JP2006017570A - Structure proposing method of metabolite produced by drug metabolizing enzymatic reaction and its utilization - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、代謝物の構造提案方法及びその利用に関する。 The present invention relates to a metabolite structure proposing method and use thereof.
生体内外での薬物代謝酵素反応により生じる代謝反応においては、基質（親化合物）が様々な酵素によって代謝を受け、複数の代謝物が生成する。医薬品の研究開発において、これら代謝物の構造を決定することは、薬効や毒性評価において重要な役割を果たす。 In a metabolic reaction caused by a drug-metabolizing enzyme reaction inside or outside a living body, a substrate (parent compound) is metabolized by various enzymes to generate a plurality of metabolites. In pharmaceutical research and development, determining the structure of these metabolites plays an important role in drug efficacy and toxicity assessment.
かかる代謝物の構造の同定方法としては、例えば、生体内外における薬物代謝酵素反応により生じる代謝物を反応液から抽出・単離した後、又は、基質（親化合物）が投与された動物の生体試料（血清、尿又は胆汁等）から抽出・単離した後、得られた代謝物を核磁気共鳴装置等を用いてスペクトルを測定し、当該スペクトルをもとに、代謝物の構造を同定する方法が知られている。
一方で、上記のように代謝物を抽出・単離することなく、生体内外における薬物代謝酵素反応により生じる代謝物を含む試料のまま液体クロマトグラフィー質量分析装置等を用いて分析することにより、代謝物の分子量に係る情報は比較的容易に取得できるようになりつつあり、このような質量分析装置によっては、基質（親化合物）の分子量と生体内外における薬物代謝酵素反応により生じた代謝物の分子量との質量差から付加又は減少した分子又は原子に関する情報を提供する機能を有するソフトウェアが付属されているものもある。
As a method for identifying the structure of such a metabolite, for example, after extracting and isolating a metabolite generated by a drug metabolizing enzyme reaction in and out of a living body from a reaction solution, or a biological sample of an animal to which a substrate (parent compound) is administered A method for measuring the spectrum of a metabolite obtained after extraction / isolation from (serum, urine, bile, etc.) using a nuclear magnetic resonance apparatus, etc., and identifying the structure of the metabolite based on the spectrum It has been known.
On the other hand, without extracting and isolating the metabolite as described above, the sample containing the metabolite generated by the drug metabolizing enzyme reaction inside and outside the living body is analyzed using a liquid chromatography mass spectrometer etc. Information on the molecular weight of substances is becoming relatively easy to obtain, and depending on the mass spectrometer, the molecular weight of the substrate (parent compound) and the molecular weight of the metabolite produced by the drug metabolizing enzyme reaction in vivo and in vivo. Some of them are accompanied by software having a function of providing information on molecules or atoms added or decreased due to the mass difference between the first and second molecules.
しかしながら、前者方法における代謝物の抽出・単離は、多大な時間及び労力が必要となり、また、代謝物の生成量が微量である場合や代謝物が不安定である場合には、代謝物の抽出・単離自体が困難であるという問題があった。また後者方法におけるソフトウェアの完成度は現時点では低いレベルにあることから、これらのソフトでは代謝物の構造を必ずしも迅速に精度よく提案することができず、そして前記代謝物の構造を容易に提案するまでには至っていない。 However, the extraction and isolation of metabolites in the former method requires a lot of time and labor, and if the amount of metabolite produced is very small or the metabolite is unstable, There was a problem that extraction and isolation itself were difficult. In addition, since the completeness of the software in the latter method is currently at a low level, the structure of the metabolite cannot always be proposed quickly and accurately with these software, and the structure of the metabolite is easily proposed. It has not yet reached.
このような状況下、本発明者らは、かかる代謝物を抽出・単離操作する必要がなく、また、その存在生成量が微量の場合でも当該代謝物の構造を提案することができ、しかも生体内外における薬物代謝酵素反応により生じる代謝物の構造が迅速に精度よく提案可能である方法を見出し、本発明に至った。 Under such circumstances, the present inventors do not need to extract / isolate such a metabolite, and can propose the structure of the metabolite even when the amount of the existing product is very small. The present inventors have found a method capable of promptly and accurately proposing the structure of a metabolite generated by a drug metabolizing enzyme reaction inside and outside a living body, and has reached the present invention.
即ち、すなわち本発明は、
１．基質（親化合物）の化学構造式を入力するステップと、代謝反応データベースに基づき、入力された前記基質（親化合物）が代謝されて生成すると予測される予測代謝物の化学構造式を作成するステップと、前記予測代謝物の化学構造式からそれぞれの予測代謝物の分子量を算出するステップと、前記基質（親化合物）が代謝されて生成した構造不明の代謝物の分子量を入力するステップと、前記算出された予測代謝物の分子量と構造不明の代謝物の分子量とを比較することによって構造不明の代謝物の分子量と一致する分子量をもつ予測代謝物をピックアップするステップと、前記基質（親化合物）のMS/MS分析によるフラグメントイオンピークを入力するステップと、前記基質（親化合物）のフラグメントを化学構造に帰属するステップと、構造不明の代謝物のMS/MS分析によるフラグメントイオンピークを入力するステップと、構造不明の代謝物のフラグメントを基質（親化合物）の化学構造に帰属するステップと、基質（親化合物）のMS/MS分析によるフラグメントイオンピークを帰属させた化学構造と構造不明の代謝物のMS/MS分析によるフラグメントイオンピークを帰属させた化学構造とを比較することによって代謝部位を絞り込む(特定化する)ステップと、前記予測代謝物の分子量と前記構造不明の代謝物の分子量とを比較することによってピックアップされた、構造不明の代謝物の分子量と一致する分子量をもつ前記予測代謝物の化学構造と、基質（親化合物）のMS/MS分析によるフラグメントイオンピークを帰属させた化学構造と構造不明の代謝物のMS/MS分析によるフラグメントイオンピークを帰属させた化学構造とを比較することによって絞り込まれた前記代謝部位の化学構造又は特定化された前記代謝部位の化学構造とを比較することにより、一致した化学構造を表示するステップとを含むことを特徴とする代謝物の構造提案方法（以下、本発明方法と記すこともある。）；
That is, the present invention
1. A step of inputting a chemical structural formula of a substrate (parent compound), and a step of creating a chemical structural formula of a predicted metabolite predicted to be generated by metabolism of the inputted substrate (parent compound) based on a metabolic reaction database Calculating the molecular weight of each predicted metabolite from the chemical structural formula of the predicted metabolite, inputting the molecular weight of an unidentified metabolite generated by metabolism of the substrate (parent compound), and Picking up a predicted metabolite having a molecular weight that matches the molecular weight of the metabolite of unknown structure by comparing the calculated molecular weight of the predicted metabolite with the molecular weight of the metabolite of unknown structure, and the substrate (parent compound) Inputting a fragment ion peak by MS / MS analysis of, and assigning a fragment of the substrate (parent compound) to a chemical structure; Entering fragment ion peaks from MS / MS analysis of metabolites of unknown structure, assigning fragments of metabolites of unknown structure to the chemical structure of the substrate (parent compound), and MS / of the substrate (parent compound) Narrowing down (specify) the metabolic site by comparing the chemical structure to which the fragment ion peak was assigned by MS analysis and the chemical structure to which the fragment ion peak was assigned by MS / MS analysis of the metabolite of unknown structure The chemical structure of the predicted metabolite having a molecular weight that matches the molecular weight of the metabolite of unknown structure, which is picked up by comparing the molecular weight of the predicted metabolite with the molecular weight of the metabolite of unknown structure, and a substrate ( Fragment obtained by MS / MS analysis of metabolite of unknown chemical structure and chemical structure to which fragment ion peak is assigned by MS / MS analysis of parent compound) Comparing the chemical structure of the metabolic site that has been narrowed down by comparing with the chemical structure to which the ion peak is assigned or the chemical structure of the specified metabolic site, and displaying the matched chemical structure; A method for proposing a structure of a metabolite characterized by comprising (hereinafter, also referred to as the method of the present invention);
２．基質（親化合物）の化学構造式、前記基質（親化合物）が代謝されて生成した構造不明の代謝物の分子量、前記基質（親化合物）と前記構造不明の代謝物との両者のMS/MS分析によるフラグメントイオンピークスペクトルを入力する入力手段と、代謝反応データベースに基づき、入力された前記基質（親化合物）が代謝されて生成すると予測される予測代謝物の化学構造式を作成する構造式作成手段と、前記予測代謝物の化学構造式からそれぞれの予測代謝物の分子量を算出する分子量算出手段と、前記算出された予測代謝物の分子量と構造不明の代謝物の分子量とを比較することによって構造不明の代謝物の分子量と一致する分子量をもつ予測代謝をピックアップする比較抽出手段と、分子量が一致した予測代謝物の化学構造式を表示する表示手段と、入力されたMS/MSスペクトル情報に基づきフラグメントを化学構造に帰属する手段と、帰属させた当該化学構造を比較して代謝部位の絞込み又は特定化を行う手段と、前記分子量が一致した予測代謝物の化学構造とMS/MS分析によるフラグメントイオンピークから絞り込まれた代謝物の化学構造とを比較することにより、一致した化学構造を表示する表示手段とを含むことを特徴とする化合物の構造提案システム（以下、本発明システムと記すこともある。）； 2. Chemical structural formula of the substrate (parent compound), molecular weight of the metabolite of unknown structure formed by metabolism of the substrate (parent compound), MS / MS of both the substrate (parent compound) and the metabolite of unknown structure Based on an input means for inputting fragment ion peak spectra by analysis and creation of a structural formula for creating a chemical structural formula of a predicted metabolite predicted to be generated by metabolism of the inputted substrate (parent compound) based on a metabolic reaction database And a molecular weight calculating means for calculating the molecular weight of each predicted metabolite from the chemical structural formula of the predicted metabolite, and comparing the calculated molecular weight of the predicted metabolite with the molecular weight of the metabolite of unknown structure Comparison extraction means to pick up the predicted metabolism with the molecular weight that matches the molecular weight of the metabolite of unknown structure, and a table that displays the chemical structural formula of the predicted metabolite with the matching molecular weight The molecular weights coincided with the means, the means for assigning a fragment to a chemical structure based on the input MS / MS spectral information, and the means for narrowing down or specifying a metabolic site by comparing the assigned chemical structure. A display means for displaying a matched chemical structure by comparing a chemical structure of a predicted metabolite with a chemical structure of a metabolite narrowed down from a fragment ion peak by MS / MS analysis. Structure proposal system (hereinafter also referred to as the present invention system);
３．コンピュータを、
基質(親化合物)の化学構造式、前記基質（親化合物）が代謝されて生成した構造不明の代謝物の分子量、前記基質（親化合物）と前記構造不明の代謝物との両者のMS/MS分析によるフラグメントイオンピークスペクトルを入力する入力手段と、代謝反応データベースに基づき、入力された前記基質（親化合物）が代謝されて生成すると予測される予測代謝物の化学構造式を作成する構造式作成手段と、前記予測代謝物の化学構造式からそれぞれの予測代謝物の分子量を算出する分子量算出手段と、前記算出された予測代謝物の分子量と構造不明の代謝物の分子量とを比較することによって構造不明の代謝物の分子量と一致する分子量をもつ予測代謝をピックアップする比較抽出手段と、分子量が一致した予測代謝物の化学構造式を表示する表示手段と、入力されたMS/MSスペクトル情報に基づきフラグメントを化学構造に帰属する手段と、帰属させた当該化学構造を比較して代謝部位の絞込み（特定化）を行う手段と、前記分子量が一致した予測代謝物の化学構造とMS/MS分析によるフラグメントイオンピークから絞り込まれた代謝物の化学構造とを比較することにより、一致した化学構造を表示する表示手段として機能させるための化合物の構造提案プログラム（以下、本発明プログラムと記すこともある。）；
等を提供するものである。
3. Computer
Chemical structural formula of substrate (parent compound), molecular weight of metabolite of unknown structure formed by metabolism of the substrate (parent compound), MS / MS of both the substrate (parent compound) and metabolite of unknown structure Based on an input means for inputting fragment ion peak spectra by analysis and creation of a structural formula for creating a chemical structural formula of a predicted metabolite predicted to be generated by metabolism of the inputted substrate (parent compound) based on a metabolic reaction database And a molecular weight calculating means for calculating the molecular weight of each predicted metabolite from the chemical structural formula of the predicted metabolite, and comparing the calculated molecular weight of the predicted metabolite with the molecular weight of the metabolite of unknown structure Comparative extraction means to pick up the predicted metabolism with the molecular weight that matches the molecular weight of the metabolite of unknown structure, and display means to display the chemical structural formula of the predicted metabolite with the matching molecular weight The molecular weight matches the means for assigning the fragment to the chemical structure based on the input MS / MS spectral information and the means for narrowing down (specifying) the metabolic site by comparing the assigned chemical structure. Structure of a compound to function as a display means to display the matched chemical structure by comparing the chemical structure of the predicted metabolite with the chemical structure of the metabolite narrowed down from the fragment ion peak by MS / MS analysis Program (hereinafter sometimes referred to as the present invention program);
Etc. are provided.
本発明によれば、代謝物を抽出・単離する必要がなく、また、その存在量が微量の場合でも当該代謝物を提案することができ、しかも生体内外における薬物代謝酵素反応により生じる代謝物の構造が迅速に精度よく提案可能である方法を提供できる。 According to the present invention, it is not necessary to extract and isolate a metabolite, and even if the abundance is small, the metabolite can be proposed, and a metabolite generated by a drug metabolizing enzyme reaction in and outside the living body. It is possible to provide a method in which the structure can be proposed quickly and accurately.
以下、図面を参照しながら本発明について説明する。図１に、本発明方法のフロー図を、図２に、本発明システムの概略構成を示す図を示した。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a flowchart of the method of the present invention, and FIG. 2 shows a schematic configuration of the system of the present invention.
本発明方法は、基質(親化合物)の化学構造式を入力するステップ（以下、ステップａと記すこともある。）と、代謝反応データベースに基づき、入力された基質（親化合物）が代謝されて生成すると予測される予測代謝物の化学構造式を作成するステップ（以下、ステップｂと記すこともある。）と、前記予測代謝物の化学構造式からそれぞれの予測代謝物の分子量を算出するステップ（以下、ステップｃと略記する。）と、前記基質(親化合物)が代謝されて生成した構造不明の代謝物の分子量を入力するステップ（以下、ステップｄと記すこともある。）と、前記算出された予測代謝物の分子量と構造不明の代謝物の分子量とを比較することによって構造不明の代謝物の分子量と一致する分子量をもつ予測代謝物をピックアップするステップ（以下、ステップｅと記すこともある。）と、前記基質（親化合物）のMS/MS分析によるフラグメントイオンピークを入力するステップ（以下、ステップｆと記すこともある。）と、基質（親化合物）のフラグメントを化学構造に帰属するステップ（以下、ステップｇと記すこともある。）と、構造不明の代謝物のMS/MS分析によるフラグメントイオンピークを入力するステップ（以下、ステップｈと記すこともある。）と、構造不明の代謝物のフラグメントを基質（親化合物）の化学構造に帰属するステップ（以下、ステップｉと記すこともある。）と、基質（親化合物）のMS/MS分析によるフラグメントイオンピークを帰属させた化学構造と構造不明の代謝物のMS/MS分析によるフラグメントイオンピークを帰属させた化学構造を比較することによって、代謝部位を絞り込む又は特定化するステップ（以下、ステップｊと記すこともある。）と、前記予測代謝物の分子量と前記構造不明の代謝物の分子量とを比較することによってピックアップされた、構造不明の代謝物の分子量と一致する分子量をもつ前記予測代謝物の化学構造と、基質（親化合物）のMS/MS分析によるフラグメントイオンピークを帰属させた化学構造と構造不明の代謝物のMS/MS分析によるフラグメントイオンピークを帰属させた化学構造とを比較することによって絞り込まれた前記代謝部位の化学構造又は特定化された前記代謝部位の化学構造とを比較することにより、一致した化学構造を表示するステップ（以下、ステップｋと記すこともある。）とを含む。 In the method of the present invention, a chemical structural formula of a substrate (parent compound) is input (hereinafter also referred to as step a), and the input substrate (parent compound) is metabolized based on a metabolic reaction database. A step of creating a chemical structural formula of the predicted metabolite predicted to be generated (hereinafter also referred to as step b), and a step of calculating the molecular weight of each predicted metabolite from the chemical structural formula of the predicted metabolite (Hereinafter abbreviated as step c), a step of inputting the molecular weight of a metabolite of unknown structure produced by metabolism of the substrate (parent compound) (hereinafter also referred to as step d), and Picking up a predicted metabolite with a molecular weight that matches the molecular weight of the metabolite of unknown structure by comparing the calculated molecular weight of the predicted metabolite with the molecular weight of the metabolite of unknown structure (Hereinafter also referred to as step e), a step of inputting a fragment ion peak by MS / MS analysis of the substrate (parent compound) (hereinafter also referred to as step f), and a substrate (parent A step of assigning a fragment of a compound) to a chemical structure (hereinafter also referred to as step g), and a step of inputting a fragment ion peak by MS / MS analysis of a metabolite of unknown structure (hereinafter referred to as step h). And a step of assigning a fragment of a metabolite of unknown structure to the chemical structure of the substrate (parent compound) (hereinafter also referred to as step i), and MS / MS of the substrate (parent compound) By comparing the chemical structure to which the fragment ion peak was assigned by analysis and the chemical structure to which the fragment ion peak was assigned by MS / MS analysis of the metabolite of unknown structure A step of narrowing down or specifying a metabolic site (hereinafter sometimes referred to as step j), and comparing the molecular weight of the predicted metabolite with the molecular weight of the metabolite of unknown structure, The chemical structure of the predicted metabolite having a molecular weight that matches the molecular weight of the metabolite of unknown structure and the MS of the metabolite of unknown structure assigned to the fragment ion peak by MS / MS analysis of the substrate (parent compound) The chemical structure matched by comparing the chemical structure of the metabolized site or the specified chemical structure of the metabolized site selected by comparing the chemical structure to which the fragment ion peak was assigned by MS / MS analysis (Hereinafter also referred to as step k).
また、本発明システムは、基質(親化合物)の化学構造式、前記基質（親化合物）が代謝されて生成した構造不明の代謝物の分子量、前記基質（親化合物）と前記構造不明の代謝物のMS/MS分析によるフラグメントイオンピークスペクトルを入力する入力手段１と、代謝反応データベースに基づき、入力された前記基質（親化合物）が代謝されて生成すると予測される予測代謝物の化学構造式を作成する構造式作成手段２と、前記予測代謝物の化学構造式からそれぞれの予測代謝物の分子量を算出する分子量算出手段３と、前記算出された予測代謝物の分子量と構造不明の代謝物の分子量とを比較することによって、構造不明の代謝物の分子量と一致する分子量をもつ予測代謝をピックアップする比較抽出手段４と、分子量が一致した予測代謝物の化学構造式を表示する表示手段５と、入力されたMS/MSスペクトル情報に基づきフラグメントを化学構造に帰属する帰属手段６と、代謝部位の絞込み又は特定化を行う手段７と、前記分子量が一致した予測代謝物の化学構造とMS/MS分析によるフラグメントイオンピークから絞り込まれた代謝物の化学構造とを比較することにより、一致した化学構造を表示する表示手段５とを含むことを含むことを特徴とする化合物の構造提案システムである。
In addition, the system of the present invention includes a chemical structural formula of a substrate (parent compound), a molecular weight of a metabolite of unknown structure generated by metabolism of the substrate (parent compound), a substrate (parent compound) and a metabolite of unknown structure The input
まず、ステップａについて説明する（図１Ｓ１）。ステップａは、前記のとおり、基質(親化合物)の化学構造式を入力するステップである。かかる化学構造式は、入力手段１により入力され、通常記憶手段７に記憶される。入力手段としては、例えばキーボード、マウス等の化学構造式の入力可能なものが挙げられる。化学構造式の入力が完了すれば、次ステップｂに進む。 First, step a will be described (S1 in FIG. 1). Step a is a step of inputting the chemical structural formula of the substrate (parent compound) as described above. Such chemical structural formula is input by the input means 1 and is stored in the normal storage means 7. As an input means, what can input chemical structural formulas, such as a keyboard and a mouse | mouth, is mentioned, for example. If the input of the chemical structural formula is completed, the process proceeds to the next step b.
ステップｂは、前記のとおり、代謝反応データベースに基づき、入力された基質（親化合物）が代謝されて生成すると予測される予測代謝物の化学構造式を作成するステップ（図１Ｓ２）であり、構造式作成手段２により実施される。かかる構造式作成手段としては、通常代謝反応データベースが用いられる。代謝反応データベースとしては、例えば富士通九州社製のBioFrontier（バイオフロンティア）／P450、Lahsa社のMETEOR等の知識ベースシステムに基づき、入力された基質（親化合物）の化学構造から生成すると予測される代謝物の化学構造を作成するシステム等が挙げられる。
因みに、このような代謝反応データベースを有するシステムは、通常、分子構造式や化学反応式を分子内の原子種、原子の座標、原子間の結合表等のテキスト情報で表現するデファクトスタンダードのファイル形式（例えば、MOLfile,Sdfile,RXNfile,Rdfile等）の分子構造ファイルを読み書きすることができ、かつ、分子構造式や化学反応式から薬物代謝酵素反応により生じる代謝物等を検索する機能を有している。また基盤となる情報コンテンツは、通常、Medline等から検索した学術文献や各種の実験データ等を収集、整理しながら参考にし、薬物代謝酵素に関する知識を、例えば、その基質、阻害剤及び誘導剤等を分類しデータベース（知識ベース）化されたものである。
Step b is a step of creating a chemical structural formula of a predicted metabolite that is predicted to be generated by metabolism of the input substrate (parent compound) based on the metabolic reaction database as described above (S2 in FIG. 1). This is implemented by the expression creating means 2. As such a structural formula creation means, a metabolic reaction database is usually used. The metabolic reaction database includes, for example, metabolism predicted to be generated from the chemical structure of the input substrate (parent compound) based on a knowledge base system such as BioFrontier / P450 manufactured by Fujitsu Kyushu or METEOR manufactured by Lahsa. Examples include a system for creating a chemical structure of an object.
By the way, a system with such a metabolic reaction database is usually a de facto standard file format that expresses molecular structure formulas and chemical reaction formulas as text information such as atomic species in the molecule, coordinate of atoms, bond table between atoms. Can read and write molecular structure files (for example, MOLfile, Sdfile, RXNfile, Rdfile) Yes. In addition, the information content that is the basis is usually based on collected and organized academic literature and various experimental data retrieved from Medline, etc., and knowledge about drug metabolizing enzymes such as its substrates, inhibitors, inducers, etc. Are classified into a database (knowledge base).
かかる代謝反応データベースに基づいて、前記ステップａで入力された基質（親化合物）をもとに、構造式作成手段２により、生成すると予測される代謝物の化学構造式が作成される。かかる構造式作成手段２により、入力された基質（親化合物）から生成すると予測される予測代謝物の化学構造式が作成される。作成された予測代謝物の化学構造式は、通常ＩＤ番号が付与され、前記ＩＤ番号と化学構造式とが結び付けられ、記憶手段７に記憶され、通常後述する表示手段５により表示可能となっている。すべての予測代謝物の化学構造式が作成されれば、次ステップｃに進む。 Based on the metabolic reaction database, the chemical formula of the metabolite predicted to be generated is generated by the structural formula generator 2 based on the substrate (parent compound) input in step a. The structural formula creating means 2 creates a chemical structural formula of a predicted metabolite predicted to be generated from the input substrate (parent compound). The chemical structural formula of the created predicted metabolite is usually given an ID number, the ID number and the chemical structural formula are linked, stored in the storage means 7, and can usually be displayed by the display means 5 described later. Yes. If the chemical structural formulas of all predicted metabolites are created, the process proceeds to the next step c.
ステップｃは、前記予測代謝物の化学構造式からそれぞれの予測代謝物の分子量を算出するステップ（図１Ｓ３）である。前記ステップｂにおいて作成された全ての予測代謝物の化学構造式に基づき、分子量算出手段３により、各予測代謝物の分子式が作成され、各原子の質量数をもとに、その分子量が算出される。通常予測代謝物の化学構造式をもとに、その分子式が作成され、当該分子式と原子の質量数データベースとに基づき、分子量が算出される。算出された分子量や分子式は、通常ＩＤ番号又は化学構造式と結び付けられ、記憶手段７に記憶され、化学構造式と合わせて表示手段５により表示可能となっている。全ての予測代謝について、その分子量が算出されれば、次ステップｄに進む。 Step c is a step of calculating the molecular weight of each predicted metabolite from the chemical structural formula of the predicted metabolite (S3 in FIG. 1). Based on the chemical structural formulas of all predicted metabolites created in step b, the molecular formula of each predicted metabolite is created by the molecular weight calculation means 3, and the molecular weight is calculated based on the mass number of each atom. The Based on the chemical structural formula of the normally predicted metabolite, the molecular formula is created, and the molecular weight is calculated based on the molecular formula and the atomic mass number database. The calculated molecular weight and molecular formula are usually associated with an ID number or chemical structural formula, stored in the storage means 7, and can be displayed together with the chemical structural formula on the display means 5. If the molecular weight is calculated for all predicted metabolisms, the process proceeds to the next step d.
ステップｄは、構造不明の代謝物の分子量を入力するステップである（図１Ｓ４）。
構造不明の代謝物について、別途液体クロマトグラフィー質量分析装置により測定を行い、得られた分子量を、入力手段１により、入力する。構造不明の代謝物の分子量が入力されれば、次ステップｅに進む。
Step d is a step of inputting the molecular weight of a metabolite whose structure is unknown (S4 in FIG. 1).
The metabolite whose structure is unknown is separately measured by a liquid chromatography mass spectrometer, and the obtained molecular weight is input by the input means 1. If the molecular weight of the metabolite whose structure is unknown is input, the process proceeds to the next step e.
ステップｅは、前記ステップｃで算出された予測代謝物の分子量と前記ステップｄで入力された構造不明の代謝物の分子量とを比較し、構造不明の代謝物の分子量と一致する分子量をもつ予測代謝物をピックアップするステップ（図１Ｓ５）である。前記ステップｃで算出された予測代謝物の分子量と前記ステップｄで入力された構造不明の代謝物の分子量とが、比較抽出手段４により比較され、構造不明の代謝物の分子量に一致した分子量をもつ予測代謝物がピックアップされる。ピックアップされた予測代謝物は、そのＩＤ番号とともに、記憶手段６に記憶される。全ての予測代謝物の分子量と構造不明の代謝物の分子量が比較され、一致する分子量をもつ予測代謝物をピックアップされれば（図１ Ｓ５）、次ステップｆに進む。 Step e compares the molecular weight of the predicted metabolite calculated in step c with the molecular weight of the metabolite of unknown structure input in step d, and has a molecular weight that matches the molecular weight of the metabolite of unknown structure. This is a step of picking up a metabolite (S5 in FIG. 1). The molecular weight of the predicted metabolite calculated in step c and the molecular weight of the metabolite of unknown structure input in step d are compared by the comparison and extraction means 4 to obtain a molecular weight that matches the molecular weight of the metabolite of unknown structure. Predicted metabolites are picked up. The predicted metabolite thus picked up is stored in the storage means 6 together with its ID number. The molecular weights of all predicted metabolites and the metabolites of unknown structure are compared, and if a predicted metabolite having a matching molecular weight is picked up (S5 in FIG. 1), the process proceeds to the next step f.
ステップｆは基質（親化合物）のMS/MS分析によるフラグメントイオンピークを入力するステップ（図１Ｓ６）である。基質（親化合物）について、別途液体クロマトグラフィー質量分析装置により測定を行い、得られたフラグメントイオンピークを入力手段１により入力する。基質（親化合物）のフラグメントイオンピークが入力されれば、次ステップｇへ進む。 Step f is a step of inputting a fragment ion peak by MS / MS analysis of the substrate (parent compound) (S6 in FIG. 1). The substrate (parent compound) is separately measured by a liquid chromatography mass spectrometer, and the obtained fragment ion peak is input by the input means 1. If the fragment ion peak of the substrate (parent compound) is input, the process proceeds to the next step g.
ステップｇは基質（親化合物）のフラグメントイオンピークを基質（親化合物）の化学構造へ帰属させるステップ（図１Ｓ７）である。フラグメントの帰属が完了すれば、次ステップｈへ進む。 Step g is a step of assigning the fragment ion peak of the substrate (parent compound) to the chemical structure of the substrate (parent compound) (S7 in FIG. 1). If the fragment assignment is completed, the process proceeds to the next step h.
ステップｈは構造不明の代謝物のMS/MS分析によるフラグメントイオンピークを入力するステップ（図１Ｓ８）である。構造不明の代謝物について、別途液体クロマトグラフィー質量分析装置により測定を行い、得られたフラグメントイオンピークを入力手段１により入力する。構造不明の代謝物のフラグメントイオンピークが入力されれば、次ステップiへ進む。 Step h is a step of inputting a fragment ion peak by MS / MS analysis of a metabolite of unknown structure (S8 in FIG. 1). The metabolite whose structure is unknown is separately measured by a liquid chromatography mass spectrometer, and the obtained fragment ion peak is input by the input means 1. If a fragment ion peak of a metabolite whose structure is unknown is input, the process proceeds to the next step i.
ステップiは構造不明の代謝物のフラグメントイオンピークを基質（親化合物）の化学構造へ帰属させるステップ（図１Ｓ９）である。フラグメントの帰属が完了すれば、次ステップｊへ進む。 Step i is a step of assigning the fragment ion peak of a metabolite whose structure is unknown to the chemical structure of the substrate (parent compound) (S9 in FIG. 1). If the fragment assignment is completed, the process proceeds to the next step j.
ステップｊは前記ステップｇでフラグメントイオンピークを帰属させた基質（親化合物）の化学構造と前記ステップiで構造不明の代謝物のフラグメントイオンピークを帰属させた基質（親化合物）の化学構造を比較し、共通した構造部分を表示することにより基質（親化合物）の代謝部位を絞り込むステップ又は特定化するステップ（図１Ｓ１０）である。絞り込まれた又は特定化された構造不明の代謝物の化学構造が表示されれば、次ステップｋに進む。 Step j compares the chemical structure of the substrate (parent compound) to which the fragment ion peak was assigned in step g and the chemical structure of the substrate (parent compound) to which the fragment ion peak of the metabolite whose structure was unknown in step i was assigned. This is a step of narrowing down or specifying the metabolic site of the substrate (parent compound) by displaying a common structural part (S10 in FIG. 1). If the chemical structure of the refined or specified metabolite of unknown structure is displayed, the process proceeds to the next step k.
ステップｋは、前記ステップｅでピックアップされた予測代謝物の化学構造と前記ステップｊで絞り込まれた又は特定化された構造不明の代謝物の化学構造とを比較し、一致した化学構造を表示するステップ（図１Ｓ１１）であり、前記化学構造式が表示手段５により表示される。表示手段５としては、例えばディスプレイ、プリンタ等が挙げられる。 Step k compares the chemical structure of the predicted metabolite picked up in step e with the chemical structure of the unknown metabolite refined or specified in step j, and displays the matched chemical structure. In step (S11 in FIG. 1), the chemical structural formula is displayed by the display means 5. Examples of the display means 5 include a display and a printer.
また、前記基質（親化合物）の化学構造式及び前記基質（親化合物）が代謝されて生成した構造不明の代謝物の分子量を入力する入力手段と、代謝反応データベースに基づき、入力された前記基質（親化合物）が代謝されて生成すると予測される予測代謝物の化学構造式を作成する構造式作成手段と、前記予測代謝物の化学構造式からそれぞれの予測代謝物の分子量を算出する分子量算出手段と、前記算出された予測代謝物の分子量と構造不明の代謝物の分子量とを比較する比較手段と、分子量が一致した予測代謝物の化学構造式を表示する表示手段とをコンピュータシステムにより実現する処理プログラムとして備えることもできる。かかる処理プログラムは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク等のコンピュータ読取可能な記録媒体に記録し、コンピュータシステムにロードして起動して用いてもよいし、ネットワークを介してロードして起動してもよい。 Further, an input means for inputting a chemical structural formula of the substrate (parent compound) and a molecular weight of a metabolite of unknown structure generated by metabolism of the substrate (parent compound), and the substrate input based on a metabolic reaction database Structural formula creation means for creating a chemical structural formula of a predicted metabolite predicted to be produced by metabolism of the (parent compound), and molecular weight calculation for calculating the molecular weight of each predicted metabolite from the chemical structural formula of the predicted metabolite And a display means for displaying the chemical structural formula of the predicted metabolite having the same molecular weight, and a comparison means for comparing the calculated molecular weight of the predicted metabolite with the molecular weight of the metabolite of unknown structure. It can also be provided as a processing program. Such a processing program may be recorded on a computer-readable recording medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a hard disk, etc., loaded into a computer system, activated, and used. It may be loaded and activated via
以下、具体的な一つの例を挙げて本発明をより詳細に説明する。
（１）エクザクトマスにおける質量数
酵素によって代謝を受ける基質（親化合物）として、高コレステロール血症治療剤であるアトルバスタチン（化１参照）を用いる。当該化合物のエクザクトマスにおける質量数は558である。一方、当該化合物にチトクロムＰ４５０酵素を作用させて得られた構造不明の代謝物（以下、代謝物Ｍ１と記す。）のエクザクトマスにおける質量数は574である。両者間での質量数における差異（+16）から判断して酸素分子が一つ付加された構造であろうことが判明するが、これだけでは代謝部位を予測することは不可能である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with one specific example.
(1) Mass number in Exact Mass Atorvastatin (see Chemical Formula 1), which is a therapeutic agent for hypercholesterolemia, is used as a substrate (parent compound) that is metabolized by an enzyme. The mass number of the compound in Exact Mass is 558. On the other hand, the mass number in Exact Mass of a metabolite of unknown structure (hereinafter referred to as metabolite M1) obtained by allowing cytochrome P450 enzyme to act on the compound is 574. Judging from the difference in mass number between the two (+16), it turns out that the structure may have a single oxygen molecule, but it is impossible to predict the metabolic site by itself.
（２）代謝反応データベースに基づく予測代謝物が有する化学構造の特定
そこで、代謝反応データベース（例えば、富士通九州社製のBioFrontier等）に基づき、当該データベース内の代謝物データ中から予測代謝物として酸化体（+16）をピックアップする。尚、前提抽出条件（例えば、抽出レベルや、チトクロムＰ４５０分子種等）にも拠るが、例えばこの段階で全数十件の予測代謝物がピックアップされる。
次いで、このようにピックアップされた予測代謝物（即ち、酸化体）が有する化学構造を特定する。
(2) Identification of the chemical structure of a predicted metabolite based on a metabolic reaction database Therefore, based on a metabolic reaction database (for example, BioFrontier manufactured by Fujitsu Kyushu), oxidation is performed as a predicted metabolite from the metabolite data in the database. Pick up body (+16). Although depending on the precondition extraction conditions (for example, extraction level, cytochrome P450 molecular species, etc.), for example, several tens of predicted metabolites are picked up at this stage.
Next, the chemical structure of the predicted metabolite (ie, oxidant) picked up in this way is specified.
（３）プロダクトイオンの情報に基づく代謝部位の化学構造の絞込み
また、当該基質（親化合物）について、MS/MS分析によるフラグメントイオンピークを測定する。その結果、プロダクトイオンは466、440である。一方、代謝物Ｍ１についても同様に、MS/MS分析によるフラグメントイオンピークを測定する。その結果、プロダクトイオンは466、440である。
得られたプロダクトイオンの情報に基づき、代謝部位の化学構造が、プロダクトイオン466及びプロダクトイオン440が有する化学構造を含まない化学構造であることが絞り込まれ、当該基質（親化合物）の場合にはアミド結合しているフェニル環上の水酸化により生じた代謝物であることが推定される。尚、前提抽出条件（例えば、抽出レベルや、チトクロムＰ４５０分子種等）にも拠るが、例えばこの段階で全数件の予測代謝物がピックアップされる。しかしながら、この段階でも、フェニル環上の２位、３位又は４位のいずれかの部位が水酸化された化合物であるか不明である。
(3) Narrowing the chemical structure of the metabolic site based on product ion information In addition, the fragment ion peak of the substrate (parent compound) is measured by MS / MS analysis. As a result, the product ions are 466 and 440. On the other hand, the fragment ion peak by MS / MS analysis is similarly measured for the metabolite M1. As a result, the product ions are 466 and 440.
Based on the obtained product ion information, it is narrowed down that the chemical structure of the metabolic site does not include the chemical structure of product ion 466 and product ion 440, and in the case of the substrate (parent compound) It is presumed to be a metabolite generated by hydroxylation on the phenyl ring to which the amide is bonded. Although depending on the precondition extraction conditions (for example, extraction level, cytochrome P450 molecular species, etc.), for example, all the predicted metabolites are picked up at this stage. However, even at this stage, it is unclear whether the 2-position, 3-position or 4-position on the phenyl ring is a hydroxylated compound.
（４）予測代謝物の化学構造式の作成・表示
そこで次に、上記（２）のようにして特定された前記予測代謝物の化学構造と、上記（３）のようにして、前記基質（親化合物）と代謝物Ｍ１との両者のプロダクトイオンの情報により絞り込まれた化学構造と、を比較することにより、一致・適合する化学構造を選択しながら入力された前記基質（親化合物）が代謝されて生成すると予測される予測代謝物の化学構造式を作成・表示すると、アミド結合しているフェニル環上の２位又は４位が水酸化されることにより生じた代謝物であることが精度よく推定され、当該代謝部位の化学構造を有する代謝物（質量数574、プロダクトイオン466、440）の構造（化２又は化３参照）を提案することが可能となる。
(4) Preparation / display of chemical structural formula of predicted metabolite Next, the chemical structure of the predicted metabolite identified as described in (2) above, and the substrate ( By comparing the chemical structures narrowed down by the product ion information of both the parent compound) and the metabolite M1, the substrate (parent compound) input while selecting the matching / matching chemical structure is metabolized. When the chemical structural formula of the predicted metabolite predicted to be generated is generated and displayed, it is accurate to be a metabolite generated by hydroxylation of the 2- or 4-position on the phenyl ring having an amide bond It is possible to propose a structure (see Chemical Formula 2 or Chemical Formula 3) of a metabolite (mass number 574, product ions 466, 440) that is well estimated and has the chemical structure of the metabolic site.
本発明によれば、代謝物を抽出・単離する必要がなく、また、その存在量が微量の場合でも当該代謝物を提案することができ、しかも生体内外における薬物代謝酵素反応により生じる代謝物の構造が迅速に精度よく提案可能である方法を提供できる。 According to the present invention, it is not necessary to extract and isolate a metabolite, and even if the abundance is small, the metabolite can be proposed, and a metabolite generated by a drug metabolizing enzyme reaction in and outside the living body. It is possible to provide a method in which the structure can be proposed quickly and accurately.
１・・入力手段
２・・構造式作成手段
３・・分子量算出手段
４・・比較手段
５・・表示手段
６・・フラグメントの帰属手段
７・・代謝部位絞り込み又は特定化手段
８・・記憶手段
1 .. Input means 2. Structural formula creation means 3 Molecular weight calculation means 4 Comparison means 5 Display means 6 Fragment attribution means 7 Metabolic site narrowing or specification means 8 Storage means
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