JP2003206246A - Program for searching steric structure of compound, steric structure searching apparatus and steric structure searching method - Google Patents

Program for searching steric structure of compound, steric structure searching apparatus and steric structure searching method

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JP2003206246A
JP2003206246A JP2002000889A JP2002000889A JP2003206246A JP 2003206246 A JP2003206246 A JP 2003206246A JP 2002000889 A JP2002000889 A JP 2002000889A JP 2002000889 A JP2002000889 A JP 2002000889A JP 2003206246 A JP2003206246 A JP 2003206246A
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unit
potential energy
compound
rigid body
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Ichiro Yamato
一郎 山登
Toshiyuki Meguro
俊幸 目黒
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a program for searching the steric structure of a compound, an apparatus for searching the steric structure and a searching method therefor. <P>SOLUTION: The program contains a step to calculate the molecular potential energy of an assumed steric structure of a specified compound X, a step to memorize the calculation result in connection with the steric structure, a step to select two bonded adjacent segments A1 and A2 from plural segments A1-A4 of the specified compound, a step to divided the specified compound into fixed rigid units A2-4 and a mobile rigid unit A1 and parallelly translating the mobile rigid unit A1 at a randomly selected specific moving distance, a step to calculate the molecular potential energy of the deformed structure obtained by the translation, a step to compare the molecular potential energy of the deformed structure with the memorized energy and judge and calculation value to be adopted, and a step to memorize the adopted molecular potential energy in connection with the steric structure. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、化合物の立体構造
探索プログラム、立体構造探索装置、及び立体構造探索
方法に関する。本発明によれば、例えば、化合物の立体
構造の予測、構造シミュレーション、あるいは分子設計
を有効に行うことができ、特に、タンパク質の折り畳み
機構をシミュレーションするモンテカルロ法において従
来から広く採用されている二面角法とは異なる分子変形
方法(平行移動法)を利用することにより、モンテカル
ロシミュレーションをより効率的に実施することができ
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a compound three-dimensional structure search program, a three-dimensional structure search device, and a three-dimensional structure search method. According to the present invention, for example, the three-dimensional structure of a compound can be effectively predicted, structural simulation, or molecular design can be effectively performed. By using a molecular deformation method (parallel transfer method) different from the angle method, Monte Carlo simulation can be performed more efficiently.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、ヒトを始めとして様々な生物のゲ
ノムの解読が精力的に進められており、その結果として
膨大な量のタンパク質の一次配列情報が容易に入手でき
るようになってきている。このような状況において、タ
ンパク質の一次配列から立体構造を構築する原理を明ら
かにし、一次構造から三次構造を予測することを実現で
きたならば、ゲノム情報を3次元の空間内で起きる生命
現象とダイレクトに関連付けながら利用することが可能
になる。このような理由からタンパク質の構築原理の解
明と構造予測法を確立することは現代生命科学における
重要なテーマとなっている。
BACKGROUND ART Currently, the decoding of the genomes of various organisms including human beings is being vigorously pursued, and as a result, it has become possible to easily obtain the primary sequence information of a vast amount of proteins. . In such a situation, if we could clarify the principle of constructing a three-dimensional structure from the primary sequence of a protein and predict the tertiary structure from the primary structure, we would analyze genomic information as a life phenomenon that occurs in a three-dimensional space. It becomes possible to use it while associating it directly. For these reasons, elucidation of protein construction principles and establishment of structure prediction methods have become important themes in modern life sciences.

【0003】タンパク質の構造予測は、そのエネルギー
的側面に注目すると、配列の指定されたペプチド鎖の自
由エネルギー最小の構造を求めることと言い換えること
ができる。しかしペプチド鎖の取りうる構造の数は莫大
であり、全ての構造について自由エネルギーを求め、そ
の中から最小のものを選び出すような操作は現在の計算
機の能力では不可能である。更に、自由エネルギー曲面
には部分的な極小値が多数存在しているため、最適化を
スムーズに行うことができない。これらの事情によっ
て、この最小値探索問題を一般的に解くことは未解決で
困難な問題となっている。この解決を目指して、様々な
構造予測法が試みられている。それらを大別すると、既
知の構造情報を利用して精度の高い予測を目指す経験的
な方法と、原子間相互作用といった物理化学的な原理に
基づき演繹的に折り畳み過程を再現しようとする非経験
的な方法とに分けられる。
The structure prediction of a protein can be rephrased as finding the structure having the minimum free energy of a peptide chain having a designated sequence, focusing on its energy aspect. However, the number of structures that a peptide chain can take is enormous, and it is impossible with current computer capabilities to find the free energy for all structures and select the smallest one. Further, since the free energy curved surface has many local minimum values, the optimization cannot be performed smoothly. Due to these circumstances, solving this minimum value search problem in general is an unsolved and difficult problem. Various structural prediction methods have been attempted toward this solution. Broadly speaking, they are empirical methods that aim at highly accurate predictions using known structural information, and inexperienced methods that deductively reproduce the folding process based on physicochemical principles such as atomic interactions. Method.

【0004】経験的な方法としてはホモロジーモデリン
グや3D−1D法などがあげられる。これらの方法は、
予測すべき構造に類似の構造がすでに実験的に解かれて
いる場合に有効であるが、そういった構造情報がない場
合は使用できず、また折り畳み機構の原理の解明を直接
目指すものではないという欠点がある。非経験的な方法
としては、シンプルなモデルを用いて明快かつ厳密な理
論的解析を目指す格子モデル法[Hinds, D. A. and Lev
itt, M. A lattice model forprotein structure predi
ction at low resolution. Proc. Natl. Acad. Sci. US
A 89, 2536-2540 (1992)]や、本来はタンパク質の動力
学的性質を調べるためのモレキュラーダイナミクス法
(MD法)[Momany, F. A., McGuire, R. F., Burges
s, A. W. and Scheraga, H. A. Energy parameters in
polypeptides. VII. geometric parameters, partial c
harges, non-bonded interactions, hydrogen bond int
eractions and intrinsic torsional potentials for n
aturally ocurring amino acids. J. Phys. Chem. 79,
2361-2381 (1975);及びMcCammon, J. A., Gelin, B.
R. and Karplus, M. Dynamics of folded proteins. Na
ture 267, 585-590 (1977)]や統計力学的性質を調べる
ためのモンテカルロ法(MC法)[Northrup, S. H. an
d McCammon, J. A. Simulation methods for protein s
tructure fluctuations. Biopolymers 19, 1001-1016
(1980);及びNoguti, T.and Go, N. Efficient Monte C
arlo method for simulation of fluctuating conforma
tions of native proteins. Biopolymers 24, 527-546
(1985)]を折り畳みシミュレーションに応用したもの等
があげられる。
Examples of empirical methods include homology modeling and 3D-1D method. These methods are
It is effective when a structure similar to the structure to be predicted has already been solved experimentally, but it cannot be used without such structural information, and it is not a direct aim to elucidate the principle of the folding mechanism. There is. As an ab initio method, a lattice model method [Hinds, DA and Lev
itt, M. A lattice model for protein structure predi
ction at low resolution. Proc. Natl. Acad. Sci. US
A 89, 2536-2540 (1992)] and the molecular dynamics method (MD method) originally used to investigate the dynamic properties of proteins [Momany, FA, McGuire, RF, Burges]
s, AW and Scheraga, HA Energy parameters in
VII.geometric parameters, partial c
harges, non-bonded interactions, hydrogen bond int
eractions and intrinsic torsional potentials for n
aturally ocurring amino acids. J. Phys. Chem. 79,
2361-2381 (1975); and McCammon, JA, Gelin, B.
R. and Karplus, M. Dynamics of folded proteins. Na
ture 267, 585-590 (1977)] and Monte Carlo method (MC method) for investigating statistical mechanical properties [Northrup, SH an
d McCammon, JA Simulation methods for protein s
tructure fluctuations. Biopolymers 19, 1001-1016
(1980); and Noguti, T. and Go, N. Efficient Monte C
arlo method for simulation of fluctuating conforma
tions of native proteins.Biopolymers 24, 527-546
(1985)] is applied to a folding simulation.

【0005】格子モデル法はタンパク質の構造をより単
純な格子モデルに置き換え、様々なエネルギー計算やM
C法と組み合わせてシミュレーションを行う方法であっ
て、理論的扱いが他の方法と比較して容易である。しか
し、現実のタンパク質の構造形成には側鎖同士のタイト
パッキングなどのような構造形成に関与する多数の要因
があると考えられるが、格子モデルではそれらを直接扱
うことができないという弱点がある。
The lattice model method replaces the protein structure with a simpler lattice model, and various energy calculations and M
This is a method of performing a simulation in combination with the C method, and its theoretical treatment is easier than other methods. However, although it is considered that there are many factors involved in the structure formation such as tight packing of side chains in actual protein structure formation, there is a weakness that the lattice model cannot directly deal with them.

【0006】単純化されたモデルではない実際の分子構
造に忠実なモデルを用いるシミュレーション方法として
は、全原子モデルを用いたMD法やMC法が行われてい
る。実際のタンパク質の構造エネルギー曲面は、天然構
造のエネルギーが他の構造より顕著に低い折り畳みに都
合のよいファネルモデルと呼ばれる形状になっていると
考えられている。そのようなエネルギー局面を計算機上
で再現することができれば、シラミつぶし的な構造探索
を行わなくてもMD法やMC法を使うことでタンパク質
の天然構造にたどり着けると期待される。MD法による
構造予測では、ニュートン力学に基づいたシミュレーシ
ョンにより、タンパク質を含む系がとりうるエネルギー
の低い構造を求める。この方法は現実の物理化学的性質
をよく反映したものであるが、その反面、長大な計算時
間が必要であるという問題を抱えている。実際のタンパ
ク質の折り畳みはミリ秒から秒、分のオーダーの現象で
あるのにもかかわらず、現代の計算機能力ではサブマイ
クロ秒相当のMDシミュレーションがようやく行えると
いうのが現状である。
As a simulation method that uses a model that is not a simplified model and that is true to the actual molecular structure, the MD method and the MC method that use an all-atom model are used. The structure energy curved surface of an actual protein is considered to have a shape called a funnel model which is convenient for folding in which the energy of the natural structure is significantly lower than that of other structures. If such an energy phase can be reproduced on a computer, it is expected that the MD or MC method can be used to reach the natural structure of the protein without conducting a lice-destructive structure search. In the structure prediction by the MD method, a structure having a low energy that can be taken by a protein-containing system is obtained by a simulation based on Newtonian mechanics. This method well reflects the actual physicochemical properties, but on the other hand, it has a problem that it requires a long calculation time. Despite the fact that actual protein folding is a phenomenon of the order of milliseconds, seconds, and minutes, the MD simulation of sub-microseconds can finally be performed with modern computational capabilities.

【0007】モンテカルロ法(MC法)による構造予測
[例えば、Hansmann, U. H. E. andOkamoto, Y. New Mo
nte Carlo algorithms for protein folding. Current
Opinion in Structural Biology 9, 177-183 (1999);
及びShimada, J.,Kussell,E. L. and Shakhnovich, E.
I. The folding thermodynamics and Kinetics of cr
ambin using an all-atom Monte Carlo simulation. J.
Mol.Biol. 308, 79-95 (2001)参照]では、計算上で分
子を人為的に変形させそのエネルギー変化に応じて構造
を変えていく。この分子変形は 現実とは必ずしも対応
しないという意味では欠点となっているが、この変形に
よって自由エネルギーの低い構造の探索を素早く、広範
囲に行えるという意味では利点となっている。その意味
で、MC法は、実現可能な計算時間の範囲内で、原子レ
ベルで現実と対応するモデルを使用してペプチド鎖の折
り畳み過程をシミュレーションすることが可能な優れた
方法と考えられる。
Structure prediction by Monte Carlo method (MC method) [eg Hansmann, UHE and Okamoto, Y. New Mo
nte Carlo algorithms for protein folding. Current
Opinion in Structural Biology 9, 177-183 (1999);
And Shimada, J., Kussell, EL and Shakhnovich, E.
I. The folding thermodynamics and Kinetics of cr
ambin using an all-atom Monte Carlo simulation.J.
Mol.Biol. 308, 79-95 (2001)], the molecule is artificially deformed by calculation and the structure is changed according to the energy change. This molecular deformation is a drawback in the sense that it does not necessarily correspond to reality, but it is an advantage in the sense that this deformation makes it possible to quickly and extensively search for structures with low free energy. In that sense, the MC method is considered to be an excellent method capable of simulating the peptide chain folding process using a model corresponding to reality at the atomic level within a feasible calculation time.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】一般的に、MC法の分
子変形操作ではタンパク質の二面角をランダムに変更さ
せる二面角法を採用する場合が多い。この二面角法は、
ペプチド鎖が短い場合は、扱いやすく効率的に安定構造
を探索しうる有効な方法であるが、長いペプチド鎖の天
然構造を再現するための最良の分子変形方法とは限らな
い。本発明者は、ペプチド鎖が長く、しかも複雑な立体
構造を有するペプチド鎖を取り扱う場合に、効率的に安
定構造を探索しうる有効な方法を開発すべく鋭意研究し
たところ、複雑な立体構造を有するペプチド鎖あるいは
多くのアミノ酸残基を含む長いペプチド鎖の安定構造を
探索する場合には、従来の二面角法を利用するよりも、
新しい分子変形方法、すなわち、「平行移動法」を用い
る方が優れていることが多いことを見出した。従って、
本発明は、特定の側面では、モンテカルロ法(MC法)
におけるタンパク質の分子変形操作において、従来の二
面角法に代わり、新たな平行移動法を提供するものであ
る。また、本発明者は、この新しい分子変形方法である
「平行移動法」が、タンパク質に限らず、広く一般的な
化合物について、それらの立体構造の探索に用いること
のできる有効な手段であることも見出した。
Generally, in the molecular deformation operation of the MC method, the dihedral angle method for randomly changing the dihedral angle of a protein is often adopted. This dihedral method
When the peptide chain is short, it is an effective method that is easy to handle and can efficiently search for a stable structure, but it is not always the best molecular modification method for reproducing the natural structure of a long peptide chain. The present inventor has conducted extensive studies to develop an effective method capable of efficiently searching for a stable structure when treating a peptide chain having a long peptide chain and a complicated three-dimensional structure. When searching for a stable structure of a peptide chain or a long peptide chain containing many amino acid residues, rather than using the conventional dihedral angle method,
It has been found that it is often better to use a new molecular transformation method, the "translation method". Therefore,
The present invention, in a particular aspect, is a Monte Carlo method (MC method).
The present invention provides a new translation method in place of the conventional dihedral angle method in the molecular deformation operation of proteins in. In addition, the present inventor has found that the “parallel transfer method”, which is a new molecular transformation method, is an effective means that can be used for searching for three-dimensional structures of not only proteins but also widely general compounds. Also found.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】従って、本発明は、コン
ピュータに、化合物の立体構造の探索を実行させるため
のプログラムであって、(1)予め指定された化合物に
ついて、或る仮想立体構造の分子ポテンシャルエネルギ
ーを計算する工程、(2)前記計算工程(1)の結果
を、その際に用いた仮想立体構造と関連させて計算値記
憶領域に記憶する工程、(3)前記指定化合物を予め指
定した方式で分割した複数のセグメントの中から、相互
に結合して隣接する2つのセグメントを選択する工程、
(4)前記指定化合物を、前記選択工程(3)で選択さ
れた結合隣接セグメントの内の一方のセグメントを含む
単位である固定剛体単位と、前記結合隣接セグメントの
内のもう一方のセグメントを含む単位である移動剛体単
位とに二分割し、予め指定した最大移動距離の範囲内で
ランダムに選択する特定移動距離で、前記固定剛体単位
に対して前記移動剛体単位を平行移動させる工程、
(5)前記移動工程(4)によって変形された仮想立体
構造の分子ポテンシャルエネルギーを計算する工程、
(6)前記計算工程(5)で計算した変形後の立体構造
の分子ポテンシャルエネルギーと、前記の計算値記憶領
域に記憶されている分子ポテンシャルエネルギーとを比
較し、採用する計算値を判定する工程 (7)前記比較判定工程(6)において、採用すると判
定された一方の分子ポテンシャルエネルギーを、その際
の仮想立体構造と関連させて、新たに前記計算値記憶領
域に記憶する工程を含むことを特徴とする、コンピュー
タに、化合物の立体構造の探索を実行させるためのプロ
グラムに関する。
Therefore, the present invention is a program for causing a computer to search for a three-dimensional structure of a compound. A step of calculating a molecular potential energy, (2) a step of storing the result of the calculation step (1) in a calculated value storage area in association with the virtual three-dimensional structure used at that time, (3) the specified compound in advance A process of selecting two adjacent segments that are connected to each other from a plurality of segments divided by a specified method,
(4) The specified compound includes a fixed rigid body unit that is a unit that includes one of the bonded adjacent segments selected in the selection step (3), and the other segment of the bonded adjacent segments. A step of dividing the moving rigid body unit into two units, and moving the moving rigid body unit in parallel with the fixed rigid body unit at a specific moving distance randomly selected within a range of a maximum moving distance designated in advance,
(5) calculating the molecular potential energy of the virtual three-dimensional structure deformed by the moving step (4),
(6) A step of comparing the molecular potential energy of the deformed three-dimensional structure calculated in the calculation step (5) with the molecular potential energy stored in the calculated value storage area to determine the calculated value to be adopted. (7) In the comparison and determination step (6), a step of newly storing one of the molecular potential energies determined to be adopted in the calculated value storage area in association with the virtual three-dimensional structure at that time is included. The present invention relates to a program for causing a computer to search for a three-dimensional structure of a compound.

【0010】また、本発明は、化合物の立体構造を探索
する装置であって、(1)探索条件を入力する入力部、
(2)指定された化合物の仮想立体構造を記憶する立体
構造記憶領域、(3)前記指定化合物の仮想立体構造の
分子ポテンシャルエネルギーを計算する計算部、(4)
前記計算部の計算結果を、その計算の際に用いた仮想立
体構造と関連させて記憶する計算値記憶領域、(5)前
記指定化合物を予め指定した方式で分割した複数のセグ
メントの中から、相互に結合して隣接する2つのセグメ
ントを選択するセグメント選択部、(6)予め指定され
た最大移動距離の範囲内で特定移動距離をランダムに選
択する移動距離選択部、(7)前記指定化合物を、前記
セグメント選択部で選択された結合隣接セグメントの内
の一方のセグメントを含む単位である固定剛体単位と、
前記結合隣接セグメントの内のもう一方のセグメントを
含む単位である移動剛体単位とに二分割し、前記移動距
離選択部で選択された特定移動距離で、前記固定剛体単
位に対して前記移動剛体単位を平行移動させる平行移動
操作部、(8)前記平行移動操作部による変形後の立体
構造の分子ポテンシャルエネルギーと、既に前記計算値
記憶領域に記憶されている分子ポテンシャルエネルギー
とを比較し、採用する計算値を判定する比較判定部、及
び(9)前記比較判定部において、採用すると判定され
た一方の分子ポテンシャルエネルギーを、その際の仮想
立体構造と関連させて、新たに前記計算値記憶領域に記
憶させる制御部を含むことを特徴とする、前記の化合物
立体構造探索装置に関する。
The present invention is also an apparatus for searching a three-dimensional structure of a compound, comprising (1) an input section for inputting search conditions,
(2) A three-dimensional structure storage area for storing the virtual three-dimensional structure of the designated compound, (3) a calculator for calculating the molecular potential energy of the virtual three-dimensional structure of the designated compound, (4)
A calculation value storage area for storing the calculation result of the calculation unit in association with the virtual three-dimensional structure used in the calculation, (5) from among a plurality of segments obtained by dividing the specified compound in a predetermined method, A segment selection unit for selecting two adjacent segments that are connected to each other, (6) A movement distance selection unit for randomly selecting a specific movement distance within a range of a maximum movement distance designated in advance, (7) the specified compound A fixed rigid body unit that is a unit including one of the adjacent segments connected by the segment selection unit,
The moving rigid body unit is divided into two units, a moving rigid body unit which is a unit including the other segment of the joining adjacent segments, and the moving rigid body unit with respect to the fixed rigid body unit at a specific moving distance selected by the moving distance selecting unit. (8) The molecular potential energy of the three-dimensional structure after deformation by the parallel movement operating unit and the molecular potential energy already stored in the calculated value storage area are compared and adopted. A comparison determination unit for determining a calculated value, and (9) one of the molecular potential energies determined to be adopted in the comparison determination unit is newly associated with the calculated three-dimensional storage area in the calculated value storage area. The present invention relates to the compound three-dimensional structure searching apparatus, including a control unit for storing the compound.

【0011】更に、本発明は、化合物の立体構造を探索
する方法であって、(1)予め指定された化合物につい
て、或る仮想立体構造の分子ポテンシャルエネルギーを
計算する工程、(2)前記計算工程(1)の結果を、そ
の際に用いた仮想立体構造と関連させて計算値記憶領域
に記憶する工程、(3)前記指定化合物を予め指定した
方式で分割した複数のセグメントの中から、相互に結合
して隣接する2つのセグメントを選択する工程、(4)
前記指定化合物を、前記選択工程(3)で選択された結
合隣接セグメントの内の一方のセグメントを含む単位で
ある固定剛体単位と、前記結合隣接セグメントの内のも
う一方のセグメントを含む単位である移動剛体単位とに
二分割し、予め指定した最大移動距離の範囲内でランダ
ムに選択する特定移動距離で、前記固定剛体単位に対し
て前記移動剛体単位を平行移動させる工程、(5)前記
移動工程(4)によって変形された仮想立体構造の分子
ポテンシャルエネルギーを計算する工程、(6)前記計
算工程(5)で計算した変形後の立体構造の分子ポテン
シャルエネルギーと、前記の計算値記憶領域に記憶され
ている分子ポテンシャルエネルギーとを比較し、採用す
る計算値を判定する工程 (7)前記比較判定工程(6)において、採用すると判
定された一方の分子ポテンシャルエネルギーを、その際
の仮想立体構造と関連させて、新たに前記計算値記憶領
域に記憶する工程を含むことを特徴とする、前記の化合
物立体構造探索方法にも関する。
Furthermore, the present invention is a method for searching a three-dimensional structure of a compound, which is (1) calculating a molecular potential energy of a certain virtual three-dimensional structure with respect to a predesignated compound, and (2) the calculation. Storing the result of step (1) in the calculated value storage area in association with the virtual three-dimensional structure used at that time, (3) from the plurality of segments obtained by dividing the specified compound in a prespecified manner, Selecting two adjacent segments coupled to each other, (4)
The specified compound is a fixed rigid body unit that is a unit that includes one of the bonded adjacent segments selected in the selection step (3), and a unit that includes the other of the bonded adjacent segments. Moving the rigid body unit in parallel with the fixed rigid body unit at a specific moving distance randomly selected within a range of a maximum moving distance designated in advance, (5) the moving Calculating the molecular potential energy of the virtual three-dimensional structure deformed by the step (4), (6) the molecular potential energy of the three-dimensional structure after the deformation calculated in the calculation step (5), and the calculated value storage area. The step (7) of comparing the stored molecular potential energy with the stored molecular potential energy and judging the calculated value to be adopted is adopted in the comparison and judgment step (6). One of the molecular potential energies determined to be related to the virtual three-dimensional structure at that time, and a step of newly storing in the calculated value storage area is also included in the above-mentioned compound three-dimensional structure search method. Concerned.

【0012】なお、本発明による好適なプログラムにお
いては、前記化合物がタンパク質であり、前記固定剛体
単位と前記移動剛体単位との結合が、式: −C(=O)−N(H)− で表されるペプチド結合であり、前記固定剛体単位に対
する前記移動剛体単位の平行移動が、一般式(1):
In a preferred program according to the present invention, the compound is a protein, and the bond between the fixed rigid body unit and the movable rigid body unit is represented by the formula: -C (= O) -N (H)-. The peptide bond is represented, and the parallel movement of the moving rigid body unit with respect to the fixed rigid body unit is represented by the general formula (1):

【化2】 (式中、Rはアミノ酸残基に含まれる側鎖であり、Rn
は前記固定剛体単位に含まれるα炭素原子Cα nの側鎖
であり、Rn+1は前記移動剛体単位に含まれるα炭素原
子Cα n+1の側鎖である)で表されるペプチド部分構造
のペプチド結合主鎖を構成する第1のα炭素原子
α n、炭素原子C、窒素原子N、及び第2のα炭素原
子Cα n+1と、前記炭素原子Cに結合する酸素原子O
と、前記窒素原子Nに結合する水素原子Hとから形成さ
れるペプチド平面上で、前記炭素原子Cと、前記窒素原
子Nと、前記の第2α炭素原子Cα n+1とを運動させる
ことによって実施し、(ロ)前記炭素原子Cは、前記の
第1α炭素原子Cα nとの原子間距離を変化させず、前
記の第1α炭素原子Cα nを回転中心点として結合角を
変化させることにより、前記ペプチド平面上を、最大移
動距離以下の範囲内でランダムに変化する移動距離で、
円弧状の円運動を行い、(ハ)前記窒素原子Nは、前記
炭素原子Cとの原子間距離を変化させず、前記炭素原子
Cを回転中心点として結合角を変化させることにより、
前記ペプチド平面上を、前記工程(ロ)とは独立に設定
する、最大移動距離以下の範囲内でランダムに変化する
移動距離で、前記炭素原子Cの円運動とは独立して、前
記炭素原子Cの円運動と同時に、円弧状の円運動を行
い、そして、(ニ)前記の第2α炭素原子Cα n+1は、
前記窒素原子Nとの原子間距離を変化させず、前記窒素
原子Nを回転中心点として結合角を変化させることによ
り、前記ペプチド平面上を、前記窒素原子Nから前記の
第2α炭素原子Cα n+1へ向かう方向ベクトルの向き
が、前記の第1α炭素原子Cα nから前記の炭素原子C
へ向かう方向ベクトルの向きと常に一致するように、円
弧状に円運動を行うことによって実施する。
[Chemical 2] (In the formula, R is a side chain contained in an amino acid residue, and Rn
Is an α carbon atom C contained in the fixed rigid body unitα nSide chain of
And Rn + 1Is the α carbon source contained in the moving rigid body unit
Child Cα n + 1Is the side chain of
Α carbon atom forming the peptide-bonded main chain of
C α n, Carbon atom C, nitrogen atom N, and second α carbon source
Child Cα n + 1And an oxygen atom O bonded to the carbon atom C
And a hydrogen atom H bonded to the nitrogen atom N.
And the nitrogen atom C on the plane of the peptide
Child N and the second α carbon atom Cα n + 1Exercise and
(B) the carbon atom C is
First α carbon atom Cα nWithout changing the interatomic distance between
First α carbon atom Cα nIs the center of rotation and the bond angle is
By changing, the maximum transfer on the peptide plane
A moving distance that changes randomly within the range of the moving distance,
The circular motion of an arc is performed, and (c) the nitrogen atom N is
Without changing the interatomic distance from the carbon atom C, the carbon atom
By changing the bond angle with C as the center of rotation,
Setting on the peptide plane independently of the step (b)
Change randomly within the maximum movement distance
At the moving distance, independent of the circular motion of the carbon atom C,
At the same time as the circular motion of carbon atom C, circular arc motion is performed.
And (d) the second α carbon atom Cα n + 1Is
Without changing the interatomic distance from the nitrogen atom N,
By changing the bond angle with the atom N as the center of rotation,
From the nitrogen atom N on the peptide plane.
Second α carbon atom Cα n + 1Direction of direction vector toward
Is the above-mentioned first α carbon atom Cα nFrom the above carbon atom C
Circle so that it always matches the direction of the direction vector to
It is carried out by performing a circular motion in an arc shape.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明においては、或る化合物の
立体構造を探索する場合に、その化合物を複数のセグメ
ントに分割し、各セグメントの内部構造を変化させず
に、各セグメントの相対位置を平行にずらす操作を基本
操作とする。この基本操作を1回実施した後に、セグメ
ントの分割位置を変更し、同様の平行移動操作を繰り返
す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, when a three-dimensional structure of a compound is searched, the compound is divided into a plurality of segments and the relative position of each segment is maintained without changing the internal structure of each segment. The basic operation is to shift in parallel. After performing this basic operation once, the segment dividing position is changed and the same parallel movement operation is repeated.

【0014】例えば、図1に模式的に示すように、ま
ず、指定化合物X〔図1(a)〕を4つのセグメントA
1〜A4に分割し〔図1(b)〕、この仮想立体構造の
分子ポテンシャルエネルギーを計算する。次に、相互に
結合して隣接する2つのセグメントの組み合わせA1,
A2を選択し、セグメントA1を含む単位A1と、もう
一方のセグメントA2を含む単位A2−4(すなわち、
セグメントA2,A3,A4)とに二分割する。
For example, as shown schematically in FIG. 1, first, a designated compound X [FIG. 1 (a)] is divided into four segments A.
It is divided into 1 to A4 [Fig. 1 (b)], and the molecular potential energy of this virtual three-dimensional structure is calculated. Next, a combination A2 of two adjacent segments that are connected to each other
A2 is selected and the unit A1 containing the segment A1 and the unit A2-4 containing the other segment A2 (ie,
It is divided into two segments (A2, A3, A4).

【0015】これらの2つの単位A1,A2−4は、そ
れらの内部構造が変化しない剛体として扱い、セグメン
トA1とセグメントA2との結合角及び/又は結合距離
を変化させることにより、相対的に平行移動させる。例
えば、図1(c)に示すとおり、セグメントA1を含む
固定剛体単位A1に対して、セグメントA2を含む移動
剛体単位A2−4を平行移動させる。あるいは、固定剛
体単位A2−4に対して、移動剛体単位A1を平行移動
させる。
These two units A1 and A2-4 are treated as a rigid body whose internal structure does not change, and are relatively parallel by changing the bond angle and / or the bond distance between the segment A1 and the segment A2. To move. For example, as shown in FIG. 1C, the moving rigid body unit A2-4 including the segment A2 is translated in parallel with the fixed rigid body unit A1 including the segment A1. Alternatively, the movable rigid body unit A1 is moved in parallel with respect to the fixed rigid body unit A2-4.

【0016】ここで、前記の移動方向は一平面に限定さ
れず、3次元空間内で移動させることができる。また、
最大移動距離も特に限定されないが、短時間のパイロッ
ト試験により、計算効率の優れた最大移動距離を予想
し、その予想最大移動距離を検索条件として用い、その
範囲内で移動させるのが好ましい。この平行移動によっ
て変形された仮想立体構造の分子ポテンシャルエネルギ
ーを計算し、変形前後の分子ポテンシャルエネルギーを
比較し、採用する計算値及び立体構造を記憶する。
Here, the moving direction is not limited to one plane and can be moved in a three-dimensional space. Also,
Although the maximum moving distance is not particularly limited, it is preferable to predict the maximum moving distance with excellent calculation efficiency by a short-time pilot test, use the predicted maximum moving distance as a search condition, and move within the range. The molecular potential energy of the virtual three-dimensional structure deformed by this parallel movement is calculated, the molecular potential energies before and after the deformation are compared, and the calculated value and the three-dimensional structure to be adopted are stored.

【0017】次に、図1(d)に示すとおり、相互に結
合して隣接する別の2つのセグメントの組み合わせA
2,A3を選択し、セグメントA2を含む固定剛体単位
A1−2(すなわち、セグメントA1,A2)と、もう
一方のセグメントA3を含む移動剛体単位A3−4(す
なわち、セグメントA3,A4)とに二分割して、固定
剛体単位A1−2に対して、移動剛体単位A3−4を平
行移動させる。この場合も、固定剛体単位A3−4に対
して移動剛体単位A1−2を平行移動させることができ
る。この平行移動によって変形された仮想立体構造の分
子ポテンシャルエネルギーを計算し、記憶されている分
子ポテンシャルエネルギーと変形後の分子ポテンシャル
エネルギーとを比較し、採用する計算値及び立体構造を
記憶する。
Next, as shown in FIG. 1 (d), a combination A of two other segments that are mutually connected and are adjacent to each other.
2, A3 is selected, and a fixed rigid body unit A1-2 including the segment A2 (that is, the segments A1 and A2) and a moving rigid body unit A3-4 including the other segment A3 (that is, the segments A3 and A4) are selected. The movable rigid body unit A3-4 is moved in parallel with respect to the fixed rigid body unit A1-2. Also in this case, the moving rigid body unit A1-2 can be moved in parallel with the fixed rigid body unit A3-4. The molecular potential energy of the virtual three-dimensional structure deformed by this parallel movement is calculated, the stored molecular potential energy is compared with the molecular potential energy after the deformation, and the calculated value and the three-dimensional structure to be adopted are stored.

【0018】続いて、相互に結合して隣接する更に別の
2つのセグメントの組み合わせA3,A4を選択し、前
記と同様に、セグメントA3を含む固定剛体単位(又は
移動剛体単位)と、もう一方のセグメントA4を含む移
動剛体単位(又は固定剛体単位)とに二分割して、固定
剛体単位に対して、移動剛体単位を平行移動させ、この
平行移動によって変形された仮想立体構造の分子ポテン
シャルエネルギーを計算し、記憶されている分子ポテン
シャルエネルギーと変形後の分子ポテンシャルエネルギ
ーとを比較し、採用する計算値及び立体構造を記憶す
る。こうして、図1(e)に示すとおり、化合物Xに含
まれる全セグメントA1〜A4の相対位置を平行にずら
す操作を基本操作とする。この基本操作を1回あるいは
複数回実施した後に、例えば、図2に模式的に示すよう
に、化合物Xの分割位置を変更してセグメントB1〜B
4に分割し、同様の平行移動操作を繰り返す。
Subsequently, another two combinations A3 and A4 of two adjacent segments that are connected to each other are selected, and similarly to the above, the fixed rigid body unit (or the moving rigid body unit) including the segment A3 and the other one are selected. And a moving rigid body unit (including a fixed rigid body unit) including the segment A4, the moving rigid body unit is translated in relation to the fixed rigid body unit, and the molecular potential energy of the virtual three-dimensional structure deformed by this parallel movement is divided. Is calculated, the stored molecular potential energy is compared with the molecular potential energy after deformation, and the calculated value and the three-dimensional structure to be adopted are stored. Thus, as shown in FIG. 1E, the basic operation is an operation of shifting the relative positions of all the segments A1 to A4 included in the compound X in parallel. After carrying out this basic operation once or a plurality of times, for example, as shown schematically in FIG.
Divide into 4 and repeat the same parallel movement operation.

【0019】本発明において立体構造の探索が可能な化
合物は、特に限定されず、無機化合物及び有機化合物の
いずれの化合物も含まれる。特に好ましい化合物は、複
雑な立体構造を有することが予想される化合物であり、
例えば、有機高分子化合物、生体高分子化合物、特には
タンパク質である。また、隣接セグメントの結合も、特
に限定されるものではなく、例えば、共有結合、イオン
結合、水素結合などが含まれる。なお、共有結合は、単
結合に限定されず、2重結合、及び3重結合も含まれ
る。更に、芳香族環の構成原子間の結合も含まれる。
In the present invention, the compound for which the three-dimensional structure can be searched is not particularly limited, and includes both inorganic compounds and organic compounds. Particularly preferred compounds are those that are expected to have complex stereostructures,
For example, organic polymer compounds, biopolymer compounds, especially proteins. The bond between adjacent segments is not particularly limited, and includes, for example, covalent bond, ionic bond, hydrogen bond and the like. The covalent bond is not limited to a single bond, and includes double bond and triple bond. Further, a bond between the constituent atoms of the aromatic ring is also included.

【0020】以下、本発明による平行移動法を、タンパ
ク質の立体構造を予測するモンテカルロ(MC)シミュ
レーションに利用する場合に関して説明するが、これは
本発明の範囲を限定するものではない。本発明によるタ
ンパク質の平行移動法における分子の変形操作を、従来
の二面角法と対比しながら、添付図面に沿って、以下に
説明する。図3は、本発明による平行移動法での構造変
形操作、及び二面角法での構造変形操作を模式的に示す
説明図である。図3(a)は、構造変形操作前の構造で
あり、図3(b)は、本発明による平行移動法による構
造変形操作後の構造であり、図3(c)は、二面角法で
の構造変形操作後の構造である。
The parallel transfer method according to the present invention will be described below in connection with the case where it is used in a Monte Carlo (MC) simulation for predicting the three-dimensional structure of a protein, but this does not limit the scope of the present invention. The molecular deformation operation in the protein parallel displacement method according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings while comparing it with the conventional dihedral angle method. FIG. 3 is an explanatory view schematically showing the structural deformation operation by the parallel displacement method and the structural deformation operation by the dihedral method according to the present invention. 3 (a) is a structure before a structural deformation operation, FIG. 3 (b) is a structure after a structural deformation operation by the parallel displacement method according to the present invention, and FIG. 3 (c) is a dihedral angle method. It is the structure after the structural deformation operation in.

【0021】本発明による平行移動法では、図3(a)
及び図3(b)に示すとおり、ペプチド鎖を適当な共有
結合(原子A−原子B間の共有結合)の前後で二つのペ
プチド部分11,12に分け、その一方のペプチド部分
12を任意の方向に平行移動させることによって分子を
変形させる。移動方向〔図3(b)の矢印s1及び矢印
s2〕は全方位の中から乱数を用いて偏りなく決定す
る。移動距離も乱数を用いて決定する。一回の変形操作
あたりの動かしうる最大距離をシミュレーション試行ご
とに定め、これを「最大移動距離」と呼ぶことにする
と、実際の移動距離は0より大きく最大移動距離以下の
範囲でランダムに決定される。
In the parallel displacement method according to the present invention, FIG.
And, as shown in FIG. 3 (b), the peptide chain is divided into two peptide moieties 11 and 12 before and after a suitable covalent bond (covalent bond between atom A and atom B), and one of the peptide moieties 12 is arbitrarily separated. The molecule is deformed by translating in the direction. The moving direction [arrows s1 and s2 in FIG. 3 (b)] is determined from all directions using random numbers without bias. The moving distance is also determined using random numbers. The maximum distance that can be moved per deforming operation is set for each simulation trial, and this is called the "maximum movement distance". The actual movement distance is randomly determined within a range greater than 0 and less than or equal to the maximum movement distance. It

【0022】一方、従来の二面角法では、図3(a)及
び図3(c)に示すとおり、適当な共有結合部分を回転
軸として二面角を回転させて〔図3(c)の矢印r1及
び矢印r2〕変化させることで変形操作を行う。一回の
変形操作で動かしうる最大の回転角度を以後、「最大回
転角度」と呼ぶことにすると、実際の回転角度は0より
大きく最大回転角度以下の範囲で決定される。
On the other hand, in the conventional dihedral angle method, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (c), the dihedral angle is rotated about an appropriate covalent bond portion as a rotation axis [FIG. 3 (c)]. [Arrow r1 and arrow r2]], the deformation operation is performed. The maximum rotation angle that can be moved by one deformation operation is hereinafter referred to as “maximum rotation angle”, and the actual rotation angle is determined in the range of more than 0 and less than or equal to the maximum rotation angle.

【0023】図3から明らかなように、二面角法では回
転軸dから離れるにつれ、変形操作による原子の移動距
離が大きくなり、原子同士の衝突が起き易くなるが、平
行移動法では変形部位からの距離が近くても遠くても各
位置での原子の移動距離は等しく、原子同士の衝突が起
きにくいと考えられる。なお、二面角法では、構造パラ
メータのうち二面角だけが変化するが、平行移動法では
それに加えて結合角も変化する。この結合角に起因する
ポテンシャルエネルギーがあるため平行移動法を採用し
た場合の全エネルギーは二面角法を採用した場合よりや
や高くなる傾向がある。
As is apparent from FIG. 3, in the dihedral angle method, as the distance from the rotation axis d increases, the moving distance of the atoms due to the deformation operation increases, and the collision of atoms easily occurs. It is thought that atoms move at the same distance at each position regardless of whether the distance from is short or long and collision between atoms is unlikely to occur. In the dihedral angle method, only the dihedral angle among the structural parameters changes, but in the parallel displacement method, the bond angle also changes. Since there is potential energy due to this bond angle, the total energy when the parallel transfer method is adopted tends to be slightly higher than when the dihedral angle method is adopted.

【0024】具体的な変形操作を、図4に沿って説明す
る。すなわち、図4は、変形操作の対象となるペプチド
平面Pでの変形操作を示す説明図である。図4(a)
は、本発明による平行移動法での構造変形操作であり、
図4(b)は、従来の二面角法での構造変形操作であ
る。図4(a),(b)に示すように、ペプチド平面P
の主鎖部には、N末端側から順に「CA1−C」結合、
「C−N」結合、及び「N−CA2」結合の3本の共有
結合が存在する。本発明による平行移動法では、それら
3本の共有結合の中で、「CA1−C」結合〔図4
(a)の黒色で示す一方の結合〕と、「C−N」結合
〔図4(a)の灰色で示す結合〕の2本の結合に対し
て、相互に独立かつ同時に変形操作を行う〔図4(a)
の矢印x及び矢印y〕。この変形操作は、具体的には炭
素原子CA1から炭素原子Cに向かう方向ベクトル及び
炭素原子Cから窒素原子Nに向かう方向ベクトルの向き
をそれぞれ定められた範囲内でランダムに変化させるこ
とによって行う。なお、窒素原子Nから炭素原子CA2
に向かう方向ベクトルも、その向きを変化させるが、そ
の変化は独立に行うのではなく、常に炭素原子CA1か
ら炭素原子Cに向かう方向ベクトルと一致させるように
変化させる。従って、「CA1−C」結合と「N−CA
2」結合、すなわち、図4(a)中の黒色で示す2本の
結合は、共に平行に移動する。
A concrete transformation operation will be described with reference to FIG. That is, FIG. 4 is an explanatory diagram showing the transformation operation on the peptide plane P that is the target of the transformation operation. Figure 4 (a)
Is a structural deformation operation in the translation method according to the present invention,
FIG. 4B shows a structural deformation operation by the conventional dihedral angle method. As shown in FIGS. 4A and 4B, the peptide plane P
In the main chain portion of the, "CA1-C" bond in order from the N-terminal side,
There are three covalent bonds, a "CN" bond and an "N-CA2" bond. In the translation method according to the present invention, among these three covalent bonds, the “CA1-C” bond [FIG.
One bond shown in black in (a)] and the two bonds of "C-N" bond [bond shown in gray in FIG. 4 (a)] are independently and simultaneously deformed. Figure 4 (a)
Arrow x and arrow y]. Specifically, this deformation operation is performed by randomly changing the directions of the direction vector from the carbon atom CA1 toward the carbon atom C and the direction vector from the carbon atom C toward the nitrogen atom N within a predetermined range. The nitrogen atom N to the carbon atom CA2
Although the direction vector of the direction vector toward C. is also changed, the change is not performed independently, but is changed so as to always coincide with the direction vector from the carbon atom CA1 to the carbon atom C. Therefore, "CA1-C" bond and "N-CA"
The 2 "bond, i.e. the two bonds shown in black in Figure 4 (a), move in parallel.

【0025】なお、前記の炭素原子CA1から炭素原子
Cに向かう方向ベクトルの方向変化により、炭素原子C
は、炭素原子CA1を回転中心点として3次元的に移動
する。すなわち、炭素原子Cの移動は、ペプチド平面P
の中だけの2次元的移動に限定されず、ペプチド平面P
の上下にも3次元的に移動する。この際、前記の炭素原
子CA1と炭素原子Cとの原子間距離を変化させずに、
結合角のみを変化させる。また、この炭素原子Cの移動
距離の範囲は、前記の最大移動距離以下の範囲内でラン
ダムに変化させる。更に、前記の炭素原子Cから窒素原
子Nに向かう方向ベクトルの方向変化により、窒素原子
Nも、炭素原子Cを回転中心点として3次元的に、すな
わち、ペプチド平面Pの中だけではなく、ペプチド平面
Pの上下に移動する。この際、前記の炭素原子Cと窒素
原子Nとの原子間距離を変化させずに、結合角のみを変
化させる。この窒素原子Nの運動は、前記の炭素原子C
の運動とは、独立して同時に行い、しかも窒素原子Nの
運動の移動距離の範囲も、前記の最大移動距離以下の範
囲内でランダムに変化させる。更にまた、前記の窒素原
子Nから炭素原子CA2に向かう方向ベクトルの方向変
化により、炭素原子CA2も窒素原子Nを回転中心点と
して3次元的に、すなわち、ペプチド平面Pの中だけで
はなく、ペプチド平面Pの上下に移動する。この際、前
記の窒素原子Nと炭素原子CA2との原子間距離を変化
させずに、結合角のみを変化させる。この炭素原子CA
2の運動は、前記窒素原子Nから前記の炭素原子CA2
へ向かう方向ベクトルの向きが、前記の炭素原子CA1
から前記の炭素原子Cへ向かう方向ベクトルの向きと常
に一致するように、運動を行う。
Note that, due to the change in the direction vector of the direction from the carbon atom CA1 to the carbon atom C, the carbon atom C
Moves three-dimensionally with the carbon atom CA1 as the center of rotation. That is, the movement of the carbon atom C is caused by the peptide plane P.
Not limited to two-dimensional movement only in the
It also moves three-dimensionally up and down. At this time, without changing the interatomic distance between the carbon atom CA1 and the carbon atom C,
Only change the bond angle. Moreover, the range of the moving distance of the carbon atom C is randomly changed within the range of the maximum moving distance or less. Further, due to the change in the direction vector of the direction from the carbon atom C to the nitrogen atom N, the nitrogen atom N also three-dimensionally with the carbon atom C as the center of rotation, that is, not only in the peptide plane P but also in the peptide plane P. Move up and down the plane P. At this time, only the bond angle is changed without changing the interatomic distance between the carbon atom C and the nitrogen atom N. This movement of the nitrogen atom N is caused by the above-mentioned carbon atom C.
And the movement of the nitrogen atom N are randomly changed within the range of the maximum movement distance or less. Furthermore, due to the direction change of the direction vector from the nitrogen atom N to the carbon atom CA2, the carbon atom CA2 is three-dimensionally with the nitrogen atom N as the center of rotation, that is, not only in the peptide plane P but also in the peptide plane. Move up and down the plane P. At this time, only the bond angle is changed without changing the interatomic distance between the nitrogen atom N and the carbon atom CA2. This carbon atom CA
The movement of 2 moves from the nitrogen atom N to the carbon atom CA2.
The direction of the direction vector toward the direction is the carbon atom CA1 described above.
The motion is performed so as to always match the direction of the direction vector from the above to the carbon atom C.

【0026】以上のように、本発明によるタンパク質の
平行移動法においては、「CA1−C」結合のベクトル
の向きのみを変化させるだけで、炭素原子CA1と炭素
原子CA2との相対位置を変化させることができる。す
なわち、「N−CA2」結合のベクトルの方向は、「C
A1−C」結合のベクトルの方向と同じ方向に維持され
る。タンパク質の全体的な立体構造を変形させるには、
いろいろな場所でのペプチド平面に関して、炭素原子C
A1と炭素原子CA2との相対位置を種々に変化させる
だけで充分である。従って、本発明では、この炭素原子
CA1と炭素原子CA2との相対位置の変化による平行
移動法でも充分に目的を達成することができる。
As described above, in the method for translating a protein according to the present invention, the relative position between the carbon atom CA1 and the carbon atom CA2 is changed only by changing the direction of the "CA1-C" bond vector. be able to. That is, the direction of the vector of the “N-CA2” combination is “C
It is maintained in the same direction as the vector of the "A1-C" combination. To change the overall conformation of a protein,
The carbon atom C with respect to the peptide plane at various places
It is sufficient to change the relative position of A1 and the carbon atom CA2 in various ways. Therefore, in the present invention, the object can be sufficiently achieved even by the parallel movement method by changing the relative position of the carbon atom CA1 and the carbon atom CA2.

【0027】しかしながら、前記の炭素原子CA1と炭
素原子CA2との相対位置の変化のみでは、タンパク質
の全体的な構造を変化させることができるものの、タン
パク質を部分的に観察した場合に、各ペプチド平面の傾
きを全く変化させることができない。そこで、「C−
N」結合のベクトルの方向を、「CA1−C」結合のベ
クトルの方向とは独立して動かすことにより、ペプチド
平面Pを回転させるのが好ましい。すなわち、タンパク
質の各ペプチド平面Pが、どのような傾き方をしている
かも、構造上、重要な特徴であり、炭素原子CA1と炭
素原子CA2との相対位置を変化させることに加え、
「C−N」結合のベクトルを変化させることにより、一
層、現実の分子構造に沿ったシミュレーションを実施す
ることができる。
However, although it is possible to change the overall structure of the protein only by changing the relative position of the carbon atom CA1 and the carbon atom CA2, when the protein is partially observed, each peptide plane The inclination of can not be changed at all. Therefore, "C-
It is preferred to rotate the peptide plane P by moving the direction of the vector of the "N" bonds independently of the direction of the vector of the "CA1-C" bonds. That is, how each peptide plane P of the protein is inclined is a structurally important feature, and in addition to changing the relative position of the carbon atom CA1 and the carbon atom CA2,
By changing the vector of the "C-N" bond, it is possible to carry out a simulation in line with the actual molecular structure.

【0028】一方、図4(b)に示すように、従来の二
面角法では「CA1−C」結合〔図4(b)の黒色で示
す結合〕を回転軸とした回転操作と、「N−CA2」結
合〔図4(b)の灰色で示す結合〕を回転軸とした回転
操作を同時に実行する。2つの回転操作の回転角度はそ
れぞれ独立に乱数で決める。すなわち、「CA1−C」
結合の変形角度ψ及び「N−CA2」結合の変形角度φ
は、それぞれ前記の最大回転角度以下の範囲でランダム
に決定する。
On the other hand, as shown in FIG. 4 (b), in the conventional dihedral angle method, a "CA1-C" bond [bonding shown in black in FIG. 4 (b)] is used as a rotation axis, and " The rotation operation with the "N-CA2" bond [bond shown in gray in FIG. 4 (b)] as the rotation axis is simultaneously executed. The rotation angles of the two rotation operations are independently determined by random numbers. That is, "CA1-C"
Deformation angle ψ of bond and “N-CA2” deformation angle φ of bond
Are randomly determined within the range of the maximum rotation angle or less.

【0029】本発明者が見出した前記の平行移動方法を
利用するMCシミュレーションの実行手順の概要を、以
下に説明する。例えば、主鎖部分の構造変形方法に利用
する場合は、下記の手順1〜手順3までの操作を繰り返
し実行する。 (1)手順1:ペプチド分子の任意のペプチド結合にお
ける変形工程 各ペプチド鎖の主鎖上には、ペプチド結合による平面部
が「アミノ酸残基数−1」個存在するので、その中から
一平面を選択して、前記の平行移動法による変形操作を
行う。 (2)手順2:変形操作前後の構造エネルギー差の算出
工程 前記の平行移動法による変形操作前後の2つのペプチド
分子の構造について、それぞれのポテンシャルエネルギ
ーを計算して求める。ポテンシャルエネルギーの計算方
法は、従来の二面角法での計算方法と同様の通常の計算
方法を用いることができる。 (3)手順3:エネルギー差に基づき、変形の採用/不
採用を判定する工程 前記手順2によって得られたポテンシャルエネルギーの
差に基づいて、変形操作後の構造を採用するか、棄却し
て不採用とするかを判定する。この判定基準も、従来の
二面角法での判定方法と同様の通常の判定方法を用いる
ことができる。例えば、従来の二面角法と同様に、メト
ロポリス法[Metropolis, N., Rosenbluth, A. W., Ros
enbluth, M. N., Teller, A. H. and Teller, E. Equat
ion of state calculations by fast computer machine
s. J. Chem. Phys. 21, 1087-1092 (1953)]に基づいて
判定することができる。
The outline of the execution procedure of the MC simulation using the above-mentioned parallel movement method found by the present inventor will be described below. For example, when the method is used for the structural deformation method of the main chain portion, the following procedure 1 to procedure 3 is repeatedly executed. (1) Procedure 1: Deformation step in arbitrary peptide bond of peptide molecule Since there are "planar number of amino acid residues-1" by the peptide bond on the main chain of each peptide chain, one plane is selected from them. Is selected to perform the deformation operation by the parallel movement method. (2) Procedure 2: Calculation step of structural energy difference before and after deformation operation The potential energy of each of the structures of the two peptide molecules before and after the deformation operation by the parallel transfer method is calculated and obtained. As a method of calculating the potential energy, a normal calculation method similar to the calculation method of the conventional dihedral angle method can be used. (3) Step 3: Step of deciding adoption / non-adoption of deformation based on energy difference Based on the difference in potential energy obtained in step 2, the structure after the deformation operation is adopted or rejected and rejected. Determine whether to adopt. For this criterion, an ordinary judgment method similar to the conventional dihedral angle method can be used. For example, like the conventional dihedral method, the Metropolis method [Metropolis, N., Rosenbluth, AW, Ros
enbluth, MN, Teller, AH and Teller, E. Equat
ion of state calculations by fast computer machine
s. J. Chem. Phys. 21, 1087-1092 (1953)].

【0030】メトロポリス法では、変形によってエネル
ギー値が小さくなった場合は無条件に変形後の構造を採
用する。一方、変形によってエネルギー値が高くなった
場合は、基本的には変形後の構造はほとんど廃棄される
が、エネルギー値に応じた確率で、変形後の構造を少し
は採用することがある。それは、自然でも一個一個の分
子のエネルギー変化に注目した場合は、まれには、ポテ
ンシャルエネルギーが高くなる変化も起きることに対応
している。すなわち、或る形状変化が可能な分子は、現
実の自然でも、さまざまな構造をとっており、必ずしも
ポテンシャルエネルギーが最小の構造だけが存在するわ
けではないので、そのような現実の分子構造の存在状況
を計算機上でも実現し、リアルなシミュレーションを目
指すものである。
In the metropolis method, when the energy value becomes small due to deformation, the structure after deformation is unconditionally adopted. On the other hand, when the energy value becomes high due to the deformation, basically the structure after the deformation is mostly discarded, but the structure after the deformation may be adopted a little with a probability according to the energy value. It corresponds to the change in the potential energy that rarely occurs even if the energy change of each molecule is noted even in nature. That is, since molecules capable of changing a certain shape have various structures even in actual nature, and there is not necessarily only a structure having the minimum potential energy, the existence of such an actual molecular structure The purpose is to realize the situation on a computer and aim for a realistic simulation.

【0031】前記の「手順1」から「手順3」までの一
巡の作業をシミュレーション進行過程の1つのまとまり
と考え、以後では「1ステップ」と呼ぶことにする。本
発明に基づくシミュレーションでは「手順1」における
主鎖上のペプチド平面部の選択は、ステップの進行に伴
ってN末端から順々に選んでいき、C末端に達したら再
びN末端に戻って繰り返すという順序で行うことができ
る。あるいは、C末端から順々に選んでいき、N末端に
達したら再びC末端に戻って繰り返すという順序で行う
こともできるし、あるいは、N末端とC末端との中間部
から開始することもできる。ここで、対象となるペプチ
ド鎖に含まれる全ペプチド平面の選択及び変形操作が一
巡する間(例えば、N末端からC末端まで一巡する間)
に行われる一連の操作をまとめて1スイープと呼ぶこと
にする。例えば、28merのペプチド鎖のシミュレー
ションでは、1スイープには27ステップ分の操作が含
まれることになる。
A round of work from "Procedure 1" to "Procedure 3" is considered as one unit of the simulation progress process, and will be referred to as "1 step" hereinafter. In the simulation based on the present invention, the selection of the peptide plane portion on the main chain in “Procedure 1” is sequentially selected from the N-terminal as the steps proceed, and when the C-terminal is reached, the selection is returned to the N-terminal and repeated. Can be done in that order. Alternatively, it is possible to sequentially select from the C-terminal and return to the C-terminal and repeat when the N-terminal is reached, or it is possible to start from an intermediate portion between the N-terminal and the C-terminal. . Here, while the selection and modification operations of all the peptide planes included in the target peptide chain make one round (for example, one round from the N terminus to the C terminus)
The series of operations performed in step 1 will be collectively referred to as one sweep. For example, in a simulation of a 28-mer peptide chain, one sweep includes 27 steps of operation.

【0032】適当な回数のステップをまとめて1スイー
プと計数する理由は、複数回のステップ操作を組み合わ
せることによって計算過程を把握しやすくするためであ
る。例えば、或るペプチド鎖の計算の進行度はステップ
数で記述するよりも、そのペプチド鎖の中の可変部分の
数と同じ回数のステップ操作を1スイープと定義して、
スイープ回数で進行度をあらわすようにすれば、mスイ
ープ時点では、各可変部分が、一ヶ所あたり平均m回変
形操作を受けたことがわかる。この有用性は、例えば、
大きさの異なる分子同士のMC計算をそれぞれ実行し、
両者の計算の進行度を比較するときに、両分子の計算の
スイープ数が同じであれば各可変部分一ヶ所あたり同じ
回数の変形操作を受けたことがすぐ分かる。
The reason why a suitable number of steps are collectively counted as one sweep is to make it easy to grasp the calculation process by combining a plurality of step operations. For example, rather than describing the calculation progress of a certain peptide chain by the number of steps, one step is defined as a step operation with the same number of times as the number of variable parts in the peptide chain,
If the degree of progress is represented by the number of sweeps, it can be seen that each variable portion has undergone an average of m deformation operations per location at the time of m sweeps. This utility is, for example,
Perform MC calculation of molecules with different sizes,
When comparing the calculation progresses of both molecules, it is immediately apparent that if the number of sweeps of calculation of both molecules is the same, the same number of deformation operations are performed per variable portion.

【0033】本発明者が見出した前記の平行移動方法
は、ペプチド鎖の主鎖部の構造変形のみでなく、側鎖部
の構造変形にも用いることができる。例えば、対象とな
るペプチド鎖の主鎖部に関して前記の手順1〜手順3ま
での操作によるステップを2スイープ連続で変形し、そ
れから側鎖部をN末端からC末端まで1残基づつ順番に
変形するという組み合わせでシミュレーションを行うこ
とができる。主鎖部に関するスイープの回数、及び側鎖
部に関するスイープの回数は、任意に選ぶことができ
る。これらのスイープを所定の回数(例えば、100,
000回、あるいは200,000回)繰り返して、モ
ンテカルロシミュレーションの1試行とする。こうした
1試行を終了する毎に、前記の最大移動距離の設定を変
えて、別の試行を実施することができる。なお、前記の
1試行は、主鎖部の構造変形のみで実施することも、あ
るいは側鎖部の構造変形を組み合わせて実施することも
できる。
The above-mentioned parallel displacement method found by the present inventor can be used not only for the structural modification of the main chain part of the peptide chain but also for the structural modification of the side chain part. For example, with respect to the main chain part of the target peptide chain, the steps by the above-mentioned steps 1 to 3 are modified in two consecutive sweeps, and then the side chain part is modified from N-terminal to C-terminal one residue at a time. The simulation can be performed by the combination of doing. The number of sweeps for the main chain portion and the number of sweeps for the side chain portion can be arbitrarily selected. These sweeps are performed a predetermined number of times (for example, 100,
000 times or 200,000 times) is repeated to make one trial of Monte Carlo simulation. Each time one such trial is completed, the setting of the maximum moving distance can be changed and another trial can be performed. The above-mentioned one trial can be carried out only by the structural modification of the main chain portion, or can be carried out by combining the structural modification of the side chain portion.

【0034】また、側鎖部の変形操作において或る残基
を変形する場合は、その残基全体を1単位の移動剛体単
位とし、それ以外の部分を1単位の固定剛体単位として
平行移動法(例えば、最大移動距離=0.5Å)でラン
ダムに変形し、メトロポリスの方法でその変形を採用す
るかどうかを判定することができる。ただし、側鎖に存
在するメチル基や芳香環のように現実には回転運動を起
こしていると見なせる部分については平行移動法の代わ
りに二面角法(例えば、最大回転角度=5゜)で変形操
作を行うのが好ましい。以上のように、本発明者が見出
した前記の平行移動方法は、ペプチド鎖の主鎖部の構造
変形のみでなく、側鎖部の構造変形にも用いることがで
きる。更に、ペプチド鎖の主鎖部の構造変形に、本発明
者が見出した前記の平行移動方法を二面角法と組み合わ
せて用いることもできる。
When a certain residue is modified in the modification operation of the side chain, the whole residue is set as a moving rigid body unit of 1 unit, and the other parts are set as a fixed rigid body unit of 1 unit, and the parallel moving method is used. (For example, the maximum moving distance = 0.5 Å), it is possible to randomly deform, and it is possible to determine whether or not to adopt the deformation by the method of Metropolis. However, for parts that can be considered to actually cause rotational motion, such as the methyl groups and aromatic rings present in the side chains, the dihedral angle method (for example, maximum rotational angle = 5 °) is used instead of the parallel displacement method. It is preferable to perform a deforming operation. As described above, the above-mentioned parallel displacement method found by the present inventor can be used not only for the structural modification of the main chain part of the peptide chain but also for the structural modification of the side chain part. Further, the above-mentioned parallel displacement method found by the present inventor can be used in combination with the dihedral angle method for structural deformation of the main chain portion of the peptide chain.

【0035】次に、本発明による化合物の立体構造探索
装置について、図5に沿って説明する。図5は、本発明
による立体構造探索装置1の構成図である。立体構造探
索装置1は、入力部2、中央処理部3、及び出力部4を
含み、前記中央処理部3は、制御部5、記憶部6、処理
部7、及び計数部8を含む。
Next, the three-dimensional structure searching apparatus for compounds according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a configuration diagram of the three-dimensional structure searching apparatus 1 according to the present invention. The three-dimensional structure searching apparatus 1 includes an input unit 2, a central processing unit 3, and an output unit 4, and the central processing unit 3 includes a control unit 5, a storage unit 6, a processing unit 7, and a counting unit 8.

【0036】入力部2からは、立体構造の検索対象とな
る指定化合物の情報、前記指定化合物をセグメントに分
割する方法、仮想初期立体構造、最大移動距離、ステッ
プ数、スイープ数、等を入力して指定することができ
る。これらの探索条件は、中央処理部3内の入力処理部
2a及び制御部5を介して、記憶部6に記憶される。例
えば、指定化合物の情報(例えば、仮想初期立体構造)
は、指定化合物記憶領域61に記憶され、同様に、前記
指定化合物をセグメントに分割する方法及びその方法に
よって分割された各セグメントはセグメント記憶領域6
2、最大移動距離は最大移動距離記憶領域65、ステッ
プ数及びスイープ数は、ステップ数・スイープ数記憶領
域66にそれぞれ記憶される。
From the input section 2, the information of the specified compound to be searched for the three-dimensional structure, the method of dividing the specified compound into segments, the virtual initial three-dimensional structure, the maximum moving distance, the number of steps, the number of sweeps, etc. are inputted. Can be specified. These search conditions are stored in the storage unit 6 via the input processing unit 2a in the central processing unit 3 and the control unit 5. For example, information on a specified compound (eg, virtual initial three-dimensional structure)
Is stored in the designated compound storage area 61, and similarly, the method of dividing the designated compound into segments and each segment divided by the method is stored in the segment storage area 6
2. The maximum moving distance is stored in the maximum moving distance storage area 65, and the step number and the sweep number are stored in the step number / sweep number storage area 66, respectively.

【0037】中央処理部3内の処理部7には、セグメン
ト分割処理部71、セグメント選択部72、及び移動距
離選択部73が含まれており、セグメント分割処理部7
1では、予め指定した方式で前記指定化合物を分割し、
その分割セグメントをセグメント記憶領域62に記憶さ
せることができる。セグメント選択部72では、複数の
セグメントの中から、相互に結合して隣接する2つのセ
グメントを選択する。また、移動距離選択部73では、
最大移動距離記憶領域65に記憶されている最大移動距
離の範囲内で、乱数により移動距離をランダムに選択す
る。
The processing unit 7 in the central processing unit 3 includes a segment division processing unit 71, a segment selection unit 72, and a movement distance selection unit 73. The segment division processing unit 7
In 1, the specified compound is divided according to the method specified in advance,
The divided segment can be stored in the segment storage area 62. The segment selection unit 72 selects two adjacent segments that are connected to each other from the plurality of segments. Further, in the movement distance selection unit 73,
Within the range of the maximum moving distance stored in the maximum moving distance storage area 65, the moving distance is randomly selected by a random number.

【0038】中央処理部3内の処理部7は、更に、平行
移動操作部74、分子ポテンシャルエネルギー計算部7
5、及び比較判定部76を含む。平行移動操作部74
は、前記の移動距離選択部73においてランダムに選択
された特定移動距離で、固定剛体単位に対して移動剛体
単位を平行移動する操作を行い、分子ポテンシャルエネ
ルギー計算部75は、指定化合物の仮想初期立体構造の
分子ポテンシャルエネルギー、又は平行移動操作によっ
て変形された仮想立体構造の分子ポテンシャルエネルギ
ーを計算する。指定化合物の仮想初期立体構造の分子ポ
テンシャルエネルギーは、そのまま前記記憶部6の分子
ポテンシャルエネルギー記憶領域63に記憶される。ま
た、比較判定部76は、変形後の立体構造の分子ポテン
シャルエネルギーと、既に前記記憶部6の分子ポテンシ
ャルエネルギー記憶領域63に記憶されている分子ポテ
ンシャルエネルギーとを比較し、採用する分子ポテンシ
ャルエネルギーを判定し、採用する分子ポテンシャルエ
ネルギーの計算値を、新たに前記分子ポテンシャルエネ
ルギー記憶領域63に記憶する。また、その採用された
分子ポテンシャルエネルギーの計算値を有する仮想立体
構造は、前記分子ポテンシャルエネルギーの計算値と関
連させて、立体構造記憶領域64に記憶される。
The processing unit 7 in the central processing unit 3 further includes a parallel movement operating unit 74 and a molecular potential energy calculating unit 7.
5 and a comparison and determination section 76. Translation operation unit 74
Performs an operation of translating the moving rigid body unit with respect to the fixed rigid body unit at a specific moving distance randomly selected by the moving distance selecting unit 73. The molecular potential energy of the three-dimensional structure or the molecular potential energy of the virtual three-dimensional structure deformed by the parallel movement operation is calculated. The molecular potential energy of the virtual initial three-dimensional structure of the designated compound is stored in the molecular potential energy storage area 63 of the storage unit 6 as it is. Further, the comparison / determination unit 76 compares the molecular potential energy of the deformed three-dimensional structure with the molecular potential energy already stored in the molecular potential energy storage area 63 of the storage unit 6, and determines the molecular potential energy to be adopted. The calculated calculated molecular potential energy to be adopted is newly stored in the molecular potential energy storage area 63. The virtual three-dimensional structure having the calculated calculated molecular potential energy is stored in the three-dimensional structure storage area 64 in association with the calculated calculated molecular potential energy.

【0039】中央処理部3内の処理部7は、更に、第1
分岐判定部77及び第2分岐判定部78を含むことがで
きる。第1分岐判定部77は、後述する計数部8で計数
されるステップ数と、ステップ数・スイープ数記憶領域
66に記憶されている指定ステップ数とを比較し、ステ
ップ処理を繰り返すか、あるいは、ステップ処理を終了
して次の工程へ進行させるかを判定して制御する。ま
た、第2分岐判定部78は、後述する計数部8で計数さ
れるスイープ数と、ステップ数・スイープ数記憶領域6
6に記憶されている指定スイープ数とを比較し、スイー
プ処理を繰り返すか、あるいは、スイープ処理を終了し
て次の工程へ進行させるかを判定して制御する。
The processing unit 7 in the central processing unit 3 further includes a first
A branch determination unit 77 and a second branch determination unit 78 may be included. The first branch determination unit 77 compares the number of steps counted by the counting unit 8 described later with the designated number of steps stored in the number-of-steps / sweep-number storage area 66 and repeats the step processing, or It is determined and controlled whether to end the step process and proceed to the next process. In addition, the second branch determination unit 78 is configured to store the number of sweeps counted by the counting unit 8, which will be described later, and the number of steps / sweep number storage area 6
The number of designated sweeps stored in 6 is compared, and it is determined whether the sweep processing is repeated or whether the sweep processing is terminated and the next step is performed.

【0040】中央処理部3は、前記のとおり計数部8を
含むことができ、前記計数部8には、ステップ数計数部
81、及びスイープ数計数部82を含むことができる。
ステップ数計数部81は、(イ)セグメント選択工程、
(ロ)移動剛体単位の平行移動工程、(ハ)変形仮想立
体構造の分子ポテンシャルエネルギー計算工程、(ニ)
変形後立体構造の分子ポテンシャルエネルギーと、分子
ポテンシャルエネルギー記憶領域63に記憶されている
分子ポテンシャルエネルギーとの比較工程、及び(ホ)
採用すると判定された分子ポテンシャルエネルギーを、
その際の仮想立体構造と関連させて、新たに前記分子ポ
テンシャルエネルギー記憶領域63に記憶する工程を含
む前記工程(イ)〜(ホ)を1ステップとし、そのステ
ップ数を計数する。この計数値は、前記処理部3の第1
分岐判定部77において、前記記憶部6のステップ数・
スイープ数記憶領域66に記憶されている指定ステップ
数の整数倍であるか否かが判定され、整数倍でない場合
は、前記セグメント選択工程(イ)へ戻し、整数倍であ
る場合は、次の工程へ進行させる。
The central processing unit 3 may include the counting unit 8 as described above, and the counting unit 8 may include the step number counting unit 81 and the sweep number counting unit 82.
The step number counting unit 81 is
(B) Translation process of moving rigid unit, (c) Molecular potential energy calculation process of deformed virtual three-dimensional structure, (d)
A step of comparing the molecular potential energy of the three-dimensional structure after deformation with the molecular potential energy stored in the molecular potential energy storage area 63, and (e)
The molecular potential energy determined to be adopted is
In association with the virtual three-dimensional structure at that time, the steps (a) to (e) including the step of newly storing in the molecular potential energy storage area 63 are defined as one step, and the number of steps is counted. This count value is the first value of the processing unit 3.
In the branch determination unit 77, the number of steps in the storage unit 6
It is determined whether or not it is an integral multiple of the number of designated steps stored in the sweep number storage area 66. If it is not an integral multiple, the process returns to the segment selection step (a). Proceed to the process.

【0041】ステップ数・スイープ数記憶領域66にお
いて記憶させる指定ステップ数は、例えば、指定化合物
に含まれるセグメント合計数から1を引いた数である。
例えば、タンパク質が指定化合物であり、そのペプチド
鎖に含まれる全ペプチド結合によってセグメントを分割
する場合は、指定ステップ数は、アミノ酸残基の合計数
から1を引いた数である。すなわち、28merのペプ
チド鎖のシミュレーションでは、指定ステップ数は、2
7である。
The designated step number stored in the step number / sweep number storage area 66 is, for example, the number obtained by subtracting 1 from the total number of segments included in the designated compound.
For example, when the protein is the specified compound and the segment is divided by all peptide bonds contained in the peptide chain, the specified number of steps is the total number of amino acid residues minus one. That is, in the simulation of a 28-mer peptide chain, the specified number of steps is 2
7

【0042】スイープ数計数部82では、前記の第1分
岐判定部77において次の工程へ進行させた回数をスイ
ープ数として計数する。この計数値は、前記処理部3の
第2分岐判定部78において、前記記憶部6のステップ
数・スイープ数記憶領域66に記憶されている指定スイ
ープ数であるか否かが判定され、前記指定スイープ数に
満たない場合は、前記選択工程(イ)へ戻し、前記指定
スイープ数以上である場合は、次の工程、すなわち、出
力工程へ進行させる。ステップ数・スイープ数記憶領域
66において記憶させる指定スイープ数は、特に限定さ
れるものではないが、例えば、10,000〜1,00
0,000回である。
The sweep number counting unit 82 counts the number of times the first branch determination unit 77 has advanced to the next step as the number of sweeps. In the second branch determination unit 78 of the processing unit 3, it is determined whether or not this count value is the designated sweep number stored in the step number / sweep number storage area 66 of the storage unit 6, and the designation is performed. If the number of sweeps is less than the specified number of sweeps, the process returns to the selection step (a). If the number of sweeps is greater than or equal to the specified number of sweeps, the next step, that is, the output step is performed. The number of designated sweeps stored in the step number / sweep number storage area 66 is not particularly limited, but is, for example, 10,000 to 1,000.
It is 10,000 times.

【0043】出力工程に進行すると、出力処理部4aを
介して、出力手段4により、最終ステップの終了後に分
子ポテンシャルエネルギー計算部75に記憶されている
計算値と関連されて立体構造記憶領域64に記憶されて
いる仮想立体構造が出力される。出力手段4は、記憶部
6に記憶されている全記憶を出力することができる。例
えば、記憶部6の指定化合物記憶領域61、セグメント
記憶領域62、分子ポテンシャルエネルギー記憶領域6
3、立体構造記憶領域64、及び最大移動距離記憶領域
65に記憶されたことのある全ての記憶を、例えば、累
積記憶領域67に累積して記憶させておき、その内容を
出力手段4から出力することができる。
When the process proceeds to the output step, the output means 4 outputs the data to the three-dimensional structure storage area 64 in association with the calculated value stored in the molecular potential energy calculation unit 75 after the final step by the output processing unit 4a. The stored virtual three-dimensional structure is output. The output unit 4 can output the entire storage stored in the storage unit 6. For example, the designated compound storage area 61, the segment storage area 62, the molecular potential energy storage area 6 of the storage unit 6
3, the three-dimensional structure storage area 64, and the maximum moving distance storage area 65, all the storages that have been stored in the storage area 67 are accumulated and stored, and the content is output from the output unit 4. can do.

【0044】次に、本発明による平行移動法を用いて、
モンテカルロシミュレーションによってタンパク質の立
体構造を予測する動作をフローチャートに沿って説明す
る。図6は、1試行の操作を示すフローチャートであ
る。最初に、シミュレーション条件を入力手段から指定
する(工程S1)。シミュレーション条件としては、構
造を予測する対象となるタンパク質の1次構造、仮想し
た初期の立体構造(例えば、直線状)、最大移動距離の
範囲、主鎖部スイープ処理の回数、側鎖部スイープ処理
の回数、あるいは全スイープ処理の回数などである。こ
れらは、例えば、前記図5に示す立体構造探索装置の記
憶部6に記憶される。
Next, using the translation method according to the present invention,
The operation of predicting the three-dimensional structure of a protein by Monte Carlo simulation will be described according to a flowchart. FIG. 6 is a flowchart showing the operation of one trial. First, the simulation condition is designated from the input means (step S1). The simulation conditions include the primary structure of a protein whose structure is to be predicted, an imaginary initial three-dimensional structure (for example, a linear shape), the range of the maximum migration distance, the number of main chain sweep processes, and the side chain sweep process. Or the number of all sweep processes. These are stored in, for example, the storage unit 6 of the three-dimensional structure searching apparatus shown in FIG.

【0045】次に、予め指定された前記タンパク質につ
いて、同じく予め指定された仮想初期立体構造の分子ポ
テンシャルエネルギーを計算する(工程S2)。仮想初
期立体構造としては、任意の構造を仮想することがで
き、例えば、直線状構造、αヘリックス構造又はβシー
ト構造などを挙げることができる。前記の計算結果は、
その際に用いた仮想立体構造(すなわち、仮想初期立体
構造)と関連させて、計算値記憶領域(例えば、分子ポ
テンシャルエネルギー記憶領域63)に記憶される(工
程S3)。仮想初期立体構造は、例えば、立体構造記憶
領域64に記憶される。なお、前記の計算結果及び仮想
初期立体構造を、分子ポテンシャルエネルギー記憶領域
63及び立体構造記憶領域64に記憶すると共に、別途
設けた累積記憶領域67に記憶することもできる。
Next, for the previously designated protein, the molecular potential energy of the previously designated virtual initial three-dimensional structure is calculated (step S2). As the virtual initial three-dimensional structure, any structure can be virtualized, and examples thereof include a linear structure, an α helix structure, and a β sheet structure. The above calculation result is
It is stored in the calculated value storage area (for example, the molecular potential energy storage area 63) in association with the virtual three-dimensional structure used at that time (that is, the virtual initial three-dimensional structure) (step S3). The virtual initial three-dimensional structure is stored in the three-dimensional structure storage area 64, for example. The calculation result and the virtual initial three-dimensional structure can be stored in the molecular potential energy storage area 63 and the three-dimensional structure storage area 64, and can also be stored in the separately provided cumulative storage area 67.

【0046】続いて、主鎖スイープ処理を実施する(工
程S4)。主鎖スイープ処理の具体的内容を、図7に示
す。主鎖スイープ処理においては、最初に、ペプチド結
合の選択が行われる(工程S41)。ペプチド結合は、
指定タンパク質が含む全ペプチド結合の中から任意のペ
プチド結合を順次選択する。この選択により、指定タン
パク質が二分割される。すなわち、一方のα炭素原子を
含む側の固定剛体単位と、もう一方のα炭素原子を含む
側の移動剛体単位とに二分割される。
Subsequently, a main chain sweep process is carried out (step S4). FIG. 7 shows the specific content of the main chain sweep processing. In the main chain sweep process, first, peptide bonds are selected (step S41). The peptide bond is
An arbitrary peptide bond is sequentially selected from all peptide bonds contained in the designated protein. This selection splits the designated protein in two. That is, it is divided into a fixed rigid body unit on the side containing one α carbon atom and a moving rigid body unit on the side containing the other α carbon atom.

【0047】続いて、乱数を用いて、指定最大移動距離
の範囲内で特定移動距離をランダムに選択する(工程S
42)。この特定移動距離も、累積記憶領域67に記憶
しておくことができる。次に、前記工程S41で選択し
たペプチド結合の両側に存在する前記固定剛体単位に対
して前記移動剛体単位を、前記工程S42で選択した特
定移動距離で平行移動させて立体構造を変形させる(工
程S43)。なお、この変形工程S43では、選択ペプ
チド結合の両側に存在する一方のα炭素原子に対しても
う一方のα炭素原子の相対位置を変更させるだけで充分
であるが、前記図4(a)に沿って説明したとおり、
「CA1−C」結合、「C−N」結合、及び「N−CA
2」結合の3本の共有結合をそれぞれ移動させるのが好
ましい。具体的には、「CA1−C」結合は、炭素原子
CA1から炭素原子Cに向かう方向ベクトルを指定範囲
内でランダムに変化させ、「C−N」結合も、窒素原子
Nから炭素原子CA2に向かう方向ベクトルを指定範囲
内でランダムに変化させる。これらの方向ベクトルの変
化はそれぞれ独立に行う。また、「N−CA2」結合
は、窒素原子Nから炭素原子CA2に向かう方向ベクト
ルを、常に炭素原子CA1から炭素原子Cに向かう方向
ベクトルと一致させるように変化させる。
Then, using a random number, a specific movement distance is randomly selected within the designated maximum movement distance (step S).
42). This specific moving distance can also be stored in the cumulative storage area 67. Next, the moving rigid body unit is translated in parallel with the fixed rigid body unit existing on both sides of the peptide bond selected in the step S41 by the specific moving distance selected in the step S42 to deform the three-dimensional structure (step. S43). In this modification step S43, it is sufficient to change the relative position of one α carbon atom existing on both sides of the selected peptide bond to the other α carbon atom. As I explained along
"CA1-C" bond, "C-N" bond, and "N-CA"
It is preferred to move each of the three covalent bonds of the 2 "bond. Specifically, the "CA1-C" bond randomly changes the direction vector from the carbon atom CA1 to the carbon atom C within a specified range, and the "CN" bond also changes from the nitrogen atom N to the carbon atom CA2. Randomly change the direction vector toward the specified range. Changes in these direction vectors are made independently. Further, the "N-CA2" bond changes the direction vector from the nitrogen atom N toward the carbon atom CA2 so as to always match the direction vector from the carbon atom CA1 toward the carbon atom C.

【0048】次に、前記変形工程S43によって変形さ
れたタンパク質の仮想立体構造の分子ポテンシャルエネ
ルギーを計算する(工程S44)。得られた計算値は、
その際の仮想立体構造と関連させて前記累積記憶領域6
7に記憶しておくことができる。続いて、前記計算工程
S44で計算した変形後タンパク質の立体構造の分子ポ
テンシャルエネルギーと、前記記憶工程S3で計算値記
憶領域(例えば、分子ポテンシャルエネルギー記憶領域
63)に記憶された仮想初期立体構造の分子ポテンシャ
ルエネルギーとを比較する(工程S45)。この分子ポ
テンシャルエネルギーの差に基づき、例えば、メトロポ
リス法に従って、採用する分子ポテンシャルエネルギー
及びその際の仮想立体構造を判定する。
Next, the molecular potential energy of the virtual three-dimensional structure of the protein transformed by the transformation step S43 is calculated (step S44). The calculated value obtained is
The cumulative storage area 6 is associated with the virtual three-dimensional structure at that time.
It can be stored in 7. Subsequently, the molecular potential energy of the three-dimensional structure of the deformed protein calculated in the calculation step S44 and the virtual initial three-dimensional structure stored in the calculated value storage area (for example, the molecular potential energy storage area 63) in the storage step S3. The molecular potential energy is compared (step S45). Based on this difference in molecular potential energy, the molecular potential energy to be adopted and the virtual three-dimensional structure at that time are determined according to, for example, the metropolis method.

【0049】前記工程S45の判定で採用することにな
った分子ポテンシャルエネルギーは、新たに、計算値記
憶領域(例えば、分子ポテンシャルエネルギー記憶領域
63)に記憶され、その際の仮想立体構造も、その分子
ポテンシャルエネルギー値と関連させて立体構造記憶領
域64に記憶される。これらのデータも、前記累積記憶
領域67に記憶しておくことができる。次に、前記の計
算値記憶領域(例えば、分子ポテンシャルエネルギー記
憶領域63)への記憶回数をステップ数として計数して
積算し、その積算値が指定ステップ数の整数倍であるか
否かを判定する(工程S47)。指定ステップ数は、ペ
プチド結合の総数であり、ステップ数・スイープ数記憶
領域66に記憶されている。積算値が指定ステップ数の
整数倍でない場合は、前記のペプチド結合選択工程S4
1へ戻し、整数倍である場合は、主鎖スイープ処理を終
了し、前記の積算値を消去する。
The molecular potential energy adopted in the determination in step S45 is newly stored in the calculated value storage area (for example, the molecular potential energy storage area 63), and the virtual three-dimensional structure at that time is also stored. It is stored in the three-dimensional structure storage area 64 in association with the molecular potential energy value. These data can also be stored in the cumulative storage area 67. Next, the number of times of storage in the calculated value storage area (for example, the molecular potential energy storage area 63) is counted as the number of steps and integrated, and it is determined whether the integrated value is an integral multiple of the specified number of steps. (Step S47). The designated step number is the total number of peptide bonds and is stored in the step number / sweep number storage area 66. If the integrated value is not an integral multiple of the specified number of steps, the peptide bond selection step S4
When the value is returned to 1 and is an integral multiple, the main chain sweep processing is ended, and the integrated value is erased.

【0050】続いて、前記図6に戻り、主鎖スイープ処
理の積算回数と指定主鎖スイープ処理回数(m)とを比
較する(工程S5)。主鎖スイープ処理の積算回数は、
前記判定工程S47で積算値が指定ステップ数の整数倍
であるとして、積算値を消去した回数である。一方、指
定主鎖スイープ処理回数(m)は、例えば、1又はそれ
以上(例えば、2〜4)の回数が予めステップ数・スイ
ープ数記憶領域66に記憶されている。前記の積算値が
指定主鎖スイープ処理回数(m)未満の場合は、主鎖ス
イープ処理S4を繰返して実施する。前記の積算値が指
定主鎖スイープ処理回数(m)以上の場合は、主鎖スイ
ープ処理の積算値を消去して、次の側鎖スイープ処理工
程S6に進行する。
Subsequently, returning to FIG. 6, the cumulative number of main chain sweep processes is compared with the designated main chain sweep process frequency (m) (step S5). The total number of main chain sweep processing is
It is the number of times the integrated value is erased, assuming that the integrated value is an integral multiple of the specified number of steps in the determination step S47. On the other hand, as the designated main chain sweep processing number (m), for example, a number of 1 or more (for example, 2 to 4) is stored in advance in the step number / sweep number storage area 66. When the integrated value is less than the designated main chain sweep processing number (m), the main chain sweep processing S4 is repeated. When the integrated value is equal to or greater than the designated main chain sweep processing number (m), the integrated value of the main chain sweep processing is deleted, and the process proceeds to the next side chain sweep processing step S6.

【0051】側鎖スイープ処理工程S6は、図8に示す
とおり、側鎖ステップ処理工程S61及び処理回数判定
工程S62からなる。側鎖ステップ処理工程S61は、
指定タンパク質を、各側鎖毎に、各側鎖部分(移動剛体
単位)とそれ以外の部分(固定剛体単位)とに二分割
し、指定した最大移動距離の範囲内で、乱数によってラ
ンダムに選択する特定移動距離で、各側鎖部分(移動剛
体単位)をそれ以外の部分(固定剛体単位)に対して平
行移動させる。指定最大移動距離は、例えば、最大移動
距離記憶領域65に記憶させておくことができる。
The side chain sweep processing step S6 comprises a side chain step processing step S61 and a processing number determination step S62, as shown in FIG. The side chain step processing step S61 includes
For each side chain, the designated protein is divided into two parts, each side chain part (moving rigid body unit) and the other part (fixed rigid body unit), and randomly selected by random numbers within the specified maximum moving distance. Each side chain portion (moving rigid body unit) is translated in parallel with the other portion (fixed rigid body unit) at a specific moving distance. The designated maximum movement distance can be stored in the maximum movement distance storage area 65, for example.

【0052】1つの側鎖部に関して側鎖ステップ処理工
程S61を実施した後、この側鎖ステップ処理工程S6
1の回数を積算し、その積算数と、指定ステップ数
(b)とを比較する。指定ステップ数(b)としては、
指定タンパク質中の側鎖部の総数(指定タンパク質を構
成するアミノ酸の数に相当)を、例えば、ステップ数・
スイープ数記憶領域66に記憶しておくことができる。
側鎖ステップ処理工程S61の積算数が、指定ステップ
数(b)未満である場合は、側鎖ステップ処理工程S6
1に戻り、別の側鎖を選択して側鎖ステップ処理工程S
61を実施する。側鎖ステップ処理工程S61の積算数
が、指定ステップ数(b)以上である場合は、側鎖ステ
ップ処理の積算値を消去して、次の工程S7へ進行す
る。
After performing the side chain step processing step S61 for one side chain portion, the side chain step processing step S6 is performed.
The number of times of 1 is integrated, and the integrated number is compared with the designated step number (b). As the specified number of steps (b),
For example, the total number of side chains in the designated protein (corresponding to the number of amino acids that make up the designated protein)
It can be stored in the sweep number storage area 66.
When the integrated number of the side chain step processing step S61 is less than the designated step number (b), the side chain step processing step S6
Return to step 1, select another side chain, and select the side chain step processing step S
Carry out 61. When the integrated number of the side chain step processing step S61 is equal to or larger than the designated step number (b), the integrated value of the side chain step processing is deleted and the process proceeds to the next step S7.

【0053】次の工程S7では、側鎖スイープ処理の積
算回数と指定側鎖スイープ処理回数(n)とを比較す
る。側鎖スイープ処理の積算回数は、前記判定工程で積
算値が指定ステップ数(b)以上であるとして、積算値
を消去した回数である。一方、指定側鎖スイープ処理回
数(n)は、例えば、1又はそれ以上(例えば、2〜
4)の回数が予めステップ数・スイープ数記憶領域66
に記憶されている。前記の積算値が指定側鎖スイープ処
理回数(n)未満の場合は、側鎖スイープ処理S6を繰
返して実施する。前記の積算値が指定側鎖スイープ処理
回数(n)以上の場合は、側鎖スイープ処理の積算値を
消去して、次のスイープ処理回数判定工程S9に進行す
る。
In the next step S7, the cumulative number of side chain sweep processes is compared with the designated number of side chain sweep processes (n). The integration count of the side chain sweep process is the number of times the integration value is erased in the determination step, assuming that the integration value is the designated step number (b) or more. On the other hand, the number of designated side chain sweep processes (n) is, for example, 1 or more (for example, 2 to
4) is the number of steps / sweep number storage area 66 in advance.
Remembered in. When the integrated value is less than the designated side chain sweep processing number (n), the side chain sweep processing S6 is repeated. When the integrated value is equal to or more than the designated side chain sweep processing number (n), the integrated value of the side chain sweep processing is erased and the process proceeds to the next sweep processing number determination step S9.

【0054】次のスイープ処理回数判定工程S9では、
主鎖スイープ処理回数、側鎖スイープ処理回数、あるい
はそれらの合計回数の積算数と、指定スイープ処理回数
(p)とを比較し、積算数が、指定スイープ処理回数
(p)未満である場合は、主鎖スイープ処理工程S4に
戻り、別のペプチドを選択して主鎖スイープ処理工程を
実施する。前記の積算数が、指定スイープ処理回数
(p)以上である場合は、主鎖スイープ処理回数、側鎖
スイープ処理回数、あるいはそれらの合計回数の積算数
を消去して、次の出力工程S10へ進行する。
In the next sweep processing number determination step S9,
When the number of main chain sweep processes, the number of side chain sweep processes, or the total number of these processes is compared with the specified number of sweep processes (p), and the integrated number is less than the specified number of sweep processes (p), Then, returning to the main chain sweep processing step S4, another peptide is selected to carry out the main chain sweep processing step. When the integrated number is equal to or more than the designated sweep processing number (p), the main chain sweep processing number, the side chain sweep processing number, or the integrated number of these total numbers is deleted, and the process proceeds to the next output step S10. proceed.

【0055】出力工程S10では、最終的に計算値記憶
領域(例えば、分子ポテンシャルエネルギー記憶領域6
3)に記憶されている分子ポテンシャルエネルギーを有
する仮想立体構造を出力する。その際、前記の分子ポテ
ンシャルエネルギーを併せて出力することもできる。あ
るいは、累積記憶領域67に記憶されているデータの全
部又は一部を選択して出力することもできる。
In the output step S10, the calculated value storage area (for example, the molecular potential energy storage area 6) is finally obtained.
The virtual three-dimensional structure having the molecular potential energy stored in 3) is output. At that time, the above-mentioned molecular potential energy can also be output together. Alternatively, all or part of the data stored in the cumulative storage area 67 can be selected and output.

【0056】本発明は、化合物の立体構造探索を行うこ
とにより、例えば、化合物の立体構造の予測、構造シミ
ュレーション、あるいは分子設計に有効に利用すること
ができる。例えば、前記のように、特に、タンパク質の
折り畳み機構をシミュレーションするモンテカルロ法に
おいて利用することができる。
The present invention can be effectively used for, for example, predicting the three-dimensional structure of a compound, structural simulation, or molecular design by conducting a three-dimensional structure search of the compound. For example, as described above, in particular, it can be used in the Monte Carlo method for simulating the protein folding mechanism.

【0057】[0057]

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
するが、これらは本発明の範囲を限定するものではな
い。 (A)MCシミュレーションの実行手順の概要 (1)MCシミュレーションに用いたポリペプチド鎖の
由来 以下の参考例1や実施例1などの平行移動法及び二面角
法においてMCシミュレーションの対象として、それぞ
れ2種類のポリペプチドを用いた。一つはリボヌクレア
ーゼAのN末端からアミノ酸13残基分にあたるCぺプ
チドであり、実験的にαヘリックス形成能があることが
報告されている[Brown, J. E. and Klee, W. A. Helix
-coil transition of the isolated amino terminals o
f ribonuclease. Biochemistry 10,470-476 (1971)]。
Cペプチドのアミノ酸配列は、以下の通りである。 Lys Glu Thr Ala Ala Ala L
ys Phe GluArg Gln His Met
(配列番号1) もう一つはアミノ酸28残基のポリペプチド(以後28
merと呼ぶ)で、NMRによる構造解析で2本のスト
ランドと一本のヘリックスをもつββα構造をしている
ことが報告されている[Dahiyat, B. I., Sarisky, C.
A. and Mayo, S. L. De Novo protein design: Towards
fully automated sequence selection.J. M. Biol. 27
3, 789-796(1997)]。この28merのアミノ酸配列
は、以下の通りである。 Lys Pro Tyr Thr Ala Arg I
le Lys GlyArg Thr Phe Ser
Asn Glu Lys Glu LeuArg A
sp Phe Leu Glu Thr Phe Th
r GlyArg(配列番号2)
The present invention will be described in detail below with reference to examples, but these do not limit the scope of the present invention. (A) Outline of execution procedure of MC simulation (1) Origin of polypeptide chain used for MC simulation As a target of MC simulation in the parallel displacement method and the dihedral method such as Reference Example 1 and Example 1 below, respectively. Two types of polypeptides were used. One is a C peptide corresponding to 13 amino acid residues from the N-terminal of ribonuclease A, and it has been experimentally reported to have the ability to form an α-helix [Brown, JE and Klee, WA Helix.
-coil transition of the isolated amino terminals o
f ribonuclease. Biochemistry 10,470-476 (1971)].
The amino acid sequence of C peptide is as follows. Lys Glu Thr Ala Ala Ala L
ys Phe GluArg Gln His Met
(SEQ ID NO: 1) Another is a polypeptide of 28 amino acid residues (hereinafter 28
It has been reported by NMR structural analysis that it has a ββα structure with two strands and one helix [Dahiyat, BI, Sarisky, C.
A. and Mayo, SL De Novo protein design: Towards
fully automated sequence selection.JM Biol. 27
3, 789-796 (1997)]. The amino acid sequence of this 28mer is as follows. Lys Pro Tyr Thr Ala Arg I
le Lys GlyArg Thr Phe Ser
Asn Glu Lys Glu LeuArg A
sp Phe Leu Glu Thr Phe Th
r GlyArg (SEQ ID NO: 2)

【0058】(2)MCシミュレーションに用いたソフ
トウェアとハードウエア 以下の参考例1や実施例1などの平行移動法及び二面角
法において、計算に用いたMC法プログラムORTは、
本発明者がC言語を用いて開発した。このMC法プログ
ラムORTは二面角法と平行移動法の両方法を自由に組
み合わせて分子の変形を行うことができる。計算は、L
inux(RedHat6.1)をインストールしたD
OS/Vパソコン(cpuはpentiumIII800
MHz相当)上で実行した。
(2) Software and hardware used for MC simulation The MC method program ORT used for calculation in the parallel movement method and the dihedral angle method of the following Reference Example 1 and Example 1 is
It was developed by the inventor using C language. This MC method program ORT can deform molecules by freely combining both the dihedral angle method and the parallel displacement method. The calculation is L
D with Linux (RedHat 6.1) installed
OS / V PC (cpu is PentiumIII800
MHz equivalent).

【0059】(3)MCシミュレーションに用いた分子
モデル 以下の参考例1や実施例1などの平行移動法及び二面角
法において、計算に用いる分子モデルは、全原子モデル
を用い、N末端はNH3 +、C末端はCOO-とした。分
子モデルを変形する際は、共有結合の長さは固定してお
き、結合角度及び二面角を変更するようにした。全ての
シミュレーションは直線状の初期構造から開始した。
(3) Molecular model used for MC simulation In the parallel displacement method and dihedral angle method of Reference Example 1 and Example 1 below, the molecular model used for calculation is the all-atom model, and the N-terminal is NH 3 + and C-terminal were COO . When the molecular model was deformed, the length of the covalent bond was fixed and the bond angle and dihedral angle were changed. All simulations started with a linear initial structure.

【0060】(4)ポテンシャルエネルギーの計算方法 以下の参考例1や実施例1などの平行移動法及び二面角
法において、分子のポテンシャルエネルギー計算用の力
場パラメータはAMBERのparm96.datファ
イルのものを用いた[Kollman, P., Dixon, R., Cornel
l, W., Fox, T., Chipot, C. and Pohorille, A. The d
evelopment/application of a "minimalist" organic/b
iochemical molecular mechanic force field using a
combination of ab initio calculations and experime
ntal data. In: "Computer simulation of biomolecula
r systems: Theoretical and experimental applicatio
ns" (Van Gunsteren, W. F. and Weiner, P.K. eds.)
p83-p96 (1997) Escom, The Netherlands]。ただし、
αヘリックス構造やβストランド構造への偏向を避ける
ため、主鎖の二面角に関するエネルギー項は計算から除
外した。各エネルギー項目を計算する際のカットオフ半
径は8.0Åとした。また水素結合に関しては、N−H
…Oのなす角度が90゜以下では引力が弱くなり(0.
0倍)、180゜に近くなると引力が強くなる(2.5
倍)ように補正した。計算では水分子は明示的には取り
扱っていないが、水の効果を考慮に入れるため誘電率を
距離の2乗とした。疎水性相互作用をエネルギー計算式
に取り入れるために疎水性側鎖間のエネルギー計算式に
疎水性相互作用に対応する引力項を加えた。温度に対応
するパラメータTは多くの場合は2000Kで定温とし
た。この値は室温である300Kに較べて大きくなって
いるが、これは本シミュレーションでは水を陽に含まな
い系(水を顕わに含まない系)を用いているので、水素
結合や静電相互作用の形成によるエネルギーの利得が大
きく見積もられてしまうことに対してバランスを取った
結果である。なお、水を陽に含まない系とは、水を陽に
含む系(タンパク質分子の周りの水分子を実際に一つ一
つの分子として計算する系)に対する用語である。
(4) Calculation method of potential energy In the parallel transfer method and dihedral angle method of Reference Example 1 and Example 1 below, the force field parameter for calculating the potential energy of the molecule is AMBER parm96. A dat file was used [Kollman, P., Dixon, R., Cornel
l, W., Fox, T., Chipot, C. and Pohorille, A. The d
evelopment / application of a "minimalist" organic / b
iochemical molecular mechanic force field using a
combination of ab initio calculations and experime
ntal data. In: "Computer simulation of biomolecula
r systems: Theoretical and experimental applicatio
ns "(Van Gunsteren, WF and Weiner, PK Eds.)
p83-p96 (1997) Escom, The Netherlands]. However,
In order to avoid the bias toward α-helix structure and β-strand structure, the energy terms related to the dihedral angle of the main chain were excluded from the calculation. The cut-off radius when calculating each energy item was 8.0Å. Regarding hydrogen bond, NH
… At an angle of O of 90 ° or less, the attractive force becomes weak (0.
(0 times), the attraction becomes stronger near 180 ° (2.5
Doubled). Although the water molecule is not explicitly treated in the calculation, the dielectric constant is set to the square of the distance in order to take the effect of water into consideration. In order to incorporate the hydrophobic interaction into the energy calculation formula, an attractive term corresponding to the hydrophobic interaction was added to the energy calculation formula between the hydrophobic side chains. In many cases, the parameter T corresponding to the temperature was 2000K and the temperature was constant. This value is larger than that at room temperature, which is 300 K. However, this simulation uses a system that does not explicitly include water (a system that does not explicitly include water). This is the result of balancing against the fact that the energy gain due to the formation of the action is largely estimated. The system that does not explicitly contain water is a term for a system that explicitly contains water (a system in which water molecules around protein molecules are actually calculated as individual molecules).

【0061】(5)全シミュレーション過程を通しての
設定事項 以下の参考例1や実施例1などの平行移動法及び二面角
法において、1試行のシミュレーションあたり1000
00スイープ(主鎖部の変形操作だけをカウントし、側
鎖部分の変形操作をカウントしない場合)の計算を行っ
た。主鎖部を2スイープ計算する毎に側鎖部をN末端か
らC末端まで1巡分変形操作し、更にペアリストの更新
を行った。平行移動法では、移動距離と方向を乱数によ
ってランダムに更新し、二面角法においては、φ値とψ
値とを乱数によってランダムに更新した。以下の参考例
1や実施例1などの平行移動法及び二面角法において
は、様々な条件下でのシミュレーションを行ったが、或
る条件に関する計算結果について議論する場合は、でき
るだけ偶然に左右されないように、各条件で乱数系列だ
けが異なるシミュレーションを10試行繰り返して行
い、それらの結果を総合して解釈するようにした。
(5) Items to be set throughout the whole simulation process In the parallel movement method and the dihedral angle method of the following Reference Example 1 and Example 1, 1000 per trial simulation
A 00 sweep (when only the deformation operation of the main chain portion is counted and the deformation operation of the side chain portion is not counted) was calculated. Every time the main chain portion was calculated by two sweeps, the side chain portion was deformed by one round from the N terminal to the C terminal, and the pair list was updated. In the parallel movement method, the movement distance and direction are randomly updated by random numbers, and in the dihedral angle method, φ value and ψ
The values and were randomly updated with random numbers. In the parallel displacement method and the dihedral angle method such as Reference Example 1 and Example 1 below, simulations were performed under various conditions. To avoid this, simulations in which only the random number sequence is different under each condition were repeated 10 trials, and the results were comprehensively interpreted.

【0062】[0062]

【参考例1】(1)CペプチドのMCシミュレーション 二面角法と平行移動法を用いてCペプチドのMCシミュ
レーションを行い、その結果を比較検討した。構造形成
の有無を判断する指標としてヘリックス構造を形成して
いる残基数を用いた。各残基がヘリックス構造になって
いるかどうかの判定はDSSP法[Kabsch, W. and San
der, C. Dictionary of protein secondary structure:
Pattern recognition of hydrogen-bonded and geomet
rical features. Biopolymers 22, 2577-2637 (1983)]
で行った。MC法では分子変形の規模の大きさが構造探
索の効率に大きな影響を与えるため、どちらの分子変形
方法を用いる場合でも、変形の程度を様々に変えてシミ
ュレーションを行った。
Reference Example 1 (1) MC Simulation of C Peptide MC simulation of C peptide was performed using the dihedral angle method and the parallel displacement method, and the results were compared and examined. The number of residues forming a helix structure was used as an index for judging the presence or absence of structure formation. The DSSP method [Kabsch, W. and San] is used to determine whether each residue has a helix structure.
der, C. Dictionary of protein secondary structure:
Pattern recognition of hydrogen-bonded and geomet
rical features. Biopolymers 22, 2577-2637 (1983)]
I went there. In the MC method, the size of the molecular deformation has a great influence on the efficiency of the structure search. Therefore, the simulation was performed by changing the degree of the deformation regardless of which molecular deformation method is used.

【0063】結果を図9に示す。図9(a)が平行移動
法、図9(b)が二面角法を用いた場合の結果である。
図9(a)及び図9(b)において、横軸は変形の大き
さ、縦軸はMCシミュレーションを100000スイー
プ行った時点でのヘリックス形成残基数であり、それぞ
れのグラフには4通りの温度パラメータ(1000K、
2000K、3000K、及び4000K)の下でのシ
ミュレーションの結果が重ね書きされている。平行移動
法を用いた場合はヘリックスが効率よく形成されると思
われる適切な条件は、温度パラメータが1000Kから
2000K程度、変形の大きさを表す最大移動距離は、
温度パラメータが1000Kの時は0.3Åから1.0
Å、2000Kの時は0.3Åから0.7Å程度であっ
た。温度パラメータが3000K以上ではほとんどヘリ
ックスは形成されなかった。一方、二面角法を用いた場
合は、ヘリックスを形成するのに適切な条件は、温度パ
ラメータが2000K、最大回転角度20゜から120
゜であった。1000Kや3000Kでもヘリックスは
形成されるが、明らかに2000Kの時よりヘリックス
形成残基数は減少していた。4000Kではほとんどヘ
リックスは形成されなかった。
The results are shown in FIG. FIG. 9A shows the results when the parallel displacement method is used, and FIG. 9B shows the results when the dihedral angle method is used.
In FIGS. 9 (a) and 9 (b), the horizontal axis represents the magnitude of deformation, and the vertical axis represents the number of helix-forming residues at the time when the MC simulation was performed 100,000 sweeps. Temperature parameter (1000K,
The results of the simulation under 2000K, 3000K, and 4000K) are overwritten. Appropriate conditions in which the helix is considered to be formed efficiently when the parallel displacement method is used are that the temperature parameter is about 1000 K to 2000 K, and the maximum movement distance that represents the magnitude of deformation is
0.3 Å to 1.0 when the temperature parameter is 1000K
At Å and 2000K, it was about 0.3Å to 0.7Å. Almost no helix was formed when the temperature parameter was 3000 K or higher. On the other hand, when the dihedral method is used, suitable conditions for forming a helix are that the temperature parameter is 2000K and the maximum rotation angle is 20 ° to 120 °.
It was °. Although helices were formed even at 1000K and 3000K, the number of helix-forming residues was obviously smaller than that at 2000K. Almost no helix was formed at 4000K.

【0064】両方法での最もヘリックス形成効率がよい
と思われる条件同士を比較すると、平行移動法(温度2
000K−最大移動距離0.25Å)では6残基程度し
かヘリックスを形成していなかったのに対して、二面角
法(温度パラメータ2000K−最大回転角度35゜)
では全13残基中10残基以上がヘリックスを形成して
いた。また二面角法(温度パラメータ2000K)のヘ
リックス形成残基数は最大回転角度が15゜から120
゜までのほとんどの範囲で8残基以上となっており、平
行移動法の最適条件での値を上回っていた。このことか
ら、αヘリックスの形成に関しては二面角法の方が平行
移動法より有利に働くことがわかる。これは、一本鎖ヘ
リックスのような単純な構造を対象にした場合には原子
移動に伴う衝突が問題にならないため、二面角法の一回
の変形操作による原子移動が大きいという利点がそのま
まシミュレーション全体での探索効率の良さに反映され
るためと考えられる。
A comparison of the conditions which seem to have the highest helix-forming efficiency in both methods revealed that the parallel transfer method (temperature 2
At 000K-maximum migration distance of 0.25Å), only about 6 residues form a helix, whereas the dihedral method (temperature parameter 2000K-maximum rotation angle of 35 °).
Then, 10 or more residues among all 13 residues formed a helix. Also, the number of helix-forming residues in the dihedral angle method (temperature parameter 2000K) is such that the maximum rotation angle is 15 ° to 120 °.
The number of residues was 8 or more in most of the ranges up to °, which was higher than the value under the optimum conditions of the parallel displacement method. From this, it is understood that the dihedral angle method is more advantageous than the parallel displacement method in forming the α helix. This is because the collision due to atom movement does not pose a problem when targeting a simple structure such as a single-stranded helix, so the advantage that the atom movement by one deformation operation of the dihedral angle method is large remains the same. This is considered to be reflected in the good search efficiency of the entire simulation.

【0065】なお、平行移動法では100000スイー
プ目のヘリックス形成残基数が少ないが、これは平行移
動法を用いた場合にヘリックス構造が発達しないという
ことを意味している訳ではない。この参考例1では、1
条件あたり乱数系列のみを変えた10試行分のMCシミ
ュレーションを行っているが、各試行において最初から
100000スイープ時点までの全過程の間でヘリック
ス形成残基数が最大でどこまで大きくなるかを調べてみ
ると、平行移動法を用いた場合でも、10回の試行のう
ち、どの試行でもヘリックス形成残基数が8残基以上に
なっている時期が存在しており、更に、そのうちの5回
の試行ではヘリックス形成残基数が10残基以上になる
時期があった。すなわち、平行移動法でも瞬間的には長
いヘリックスが形成されるが、そのヘリックスがすぐに
崩れてしまうため、適当なスイープ時点での10試行分
の平均をとった場合には低いヘリックス形成残基数しか
得られないのである。この、ヘリックスが別の形に変わ
り易いという問題は、エネルギー計算に用いる力場関数
とも密接に関係しており、より正しい力場パラメータを
用いることにより改善することができる。
In the parallel transfer method, the number of helix-forming residues at the 100,000th sweep is small, but this does not mean that the helix structure does not develop when the parallel transfer method is used. In this reference example 1, 1
We performed MC simulations for 10 trials by changing only the random number sequence per condition, and in each trial we investigated how much the maximum number of helix-forming residues increased during the entire process from the beginning to the 100,000 sweep point. It can be seen that even when the parallel transfer method is used, there is a period in which the number of helix-forming residues is 8 residues or more in all the trials out of the 10 trials. In some trials, there were times when the number of helix-forming residues was 10 or more. That is, even with the parallel displacement method, a long helix is momentarily formed, but the helix is immediately destroyed, so when taking an average of 10 trials at an appropriate sweep time, a low helix forming residue is obtained. You can only get the number. This problem that the helix easily changes to another shape is closely related to the force field function used for energy calculation, and can be improved by using more correct force field parameters.

【0066】(2)各変形方法を用いた場合のCペプチ
ドのヘリックス形成速度 次いで、各変形方法を用いた場合のヘリックス形成速度
を知るために、(イ)平行移動法にて、2000Kで最
大移動距離0.3Åという条件と(ロ)二面角法にて、
2000Kで最大回転角度30゜という条件でのMCシ
ミュレーションについて、開始時から終了時までのヘリ
ックス形成残基数の経時変化をグラフ化した(図1
0)。図10において、●は二面角法の結果であり、■
は平行移動法の結果である。二面角法では500スイー
プ、平行移動法では5000スイープ程度のMCシミュ
レーションを行えば、グラフはほぼ一定の値になり、以
後は目立った増減は見られなかった。以上のことから、
ヘリックス形成速度に関しても、二面角法は平行移動法
より効率的で、10倍以上速くヘリックス構造を形成す
ることができることがわかった。平衡状態に到達するま
での実際の計算時間は、両方法とも200スイープあた
り12秒ほど計算時間を要することから推定すると、二
面角法で30秒、平行移動法でも300秒ほどであり、
極めて短い計算時間でシミュレーションは平衡状態に到
達するといえる。
(2) Helix formation rate of C-peptide when each modification method is used. Next, in order to know the helix formation rate when each modification method is used, (a) the parallel displacement method, the maximum at 2000K With the condition of moving distance 0.3 Å and (b) dihedral angle method,
Regarding the MC simulation under the condition that the maximum rotation angle was 30 ° at 2000K, the change with time in the number of helix-forming residues from the start to the end was graphed (Fig. 1
0). In FIG. 10, ● indicates the result of the dihedral angle method, and ■
Is the result of the translation method. When an MC simulation of 500 sweeps by the dihedral angle method and about 5000 sweeps by the parallel displacement method was performed, the graph had a substantially constant value, and no significant increase or decrease was observed thereafter. From the above,
Regarding the helix formation rate, it was found that the dihedral angle method is more efficient than the parallel displacement method and can form a helix structure 10 times or more faster. It is estimated that the actual calculation time to reach the equilibrium state is about 12 seconds per 200 sweeps in both methods, and it is estimated that the dihedral angle method is 30 seconds, and the parallel movement method is about 300 seconds.
It can be said that the simulation reaches equilibrium in an extremely short calculation time.

【0067】[0067]

【実施例1及び比較例1】(1)28merのMCシミ
ュレーション 前記参考例1で用いたCペプチドよりは複雑な天然構造
をもつ28merポリペプチドを対象にして、平行移動
法(実施例1)及び二面角法(比較例1)を用いてMC
シミュレーションを行い、その結果を比較検討した。こ
のポリペプチドは、前記のとおりββα構造をとること
がNMRによる実験から知られている。一般的に天然構
造に対してより低いRMSD(root mean s
quare displacement,根平均二乗変
位)値を持つ構造を頻繁に発生させることができる分子
変形方法が構造予測を目指す上で効率的と考えられるた
め、本発明者はシミュレーションで得られた構造のRM
SD値を求め、シミュレーションの有効性を示す指標と
した。
Example 1 and Comparative Example 1 (1) MC Simulation of 28mer Targeting a 28mer polypeptide having a natural structure more complicated than the C peptide used in Reference Example 1, the parallel transfer method (Example 1) and MC using the dihedral angle method (Comparative Example 1)
Simulations were performed and the results were compared and examined. It is known from NMR experiments that this polypeptide has a ββα structure as described above. Generally lower RMSD (root mean s) relative to natural structure
Since the molecular deformation method capable of frequently generating a structure having a square displacement (root mean square displacement) value is considered to be efficient in aiming the structure prediction, the present inventor found that the RM of the structure obtained by the simulation.
The SD value was obtained and used as an index showing the effectiveness of the simulation.

【0068】最初に、平行移動法と二面角法を用いた場
合に、100000スイープ時点でRMSDがどの程度
まで低下しているかを調べた。結果を図11に示す。図
11(a)は、平行移動法により、2000Kの定温条
件下で最大移動距離を様々に変えてMCシミュレーショ
ンを行った結果である。同様に、図11(b)は、二面
角法により、2000Kの定温条件下で最大回転角度を
様々に変えてMCシミュレーションを行った結果であ
る。
First, it was examined to what extent the RMSD was lowered at the time of 100,000 sweeps when the parallel displacement method and the dihedral angle method were used. The results are shown in Fig. 11. FIG. 11A shows the result of performing the MC simulation by the parallel movement method under various conditions of the constant temperature of 2000 K and variously changing the maximum movement distance. Similarly, FIG. 11B shows the result of performing MC simulation by variously changing the maximum rotation angle under the constant temperature condition of 2000 K by the dihedral angle method.

【0069】平行移動法を用いた場合は、最大移動距離
が0.4ÅのときにRMSD値が5.6Åとなり最低値
になった。また、最大移動距離が0.2Åから0.9Å
の範囲でRMSD値は6.5Å付近の値をとっていた。
一方、二面角法を用いた場合は、最大回転角度が40゜
の場合にRMSD値が6.7Åとなり最低値になった。
また、最大回転角度が10゜から110゜の範囲でRM
SD値は7Å前後の値をとっていた。このことから、2
8merのMCシミュレーションでは、平行移動法の方
が二面角法よりもRMSD値の低い構造を効率よく発生
させうると考えられる。
When the parallel displacement method was used, the RMSD value was 5.6Å and the minimum value when the maximum displacement was 0.4Å. Also, the maximum movement distance is 0.2Å to 0.9Å
The RMSD value in the range was around 6.5Å.
On the other hand, when the dihedral angle method was used, the RMSD value was 6.7Å and the minimum value when the maximum rotation angle was 40 °.
Also, the maximum rotation angle is RM within the range of 10 ° to 110 °.
The SD value was around 7Å. From this, 2
In the 8-mer MC simulation, it is considered that the parallel displacement method can efficiently generate a structure having a lower RMSD value than the dihedral angle method.

【0070】なお、ここでのRMSD値は、それぞれの
条件ごとに10回の試行を平均した値であり、またこの
実施例1及び比較例1でのモンテカルロ法に用いられる
力場関数の精度が必ずしも十分なものではないため、5
Å以上という大きな値となっているが、個別のシミュレ
ーションでは3Å台のRMSD値も現れている。表1は
100000スイープ時点の10試行分のRMSD値を
平均しないで小さい順に並べたもので、上段は平行移動
法で最大移動距離0.4Å、下段は二面角法で最大回転
角度が40゜での結果である。この表1中で、最も低い
RMSD値は、平行移動法では3.4Å、二面角法では
4.6Åであった。
The RMSD value here is a value obtained by averaging 10 trials for each condition, and the accuracy of the force field function used in the Monte Carlo method in Example 1 and Comparative Example 1 is 5 is not always enough
Although it is a large value of Å or more, RMSD values of 3 Å units also appear in individual simulations. Table 1 shows the RMSD values for 10 trials at the time of 100,000 sweeps, arranged in ascending order without averaging. The upper row shows the maximum movement distance of 0.4 Å by the parallel displacement method, and the lower row shows the maximum rotation angle of 40 ° by the dihedral angle method. The result is. In Table 1, the lowest RMSD value was 3.4 Å in the parallel displacement method and 4.6 Å in the dihedral angle method.

【0071】《表1》100000スイープの時点にお
ける28merポリペプチドの計算による構造とNMR
による構造との間のRMSD値(Å)の分散 最小値 最大値 平均値 平行移動法: 3.4 4.3 4.3 4.5 5.0 6.5 6.8 7.0 7.0 7.5 5.6二面角法: 4.6 4.8 5.9 6.4 6.8 7.1 7.5 7.8 7.9 8.4 6.7
Table 1 Calculated structure and NMR of 28mer polypeptide at 100,000 sweeps
Distributed Minimum Maximum Mean value translation method of RMSD values between the structure by (Å): 3.4 4.3 4.3 4.5 5.0 6.5 6.8 7.0 7.0 7.5 5.6 dihedral angle method: 4.6 4.8 5.9 6.4 6.8 7.1 7.5 7.8 7.9 8.4 6.7

【0072】(2)各変形方法を用いた場合の28me
rのヘリックス形成速度 次いで、構造が形成される速度を調べるため、(イ)平
行移動法により、最大移動距離0.4Åの条件と、
(ロ)二面角法により、最大回転角度40゜の条件での
RMSDの平均値と最小値の経時変化を調べた。図12
は、RMSDの平均値の経時変化である。このグラフか
ら、平行移動法(黒色線a)は初期には二面角法(灰色
線b)よりもRMSD値が高いが、最終的には二面角法
よりRMSD値が低くなることがわかる。平行移動法で
は変形操作によって移動する全ての原子が同じ距離だけ
少しずつ移動するので、シミュレーションが進んで構造
が複雑になってくると二面角法と比較して原子の衝突が
少なく、効率よく分子変形が行えるものと考えられる。
(2) 28 me when each modification method is used
Helix formation rate of r Next, in order to investigate the rate at which the structure is formed, (a) by the parallel movement method, the condition of the maximum movement distance 0.4 Å,
(B) The change with time of the average value and the minimum value of RMSD under the condition of the maximum rotation angle of 40 ° was examined by the dihedral angle method. 12
Is the change with time of the average value of RMSD. From this graph, it can be seen that the parallel movement method (black line a) initially has a higher RMSD value than the dihedral angle method (grey line b), but finally has a lower RMSD value than the dihedral angle method. . In the parallel displacement method, all the atoms that move by the deformation operation move by the same distance little by little, so when the simulation progresses and the structure becomes more complicated, the number of atom collisions is smaller than in the dihedral angle method, and it is efficient. It is thought that the molecule can be deformed.

【0073】図13は、それぞれの条件での10試行分
のRMSDの最小値の経時変化を示している。平行移動
法(線a)での最小RMSD値は、シミュレーションの
初期には二面角法(線b)よりも高いが、10000ス
イープ以降はほとんどの場合で二面角法より低くなり、
20000スイープ以降からはしばしば2Å台の値をと
るようになった。こうした2Å台の値をとる場合の予想
立体構造を図14に示す。すなわち、図14は、平行移
動法を用いるMCシミュレーションによって得られる前
記低RMSD(2.85Å)での28merの配置(黒
色線a)及び相当するNMRによる構造(灰色線b)を
重ねて表示する。なお、図14には、骨格中の炭素原子
のみを表示している。また、この図14は、RasMo
l[Sayle, R.A. and Milner-White, E. J. RasMol: Bi
omolecular graphics for all. Trends Biochem. Sci.
20, 373-375 (1995)]によって作成した。なお、28m
erの平行移動法では100スイープあたりの計算時間
は30秒ほどであるので、RMSD値が2Å台の構造が
初めて出現するまでに要する計算時間は約100分であ
る。
FIG. 13 shows changes with time of the minimum value of RMSD for 10 trials under each condition. The minimum RMSD value in the translation method (line a) is higher than the dihedral angle method (line b) at the beginning of the simulation, but is lower than the dihedral angle method in most cases after 10,000 sweeps.
From 20000 sweep onwards, it often takes a value of 2Å. FIG. 14 shows a predicted three-dimensional structure when such a value on the order of 2Å is taken. That is, FIG. 14 shows the 28-mer arrangement (black line a) at the low RMSD (2.85Å) obtained by the MC simulation using the translation method and the corresponding NMR structure (grey line b) in an overlapping manner. . Note that FIG. 14 shows only carbon atoms in the skeleton. Moreover, this FIG. 14 shows RasMo.
l [Sayle, RA and Milner-White, EJ RasMol: Bi
omolecular graphics for all. Trends Biochem. Sci.
20, 373-375 (1995)]. 28m
In the er parallel translation method, the calculation time per 100 sweeps is about 30 seconds, so the calculation time required for the first appearance of a structure with an RMSD value of 2Å is about 100 minutes.

【0074】以上のことより、28merのMCシミュ
レーションにおいて天然構造付近の構造を探索するため
には、平行移動法を用いることが最も効率が良いと考え
られる。この結果は、Cペプチドの構造形成には二面角
法の方が効率がよいという結果と対照的である。これは
目指す構造が複雑になるにつれて、変形操作による原子
の衝突が起きにくいという平行移動法の特徴が有利に働
いてくるものと思われる。前記の種々のMCシミュレー
ションの結果から判断すると、Cペプチドのような単純
なヘリックス構造を形成するものに対しては二面角法が
適しているが、28merのようなやや複雑な構造を持
つものに対しては平行移動法が適していることが明らか
である。
From the above, it is considered that the parallel transfer method is the most efficient for searching the structure near the natural structure in the 28-mer MC simulation. This result contrasts with the result that the dihedral angle method is more efficient in forming the structure of the C peptide. This seems to be due to the advantage of the parallel transfer method, in which collisions of atoms due to deformation operations are less likely to occur as the target structure becomes more complex. Judging from the results of the various MC simulations described above, the dihedral angle method is suitable for the one that forms a simple helix structure such as C peptide, but the one having a slightly complicated structure such as 28mer. It is clear that the translation method is suitable for.

【0075】[0075]

【発明の効果】本発明によれば、複雑な立体構造を有す
るペプチド鎖あるいは多くのアミノ酸残基を含む長いペ
プチド鎖の安定構造を効率的に探索することができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to efficiently search for a stable structure of a peptide chain having a complicated three-dimensional structure or a long peptide chain containing many amino acid residues.

【0076】[0076]

【配列表】 <110> YAMATO, Ichiro <120> 化合物の立体構造探索プログラム、立体構造探索装置、及び立体構造探索 方法 <130> SUT01001P <160> 2 <170> PatentIn Ver. 2.1 <210> 1 <211> 13 <212> PRT <213> unknown <220> <223> N terminal fragment of unknown ribonuclease A <300> <301> Brown, J. E. and Klee, W. A. <302> W. A. Helix-coil transition of the isolated amino terminals of rib onuclease <303> Biochemistry <305> 10 <306> 470-476 <307> 1971 <400> 1 Lys Glu Thr Ala Ala Ala Lys Phe Glu Arg Gln His Met 1 5 10 <210> 2 <211> 28 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> 28 mer polypeptide having a beta-beta-alpha structure <300> <301> Dahiyat, B. I., Sarisky, C. A. and Mayo, S. L. <302> De Novo protein design; Towards fully automated sequence selection <303> J. M. Biol. <305> 273 <306> 789-796 <307> 1997 <400> 2 Lys Pro Tyr Thr Ala Arg Ile Lys Gly Arg Thr Phe Ser Asn Glu Lys 1 5 10 15 Glu Leu Arg Asp Phe Leu Glu Thr Phe Thr Gly Arg 20 25[Sequence list] <110> YAMATO, Ichiro <120> Compound three-dimensional structure search program, three-dimensional structure search device, and three-dimensional structure search Method <130> SUT01001P <160> 2 <170> PatentIn Ver. 2.1 <210> 1 <211> 13 <212> PRT <213> unknown <220> <223> N terminal fragment of unknown ribonuclease A <300> <301> Brown, J. E. and Klee, W. A. <302> W. A. Helix-coil transition of the isolated amino terminals of rib onuclease <303> Biochemistry <305> 10 <306> 470-476 <307> 1971 <400> 1 Lys Glu Thr Ala Ala Ala Lys Phe Glu Arg Gln His Met   1 5 10 <210> 2 <211> 28 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> 28 mer polypeptide having a beta-beta-alpha structure <300> <301> Dahiyat, B. I., Sarisky, C. A. and Mayo, S. L. <302> De Novo protein design; Towards fully automated sequence selection <303> J. M. Biol. <305> 273 <306> 789-796 <307> 1997 <400> 2 Lys Pro Tyr Thr Ala Arg Ile Lys Gly Arg Thr Phe Ser Asn Glu Lys   1 5 10 15 Glu Leu Arg Asp Phe Leu Glu Thr Phe Thr Gly Arg              20 25

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による平行移動法の基本操作の説明図で
ある。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic operation of a translation method according to the present invention.

【図2】本発明による平行移動法におけるセグメント分
割方法の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a segment division method in the parallel movement method according to the present invention.

【図3】本発明による平行移動法での構造変形操作、及
び二面角法での構造変形操作を模式的に示す説明図であ
る。図3(a)は、構造変形操作前の構造であり、図3
(b)は、本発明による平行移動法による構造変形操作
後の構造であり、図3(c)は、二面角法での構造変形
操作後の構造である。
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing a structural deformation operation by the parallel displacement method and a structural deformation operation by the dihedral method according to the present invention. FIG. 3A shows the structure before the structural deformation operation.
FIG. 3B is the structure after the structural deformation operation by the parallel displacement method according to the present invention, and FIG. 3C is the structure after the structural deformation operation by the dihedral angle method.

【図4】本発明による平行移動法におけるペプチド平面
での各原子の移動、及び二面角法におけるペプチド平面
での各原子の移動を、それぞれ模式的に示す説明図であ
る。図4(a)は、平行移動法、図4(b)は、二面角
法である。
FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing the movement of each atom on the peptide plane in the parallel displacement method according to the present invention, and the movement of each atom on the peptide plane in the dihedral angle method. FIG. 4 (a) shows the parallel displacement method, and FIG. 4 (b) shows the dihedral angle method.

【図5】本発明による立体構造探索装置の構成図であ
る。
FIG. 5 is a configuration diagram of a three-dimensional structure searching apparatus according to the present invention.

【図6】1試行の操作を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing an operation of one trial.

【図7】主鎖部スイープ処理のフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart of main chain sweep processing.

【図8】側鎖部スイープ処理のフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart of a side chain sweep process.

【図9】CペプチドのMCシミュレーション(1000
00スイープ)において、αヘリックス構造を形成する
残基数が、変形の大きさへ依存する程度を示すグラフで
ある。図9(a)が平行移動法、図9(b)が二面角法
を用いた場合の結果である。
FIG. 9: MC simulation of C peptide (1000
(00 sweep) is a graph showing the degree to which the number of residues forming an α-helix structure depends on the size of deformation. FIG. 9A shows the results when the parallel displacement method is used, and FIG. 9B shows the results when the dihedral angle method is used.

【図10】CペプチドのMCシミュレーションにおい
て、αヘリックス構造を形成する残基数の展開を示すグ
ラフである。●は二面角法(2000K;最大回転角度
=30゜)の結果であり、■は平行移動法(2000
K;最大移動距離=0.3Å)の結果である。
FIG. 10 is a graph showing development of the number of residues forming an α-helix structure in MC simulation of C peptide. ● indicates the result of the dihedral angle method (2000K; maximum rotation angle = 30 °), and ■ indicates the parallel displacement method (2000
K; maximum movement distance = 0.3Å).

【図11】28merのMCシミュレーション(100
000スイープ)において、計算による28merの構
造とNMRによる28merの構造とのRMSDが、変
形の大きさへ依存する程度を示すグラフである。図11
(a)は、平行移動法を用いて計算したRMSDを示
し、図11(b)は、二面角法を用いて計算したRMS
Dを示す。各シミュレーション条件において記載したR
MSDは、MC試行10回の平均値である。
FIG. 11: MC simulation of 28mer (100
000 sweep) is a graph showing the degree to which the RMSD of the calculated 28-mer structure and the NMR 28-mer structure depends on the magnitude of deformation. Figure 11
(A) shows the RMSD calculated using the translation method, and FIG. 11 (b) shows the RMSD calculated using the dihedral angle method.
D is shown. R described in each simulation condition
MSD is the average of 10 MC trials.

【図12】計算による28merの構造とNMRによる
28merの構造とのRMSD値の展開を示すグラフで
ある。黒色線aは、平行移動法(2000K,最大移動
距離=0.4Å)を用いて得られたRMSD値を示し、
そして灰色線bは、二面角法(2000K,最大回転角
度=40°)を用いて得られたRMSD値を示す。RM
SD値は、MC試行10回の平均値である。
FIG. 12 is a graph showing developments of RMSD values of a calculated 28-mer structure and a 28-mer structure by NMR. The black line a indicates the RMSD value obtained using the parallel displacement method (2000K, maximum displacement = 0.4Å),
And the gray line b shows the RMSD value obtained by using the dihedral angle method (2000K, maximum rotation angle = 40 °). RM
The SD value is an average value of 10 MC trials.

【図13】計算による28merの構造とNMRによる
28merの構造とのRMSD値の展開を示すグラフで
ある。この図13は、MC試行10回中の各スイープに
おける最小RMSD値を示す。これにより、失敗MC試
行の影響を排除して、より良好な構造を形成する速度を
予想することができる。黒色線aは平行移動法(200
0K,最大移動距離=0.4Å)を示し、灰色線bは二
面角法(2000K,最大回転角度=40゜)を示す。
FIG. 13 is a graph showing the development of RMSD values for the calculated 28-mer structure and the NMR 28-mer structure. This FIG. 13 shows the minimum RMSD value in each sweep during 10 MC trials. This eliminates the effects of failed MC trials and predicts the rate at which better structures will be formed. The black line a is the translation method (200
0K, maximum movement distance = 0.4Å), and the gray line b indicates the dihedral angle method (2000K, maximum rotation angle = 40 °).

【図14】平行移動法を用いるMCシミュレーションに
よって得られる低RMSD(2.85Å)での28me
rの配置及び相当するNMRによる28merの構造を
重ねて示した説明図である。
FIG. 14: 28 me at low RMSD (2.85Å) obtained by MC simulation using translation method
It is explanatory drawing which overlapped and showed the arrangement | positioning of r, and the structure of 28 mer by the corresponding NMR.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・立体構造探索装置;2・・・入力部;2a・・
・入力処理部;3・・・中央処理部;4・・・出力部;
4a・・・出力処理部;5・・・制御部;6・・・記憶
部;7・・・処理部;8・・・計数部;11,12・・
・ペプチド部分;61・・・指定化合物記憶領域;62
・・・セグメント記憶領域;63・・・分子ポテンシャ
ルエネルギー記憶領域;64・・・立体構造記憶領域;
65・・・最大移動距離記憶領域;66・・・ステップ
数・スイープ数記憶領域;67・・・累積記憶領域;7
1・・・セグメント分割処理部;72・・・セグメント
選択部;73・・・移動距離選択部;74・・・平行移
動操作部;75・・・分子ポテンシャルエネルギー計算
部;76・・・比較判定部;77・・・第1分岐判定
部;78・・・第2分岐判定部;81・・・ステップ数
計数部;82・・・スイープ数計数部。
1 ... Three-dimensional structure search device; 2 ... Input unit; 2a ...
・ Input processing unit; 3 ... Central processing unit; 4 ... Output unit;
4a ... Output processing unit; 5 ... Control unit; 6 ... Storage unit; 7 ... Processing unit; 8 ... Counting unit; 11, 12 ...
・ Peptide portion; 61 ... designated compound storage area; 62
... Segment storage area; 63 ... Molecular potential energy storage area; 64 ... Steric structure storage area;
65 ... Maximum moving distance storage area; 66 ... Step number / sweep number storage area; 67 ... Cumulative storage area; 7
1 ... Segment division processing unit; 72 ... Segment selection unit; 73 ... Movement distance selection unit; 74 ... Parallel movement operation unit; 75 ... Molecular potential energy calculation unit; 76 ... Comparison Judgment unit; 77 ... First branch judgment unit; 78 ... Second branch judgment unit; 81 ... Step number counting unit; 82 ... Sweep number counting unit.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 コンピュータに、化合物の立体構造の探
索を実行させるためのプログラムであって、(1)予め
指定された化合物について、或る仮想立体構造の分子ポ
テンシャルエネルギーを計算する工程、(2)前記計算
工程(1)の結果を、その際に用いた仮想立体構造と関
連させて計算値記憶領域に記憶する工程、(3)前記指
定化合物を予め指定した方式で分割した複数のセグメン
トの中から、相互に結合して隣接する2つのセグメント
を選択する工程、(4)前記指定化合物を、前記選択工
程(3)で選択された結合隣接セグメントの内の一方の
セグメントを含む単位である固定剛体単位と、前記結合
隣接セグメントの内のもう一方のセグメントを含む単位
である移動剛体単位とに二分割し、予め指定した最大移
動距離の範囲内でランダムに選択する特定移動距離で、
前記固定剛体単位に対して前記移動剛体単位を平行移動
させる工程、(5)前記移動工程(4)によって変形さ
れた仮想立体構造の分子ポテンシャルエネルギーを計算
する工程、(6)前記計算工程(5)で計算した変形後
の立体構造の分子ポテンシャルエネルギーと、前記の計
算値記憶領域に記憶されている分子ポテンシャルエネル
ギーとを比較し、採用する計算値を判定する工程 (7)前記比較判定工程(6)において、採用すると判
定された一方の分子ポテンシャルエネルギーを、その際
の仮想立体構造と関連させて、新たに前記計算値記憶領
域に記憶する工程を含むことを特徴とする、コンピュー
タに、化合物の立体構造の探索を実行させるためのプロ
グラム。
1. A program for causing a computer to execute a search for a three-dimensional structure of a compound, the method comprising: (1) calculating a molecular potential energy of a certain virtual three-dimensional structure of a compound designated in advance; ) A step of storing the result of the calculation step (1) in a calculated value storage area in association with the virtual three-dimensional structure used at that time, (3) of a plurality of segments obtained by dividing the specified compound in a predetermined method. A step of selecting two adjacent segments bound to each other from among them, (4) a unit containing one of the bound adjacent segments selected in the selecting step (3) of the specified compound It is divided into a fixed rigid body unit and a moving rigid body unit, which is a unit including the other of the connected adjacent segments, and is divided within a range of a maximum movement distance specified in advance. With the specific travel distance selected for the random
Translating the moving rigid body unit with respect to the fixed rigid body unit, (5) calculating the molecular potential energy of the virtual three-dimensional structure deformed by the moving step (4), (6) the calculating step (5) ) Comparing the molecular potential energy of the three-dimensional structure after deformation calculated in) with the molecular potential energy stored in the calculated value storage area, and determining the calculated value to be adopted (7) The comparison and determination step (7) In 6), the method further comprises a step of newly storing one of the molecular potential energies determined to be adopted in the calculated value storage area in association with the virtual three-dimensional structure at that time, and storing the compound in the computer. A program for executing the search for the three-dimensional structure of.
【請求項2】 前記化合物がタンパク質であり、前記固
定剛体単位と前記移動剛体単位との結合が、式: −C(=O)−N(H)− で表されるペプチド結合であり、前記固定剛体単位に対
する前記移動剛体単位の平行移動が、一般式(1): 【化1】 (式中、Rはアミノ酸残基に含まれる側鎖であり、Rn
は前記固定剛体単位に含まれるα炭素原子Cα nの側鎖
であり、Rn+1は前記移動剛体単位に含まれるα炭素原
子Cα n+1の側鎖である)で表されるペプチド部分構造
のペプチド結合主鎖を構成する第1のα炭素原子
α n、炭素原子C、窒素原子N、及び第2のα炭素原
子Cα n+1と、前記炭素原子Cに結合する酸素原子O
と、前記窒素原子Nに結合する水素原子Hとから形成さ
れるペプチド平面上で、前記炭素原子Cと、前記窒素原
子Nと、前記の第2α炭素原子Cα n+1とを運動させる
ことによって実施し、(ロ)前記炭素原子Cは、前記の
第1α炭素原子Cα nとの原子間距離を変化させず、前
記の第1α炭素原子Cα nを回転中心点として結合角を
変化させることにより、前記ペプチド平面上を、最大移
動距離以下の範囲内でランダムに変化する移動距離で、
円弧状の円運動を行い、(ハ)前記窒素原子Nは、前記
炭素原子Cとの原子間距離を変化させず、前記炭素原子
Cを回転中心点として結合角を変化させることにより、
前記ペプチド平面上を、前記工程(ロ)とは独立に設定
する、最大移動距離以下の範囲内でランダムに変化する
移動距離で、前記炭素原子Cの円運動とは独立して、前
記炭素原子Cの円運動と同時に、円弧状の円運動を行
い、そして、(ニ)前記の第2α炭素原子Cα n+1は、
前記窒素原子Nとの原子間距離を変化させず、前記窒素
原子Nを回転中心点として結合角を変化させることによ
り、前記ペプチド平面上を、前記窒素原子Nから前記の
第2α炭素原子Cα n+1へ向かう方向ベクトルの向き
が、前記の第1α炭素原子Cα nから前記の炭素原子C
へ向かう方向ベクトルの向きと常に一致するように、円
弧状に円運動を行うことによって実施する、請求項1に
記載のプログラム。
2. The compound is a protein and the solid
The connection between the constant rigid body unit and the moving rigid body unit is expressed by the formula: -C (= O) -N (H)- Is a peptide bond represented by
The parallel movement of the moving rigid body unit is represented by the general formula (1): [Chemical 1] (In the formula, R is a side chain contained in an amino acid residue, and Rn
Is an α carbon atom C contained in the fixed rigid body unitα nSide chain of
And Rn + 1Is the α carbon source contained in the moving rigid body unit
Child Cα n + 1Is the side chain of
Α carbon atom forming the peptide-bonded main chain of
C α n, Carbon atom C, nitrogen atom N, and second α carbon source
Child Cα n + 1And an oxygen atom O bonded to the carbon atom C
And a hydrogen atom H bonded to the nitrogen atom N.
And the nitrogen atom C on the plane of the peptide
Child N and the second α carbon atom Cα n + 1Exercise and
(B) the carbon atom C is
First α carbon atom Cα nWithout changing the interatomic distance between
First α carbon atom Cα nIs the center of rotation and the bond angle is
By changing, the maximum transfer on the peptide plane
A moving distance that changes randomly within the range of the moving distance,
The circular motion of an arc is performed, and (c) the nitrogen atom N is
Without changing the interatomic distance from the carbon atom C, the carbon atom
By changing the bond angle with C as the center of rotation,
Setting on the peptide plane independently of the step (b)
Change randomly within the maximum movement distance
At the moving distance, independent of the circular motion of the carbon atom C,
At the same time as the circular motion of carbon atom C, circular arc motion is performed.
And (d) the second α carbon atom Cα n + 1Is
Without changing the interatomic distance from the nitrogen atom N,
By changing the bond angle with the atom N as the center of rotation,
From the nitrogen atom N on the peptide plane.
Second α carbon atom Cα n + 1Direction of direction vector toward
Is the above-mentioned first α carbon atom Cα nFrom the above carbon atom C
Circle so that it always matches the direction of the direction vector to
The method according to claim 1, wherein the circular movement is performed in an arc shape.
The listed program.
【請求項3】 コンピュータに、化合物の立体構造の探
索を実行させるためのプログラムであって、(1)予め
指定された化合物について、或る仮想初期立体構造の分
子ポテンシャルエネルギーを計算する工程、(2)前記
計算工程(1)の結果を、その際に用いた仮想初期立体
構造と関連させて計算値記憶領域に記憶する工程、
(3)前記指定化合物を予め指定した方式で分割した複
数のセグメントの中から、隣接して結合している2つの
セグメントを選択する工程、(4)前記指定化合物を、
前記選択工程(3)で選択された結合隣接セグメントの
内の一方のセグメントを含む単位である固定剛体単位
と、前記結合隣接セグメントの内のもう一方のセグメン
トを含む単位である移動剛体単位とに二分割し、予め指
定した最大移動距離の範囲内でランダムに選択する特定
移動距離で、前記固定剛体単位に対して前記移動剛体単
位を平行移動させる工程、(5)前記移動工程(4)に
よって変形された仮想立体構造の分子ポテンシャルエネ
ルギーを計算する工程、(6)前記計算工程(5)で計
算した変形後の立体構造の分子ポテンシャルエネルギー
と、前記の計算値記憶領域に記憶されている分子ポテン
シャルエネルギーとを比較する工程(7)前記比較工程
(6)において、採用すると判定された一方の分子ポテ
ンシャルエネルギーを、その際の仮想立体構造と関連さ
せて、新たに前記計算値記憶領域に記憶する工程(8)
前記選択工程(3)〜前記記憶工程(7)を1ステップ
とし、そのステップ数が予め指定された指定ステップ数
の整数倍であるか否かを判定し、整数倍でない場合は、
前記選択工程(3)へ戻し、整数倍である場合は、次の
工程(9)へ進む分岐工程、及び(9)最終ステップの
前記記憶工程(7)で記憶されている分子ポテンシャル
エネルギーを有する仮想立体構造を出力する工程を含む
ことを特徴とする、コンピュータに、化合物の立体構造
の探索を実行させるためのプログラム。
3. A program for causing a computer to execute a search for a three-dimensional structure of a compound, the method comprising: (1) calculating a molecular potential energy of a certain virtual initial three-dimensional structure of a compound designated in advance; 2) a step of storing the result of the calculation step (1) in a calculated value storage area in association with the virtual initial three-dimensional structure used at that time,
(3) a step of selecting two adjacently bonded segments from a plurality of segments obtained by dividing the specified compound by a method specified in advance, (4) the specified compound,
A fixed rigid body unit, which is a unit including one of the joining adjacent segments selected in the selecting step (3), and a moving rigid body unit, which is a unit including the other segment of the joining adjacent segments. A step of parallelly moving the movable rigid body unit with respect to the fixed rigid body unit at a specific movement distance randomly selected within a range of a maximum movement distance designated in advance, (5) by the moving step (4) Calculating the molecular potential energy of the deformed virtual three-dimensional structure, (6) the molecular potential energy of the three-dimensional structure after the deformation calculated in the calculation step (5), and the molecule stored in the calculated value storage area Step (7) of comparing with potential energy One molecular potential energy determined to be adopted in the comparison step (6) , In conjunction with a virtual three-dimensional structure when the step of storing newly on the calculated value memory area (8)
The selection step (3) to the storage step (7) are defined as one step, and it is determined whether or not the number of steps is an integral multiple of the designated step number designated in advance.
Returning to the selection step (3), if it is an integer multiple, it has the molecular potential energy stored in the branching step of advancing to the next step (9), and (9) the storing step (7) of the final step. A program for causing a computer to search for a three-dimensional structure of a compound, the method including the step of outputting a virtual three-dimensional structure.
【請求項4】 コンピュータに、化合物の立体構造の探
索を実行させるためのプログラムであって、(1)予め
指定された化合物について、或る仮想初期立体構造の分
子ポテンシャルエネルギーを計算する工程、(2)前記
計算工程(1)の結果を、その際に用いた仮想初期立体
構造と関連させて計算値記憶領域に記憶する工程、
(3)前記指定化合物を予め指定した方式で分割した複
数のセグメントの中から、隣接して結合している2つの
セグメントを選択する工程、(4)前記指定化合物を、
前記選択工程(3)で選択された結合隣接セグメントの
内の一方のセグメントを含む単位である固定剛体単位
と、前記結合隣接セグメントの内のもう一方のセグメン
トを含む単位である移動剛体単位とに二分割し、予め指
定した最大移動距離の範囲内でランダムに選択する特定
移動距離で、前記固定剛体単位に対して前記移動剛体単
位を平行移動させる工程、(5)前記移動工程(4)に
よって変形された仮想立体構造の分子ポテンシャルエネ
ルギーを計算する工程、(6)前記計算工程(5)で計
算した変形後の立体構造の分子ポテンシャルエネルギー
と、前記の計算値記憶領域に記憶されている分子ポテン
シャルエネルギーとを比較する工程 (7)前記比較工程(6)において、採用すると判定さ
れた一方の分子ポテンシャルエネルギーを、その際の仮
想立体構造と関連させて、新たに前記計算値記憶領域に
記憶する工程 (8)前記選択工程(3)〜前記記憶工程(7)を1ス
テップとし、そのステップ数が予め指定された指定ステ
ップ数の整数倍であるか否かを判定し、整数倍でない場
合は、前記選択工程(3)へ戻し、整数倍である場合
は、次の工程(9)へ進む第1分岐工程、(9)前記分
岐工程(8)から本工程(9)へ進行してくる回数をス
イープ数として計数し、スイープ数が予め指定された指
定スイープ数であるか否かを判定し、前記指定スイープ
数に満たない場合は、前記選択工程(3)へ戻し、前記
指定スイープ数以上である場合は、次の工程(10)へ
進む第2分岐工程、(10)最終ステップの前記記憶工
程(7)で記憶されている分子ポテンシャルエネルギー
を有する仮想立体構造を出力する工程を含むことを特徴
とする、コンピュータに、化合物の立体構造の探索を実
行させるためのプログラム。
4. A program for causing a computer to execute a search for a three-dimensional structure of a compound, the method comprising: (1) calculating a molecular potential energy of a virtual initial three-dimensional structure of a compound designated in advance; 2) a step of storing the result of the calculation step (1) in a calculated value storage area in association with the virtual initial three-dimensional structure used at that time,
(3) a step of selecting two adjacently bonded segments from a plurality of segments obtained by dividing the specified compound by a method specified in advance, (4) the specified compound,
A fixed rigid body unit, which is a unit including one of the joining adjacent segments selected in the selecting step (3), and a moving rigid body unit, which is a unit including the other segment of the joining adjacent segments. A step of parallelly moving the movable rigid body unit with respect to the fixed rigid body unit at a specific movement distance randomly selected within a range of a maximum movement distance designated in advance, (5) by the moving step (4) Calculating the molecular potential energy of the deformed virtual three-dimensional structure, (6) the molecular potential energy of the three-dimensional structure after the deformation calculated in the calculation step (5), and the molecule stored in the calculated value storage area Step (7) of comparing with potential energy One molecular potential energy determined to be adopted in the comparison step (6) , Step (8) of newly storing in the calculated value storage area in association with the virtual three-dimensional structure at that time, the selection step (3) to the storage step (7) are defined as one step, and the number of steps is designated in advance. It is determined whether or not it is an integer multiple of the designated number of steps specified. If it is not an integer multiple, the process returns to the selection step (3), and if it is an integer multiple, the process proceeds to the next step (9). Step (9) Counting the number of times of proceeding from the branching step (8) to the main step (9) as the number of sweeps, determining whether or not the number of sweeps is a preset designated sweep number, If it is less than the specified number of sweeps, the process returns to the selection step (3), and if it is more than the specified number of sweeps, the process proceeds to the next step (10), the second branching step, (10) the storage step of the final step. Molecular potential stored in (7) Characterized in that it comprises a step of outputting a virtual three-dimensional structure having a Energy, the computer program for executing the search of the three-dimensional structure of the compound.
【請求項5】 化合物の立体構造を探索する装置であっ
て、(1)探索条件を入力する入力部、(2)指定され
た化合物の仮想立体構造を記憶する立体構造記憶領域、
(3)前記指定化合物の仮想立体構造の分子ポテンシャ
ルエネルギーを計算する計算部、(4)前記計算部の計
算結果を、その計算の際に用いた仮想立体構造と関連さ
せて記憶する計算値記憶領域、(5)前記指定化合物を
予め指定した方式で分割した複数のセグメントの中か
ら、相互に結合して隣接する2つのセグメントを選択す
るセグメント選択部、(6)予め指定された最大移動距
離の範囲内で特定移動距離をランダムに選択する移動距
離選択部、(7)前記指定化合物を、前記セグメント選
択部で選択された結合隣接セグメントの内の一方のセグ
メントを含む単位である固定剛体単位と、前記結合隣接
セグメントの内のもう一方のセグメントを含む単位であ
る移動剛体単位とに二分割し、前記移動距離選択部で選
択された特定移動距離で、前記固定剛体単位に対して前
記移動剛体単位を平行移動させる平行移動操作部、
(8)前記平行移動操作部による変形後の立体構造の分
子ポテンシャルエネルギーと、既に前記計算値記憶領域
に記憶されている分子ポテンシャルエネルギーとを比較
し、採用する計算値を判定する比較判定部、及び(9)
前記比較判定部において、採用すると判定された一方の
分子ポテンシャルエネルギーを、その際の仮想立体構造
と関連させて、新たに前記計算値記憶領域に記憶させる
制御部を含むことを特徴とする、前記の化合物立体構造
探索装置。
5. An apparatus for searching a three-dimensional structure of a compound, comprising: (1) an input unit for inputting search conditions, (2) a three-dimensional structure storage area for storing a virtual three-dimensional structure of a designated compound,
(3) A calculation unit that calculates the molecular potential energy of the virtual three-dimensional structure of the specified compound, and (4) a calculation value storage that stores the calculation result of the calculation unit in association with the virtual three-dimensional structure used in the calculation. A region, (5) a segment selection unit that selects two adjacent segments that are connected to each other from a plurality of segments obtained by dividing the specified compound by a predetermined method, (6) a maximum movement distance specified in advance (7) A fixed rigid body unit that is a unit that includes one of the bonded adjacent segments selected by the segment selection unit, the movement distance selection unit that randomly selects a specific movement distance within the range And a moving rigid body unit that is a unit including the other of the connected adjacent segments, and the specific moving distance selected by the moving distance selecting unit. In translating operation unit to translate the movement rigid unit with respect to the fixed rigid unit,
(8) A comparison determination unit that compares the molecular potential energy of the three-dimensional structure after deformation by the parallel movement operation unit with the molecular potential energy already stored in the calculated value storage area to determine the calculated value to be adopted, And (9)
In the comparison / determination unit, one of the molecular potential energies determined to be adopted is associated with a virtual three-dimensional structure at that time, and a control unit for newly storing in the calculated value storage area is included, Compound three-dimensional structure search device.
【請求項6】 化合物の立体構造を探索する方法であっ
て、(1)予め指定された化合物について、或る仮想立
体構造の分子ポテンシャルエネルギーを計算する工程、
(2)前記計算工程(1)の結果を、その際に用いた仮
想立体構造と関連させて計算値記憶領域に記憶する工
程、(3)前記指定化合物を予め指定した方式で分割し
た複数のセグメントの中から、相互に結合して隣接する
2つのセグメントを選択する工程、(4)前記指定化合
物を、前記選択工程(3)で選択された結合隣接セグメ
ントの内の一方のセグメントを含む単位である固定剛体
単位と、前記結合隣接セグメントの内のもう一方のセグ
メントを含む単位である移動剛体単位とに二分割し、予
め指定した最大移動距離の範囲内でランダムに選択する
特定移動距離で、前記固定剛体単位に対して前記移動剛
体単位を平行移動させる工程、(5)前記移動工程
(4)によって変形された仮想立体構造の分子ポテンシ
ャルエネルギーを計算する工程、(6)前記計算工程
(5)で計算した変形後の立体構造の分子ポテンシャル
エネルギーと、前記の計算値記憶領域に記憶されている
分子ポテンシャルエネルギーとを比較し、採用する計算
値を判定する工程 (7)前記比較判定工程(6)において、採用すると判
定された一方の分子ポテンシャルエネルギーを、その際
の仮想立体構造と関連させて、新たに前記計算値記憶領
域に記憶する工程を含むことを特徴とする、前記の化合
物立体構造探索方法。
6. A method for searching a three-dimensional structure of a compound, comprising: (1) calculating a molecular potential energy of a certain virtual three-dimensional structure of a compound designated in advance,
(2) a step of storing the result of the calculation step (1) in a calculated value storage area in association with the virtual three-dimensional structure used at that time, (3) a plurality of divided the specified compounds by a method specified in advance A step of selecting two adjacent segments that are bonded to each other from among the segments; (4) a unit containing one of the bound adjacent segments selected in the selecting step (3), the specified compound; It is divided into a fixed rigid body unit and a moving rigid body unit which is a unit including the other segment of the connected adjacent segment, and at a specific movement distance randomly selected within the range of the maximum movement distance specified in advance. A step of translating the moving rigid body unit with respect to the fixed rigid body unit, (5) calculating the molecular potential energy of the virtual three-dimensional structure deformed by the moving step (4) Step (6) Comparing the molecular potential energy of the three-dimensional structure after deformation calculated in the calculation step (5) with the molecular potential energy stored in the calculated value storage area to determine the calculated value to be adopted. Step (7) including the step of newly storing in the calculated value storage area one of the molecular potential energies determined to be adopted in the comparison and determination step (6) in association with the virtual three-dimensional structure at that time. The method for searching for a three-dimensional structure of a compound as described above, wherein
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