）は原子当たりの自由エ
ネルギーの変化である；Ｔ＝温度）によって定められる確率にてである。

【００７１】本発明のシステムおよび方法によるＭＭＣ選択プロセスは、原子当たりのエネ
ルギーが場合により増加するのを可能にする。このことは、小さな分子を結合部
位の堅固な立体領域中で成長させ、該分子を溶媒または他の非占拠領域中に成長
しなくてはならないようにし、タンパク質と辺縁部でのみ相互作用している場合
に必要である。かくして、そのような増加を受理したため、その後に結合の自由
エネルギーをより大きく低下させる機会が提供されてよい。

【００７２】本発明のＭＭＣ選択プロセスをオプチマイゼーション法として用いることには
利点がある。この方法は、有意に一層のメトロポリス不履行（failures）には導
かない回転異性体の無作為選択に照らして低いエネルギー分子を作製する。さら
に、この方法は、間接的に可能な最も堅固な立体的相補性という結果となるであ
ろう。

【００７３】２２０での手順は、構築した分子がこの時点で充分に大きいか否かを決定する
。充分に大きいなら、この方法は手順２２２に向けられる。手順２２２では、こ
のタンパク質の同じ結合部位で他の分子を構築するか否かを決定する。さらなる
分子を構築しないなら、この方法はこのタンパク質結合部位について分子を生成
することを停止し、手順２３０に進んで候補の分子またはリガンドを構築すべき
次のタンパク質を待機する。手順２２２での答えが「ｙｅｓ」であり他の分子を
生成するなら、この方法は手順２０４に戻り、そこで新たな分子またはリガンド
を構築すべきタンパク質の結合部位にＨ_２が加えられる。

【００７４】２２０で分子が充分に長くはないと決定されると、本発明の方法は手順２０６
に戻り、そこで上記で記載した仕方にて、存在する分子に付加するために他のフ
ラグメントが無作為に選択される。本発明のシステムの方法を行うに際し、該方法の実行を取り巻くパラメータが
考慮される。考慮されるパラメータの幾つかは、構築を行うときの温度、立体的
な妨げを評価するときに原子間で許される最も近い接近、およびフラグメント回
転異性体を選択するときの角度の増分である。

【００７５】好ましくは、選択される温度は、単位時間当たりに最も多くの低エネルギー構
造を生成するものである。２つの原子の最も近い接近は、それらのファンデルワ
ールス半径の合計のあるパーセントである。というのは、これがデータベース中
の最も近い接近と良好な相関をもたらすからである。フラグメントのねじれ配向
のために選択した増分の量は、さらにより小さな増分へと洗練することができる
。しかしながら、そのようなより小さな増分は、結果を得るのに有意に長いコン
ピューターによる計算時間という結果となりうる。６０°のねじれ回転増分、７
０％のファンデルワールス接触半径、および１０.０のアルゴリズム温度という
好ましいパラメータが与えられると、少なくとも２０の重い原子の分子を約１秒
で生成することができる。

【００７６】ここで結合自由エネルギーの評価法を図３を参照しながら詳細に検討する。上
記で記載したように、式（１）を用いて結合自由エネルギーを評価する： Δｇ_結合＝Δｅ_結合−ＴΔｓ_結合（
１）＝Δｅ_{複合体形成}−ＴΔｓ_{複合体形成} ＋Δｅ_{溶媒和−脱溶媒和}−ＴΔｓ_{溶媒和−脱溶媒和} 再び図３を参照すると、エネルギー表の一部である結合自由エネルギーを評価
するに際して、３０２と３０４の項目を３０６の項目と組み合せて、既知のタン
パク質−リガンド複合体の原子間相互作用の統計（３１０に示す）を生成する。
３１０の情報は、構築している特定の分子の結合自由エネルギーを評価するのに
用いる知識ベースのポテンシャル相互作用データを形成する。

【００７７】３０２で、タンパク質−リガンド複合体中に結合すべき原子のための大きな相
互作用半径が選択される。大きな相互作用半径を選択するのは、溶媒和エントロ
ピー効果を考慮できるからである。最も適した長さを相互作用半径に選択する。３０４では可能な相互作用の異なるクラスに基づいた原子のタイプに関する情
報が提供される。表２は３０４に含まれる情報の例を提供する。表２：原子タイプ相互作用データそれゆえ、項目３０６は、少なくともタンパク質−リガンド複合体に存在する
と思われる原子タイプに関する情報を含んでいる。

【００７８】３０６のデータベースを参照すると、このデータベースは、知られているタン
パク質−リガンド複合体の構造の一覧、それらの座標、および対応する化学的要
素を含む。このデータベースは、さらに情報が得られるにつれて頻繁に更新され
うるものである。本発明の方法を、構造および結合の情報が以前に実験的に決定
されているタンパク質−リガンド複合体に適用した。情報がブルックヘブンプロ
テインデータバンク（「ＰＤＢ」）から利用できるタンパク質−リガンド複合体
のサンプルを表３に示す。そのような例は、プリンヌクレオシドホスホリラーゼ
（「ＰＮＰ」）およびアミノ酸結合タンパク質（「ＬＳＴ」）を含む。表３：タンパク質−リガンド複合体データベース

【００７９】３０２および３０４からの情報は、３０６の情報と組み合せたときに３１０の
知識ベースのデータとなる。とりわけ、３１０の情報は、既知のタンパク質−リ
ガンド複合体における原子間相互作用の統計であり、これは構築しようとする分
子またはリガンドの結合自由エネルギーのより正確な予測を可能にするであろう
。次の手順は、３１０の統計を、特定の原子タイプ間での相互作用の自由エネル
ギー寄与を構成する一揃いの相互作用パラメータに編集することである。３１０
から既知のタンパク質−リガンド複合体での原子間相互作用の確率が与えられる
と、この情報は構築しようとする分子またはリガンドの準拠状態と組み合される
。この準拠状態は、溶媒エネルギーおよび立体配置エントロピー効果を説明する
ように選択される。

【００８０】結合エネルギーから評価を生成するために組み合せる第三の項目は、構築しよ
うとする分子またはリガンドのタンパク質−リガンド複合体の近似である（３１
２にある）。好ましくは、使用する近似は準化学的な近似である。３０８、３１０および３１２からの情報を組み合せると、その結果得られるの
は１０６のエネルギー表であり、これは構築しようとする分子またはリガンドに
可能な相互作用の各タイプへの評価した自由エネルギー寄与を提供するのに用い
られる。１０６の自由エネルギー表で提供されるデータの一例を表４に示す。表４：エネルギー表

【００８１】本発明の統計的な根拠を検討する前に、図４および図５を説明する。これら図
面は、図１、図２および図３の側面をグラフで示す。図２および図４を参照する
と、タンパク質４０２（一般的に４００で示す）を入れたとき、該タンパク質を
定め、４０４の座標「Ｘ」などの結合部位の座標を決定する。ついで、４０６の
Ｈ_２分子などのＨ_２分子を結合部位に加える。理解されるであろうように、単一
の結合部位に１を超えるＨ_２分子を加えてもよい。図２および図５を参照すると（一般的に５００で示す）、フラグメント５０２
の１つのＨ原子を最初の結合を形成するために選択する。この結合が形成された
ら、Ｈ_２分子４０６の選択したＨ原子（図４）およびフラグメント５０２を除去
する。新たな結合５０４が形成されるとき、最初のフラグメントが分子の構築に
際して加えられている。

【００８２】加えたフラグメントを今度は結合５０４の周りに増分にて回転させて最良の適
合を得、自由エネルギー評価を種々の配向に基づいて行う。新規な分子の評価を
上記で記載したＭＭＣ選択法に基づいて行い、ついで図２の方法の残りの部分を
行う。記載したように、本発明は対応する知識ベースのポテンシャルデータを用いた
粗視化モデルを行うものである。このモデルを用いるのは、互いに熱平衡にある
折り畳みタンパク質の亜集団にカノニカル力学の原理を適用できるからである。
そのようなものとして、タンパク質の結晶構造およびタンパク質−リガンド複合
体の結晶構造を各構成部分に分解することができる。ついで、各部分の寄与を蓋
然性に基づいて割り当てることができる。

【００８３】一般に統計力学では、同じエネルギーにある２つの状態は、ある位置を占める
のに等しい確率を有する。このことは、式（３）で表される：

【数４】上記式中、Ｐ^ｅ _ｉｊ＝タイプｉのタンパク質原子とタイプｊのリガンド原子との間の相互
作用のエネルギー確率；ｅ_ｉｊ＝タイプｉのタンパク質原子とタイプｊのリガンド原子との間の相互作
用のエネルギー；ｋ＝ボルツマン定数；Ｔ_ｅ＝データベース情報を得た実験温度；Ｚ＝規格化定数。

【００８４】タンパク質−リガンド複合体を形成するに際して、正確に同じエネルギーを有
する立体配置が同様に等しく形成されるわけではない。これは、リガンドによっ
てサンプリングした空間中に境界が強く存在することから２つのエントロピー効
果が生じるからである。エントロピー効果は、（１）溶媒の秩序付け（solvent
ordering）（タンパク質−溶媒界面、リガンド−溶媒界面、および複合体−溶媒
界面における）および立体的な妨げによる原子間相互作用に対する制限、および
（２）ほぼ固定されたタンパク質およびリガンドの化学的構造である。エントロ
ピー効果はエネルギー事象とは相関がないため、式（４）に示すように、サンプ
リング確率Ｐ^ｓ（これはエントロピー効果と関係する）として表すことができる
。

【数５】上記式中、Ｐ^ｓ _ｉｊ＝タイプｉのタンパク質原子とタイプｊのリガンド原子との間の相互
作用のサンプリング確率；ｓ_ｉｊ＝タイプｉのタンパク質原子とタイプｊのリガンド原子との間の相互作
用のエントロピー；ｋ＝ボルツマン定数；Ｚ＝規格化定数。

【００８５】式（３）のＰ^ｅと式（４）のＰ^ｓとの積は、全確率と大まかな結合自由エネル
ギー（これはタンパク質−リガンド複合体中のタンパク質とリガンドとの間の原
子間相互作用を記載するのに選択した相互作用モデルに依存する）との間の関係
を与える。これは式（５）で表される。

【数６】上記式中、Ｐ^ｓ _ｉｊ＝タイプｉのタンパク質原子とタイプｊのリガンド原子との間の相互
作用の全確率；Ｐ^ｅ _ｉｊ＝タイプｉのタンパク質原子とタイプｊのリガンド原子との間の相互
作用のエネルギー確率；Ｐ^ｓ _ｉｊ＝タイプｉのタンパク質原子とタイプｊのリガンド原子との間の相互
作用のサンプリング確率；ｅ_ｉｊ＝タンパク質原子ｉとリガンド原子ｊとの間の相互作用のエネルギー；ｓ_ｉｊ＝タイプｉのタンパク質原子とタイプｊのリガンド原子との間の相互作
用のエントロピー；ｋ＝ボルツマン定数；Ｔ_ｅ＝データベース情報を得た実験温度；Ｚ＝規格化定数。選択した相互作用モデルは、相互作用半径および好適な原子タイプのセットか
らなっている。

【００８６】式（５）は式（６）に示す自由エネルギーｇ^＊ _ｉｊの解が得られるように変え
ることができる。これは準化学的近似を含む。式（６）は観察した相互作用の頻
度から決定する。

【数７】上記式中、ｇ^＊ _ｉｊ＝タイプｉのタンパク質原子とタイプｊのリガンド原子との間の相互
作用の大まかな自由エネルギー；Ｔ_ｅ＝データベース情報を得た実験温度；ｋ＝ボルツマン定数；Ｚ＝規格化定数；Ｐ_ｉｊ＝タイプｉのタンパク質原子とタイプｊのリガンド原子との間の相互作
用の全確率。

【００８７】適当な準拠状態を選択する場合には、規格化定数を省くことができる。準拠状
態は、各大まかな自由エネルギー項ｇ^＊ _ｉｊについて

【数８】の自由エネルギーに寄与する。このことは式（７）、（８）および（９）により
示される。

【数９】式（７）、（８）および（９）中、

【数１０】ｇ_ｉｊ＝タイプｉのタンパク質原子とタイプｊのリガンド原子との間の相互作
用の正味の自由エネルギー；ｇ^＊ _ｉｊ＝タイプｉのタンパク質原子とタイプｊのリガンド原子との間の相互
作用の大まかな自由エネルギー；Ｐ_ｉｊ＝タイプｉのタンパク質原子とタイプｊのリガンド原子との間の相互作
用の全確率；Ｔ_ｅ＝データベース情報を得た実験温度；ｋ＝ボルツマン定数；Ｚ＝規格化定数。

【００８８】式（９）は、タンパク質−リガンド複合体の結晶構造中の原子間相互作用につ
いての統計的な情報を項毎の自由エネルギーへの寄与として（to term by term
contributions to binding free energy）記載する。ｇ_ｉｊは合計したときに、
１０４に提供する式（１）中の完全な形態の自由エネルギーを近似するであろう
。知識ベースのポテンシャルデータをタンパク質−リガンド結合事象に適用する
ための正しい相互作用モデルおよび準拠状態は、式（６）（下記に繰返し記載す
る）の項から演繹される（deducted）。

【数１１】

【００８９】さらに詳しくは、溶媒秩序の獲得または損失のために複合体の形成に関して溶
媒和エントロピーの変化が起り、これはリガンド、タンパク質、または複合体中
の原子に暴露した溶媒のポテンシャル表面間の相関関係である。これら相関関係
は、リガンド、タンパク質または複合体の境界を越える水分子のサイズの２倍で
ある。リガンドとタンパク質との間の相互作用は脱溶媒和という結果となるので
、立体配置のエントロピーは変化する。このように、タンパク質とリガンドとの
間で特定の分子間接触を形成するには、接触している各原子が脱溶媒和しなけれ
ばならない。このプロセスにより大量の秩序が破壊されたときには、そのような
特定の接触の形成のための脱溶媒和によりエントロピーが増大する。

【００９０】タンパク質とリガンドとの間の大きな相互作用半径の選択は、溶媒秩序の相関
関係長（the correlation length of solvent ordering）でなければならない。
これが事実であるなら、起っていることが観察される特定の接触の確率は、自由
エネルギーの予測に対する溶媒和エントロピーの寄与の平均的な効果を含むであ
ろう。そのようであるから、本発明のシステムおよび方法は相互作用モデルのた
めに大きな相互作用半径を選択するであろう。本発明の目的のためには、この相
互作用モデルは、リガンド原子とタンパク質原子が互いの相互作用半径内にある
なら、タンパク質原子と接触すべきリガンド原子を定めるであろう。

【００９１】生成した各接触は、脱溶媒和に基づくエネルギー損失を伴う。これは準拠状態
で計上しなければならない。準拠状態を定めるに際して、特定の接触の脱溶媒和
による損失の特異性は一般的な要素となって計算に入れられ、大きな相互作用半
径を用いた相互作用モデルにおける残りのエネルギー寄与は、単に溶媒和による
損失が生じたことを考慮に入れている。

【００９２】準拠状態の選択に際して、タンパク質に関して制限されないリガンドの空間的
なサンプリングが有効に存在する。そのようであるから、準拠状態は化学構造を
感知していない。このように、特定の構造の自由エネルギー評価と準拠状態の評
価との間の差異は、特定の大抵堅固な化学構造の形成時の原子の収集（collecti
on）における立体配置エントロピーの損失を説明している。ここで式（８）：

【数１２】（ｇ^＊ _ｉｊから

【数１３】が差し引かれる）を考慮すると、制限されないサンプリングのエントロピー効果
および溶媒和の効果が考慮に入れられる。

【００９３】上記に示した式を用いると、本発明のシステムおよび方法は、式（１０）によ
って定められる全結合自由エネルギーの決定に大部分基づき、候補の構造を評価
し、ついでランク付けする。

【数１４】上記式中、 ΔＧ＝全結合自由エネルギーｇ_ｉｊ＝タイプｉのタンパク質原子とタイプｊのリガンド原子との間の相互作
用の正味の自由エネルギー Δ_ｉｊ＝この項は、ｉおよびｊが互いに相互作用半径内になければ０であり、
相互作用範囲内にあれば１に等しい。

【００９４】上記に記載した相互作用モデルおよび準拠状態を用い、ΔＧは複合体形成にお
ける自由エネルギーの全変化の近似である。上記で検討した粗視化は溶媒和のエ
ントロピー効果を含み、準拠状態は溶媒和エネルギーの効果および立体配置エン
トロピーを考慮に入れている。さらに、本発明のシステムおよび方法によれば、
原子タイプの一般化ではなく、原子タイプおよびそれが複合体形成において実際
に起っているエネルギー寄与に及ぼす効果について立ち入った考察を行っている
。以下の実施例は本発明をさらに説明するであろう。これら実施例は本発明の範
囲を制限することを意図するものではなく、また制限すると解釈してはならず、
本発明の範囲は特許請求の範囲によってより充分に定められる。

【００９５】実施例１：実験的な結合エネルギーとの相関結合自由エネルギーの近似の正確さを試験するため、本発明の方法を結合自由
エネルギーの実験的な測定と比較した。本発明のシステムは、自動モード、指向
（directed）モードまたは補助（assisted）モードの３つのモードのうちの一つ
で操作できる。自動モードでは、必要とされるすべてのことは、出発材料のタン
パク質構造および結合部位の近傍を特定するための該タンパク質上の座標を与え
ることである。この入力に基づき、該システムは特定した座標の相互作用半径の
長さ内に少なくとも１の原子を有するリガンドを生成する。指向モードは、選択
した分子フラグメントおよび該フラグメントがどこに結合すべきかを使用者が特
定した、相互作用法である。補助モードは、使用者がフラグメントを特定するこ
とから開始される。ついで、補助モードは自動的に進行する。このモードは、使
用者が成長させようとする分子に特定の分子フラグメントを導入することを可能
にする。本発明の方法を、プリンヌクレオシドホスホリラーゼ（「ＰＮＰ」）およびヒ
ト免疫不全ウイルス１プロテアーゼ（「ＨＩＶ−１プロテアーゼ」）を含む、そ
の構造および結合に関する情報がこれまでに実験的に決定されている幾つかのタ
ンパク質−リガンド複合体系に適用した。

【００９６】プリンヌクレオシドホスホリラーゼ本発明により結合自由エネルギーを近似する方法を、プリンヌクレオシドホス
ホリラーゼ（「ＰＮＰ」）についてデザインし、合成し、アッセイしたグアニン
ベースのリガンドに適用した。表５に掲げたＸ基またはＲ基を含むＰＮＰリガン
ドを、本発明のシステムおよび方法を指向モードにて低エネルギーコンホメーシ
ョンで用いて相互作用させながら構築した。そのようなものとして、これら分子
を、あたかも本発明の新規分子成長法を用いて生成させたかのようにして試験し
た。言い換えれば、コンピューターによる充分な計算時間が与えられるならば、
本発明のシステムおよび方法は列挙した分子および対応するいかなるコンホメー
ションをも生成することができた。これら正確なリガンドの非指向生成（すなわ
ち、指向モードでない）は、とても起りそうもない。本発明のシステムおよび方
法による表５に示したＰＮＰリガンドの生成は、結合定数またはＩＣ_５０測定の
対数として得た自由エネルギー（これは複合体形成の傾向の実験的な決定である
）を本発明の知識ベースのポテンシャルに相関させることを可能とした。同じ方
法をＳＨ３ドメインおよびＨＩＶ−１プロテアーゼの例にも用いた。

【００９７】以下のＰＮＰリガンドを本発明の方法により試験した。

【化４】上記式中、ＲおよびＸはそれぞれ表５に列挙した以下の基を含む。

【００９８】表５：ＰＮＰ候補リガンド

【表１】

【表２】

【００９９】各分子はグアニンまたは９−デアザグアニンフラグメントを含んでおり、これ
をグアニンの１ulb結晶構造中の座標に固定した。構造の平衡の結合モードを、
本発明の粗視化した知識ベースの（coarse-grained knowledge-based）ポテンシ
ャルにより提供されるポテンシャル表面に対するコンホメーション探索により決
定した。低いリン酸感受性を有するとして記録した分子は、リン酸の濃度を５０
ｍＭまで増加させたときに結合定数が１５またはそれ以下の因数で変化するもの
である。高度に感受性の分子は、幾つかの場合に１４０の因数で影響を受ける。本発明による知識ベースのポテンシャルデータは、結合定数の大きさの５を超
える次数で実験的な結合自由エネルギーとよく相関する。本発明のシステムおよ
び方法による結合自由エネルギーの予測に対して見出された強い相関関係は、リ
ード化合物分子の新規ドラッグデザインを行うことができることを示している。

【０１００】ＨＩＶ−１プロテアーゼＨＩＶ−１プロテアーゼは、構造ベースのドラッグデザインのためになされた
多くの努力の標的であった。Abdel-Meguid, S. S.ら、Biochemistry 1994, 33:
11671-11677、Thompson, S. K.; Murphy, K. H. M.; Zhaong, B.; Winborne, E.
; Green, D. W.;およびFisher, S. M.ら、J. Med. Chem. 1994 37: 3100-3107を
参照。しかしながら、粗視化した知識ベースのポテンシャルと実験的に決定した
結合自由エネルギーとの間の相関関係を試験するためのリガンドの系を選択する
に際して、幾つかの留意点が必要であった。第一に、実験的な決定は、該系中の
成員間で同一の条件下で行わなければならなかった。第二に、結合定数は広範な
範囲に及ぶ必要があった。第三に、結合モード座標は刊行されているかまたはコ
ンホメーション探索により入手できる必要があった。第四に、分子は構造的に様
々であるが、それでもほぼ同じ分子量を有する必要があった。以下のＨＩＶ−１
プロテアーゼリガンドを本発明の方法により試験した。

【０１０１】

【化５】

【０１０２】上記式中、ＸおよびＲ（またはＲ'）は、表１０に列記する以下の基を含む。表１０：ＨＩＶ−１プロテアーゼ候補リガンド

【表３】

【０１０３】上記ＰＮＰの例のように、これら分子は共通する構造モチーフを有しているの
で、結晶構造（１hpsおよび１sbg）を用いてこれらモチーフの座標を定め、各分
子の平衡に対してコンホメーション探索を用いることにより、各リガンドの結合
モードを決定した。また、結合部位中の構造を特定した水もタンパク質の一部と
して含ませた。本発明の構造ベースのデザイン法および実験的結合定数（ＣＨＡ
ＲＭＭ相互作用エネルギー）を用いて決定した粗視化した知識ベースのポテンシ
ャル間の相関を図１２に示す。

【０１０４】図１１に、構造および結合についての情報を実験的に得た、ＰＮＰ、ＳＨ３ド
メインおよびＨＩＶ−１プロテアーゼの３つのタンパク質−リガンド系の定量的
な相関関係の要約を示す。各場合に有意の相関関係が観察された。無作為の出現
の確率は、同数の点の無作為の選択が所定の相関定数を有したであろう確率とし
て定めた。かくして、観察された相関関係が系統的であり疎らなサンプリングの
結果ではなかった信頼は、ＰＮＰ、ＳＨ３ドメインおよびＨＩＶ−１プロテアー
ゼに対してそれぞれ９９.８％、８８.９％および９５.０％である。表１１：相関関係データの要約

【０１０５】実施例２：新規デザイン本発明の新規デザイン法は、一般に以下の５つの段階で行われるものとして検
討することができる。Ｉ．結合部位のガイド付きツアー多くの分子を生成し、最良のスコアリングの分子の間で高頻度で生じる定性的
な特性を観察する。 II．テンプレートからの成長上記観察から分子の幾つかの部分を選択して再開始フラグメントとして使用す
る。本発明の方法を用い、これらフラグメント上の特定の部位から分子を生成さ
せる。これにより使用者は、分子成長の方向を選択でき、上記で観察した特性を
含めることを試みることができる。 III．定量分析ＣＨＡＲＭＭのような経験的力場を用い、段階IIからの最良の分子の各々で生
成した複合体のエネルギーを最小にする。本発明の方法により提供される自由エ
ネルギー評価（あるいは本明細書で粗視化したポテンシャルを称する）および経
験的な相互作用エネルギーの両者で良好なスコアリングを示した分子をさらに詳
細に吟味する。

【０１０６】ＩＶ．定性分析これら高スコアリングの分子を、定性的な相互作用、化学的な実行可能性、合
成の適合性、溶解度、並びにタンパク質においてリガンドが誘発する構造変化の
観察に基づいてさらに詳細に吟味する。Ｖ．オプチマイゼーション本発明の方法および化学的な直覚を用い、最良の分子の定量的および定性的ス
コアを上昇させる。一般にこれは、原子および／または官能基置換、特定の部位
からの成長、または塩橋または水素結合の導入、または該分子の溶解度増大の努
力を伴う。

【０１０７】本発明の目的は、タンパク質上のレセプター部位に結合する分子を新規にデザ
インする方法であって、手順：（ａ）レセプター部位中に分子を構築し、その際、該構築手順は、レセプター部
位中に入れた最初の分子フラグメントに連続的な無作為の分子フラグメントを加
え、分子フラグメントの各添加の後に成長する分子の自由エネルギーを評価し、
ついで該分子の自由エネルギー評価が該分子に可能な最低の自由エネルギー評価
よりも高くなるように、レセプター部位に加えるときに各連続的な分子フラグメ
ントを配向することを含み、（ｂ）手順（ａ）を繰り返してレセプター部位中に成長した分子の集合を生成し
、ついで増大する自由エネルギー評価に従って該分子の集合をランク付けして高
ランクの分子を同定し、（ｃ）手順（ｂ）で同定した高ランクの分子の１またはそれ以上の官能基を単一
の再開始フラグメントとして選択し、該再開始フラグメントを用いて手順（ａ）
および（ｂ）に従って第二世代の分子を構築し、（ｄ）経験的力場を用いてレセプター部位および第二世代の分子を含むタンパク
質／リガンド複合体のエネルギーを最小にし、（ｅ）第二世代の分子の経験的相互作用エネルギーを定量し、ついで該分子をラ
ンク付け、その際、低い相互作用力の分子は負の相互作用エネルギーがより大き
な分子よりも高くランク付けされ、負の相互作用エネルギーがより大きな分子は
負または正の相互作用エネルギーがより小さな分子よりも高くランク付けされ、
（ｆ）手順（ｅ）からの高ランク分子を、化学的な実行可能性、合成の適合性、
溶解度、およびタンパク質の構造に対する該分子の影響の決定を含む分子の定性
分析に基づいて修飾し、その際、該修飾は原子および／または官能基置換、特定
のレセプター部位からの成長の開始、塩橋または水素結合の導入、および溶解度
増大手段を含み、（ｇ）手順（ｅ）および（ｆ）の両者で高ランクと同定される分子が構築される
まで手順（ｃ）〜（ｆ）を繰り返すを含む方法を提供することである。

【０１０８】とりわけ、本発明は、基質上に存在するレセプター部位に結合させるための分
子を新規にデザインする方法を提供し、その際、該基質は、好ましくはＳｒｃ−
ホモロジー−３ドメイン、Ｓｒｃ−ホモロジー−２ドメイン、ＭＤＭ２タンパク
質、ＣＤ４タンパク質、およびカルボニックアンヒドラーゼタンパク質よりなる
群から選ばれる。本発明の他の目的は、本発明の新規構造ベースのデザイン法に従って目的とす
るレセプター部位に結合するリガンド候補のライブラリーを構築することであり
、該デザイン法は下記手順を含む：（ａ）成長させようとする分子が結合するレセプター部位の少なくとも一部の分
子的構成についてレセプター部位を評価し、成長させようとする分子が結合する
レセプター部位の少なくとも一部の少なくとも一つの座標を生成し、ついで少な
くともレセプター部位の分子的構成に関して、成長させようとする分子が結合す
るレセプター部位の部分の座標を出力し、（ｂ）知識ベースのポテンシャルデータを用いて成長させようとする分子の自由
エネルギーを評価し、該評価した自由エネルギーを出力し、ついで（ｃ）手順（ａ）および（ｂ）からの出力を用いてレセプター部位に結合させる
ための分子を構築し、その際、該構築手順は、該分子の自由エネルギー評価が該
分子に可能な最低の自由エネルギー評価よりも高くなるような配向にある分子フ
ラグメントを選択することにより該分子を構築することを含む。好ましい態様に
おいて、以下の基質上のレセプター部位に結合するリガンド候補のライブラリー
を構築する：Ｓｒｃ−ホモロジー−３ドメイン、Ｓｒｃ−ホモロジー−２ドメイ
ン、ＭＤＭ２タンパク質、ＣＤ４タンパク質、およびカルボニックアンヒドラー
ゼタンパク質。

【０１０９】ＣＤ４ＣＤ４タンパク質は、ヘルパーＴ細胞で発現される免疫グロビンファミリーの
膜貫通コレセプター（coreceptor）である。ＣＤ４タンパク質は、クラスIIの主
要組織適合遺伝子複合体（ＭＨＣ−II）タンパク質の非多型部分に結合すること
によってヘルパーＴ細胞と抗原提示細胞との間の接触に関与し、ついで結合した
Ｌｃｋキナーゼの活性化が続き、Ｔ細胞での下流（downstream）活性化事象に導
く。ヒト免疫不全ウイルス（ＨＩＶ）は、タンパク質ｇｐ１２０がＣＤ４レセプ
ターに結合することによってＴ細胞中への侵入を獲得する。このＣＤ４のＰｈｅ
４３の近傍のｇｐ１２０結合部位がリガンドデザインの標的であった。

【０１１０】デザインプロセスの段階Ｉで生じる可能な相互作用のうちで、Ｌｙｓ４６およ
びＡｓｐ５６を境界とする狭いポケット中の水素結合の形成と同様に、Ｐｈｅ４
３のフェニル環とのII−II相互作用が重要であることが明らかであった。本発明
の方法から得られる第一世代の分子を図１３に示す。ここで、これら分子の殆ど
で水素結合コアおよび疎水性残基が同じ相対的配向で認めることができる。これ
ら図１３に示す第一世代ＣＤ４候補の定性分析の結果を下記表１２に示す。表１２：図１３に示す第一世代ＣＤ４候補の定量分析分子重い原子当たりの自由エネルギーＣＨＡＲＭＭ相互作用評価のスコアエネルギー(kcal) ８ −２６.２ −８２.３１７ −３０ −８０.９３２ −２８.５ −５３.６３３ −３６.３ −７０.６３５ −２６.８ −８０.８４１ −４５.７ −９９４５ −２６.９ −５９.８

【０１１１】表１２に示す定性データおよび定量的な特性を用い、分子４１をさらなる分析
のために選択した。図１４はＣＤ４に対するリガンド候補として第二世代の分子
を示す。分子４１ｂは分子４１の糖様の環構造の結合部位を手動で変えることに
より作製したもので、Ｐｈｅ４２とのII−スタッキング（II-stacking）相互作
用が改善された。分子４１ｃ、４１ｄおよび４１ｇは、本発明のデザインモデル
により生成した環置換基により４１ｂから得られた。分子４１ｅは、糖様の環構
造をピリジン基に連結しているフレキシブルな鎖を短くし飽和させることにより
４１ｂから得られ、これもII−スタッキングを改善した。分子４１ｆは、結合部
位の幾何学によって示唆される手動の変化により４１ｅから得られた。分子４１
ｈは、フレキシブルな鎖から糖様の環へ橋を加えて該分子の結合コンホメーショ
ンを保存することにより４１ｅから得られたものであり、これによってその堅固
さが増した。分子４１ｉは、７員環上の酸素原子を炭素原子で手動置換すること
により４１ｈから得られた。この置換は、分子４１ｉ中の種々の角度でのその効
果のためにII−スタッキングを弱くする。表１３は、これら第二世代分子の定量
分析および定性分析を記載する。

【０１１２】表１３：図１４に示す第二世代ＣＤ４候補の定量分析分子重い原子当たりの自由エＣＨＡＲＭＭ相互作用(kcal) ネルギー評価のスコア相互作用ひずみ正味４１ −４５.７ −９９１４.４ −８４.３４１ｂ −４７.９ −１３９２０ −１１９４１ｃ −４５.１ −１２８２０.７ −１０７.３４１ｄ −４６.１ −１２０３３.２ −８６.８４１ −５０.６ −１１２３６.６ −７５.４４１ｆ −５０.５ −１１６２０.１ −９５.９４１ｇ −４９.４ −８２１５ −６７４１ｈ −４９.９ −１１９２２.５ −９６.５４１ｉ −４８ −８６２０.５ −６５.６ひずみエネルギーは、適合ベースの（adapted-basis）Newton−Raphson法を用
いて結合したコンホメーションと収束への気相最小化から得られるコンホメーシ
ョンとの間の内部エネルギーの差異として計算する。正味のＣＨＡＲＭＭエネル
ギーは相互作用エネルギーとひずみエネルギーとの和である。

【０１１３】図１５は、ＣＤ４のｇｐ１２０結合部位での分子４１ｈの三次元構造を示す。
図１５（ａ）は、構造ベースドラッグデザインを用いて新規に生成した、ＣＤ４
タンパク質上のレセプター部位に結合するリガンド候補を示し、下記式Ｖ：

【化６】を含む。このリガンド候補内に存在する相互作用は、Ｐｈｅ４３との部分的なII−スタ
ッキング、並びにＬｙｓ４６およびＡｓｐ５６との４つの分子間水素結合および
ピリジン基の配向を安定化する１つの分子内水素結合を含む。７員の融合環橋は
、該分子の結合したコンホメーションにおいて多くの堅固さを付与する。

【０１１４】ＳＨ３ドメインＳｒｃ−ホモロジー−３（ＳＨ３）ドメインは、ＰＩ３Ｋ、Ｇｒｂ２、Ｃｒｋ
などの種々の細胞内シグナル伝達メディエーターで認められる保存されたドメイ
ンであり、最終的に細胞の増殖、分化、および移動などの細胞応答に導くシグナ
ル経路を媒体する様々なタンパク質−タンパク質相互作用に参画している。これ
らプロセスの不規則さは幾つかの普通にみられる疾患の原因に寄与しているため
、治療発明のための候補としてＳＨ３ドメインを考慮することが重要になってい
る。最近、２つのクラスのポリプロリンらせんペプチドがＳｒｃＳＨ３ドメイン
に結合することがわかった（クラスＩＲＸＬＰＰＬＰおよびクラスII ＬＰＰＬ
ＰＸＲ）。これらペプチドは保存された残基によって形成される３つのポケット
に収容される。すなわち、アルギニンによって占められペプチドの配向を振り向
ける特異性ポケット（specificity pocket）、およびそれぞれＬＰペアによって
占められる２つのＬＰポケット。以下の２つのデザイン努力は１つのＬＰポケッ
トと特異性ポケットに着目する。

【０１１５】特異性ポケット最近、「偏向要素（biasing element）」ＰＬＰＰＬＰ（２つのＬＰポケット
を占める、ＡｒｇがなくＸ＝ＰであるクラスＩペプチドの一部）のＮ末端に結合
したコンビナトリアル合成した小さな分子リガンドが特異性ポケットに結合する
ことが示された（Combs, A. P.; Kapoor, T. M., Feng, S., Chen J. K., Daude
-Snow, L. F., Schreiber, S. L., J. Am. Chem. Soc., (1996) 118: 287-288）
。このアッセイは、Ｎ末端プロリンに結合した第一のモノマーの極めて強い選択
を明らかにした。アシル化モノマーは該ポケット中での成長の機会を提供したの
で、これを再開始フラグメントとして用い、成長はこのモノマー上のアシルＨ原
子からのみ進行し、それゆえ該分子のペプチド様の性質は保存されると主張する
ことにより、本発明の方法を用いてリガンドを特異性ポケット内で成長させた。

【０１１６】段階Ｉの後、高スコアリング分子の２つの特性が特に重要であることが明らか
であった。第一に、Ｔｙｒ５５およびＴｒｐ４２との大量の疎水的接触の形成。
第二に、Ａｓｐ２３およびＴｈｒ２０上のドナーおよびアクセプターによる水素
結合の形成。第一世代リガンドを図６に示す。図６に示す分子は、再開始フラグ
メントとしてアシル化モノマーを用いて結合部位で生成させた１００の分子のう
ちの最良の６つの分子である。これら分子は以下のような定性的な特徴を有する
：ポケットのＲＴループ中の残基と水素結合を形成するグルコース様の環、およ
び結合ポケット中のトリプトファン残基およびチロシン残基と疎水的に接触した
不飽和環系。分子３は定量的に良いスコアを示し（表６を参照）、Ｔｙｒ５５お
よびＴｒｐ４２との疎水的な相互作用が改善されていることを示唆した。

【０１１７】さらに最適化するために１つの基本的なテンプレート（分子３）を選択した。
該分子において、糖基は水素結合相互作用をなし、該分子の残りの部分は疎水的
な相互作用を促進するための高いポテンシャルを残していた。この選択は主とし
て、ＣＨＡＲＭＭ相互作用エネルギー（これは強いけれども、表６に示すように
他の第一世代候補に比べると遥かに弱かった）ではなく本発明の粗視化した知識
ベースのポテンシャル分子成長法を用いて分子３のスコアリングを促進する機会
に基づいていた。

【０１１８】表６：図６に示す第一世代ＳＨ３特異性ポケット候補の定性分析分子重い原子当たりの自由エネルギーＣＨＡＲＭＭ相互作用評価のスコアエネルギー(kcal) ２ −３２.７ −１１７.９３ −３２.９ −５９.４５ −２３.９ −１０７.２６ −２９.４ −６２.９９ −３０ −６８.４１７ −３３.２ −４６.３ある非必須官能基を取り除いて分子３ａを調製した（図７参照）。分子３ａは
、ピロール環から１つの置換基を取り除くことにより分子３から得られた。グル
コースのコンホメーションが可能な限り変わらないようにするため、５員環を飽
和させることにより分子３ａの相当のひずみエネルギーを軽減させた。

【０１１９】ピロール基の飽和はその後のデザインの再開始フラグメントである分子３ｂに
導き、この分子の内部ひずみエネルギーは表７に示すように分子３ａに比べて大
きく低減していた。この分子上の幾つかの水素原子を可能な成長のための部位と
して用いることにより、本発明の方法を２つのオプチマイゼーションジェネレー
ションにより用いた。ＣＨＡＲＭＭによる複雑な構造のオプチマイゼーションの
後、分子３ｂを再開始フラグメントとして用いたが、この化合物は好適な結合部
位として中央の５員環上のＨ原子しかなかった。最良のスコアリングの候補３ｃ
を再開始フラグメントとして用いて分子３ｄを作製したが、該分子のフェニル環
はＴｙｒ５５とII−スタッキングコンホメーションを形成する。末端アミド基の
再配置がＴｒｐ４２との部分的なII−スタック（II-stack）を形成するフェニル
基の一部を形成できることに注目してから、手動変化により分子３ｄから分子３
ｅを得た。また、１つのカルボニル基を除去して炭素原子をｓｐ^２からｓｐ^３に
変えることにより連結鎖をよりフレキシブルにし、内部ひずみエネルギーを低減
させた。得られた分子３ｅ（図８に示す）は、タンパク質と２つのII−スタッキ
ング相互作用および３つの水素結合を形成することができる。

【０１２０】表７：図７に示す第二世代ＳＨ３特異性ポケット候補の定性分析分子重い原子当たりの自由エＣＨＡＲＭＭ相互作用(kcal) ネルギー評価のスコア相互作用ひずみ正味３ａ −２７.３ −５４.６３２.２ −２１.６３ｂ −２７.１ −５１.４１８.５ −３２.９３ｃ −３３.４ −７７.２２７.４ −４９.８３ｄ −３４.７ −５９.７２４.４ −３５.３３ −３７.８ −５７.９１９ −３８ひずみエネルギーは、適合ベースのNewton−Raphson法を用いて結合したコン
ホメーションと収束への気相最小化から得られるコンホメーションとの間の内部
エネルギーの差異として計算する。正味のＣＨＡＲＭＭエネルギーは相互作用エ
ネルギーとひずみエネルギーとの和である。

【０１２１】ＳＨ３ドメインＬＰポケットＬＰポケットに対するデザイン努力は、偏向要素の位置２,３にあるＬＰをミ
メチックで置換したいとの望みからのさらなる挑戦に直面した。新たなリガンド
は該ポケットの各境界のプロリン残基（偏向要素の１および４）とのアミド結合
を有することが望まれ、妥当な構造とされる分子の幾何学を厳重に拘束すること
が目標であった。分子の成長が各境界プロリンからポケットに向かって内側に進むように、本発
明の方法はプロリン１,４を再開始フラグメントとして用いることによってＬＰ
ポケットに対する所望の候補リガンドを首尾よくデザインすることができた。こ
れらＳｒｃＳＨ３ドメインのＬＰポケットに対する第一世代、第二世代および
第三世代のリガンド候補を図９に示す。

【０１２２】段階Ｉのデザインの結果は以下のとおりである：Ｐｒｏ３の代わりに本発明の
方法は、Ｐｒｏ４から成長した７員環の疎水性環（図９ｂ）に対する強い選択を
示したが、これはＴｙｒ５２、Ａｒｇ１１、Ｔｙｒ８およびＰｒｏ１９の側鎖と
疎水的に接触させる。Ｌｅｕ２の代わりに本発明の方法は、Ｐｒｏ１から成長す
る幾つかの候補を示唆した。これらの最良のものは図９ｃ〜ｅに示してある。こ
れら第一世代の分子は、Ｐｒｏ３が結合する領域では主として疎水性のフラグメ
ントが選択されるが、Ｌｅｕ２部位では疎水的な接触（Ｔｒｐ３４とおの）と水
素結合する相互作用（残基Ａｓｎ５１およびＳｅｒ５０との）との両者を生成す
るフラグメントが好まれることを明らかにした。この最後の特性は、純粋に疎水
性のロイシン側鎖には存在しない。

【０１２３】上記セグメントを組み合せるため、幾つかのリンカーを手動で、および上記セ
グメントを再開始フラグメントとして用いた本発明の分子成長法を用いて、構築
した。これらのうち最適のもの（すなわち、大きなコンホメーションひずみエネ
ルギーを誘発することなく共有結合を可能とするもの）を用いてＬｅｕ部位フラ
グメントとＰｒｏ部位フラグメントとの各ペアを連結させた。連結によって誘発
されるわずかなひずみはＣＨＡＲＭＭ最小化で低減させた。第二世代の分子（す
なわち、最良に連結された分子）を表９ｆ〜ｋに示す。これら各分子は、本発明
の構造ベースのデザイン法でも、経験的測定でも、強いＣＨＡＲＭＭスコアでも
良いスコアリングを示した。最初の３つの世代のＳＨ３ＬＰポケット候補の定
量分析を下記表８に示す。

【０１２４】表８：図９に示す最初の３つの世代のＳＨ３ＬＰポケット候補の定量分析分子重い原子当たりの自由エネルギーＣＨＡＲＭＭ相互作用評価のスコアエネルギー(kcal) ９ａ −１９.６ −２０.７９ｂ −３５.６ −８.９９ｃ −３９.４ −２３.６８９ｄ −３４.３ −８.２９ −３３.８ −２３９ｆ −３６.６ −２８.６９ｇ −３８.２ −５３.８９ｈ −４７.９ −４５.８９ｉ −３１.６ −５２.７９ｊ −３５.７ −４６.５９ｋ −３４.１ −５３.２９ｌ −３７.４ −４２.９９ｋ −３４.１ −５３.２９ｎ −３８.８ −６６.２９ｏ（Ｒ＝Ｈ） −２８.６ −２８.３

【０１２５】これら分子の定量分析は、分子９ｈのフェニル環が特異性ポケットの近傍のタ
ンパク質構造のかなり大きなひずみを引き起こすことを示した。それゆえ、この
分子は排除した。グルコース様の基を含む候補もまた、非天然の糖を含む分子を
避けるために排除した。さらなる分析のために残った唯一の候補は９ｇであった
。合成の適合性に関する手動のオプチマイゼーションは、第三世代の分子９ｌ〜
ｎへ導いたが、これら分子もまた幾つかのさらなる水素結合性基を含んでおり、
表８のＣＨＡＲＭＭ相互作用エネルギーによって示されるようにより強い結合エ
ネルギーに寄与していた。

【０１２６】しかしながら、この時点ではＬｅｕ置換基の合成が依然としてかなり関与して
いた。それゆえ、強い相互作用を保持しながらも合成の観点から可能な最も簡単
な分子をデザインするため、Ｌｅｕ３の代わりの７員環を除去した。アミノ酸リ
ンカーがＰｒｏ１置換基とＰｒｏ３置換基との間の理想的な連結（合成の容易さ
およびコンホメーションのひずみを引き起こさない連結という意味で理想的；さ
らに、側鎖の方向はＬｅｕ２部位を指向する）をもたらすことが明らかとなった
。この観察は、本発明の新規構造ベースのデザイン法の結果得られた候補分子を
調べた直接の結果であったことに注意すべきである。アミノ酸の側鎖の構築を、
成長を分子９ｏ上の位置Ｒに制限しながら本発明の方法により行った。幾つかの
芳香族側鎖が得られ（図１０ａ〜ｃ）、種々の水素結合性フラグメントを挿入す
ることにより手動でさらに最適化して第四世代の分子を得た。これら最終的なリ
ガンド候補の定量分析を表９に示す。

【０１２７】表９：図１０に示すＬＰポケットに対する第四世代ＳＨ３ＬＰの定性分析分子重い原子当たりの自由エＣＨＡＲＭＭ相互作用(kcal) ネルギー評価のスコア相互作用ひずみ正味９ａ −３４ −２５.４３０.８＋５.４９ｂ −４０.３ −２７.６４.９ −２２.７９ｃ −３８.７ −２５.４３４.９＋９.５９ｄ −３４.４ −４１.１１２.３ −２８.８９ −３７.２ −４６.８１２.１ −３４.７９ｆ −３８.４ −５２.３６.３ −４６９ｇ −３６.４ −５２.９３１.２ −２１.７

【０１２８】ひずみエネルギーは、適合ベースのNewton−Raphson法を用い、固定したＰｒ
ｏ１およびＰｒｏ４との結合したコンホメーションと収束への気相最小化から得
られるコンホメーション（この場合もＰｒｏ１およびＰｒｏ４を固定）との間の
内部エネルギーの差異として計算する。この意味で、ひずみエネルギーは、考慮
しているらせん置換（helical-substituted）偏向要素の部分のタンパク質への
結合の結果としてのエネルギー差異である。正味のＣＨＡＲＭＭエネルギーは相
互作用エネルギーとひずみエネルギーとの和である。図１０の分子１０ｄを、分子１０ｄ〜ｇを用いてデザインした最良のＬＰポケ
ットリガンド候補の一例として図１１にさらに記載している。図１１に示すよう
に、この分子は３つの水素結合を形成することができ、偏向要素の境界プロリン
を架橋しながら有意の疎水的および静電的な相補性を有する。

【０１２９】ＳＨ２Ｓｒｃホモロジー２（ＳＨ２）ドメインは、ＳＨ３と同様に多くのシグナル伝
達タンパク質に存在するモデュラー成分である。ＳＨ２ドメインは安定なタンパ
ク質複合体の速やかな形成を可能とし、分子内の結合事象によりタンパク質機能
を制御してもいる。ＳＨ３ドメインがＰｘｘＰモチーフおよび結合特異性を媒体
するさらなる残基を認識するのに対し、ＳＨ２ドメインは特定の配列状況でホス
ホチロシル残基を認識する。Ｓｒｃホモロジー２（ＳＨ２）ドメインは種々のシ
グナル伝達タンパク質で認められ、ホスホチロシル含有ペプチド配列に結合する
。ＳＨ２ドメインは、ホスホチロシルタンパク質に高特異性で結合することによ
りタンパク質／タンパク質相互作用を媒体する。出発タンパク質の構造、および結合部位の近傍を特定するための該タンパク質
上の座標のみを入力することにより本発明のデザイン法を自動モードで用い、Ｓ
Ｈ２ドメインに対するリガンド候補を生成した。

【０１３０】一つの態様において本発明は、本発明の方法およびシステムを用いて生成し、
式Ｉ、IIまたはIII：

【化７】（式中、Ｒ１はアルキル、アリール、へテロアリール、アルキルアリール、アリ
ールアルキル、シクロアルケニル、シクロアルキル、シクロアルキルアミド、お
よびアリールアルキルアミドであり；Ｒ２は各場合に独立に水素原子、アルキル、アリール、へテロアリール、（へテ
ロアリール）アルキル、アルキルアリール、アリールアルキル、シクロアルケニ
ル、シクロアルキル、アシル、アシルオキシ、アミノ、アミド、およびアルコキ
シよりなる群から選ばれ、その際、１またはそれ以上の基が任意に置換されてい
てよい）を有するリガンド候補のライブラリーを提供する。

【０１３１】ＳＨ２ドメインに結合するリガンド候補に関しては、以下の好ましい態様を適
用することができる。Ｒ１は、好ましくは、(Ｃ_６−１０)アリール(Ｃ_１−６)アルキル、好ましくは
(Ｃ_６−１０)アリール(Ｃ_１−３)アルキル、さらに好ましくはベンジル；(Ｃ_３
_−８)シクロアルキル(Ｃ_１−６)アルキル、好ましくは(Ｃ_３−６)シクロアルキ
ル(Ｃ_１−３)アルキル；(Ｃ_６−１０)アリール(Ｃ_１−６)アルキルアミド、好ま
しくは(Ｃ_６−１０)アリール(Ｃ_１−３)アルキルアミド、さらに好ましくはベン
ジルアミド；および(Ｃ_３−８)シクロアルキル(Ｃ_１−６)アルキルアミド、好ま
しくは(Ｃ_３−６)シクロアルキル(Ｃ_１−３)アルキルアミドよりなる群から選ば
れ、その際、いずれのアリール基またはシクロアルキル基も任意に置換されてい
てよい。ある特に好ましい態様において、置換基はホスホリル基であり、Ｒ１は
ホスホアリールアルキルまたはホスホアリールアルキルアミドである。最も好ま
しくは、Ｒ１はホスホベンジルおよびホスホベンジルアミドよりなる群から選ば
れる。

【０１３２】Ｒ２は好ましくは、水素原子；Ｃ_１−８アルキル、好ましくはＣ_１−６アルキ
ル、さらに好ましくはＣ_４−６アルキル；Ｃ_６−１４アリール、好ましくはＣ_６ _−１０アリール；へテロアリール；(Ｃ_６−１０)アリール(Ｃ_１−６)アルキル、
好ましくは(Ｃ_６−１０)アリール(Ｃ_１−３)アルキル；(へテロアリール)アルキ
ル；(Ｃ_３−８)シクロアルキル、好ましくは(Ｃ_３−６)シクロアルキル、さらに
好ましくはシクロプロピル、シクロペンチル、シクロペンテニル、シクロペンタ
ジエニル、シクロヘキシル、またはシクロヘキセニル；Ｃ_２−８アルコキシカル
ボニル、好ましくはＣ_２−６アルコキシカルボニル、さらに好ましくはメトキシ
カルボニル、エトキシカルボニル、またはベンジルオキシカルボニル；Ｃ_２−８アシルオキシ、好ましくはＣ_２−６アシルオキシ、さらに好ましくはＣ_２−４ア
シルオキシ、最も好ましくはブチリルオキシ、ブテノイルオキシ、プロピオニル
オキシ、またはプロペノイルオキシ；Ｃ_１−６アルコキシ、好ましくはＣ_１−４アルコキシ；Ｃ_１−６アルキルアミド、好ましくはＣ_１−４アルキルアミド；お
よびＣ_１−６アルキルアミノ、好ましくはＣ_１−４アルキルアミノよりなる群か
ら選ばれ、その際、いずれの基も任意に置換されていてよい。最も好ましくは、Ｒ２は、ペンチル、ペンテニル、ブチル、ブテニル、フェニ
ル、シクロペンチル、シクロペンテニル、シクロペンタジエニル、シクロヘキシ
ル、ブチリルオキシ、ブテノイルオキシ、プロピオニルオキシ、プロペノイルオ
キシ、プロピルアミド、プロペニルアミド、エチルアミド、およびエテニルアミ
ドよりなる群から選ばれる。

【０１３３】ＭＤＭ２腫瘍サプレッサーｐ５３は、正常細胞で低レベル、しばしば検出できないレベ
ルで保持されている短寿命のタンパク質である。このタンパク質は正常細胞では
非常に低レベルで発現されるが、紫外線照射などのＤＮＡ障害因子に応答して蓄
積する。この増加はＭＤＭ２を含む多くのタンパク質の発現の転写アップレギュ
レーションを伴い、このことが今度はｐ５３依存性の転写活性を抑制し、ｐ５３
活性のダウンレギュレーションという結果となる。ＭＤＭ２タンパク質はｐ５３
の転写活性化ドメインに結合し、ｐ５３が標的遺伝子を制御し抗増殖効果を付与
する能力を阻止し、一方、ｐ５３はＭＤＭ２遺伝子の発現を活性化しており、そ
の結果、自己制御（autoregulatory）フィードバックループを形成している。

【０１３４】ＭＤＭ２タンパク質上のｐ５３結合ポケットに結合する小さな分子の開発は、
常に難題を提示してきた。最近、研究者らは、ＭＤＭ２タンパク質上のｐ５３結
合ポケットに堅固に結合する小さなタンパク質をコードする遺伝子を報告してい
る。Botter, A.ら、Design of a Synthetic MdM2-binding Mini Protein that A
ctivates the p53 Response In Vivo, Curr. Biol. 7(11): 860-869 (１９９７
年１１月１日）。本発明の方法を用い、出願人らはＭＤＭ２タンパク質上のｐ５
３結合ポケットに結合するリガンド候補をデザインした。

【０１３５】他の態様において、本発明は、ＭＤＭ２タンパク質上のｐ５３結合ポケットに
結合し、本発明の方法およびシステムを用いて生成した式ＩＶ：

【化８】（式中、Ｒ１は水素原子、アルキル、シクロアルキル、アリールアルキル、アリ
ール、へテロアリール、および(へテロアリール)アルキルよりなる群から選ばれ
、その際、いずれの基も任意に置換されていてよい；Ｒ２は各場合に独立に水素原子、アルキル、シクロアルキル、アリールアルキル
、アリール、へテロアリール、および（へテロアリール）アルキル、ＯＨ，Ｏ(
Ｒ３)、アミノよりなる群から選ばれ、その際、該アリール基またはへテロアリ
ール基は任意に置換されていてよい；ここで、Ｒ３はアルキル、シクロアルキル、アリール、アラルキル、(へテロ
アリール)アルキル、およびへテロアリールよりなる群から選ばれ、その際、該
アリール基またはへテロアリール基は任意に置換されていてよい）を有するリガンド候補のライブラリーを提供する。

【０１３６】ＭＤＭ２タンパク質上のｐ５３結合ポケットするリガンド候補に関しては、以
下の好ましい態様を適用することができる。ある好ましい態様において、Ｒ１は、好ましくは、Ｈ；Ｃ_１−８アルキル、好
ましくはＣ_１−６アルキル、最も好ましくはメチル、エチル、プロピル、イソプ
ロピル、イソブチル、またはブチル；Ｃ_３−８シクロアルキル、好ましくはシク
ロプロピル、シクロペンチル、またはシクロヘキシル；(Ｃ_６−１０)アリール(
Ｃ_１−６)アルキル、好ましくは(Ｃ_６−１０)アリール(Ｃ_１−３)アルキル、さ
らに好ましくはベンジル；１またはそれ以上、好ましくは１〜約３、さらに好ま
しくは１または２の、Ｎ、ＯおよびＳよりなる群から独立に選ばれた環原子を有
するへテロ環；へテロ環(Ｃ_１−６)アルキル、好ましくはへテロ環(Ｃ_１−３)ア
ルキル；およびＣ_６−１０アリール、好ましくはフェニルよりなる群から選ばれ
、その際、いずれの基も任意に置換されていてよい。

【０１３７】ある好ましい態様において、Ｒ２は、各場合に独立にＨ；ヒドロキシ；アミノ
；Ｃ_１−８アルキル、好ましくはＣ_１−６アルキル、さらに好ましくはＣ_１−４アルキル；Ｃ_３−８シクロアルキル、好ましくはシクロプロピル、シクロペンチ
ル、またはシクロヘキシル；(Ｃ_６−１０)アリール(Ｃ_１−６)アルキル、好まし
くは(Ｃ_６−１０)アリール(Ｃ_１−３)アルキル、さらに好ましくはベンジル；１
またはそれ以上、好ましくは１〜約３、さらに好ましくは１または２の、Ｎ、Ｏ
およびＳよりなる群から独立に選ばれた環原子を有するへテロ環；へテロ環(Ｃ
_１−６)アルキル、好ましくはへテロ環(Ｃ_１−３)アルキル；およびＣ_６−１０
アリール、好ましくはフェニルよりなる群から選ばれ、その際、いずれの基も任
意に置換されていてよい。ある特に好ましい態様において、Ｒ２はヒドロキシお
よびアミンよりなる群から選ばれる。ある特に好ましい態様において、Ｒ１はメ
チル、エチルおよびイソプロピルよりなる群から選ばれる。

【０１３８】カルボニックアンヒドラーゼカルボニックアンヒドラーゼは、水と二酸化炭素との間の反応を触媒して炭酸
と水素イオンを生成する酵素である。７つのイソ酵素が知られており、これらの
うちヒトカルボニックアンヒドラーゼIIが特に興味が持たれている。ヒトカルボ
ニックアンヒドラーゼIIは房水内の眼内圧の上昇を引き起こし、このことが眼疾
患の緑内障の発病と相関させられている。この酵素は２６０のアミノ酸からなり
、底部にＺｎ^＋２イオンを有する１５オングストロームの深さのポケットを有し
、３つのヒスチジン残基が配位している。

【０１３９】今日まで、ヒトカルボニックアンヒドラーゼIIの幾つかの強力な医薬インヒビ
ターが開発されている。最近の努力はベンゼンスルホンアミドベースのリガンド
の探究に向けられている。SigalおよびWhitesides, Bioorganic and Med. Chem.
Ltrs, 6(5): 559-564 (1996)。本発明の方法を用い、本発明者らはヒトカルボ
ニックアンヒドラーゼIIのリガンド候補をデザインした。ついで、そのような候
補を合成し、ヒトカルボニックアンヒドラーゼIIに首尾よく結合することを示し
た。

【０１４０】本明細書に用いた種々の技術用語および科学用語は、本発明が関係する技術分
野の当業者によって普通に理解される意味を有する。上記の記載から明らかなよ
うに、本発明を実施するために当業者に知られた方法を利用することができる。
さらに、上記発明を明確さおよび理解の目的のために例示および実施例により詳
細に説明したが、これら例示は単に説明のためのものであって本発明の範囲を限
定するものではない。当業者に明らかなものも含めて他の態様、変更および改変
は特許請求の範囲の範囲内に包含されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシステムによって採用した方法のブロック線図を示す。

【図２】本発明のシステムによって採用した分子成長法に使用できる結合
自由エネルギーの評価法のブロック線図である。

【図３】本発明のシステムの分子成長法のフローチャートである。

【図４】少なくともＨ_２分子を入れたタンパク質レセプター部位の一例を
示す。

【図５】構築すべき分子を入れたタンパク質レセプター部位の一例を示す
。

【図６】ＳｒｃＳＨ３ドメインの特異性ポケットのリガンド候補として
の第一世代分子を示す。

【図７】ＳｒｃＳＨ３ドメインの特異性ポケットのリガンド候補として
の第二および第三世代分子を示す。

【図８】３つの水素結合並びにＴｙｒ５５およびＴｒｐ４２との有意のII
スタックを形成できる図７からの候補リガンド７ｅを示す：（ａ）該候補の分子
構造；（ｂ）強いリガンドが相互作用すべき残基を示す、結合部位中のリガンド
のリコリス線図（licorice diagram）；（ｃ）Ｔｙｒ５５およびＴｒｐ４２との
IIスタッキングを示す空間充填モデル；および（ｄ）空間充填モデルの他の図。

【図９】ＳｒｃＳＨ３ドメインのＬＰポケットに対するリガンド候補と
しての第一世代（ｂ−ｅ）、第二世代（ｆ−ｋ）および第三世代（ｌ−ｎ）分子
を示す。ＬＰポケットを占めるペプチドＰＬＰＰを「ａ」により表してある。新
規なペプチド分子は「ｏ」により表してある。種々の側鎖Ｒは図１０に示す。

【図１０】ＳｒｃＳＨ３ドメインのＬＰポケットに対する候補リガンド
としての種々の側鎖を有する図９の分子９ｏを示す。

【図１１】ＳｒｃＳＨ３ドメインのＬＰポケットに対する候補リガンド
を示す：（ａ）該候補の分子構造；（ｂ）強いリガンドが相互作用すべき残基を
示す、結合部位中のリガンドのリコリス線図；（ｃ）空間充填モデル；および（
ｄ）空間充填モデルの他の図。

【図１２】ＳｒｃＳＨ３ドメインの特異性ポケットに対する一連のリガ
ンドにおける、粗視化した知識ベースのポテンシャルデータと実験的な結合定数
との間の相関関係を示す。結合定数の対数は実験的な結合自由エネルギーに比例
するので、実験的な結合は対数目盛りでプロットしてある。

【図１３】ＣＤ４に対するリガンド候補としての第一世代分子を示す。自
由エネルギー評価および実験的な相互作用エネルギーに基づき、これらの７つの
分子は結合部位で作製した１０００の分子のうちで最良である。

【図１４】ＣＤ４に対するリガンド候補としての第二世代分子を示す。生
成したこれら分子は定性的および定量的な特性を改善するために手動で操作した
が、これにはIIスタッキング相互作用の増大、炭素の糖様環へのピリジン基に連
結するフレキシブル鎖からの橋の付加、および７員環上の酸素原子と炭素との置
換が含まれる。

【図１５】ＣＤ４のＰｈｅ４３結合ポケットに対する候補リガンドを示す
：（ａ）該候補の分子構造；（ｂ）強いリガンドが相互作用すべき残基を示す、
結合部位中のリガンドのリコリス線図；（ｃ）空間充填モデル；および（ｄ）空
間充填モデルとしてのタンパク質およびリコリス線図としてのリガンドを示す線
図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4C057 DD02 EE05 4H006 AA05 5B046 AA00 5B075 ND20 UU18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タンパク質上のレセプター部位に結合する分子を新規にデザ
インする方法であって、手順：（ａ）レセプター部位中に分子を構築し、その際、該構築手順は、レセプター部
位中に入れた最初の分子フラグメントに連続的な無作為の分子フラグメントを加
え、分子フラグメントの各添加の後に成長する分子の自由エネルギーを評価し、
ついで該分子の自由エネルギー評価が該分子に可能な最低の自由エネルギー評価
よりも高くなるように、レセプター部位に加えるときに各連続的な分子フラグメ
ントを配向することを含み、（ｂ）手順（ａ）を繰り返してレセプター部位中に成長した分子の集合を生成し
、ついで増大する自由エネルギー評価に従って該分子の集合をランク付けして高
ランクの分子を同定し、（ｃ）手順（ｂ）で同定した高ランクの分子の１またはそれ以上の官能基を単一
の再開始フラグメントとして選択し、該再開始フラグメントを用いて手順（ａ）
および（ｂ）に従って第二世代の分子を構築し、（ｄ）経験的力場を用いてレセプター部位および第二世代の分子を含むタンパク
質／リガンド複合体のエネルギーを最小にし、（ｅ）第二世代の分子の経験的相互作用エネルギーを定量し、ついで該分子をラ
ンク付け、その際、低い相互作用力の分子は負の相互作用エネルギーがより大き
な分子よりも高くランク付けされ、負の相互作用エネルギーがより大きな分子は
負または正の相互作用エネルギーがのより小さな分子よりも高くランク付けされ
、（ｆ）手順（ｅ）からの高ランク分子を、化学的な実行可能性、合成の適合性、
溶解度、およびタンパク質の構造に対する該分子の影響の決定を含む分子の定性
分析に基づいて修飾し、その際、該修飾は原子および／または官能基置換、特定
のレセプター部位からの成長の開始、塩橋または水素結合の導入、および溶解度
増大手段を含み、（ｇ）手順（ｅ）および（ｆ）の両者で高ランクと同定される分子が構築される
まで手順（ｃ）〜（ｆ）を繰り返すを含む方法。
【請求項２】レセプター部位が、Ｓｒｃ−ホモロジー−３ドメイン、Ｓｒ
ｃ−ホモロジー−２ドメイン、ＭＤＭ２タンパク質、ＣＤ４タンパク質、および
ヒトカルボニックアンヒドラーゼIIタンパク質よりなる群から選ばれる、請求項
１に記載の方法。
【請求項３】経験的相互作用エネルギーがＣＨＡＲＭＭ相互作用エネルギ
ーを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】経験的力場がＣＨＡＲＭＭを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】ｓｒｃ−２ホモロジードメインに結合するリガンド候補のラ
イブラリーであって、該リガンド候補は新規構造ベースのデザイン法に従って構
築され、下記式Ｉ、IIおよびIII：【化１】（式中、Ｒ１はアルキル、アリール、へテロアリール、アルキルアリール、アリ
ールアルキル、シクロアルケニル、シクロアルキル、シクロアルキルアミド、お
よびアリールアルキルアミドであり；Ｒ２は各場合に独立に水素原子、アルキル、アリール、へテロアリール、（へテ
ロアリール）アルキル、アルキルアリール、アリールアルキル、シクロアルケニ
ル、シクロアルキル、アシル、アシルオキシ、アミノ、アミド、およびアルコキ
シよりなる群から選ばれ、その際、１またはそれ以上の基が任意に置換されてい
てよい）を有するものであるライブラリー。
【請求項６】ＭＤＭ２タンパク質に結合するリガンド候補のライブラリー
であって、該リガンド候補は新規構造ベースのデザイン法に従って構築され、下
記式ＩＶ：【化２】（式中、Ｒ１は水素原子、アルキル、シクロアルキル、アリールアルキル、アリ
ール、へテロアリール、および(へテロアリール)アルキルよりなる群から選ばれ
、その際、いずれの基も任意に置換されていてよい；Ｒ２は各場合に独立に水素原子、アルキル、シクロアルキル、アリールアルキル
、アリール、へテロアリール、および（へテロアリール）アルキル、ＯＨ，Ｏ(
Ｒ３)、アミノよりなる群から選ばれ、その際、該アリール基またはへテロアリ
ール基は任意に置換されていてよい；ここで、Ｒ３はアルキル、シクロアルキル、アリール、アラルキル、(へテロ
アリール)アルキル、およびへテロアリールよりなる群から選ばれ、その際、該
アリール基またはへテロアリール基は任意に置換されていてよい）を有するものであるライブラリー。
【請求項７】Ｓｒｃ−ホモロジー−３ドメイン、Ｓｒｃ−ホモロジー−２
ドメイン、ＭＤＭ２タンパク質、ＣＤ４タンパク質、およびカルボニックアンヒ
ドラーゼタンパク質よりなる群から選ばれた基質上に存在するレセプター部位に
結合する分子を構築する方法であって、手順：（ａ）成長させようとする分子が結合するレセプター部位の少なくとも一部の分
子的構成についてレセプター部位を評価し、成長させようとする分子が結合する
レセプター部位の少なくとも一部の少なくとも一つの座標を生成し、ついで少な
くともレセプター部位の分子的構成に関して、成長させようとする分子が結合す
るレセプター部位の部分の座標を出力し、（ｂ）知識ベースのポテンシャルデータを用いて成長させようとする分子の自由
エネルギーを評価し、該評価した自由エネルギーを出力し、ついで（ｃ）手順（ａ）および（ｂ）からの出力を用いてレセプター部位に結合させる
ための分子を構築し、その際、該構築手順は、該分子の自由エネルギー評価が該
分子に可能な最低の自由エネルギー評価よりも高くなるような配向にある分子フ
ラグメントを選択することにより該分子を構築することを含む方法。
【請求項８】Ｓｒｃ−ホモロジー−３ドメイン、Ｓｒｃ−ホモロジー−２
ドメイン、ＭＤＭ２タンパク質、ＣＤ４タンパク質、およびカルボニックアンヒ
ドラーゼタンパク質よりなる群から選ばれた基質上に存在するレセプター部位に
結合する分子を構築する方法であって、手順：（ａ）成長させようとする分子が結合するレセプター部位の少なくとも一部の分
子的構成についてレセプター部位を評価し、成長させようとする分子が結合する
レセプター部位の少なくとも一部の少なくとも一つの座標を生成し、ついで少な
くともレセプター部位の分子的構成に関して、成長させようとする分子が結合す
るレセプター部位の部分の座標を出力し、（ｂ）知識ベースのポテンシャルデータを用いて成長させようとする分子の自由
エネルギーを評価し、該評価した自由エネルギーを出力し、その際、この手順は
以下の手順：（１）溶媒エントロピー効果からの悪影響を打ち消す長さの相互作用半径を選
択し、（２）少なくとも分子フラグメントを含む、分子／レセプター複合体の既知の
構造に関するアクセス可能な一覧を作成し、（３）成長させようとする分子とレセプター部位との分子／レセプター複合体
中で相互作用することが予測された原子タイプを少なくとも含む、分子相互作用
のクラスに基づく原子タイプに関するアクセス可能な一覧を作成し、（４）手順（１）の選択および手順（２）および（３）で作成した一覧に基づ
き、分子／レセプター複合体の既知の構造についての分子相互作用のアクセス可
能な一覧を作成し、（５）溶媒エントロピー効果および立体配置エントロピー効果からの悪影響を
打ち消す、成長させようとする分子についての準拠状態を選択し、（６）成長させようとする分子についての準化学的な近似を作成し、ついで（７）手順（４）で作成した一覧、手順（５）の選択、および手順（６）で作
成した準化学的近似に基づき、成長させようとする分子の評価した自由エネルギ
ーを作成するを含み、ついで（ｃ）手順（ａ）および（ｂ）からの出力を用いてレセプター部位に結合させる
ための分子を構築し、その際、該構築手順は、該分子の自由エネルギー評価が該
分子に可能な最低の自由エネルギー評価よりも高くなるような配向にある分子フ
ラグメントを選択することにより該分子を構築することを含む方法。
【請求項９】Ｓｒｃ−ホモロジー−３ドメイン、Ｓｒｃ−ホモロジー−２
ドメイン、ＭＤＭ２タンパク質、ＣＤ４タンパク質、およびカルボニックアンヒ
ドラーゼタンパク質よりなる群から選ばれた基質上に存在するレセプター部位に
結合するための、成長させようとする分子の自由エネルギーを評価する方法であ
って、手順：（ａ）溶媒エントロピー効果からの悪影響を打ち消す長さの相互作用半径を選
択し、（ｂ）少なくとも原子座標および対応する化学要素を含む、分子／レセプター
複合体の既知の構造に関するアクセス可能な一覧を作成し、（ｃ）成長させようとする分子とレセプター部位との分子／レセプター複合体
中で相互作用することが予測された原子タイプを少なくとも含む、分子相互作用
のクラスに基づく原子タイプに関するアクセス可能な一覧を作成し、（ｄ）手順（ａ）の選択および手順（ｂ）および（ｃ）で作成した一覧に基づ
き、分子／レセプター複合体の既知の構造についての分子相互作用のアクセス可
能な一覧を作成し、（ｅ）溶媒エントロピー効果および立体配置エントロピー効果からの悪影響を
打ち消す、成長させようとする分子についての準拠状態を選択し、（ｆ）成長させようとする分子についての準化学的な近似を作成し、ついで（ｇ）手順（ｄ）で作成した一覧、手順（ｅ）の選択、および手順（ｆ）で作
成した準化学的近似に基づき、成長させようとする分子の評価した自由エネルギ
ーを作成するを含む方法。
【請求項１０】Ｓｒｃ−ホモロジー−３ドメイン、Ｓｒｃ−ホモロジー−
２ドメイン、ＭＤＭ２タンパク質、およびＣＤ４タンパク質よりなる群から選ば
れた基質上に存在するレセプター部位に結合する分子を構築する方法であって、
手順：（ａ）成長させようとする分子が結合するレセプター部位の少なくとも一部の分
子的構成についてレセプター部位を評価し、ついで、成長させようとする分子が
結合するレセプター部位の少なくとも一部の少なくとも座標を作成し、（ｂ）成長させようとする分子が結合するレセプター部位の少なくとも一部に少
なくとも水素（「Ｈ」）原子を入れ、（ｃ）該レセプター部位に入れたＨ原子の一つのＨ原子を無作為に選択し、（ｄ）前以て決定した一群の分子フラグメントから分子フラグメントを無作為に
選択し、ついで該分子フラグメントから一つのＨ原子を無作為に選択し、（ｅ）手順（ｃ）および（ｄ）で選択したＨ原子で結合を形成させ、（ｆ）成長させようとする分子が低自由エネルギーを有するように、手順（ｅ）
で形成した結合に関して分子フラグメントを配向させ、（ｇ）知識ベースのポテンシャルを用いて成長させようとする分子の自由エネル
ギーを評価し、ついで（ｈ）手順（ｇ）での評価自由エネルギーを、手順（ｅ）で該フラグメントが該
レセプター部位に結合する前に該レセプター部位に結合した分子の自由エネルギ
ー評価と比較して手順（ｇ）での評価自由エネルギーが手順（ｅ）で該フラグメ
ントが該レセプター部位に結合する前に該分子について前に評価した自由エネル
ギーよりも大きいか小さいかを決定し、該評価自由エネルギーの方が小さい場合
には該分子フラグメントの付加および配向を受理し、該評価自由エネルギーの方
が大きい場合には前以て決定した仕方で決定した確率に従って最初の分子フラグ
メントの添加および配向を受理するを含む方法。
【請求項１１】手順（ｆ）での分子フラグメントの配向が所定の増分での
ひずみ回転を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】ひずみ回転の所定の増分が６０°の所定の増分である、請
求項１１に記載の方法。
【請求項１３】分子を比較および受理する方法がメトロポリスモンテカル
ロ選択プロセスによるものである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】手順（ｈ）の確率が【数１】（式中、ｐ＝受理の確率； Δｇ＝ΔＧ／Ｎ（ΔＧは目的とするフラグメントを付加したときの自由エネル
ギーの差異であり、Ｎはリガンド中の原子の総数である）は原子当たりの自由エ
ネルギーの変化である；Ｔ＝温度）に従って決定される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】結合する各分子フラグメントについて手順（ｃ）〜（ｇ）
を繰り返すことをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】手順（ａ）〜（ｃ）に従って分子を５秒未満で成長させる
ことができる、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１７】該分子がＳｒｃ−ホモロジー−３ドメインの特異性ポケッ
トに結合する、請求項７、８、９または１０に記載の方法。
【請求項１８】該分子がＳｒｃ−ホモロジー−３ドメインのＬＰポケット
に結合する、請求項７、８、９または１０に記載の方法。
【請求項１９】Ｓｒｃ−ホモロジー−３ドメインのＬＰポケットに結合す
る分子を構築するための分子フラグメントがプロリンを含む、請求項１８に記載
の方法。
【請求項２０】構造ベースのドラッグデザイン法を用いて新規に生成した
、ＣＤ４タンパク質上のレセプター部位に結合するリガンド候補であって、下記
式Ｖ：【化３】を含むリガンド候補。