JP3256307B2 - Method for constructing molecular structure of biologically active ligand - Google Patents

Method for constructing molecular structure of biologically active ligand

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JP3256307B2
JP3256307B2 JP00115393A JP115393A JP3256307B2 JP 3256307 B2 JP3256307 B2 JP 3256307B2 JP 00115393 A JP00115393 A JP 00115393A JP 115393 A JP115393 A JP 115393A JP 3256307 B2 JP3256307 B2 JP 3256307B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、生理活性を有する化合
物の分子構造を構築する方法に関し、さらに詳細には、
医薬、農薬その他の生理活性を有する化合物の分子構造
設計に利用できる、新規化合物の分子構造を自動生成さ
せる方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for constructing a molecular structure of a compound having a physiological activity,
The present invention relates to a method for automatically generating a molecular structure of a novel compound, which can be used for designing a molecular structure of a drug, a pesticide or other compound having a physiological activity.

【0002】[0002]

【従来の技術】薬物の設計には、概念的に2つのステッ
プがある。以後の薬物開発の出発点となる化合物(リー
ドと呼ぶ)を見いだすリード創製の過程と、そのリード
から出発してより活性が優れ毒性や副作用の少ない化合
物を見いだすリード最適化の過程である。リードとはあ
る目的とする生理活性をもつことのわかっている化合物
で、先導化合物ともいう。一般に行なわれている薬物設
計の殆どはこの第2の過程であり、既知の活性化合物か
ら一連の置換基誘導体を合成してその活性を比較するこ
とにより行われることが多い。第1の過程を人為的に行
うのは極めて難しく、天然物質からの発見や、既知の薬
物の副活性からの発見、生体内活性物質(神経伝達物
質、ホルモン、ビタミンその他)からの構造修正、ある
いは入手し得る化合物を手当り次第、用意した評価シス
テムにかけるランダムスクリーニングによる発見など、
偶然や幸運、試行錯誤に頼るところが大きい。適切なリ
ードからスタートすることが以後の薬物開発の成否を左
右し、適当なリードがないために良い薬のできない疾病
も多いことから、活性の高いリードを高い的中率で得る
方法の開発が広く望まれているところである。ある化合
物がどういう薬理活性を示すかは、どの受容体(生体高
分子)に結合するかで決まるが、1つの化合物が1つの
受容体だけに結合するとは限らない。それ故、わずかな
構造の違いで、主活性と副活性(副作用)の強さが逆転
したり、活性が消滅したりすることもありうる。また、
主活性は変わらなくても、代謝のされ易さ、膜との相互
作用など体内での挙動が大きく変化し、薬としての性質
に影響を与えることも多い。まして分子骨格の違う新し
いリードからの薬物は主活性は同じでも、全く異なる挙
動を示すことが予想される。
BACKGROUND OF THE INVENTION There are two conceptual steps in drug design. A lead creation process for finding a compound (referred to as a lead) that serves as a starting point for subsequent drug development, and a lead optimization process for finding a compound with higher activity and less toxicity and side effects starting from the lead. A lead is a compound known to have a certain desired physiological activity, and is also called a lead compound. Most commonly performed drug design is this second step, often performed by synthesizing a series of substituent derivatives from known active compounds and comparing their activities. The first step is extremely difficult to perform artificially, and it is extremely difficult to find out from natural substances, from the side effects of known drugs, to modify the structure from biologically active substances (neurotransmitters, hormones, vitamins, etc.), Or, as soon as an available compound is available, discovery by random screening using a prepared evaluation system,
It depends heavily on chance, luck, and trial and error. Starting with an appropriate lead will determine the success or failure of drug development in the future, and there are many diseases for which good drugs cannot be obtained due to the lack of an appropriate lead. It is widely desired. What pharmacological activity a compound exhibits depends on which receptor (biopolymer) it binds to, but one compound does not always bind to only one receptor. Therefore, a slight difference in the structure may reverse the strength of the main activity and the side activity (side effect) or cause the activity to disappear. Also,
Even if the main activity is not changed, behavior in the body such as easiness of metabolism and interaction with a membrane greatly changes, often affecting the properties as a drug. Even more, drugs from new leads having different molecular skeletons are expected to show completely different behaviors even though they have the same main activity.

【0003】薬物が生理活性を発現するには、体内の受
容体のある部位に到達して、受容体と特異的に相互作用
(ふつうは非共有結合的な強い会合)する必要がある。
近年、受容体の単離精製の技術が進み、X線結晶解析に
よって、酵素や核酸については立体構造(構成原子の三
次元座標)が解明されるものが増してきた。とくに、リ
ガンドとの複合体(酵素の場合なら阻害剤)の解析か
ら、強い結合を示すリガンド分子と受容体の間には、分
子表面の形状がよくフィットすることによって強いファ
ンデルワールス相互作用が働き、さらに水素結合、静電
相互作用などの親水的相互作用が複合体の安定化に寄与
していることがわかっている。本来生体内で働いている
活性物質や酵素基質と見かけの構造が全く異なるにもか
かわらず、同じ受容体への結合が確認され、同じ作用の
薬、あるいは阻害薬となっているものも少なくないこと
からも、受容体と薬物の強い結合に必要なのは、両分子
の三次元的な形状とこれらの性質の相補性であることが
わかる。そこでそれらの要件を満たす三次元構造をもつ
分子構造を人間が設計できれば、リード創製が人為的に
必要なだけ出来るはずである。しかし、人間は既知の活
性化合物の構造にとらわれ易く、三次元的な洞察が得意
でないために、結晶解析によって受容体の立体構造が解
明されている場合でさえ、リード創製は難しい。そこ
で、そうした構造をコンピュータに提示させ、そこから
人間が選ぶというアプローチが、新規な活性構造を見つ
けリードとするのに有効と考えられる。コンピュータは
先入観に捕らわれず、可能性を網羅し、定量的な根拠に
基づいた結果を与えてくれるからである。
In order for a drug to exhibit physiological activity, it must reach a certain site of a receptor in the body and specifically interact with the receptor (usually a strong non-covalent association).
In recent years, the technology for isolating and purifying receptors has been advanced, and the number of enzymes and nucleic acids whose three-dimensional structures (three-dimensional coordinates of constituent atoms) are clarified by X-ray crystal analysis has increased. In particular, analysis of the complex with the ligand (in the case of an enzyme, an inhibitor) shows that a strong van der Waals interaction between the ligand molecule and the receptor, which shows strong binding, due to the good fit of the molecular surface. It has been found that hydrophilic functions such as hydrogen bonding and electrostatic interaction contribute to the stabilization of the complex. Despite the fact that the apparent structure is completely different from the active substance or enzyme substrate that originally works in vivo, binding to the same receptor has been confirmed, and many drugs have the same action or inhibitor. This indicates that what is required for strong binding between the receptor and the drug is the three-dimensional shape of both molecules and the complementarity of these properties. Therefore, if humans can design a molecular structure having a three-dimensional structure that satisfies these requirements, it should be possible to artificially create leads. However, humans are apt to be obscured by the structure of known active compounds and are not good at three-dimensional insights, making it difficult to create leads even when the three-dimensional structure of the receptor has been elucidated by crystallographic analysis. Therefore, an approach in which such a structure is presented to a computer and then selected by a human is considered effective for finding a new active structure and using it as a lead. Computers are not bound by prejudice, they cover possibilities and give results based on quantitative evidence.

【0004】リードに必要とされる条件に合う構造を見
つけてくるための、アプローチとして2つ考えられる。
既知化合物の構造データベースから条件に合った構造を
検索する方法と、そのような条件に合った構造を新たに
構築する方法である。受容体の立体構造を利用できる場
合には、その両方のアプローチ法について、次のような
報告がある。
[0004] There are two approaches to finding a structure that meets the conditions required for leads.
A method of searching for a structure that meets the conditions from a structure database of known compounds, and a method of newly constructing a structure that meets such conditions. If the three-dimensional structure of the receptor is available, the following reports are available on both approaches.

【0005】DesJarlais、Kuntzらは薬
物結合部位の内孔の形状をそこにうまくはまる数個の球
体で表現しておき、結晶データベース(英国ケンブリッ
ジ大学より公開:世界中の100以上の化学関係の学術
雑誌に報告された解析を登録)中の化合物それぞれを、
それを含む数個の球体で表現して、受容体の球体の集合
との類似性を判断する手法(DOCK)を発表した(R.
L. DesJarlais, R.P.Sheridan, G.L.Seibel, J.S.Dixo
n, I.D. Kuntz and R. Venkataraghavan, J. Med. Che
m. 31, 722-729 (1988); R.L. DesJarlais, G.L. Seibe
l, I.D. Kuntz,P.S. Furth and J.C. Alvarez, Proc. N
atl. Acad. Sci. USA, 87, 6644-6648 (1990))。この
手法をエイズウイルスの蛋白分解酵素(HIV protea
se:プロテインデータバンクに登録済み)に適用した結
果、ベータ遮断薬、抗精神薬として知られるハロペリド
ールという化合物の結晶構造がこの酵素の薬物結合部位
によくフィットするとして選ばれ、マイナーな構造修正
を行って合成し活性を調べたところ、この酵素を阻害し
エイズ治療への有効性が証明された。しかし、この方法
は分子の形状のみを判断し、水素結合その他の相互作用
を考慮せず、分子配座も結晶構造しか考慮しないので、
有望な候補化合物の洩れと効率の悪さが問題となってい
る。
[0005] DesJarlais, Kuntz et al. Described the shape of the inner hole of the drug-binding site by several spheres that fit well, and used a crystal database (published by Cambridge University, UK: more than 100 scientific studies around the world). Register the analysis reported in the journal)
A method (DOCK) for judging the similarity of a receptor to a set of spheres by expressing it with several spheres including it (R.
L. DesJarlais, RPSheridan, GLSeibel, JSDixo
n, ID Kuntz and R. Venkataraghavan, J. Med. Che
m. 31, 722-729 (1988); RL DesJarlais, GL Seibe
l, ID Kuntz, PS Furth and JC Alvarez, Proc. N
atl. Acad. Sci. USA, 87, 6644-6648 (1990)). This technique is used for the protease of AIDS virus (HIV protea).
se: Registered in the Protein Data Bank), and as a result, the crystal structure of a compound called haloperidol, known as a beta-blocker and antipsychotic, was selected as a good fit for the drug-binding site of this enzyme, and minor structural modifications were made. When they were synthesized and tested for their activity, they inhibited this enzyme and proved to be effective in treating AIDS. However, this method judges only the shape of the molecule, does not consider hydrogen bonds and other interactions, and considers only the crystal structure and molecular conformation,
Leakage and inefficiency of promising candidate compounds are problems.

【0006】また、Lewisらは薬物結合部位に、辺
の長さを炭素−炭素1重結合の長さとするダイアモンド
格子を想定し、格子点上に適宜炭素原子を設置して分子
構造を新たに構築する方法を発表した(R.A. Lewis, J.
Comp.-Aided Molecular Design, 4, 205-210 (199
0))。しかし、このやり方ではsp3 混成以外の原子は
設置できず、また、受容体との特異的相互作用といった
ものも全く考慮しておらず、およそ実用性はない。
Also, Lewis et al. Assumed a diamond lattice having a side length of a carbon-carbon single bond at a drug binding site, and newly provided a molecular structure by appropriately setting carbon atoms on lattice points. Announced how to build (RA Lewis, J.
Comp.-Aided Molecular Design, 4, 205-210 (199
0)). However, in this method, atoms other than sp 3 hybrids cannot be set, and no specific interaction with the receptor is taken into consideration at all, which is almost impractical.

【0007】西端・板井らは、受容体の薬物結合部位に
よくフィットし、安定な相互作用をする構造を組み立て
る方法とこの方法を実行するプログラムLEGENDを
発表した(Y. Nishibata and A. Itai, Tetrahedron, 4
7, 8986-8990 (1991))。この方法は、乱数と力場に基
づき、受容体とのファンデルワールス相互作用や水素結
合や静電相互作用が有利になるように、原子または原子
団を1つずつ付加していく方法である。多数の可能な構
造を示唆してくれる点で優れているが、応用面の有効性
は証明されているが、実際の成功例はまだ確認されてい
ない。
Nishibata and Itai et al. Have published a method for assembling a structure that fits well into the drug-binding site of the receptor and that has a stable interaction, and a program LEGEND for executing this method (Y. Nishibata and A. Itai, Tetrahedron, 4
7, 8986-8990 (1991)). In this method, atoms or atomic groups are added one by one based on random numbers and a force field so that van der Waals interaction, hydrogen bonding, and electrostatic interaction with the receptor become advantageous. . It is good at suggesting a number of possible structures, but has proven to be effective, but no actual success has yet been identified.

【0008】Bohmは、プログラム中に用意された多数の
フラグメント構造の中から適当なものを数個、受容体の
薬物結合部位にはめ込み、うまく連結することで、新規
構造を構築する方法を開発した(H.-J. Bohm, J. of Co
mp.-Aided Molecular Design, 6, 61-78 (1992))。し
かし、この方法の有効性を証明する結果はまだでていな
い。
[0008] Bohm has developed a method of constructing a novel structure by inserting a suitable one of a large number of fragment structures prepared in a program into a drug-binding site of a receptor, and linking them well. (H.-J. Bohm, J. of Co
mp.-Aided Molecular Design, 6, 61-78 (1992)). However, there are no results yet to prove the effectiveness of this method.

【0009】受容体の立体構造が知られていない場合に
は、上記のような2つのアプローチ法は使えないので、
別のアプローチ法が必要である。現在立体構造が発表さ
れている生体高分子の数は細菌由来のものを含めて千程
度であり、体内に数万存在するといわれるヒトの受容体
の構造を、1つ1つ構造決定するには長い年月がかかる
と予想される。そこで、受容体の立体構造の情報がない
場合に活性なリガンド分子の構造を構築するためのアプ
ローチ法が、現在は特に求められている。
If the three-dimensional structure of the receptor is not known, the above two approaches cannot be used.
Another approach is needed. The number of biopolymers whose three-dimensional structure has been published is about a thousand including those derived from bacteria, and it is necessary to determine the structure of human receptors, which are said to be tens of thousands in the body, one by one. Is expected to take a long time. Therefore, an approach for constructing a structure of a ligand molecule which is active when there is no information on the three-dimensional structure of the receptor is now particularly required.

【0010】受容体の立体構造の情報がない場合に、薬
物、生理活性物質、生体内活性物質などのリガンド分子
の側から構造と活性の関係を見出すための、もっとも有
効な方法は分子の重ね合わせである。同じ受容体の同じ
部位に結合して類似の生理作用を発現する複数の化合物
(分子構造が類似しているときは重ねるまでもないが)
は、形状や分子間相互作用に共通の特徴があるはずであ
り、それらの分子を三次元的に重ねあわせることによっ
て、その共通の特徴を抽出することができる。また、回
転できる単結合を分子内にもつ分子が、受容体に結合し
て活性を発現するときの分子配座(活性コンフォメーシ
ョンまたは活性配座という)の決定も、場合によっては
分子の重ね合わせによって可能になる。また、リガンド
側から受容体の薬物結合部位の環境や大きさを推定する
ことをレセプタマッピングと呼び、そのように推定され
たものを受容体モデルと呼ぶ。このレセプタマッピング
を、分子の重ね合わせに基づいて有効におこなうことが
できる。
When there is no information on the three-dimensional structure of the receptor, the most effective method for finding the relationship between the structure and the activity from the side of the ligand molecule such as a drug, a physiologically active substance, or a biologically active substance is the superposition of molecules. It is a match. Multiple compounds that exhibit similar physiological actions by binding to the same site of the same receptor (although it is not necessary to overlap when the molecular structures are similar)
Must have common features in shape and intermolecular interaction, and by overlapping those molecules three-dimensionally, the common features can be extracted. In addition, the determination of the molecular conformation (called active conformation or active conformation) when a molecule having a rotatable single bond in a molecule expresses an activity by binding to a receptor may be determined by superposition of molecules in some cases. Made possible by Estimating the environment and size of the drug binding site of the receptor from the ligand side is called receptor mapping, and the one estimated as such is called a receptor model. This receptor mapping can be effectively performed based on the superposition of molecules.

【0011】分子を重ね合わせる方法にはいろいろある
が、方法によって重ね合わせ結果は大きく異なり、異な
る構造活性相関モデルや受容体モデル(必要と思われる
官能基の推定、受容体の薬物結合部位の形状や性質や環
境の推定)に到達する。できるだけ正しいモデルに到達
するためには、論理的な重ね合わせ法の使用が必須であ
る。
Although there are various methods for superimposing molecules, the results of superposition differ greatly depending on the method, and different structure-activity relationship models or receptor models (estimation of functional groups considered necessary, shape of drug binding site of receptor, etc.) And estimation of properties and environment). In order to arrive at the correct model as much as possible, the use of logical superposition is essential.

【0012】これまで一般によく行われてきた分子の重
ね合わせ法としては、分子骨格やへテロ原子の位置の類
似性に基づいて対応する3対以上の原子対を指定し、2
分子の間でそれらの位置の一致が最も良くなるように最
小自乗計算で重ね合わせる、あるいはコンピュータグラ
フィックス画面上で視覚的に判断して適当に重ね合わせ
ることが行われてきた。
[0012] As a method of superimposing molecules that has been generally performed so far, three or more corresponding pairs of atoms are designated based on the similarity of the positions of molecular skeletons and heteroatoms.
Overlapping has been performed by least squares calculation so that the coincidence of the positions of the molecules is the best, or by appropriately judging visually on a computer graphics screen.

【0013】しかし、板井・加藤らは同一の受容体に結
合する複数の薬物や生理活性物質の分子の重ね合わせに
おいては、重ね合わせる分子間で原子位置(分子骨格)
が一致する必要はないと考え、分子の形状、水素結合、
静電的性質その他の物理的化学的性質が重ね合わせる分
子間で一致するような分子の重ね合わせ法(RECEP
S)を考案し、発表した。(Y. Kato, A. Itai and Y.
Iitaka, Tetrahedron,43, 5229-5236 (1987); A. Itai,
Y. Kato, N. Tomioka, Y. Iitaka, Y. Endo, M. Haseg
awa, K. Shudo, H. Fujiki and S. Sakai, Proc. Natl.
Acad. Sci.USA, 85, 3688-3692 (1988);Y. Kato, A. I
noue, M. Yamada, N. Tomioka and A. Itai, J. Comp.-
Aided Molecular Design, 6 in press (1992); A. Ita
i, N.Tomioka, Y. Kato, Y. Nishibata and S. Saito,
in 'Medicinal Chemistry in21st Century', edited by
C.G. Wermuth, Blackwell Scientific Publishings,Lo
ndon, (1992) in press; A.Itai, N. Tomioka and Y. K
ato, in 'QSAR: Newdevelopments and Applications',
edited by T. Fujita, Elsevier Science Publishers,
Amsterdam,(1992), in press.) このRECEPSを
用いて、これらの性質の分子間の一致を指標に、コンピ
ュータグラフィックス画面上で対話的に分子を移動回転
し、コンフォメーションを変えつつ、よい重ね合わせを
得ることが可能となった。これによって、見かけの化学
構造が全く異なる分子間の重ね合わせが初めて可能にな
った。
However, when superimposing molecules of a plurality of drugs or physiologically active substances that bind to the same receptor, Itai and Kato et al.
Do not need to match, the shape of the molecule, hydrogen bonding,
A method of superposing molecules such that electrostatic properties and other physicochemical properties match between the superimposed molecules (RECEP
S) was devised and announced. (Y. Kato, A. Itai and Y.
Iitaka, Tetrahedron, 43, 5229-5236 (1987); A. Itai,
Y. Kato, N. Tomioka, Y. Iitaka, Y. Endo, M. Haseg
awa, K. Shudo, H. Fujiki and S. Sakai, Proc. Natl.
Acad. Sci. USA, 85, 3688-3692 (1988); Y. Kato, A. I.
noue, M. Yamada, N. Tomioka and A. Itai, J. Comp.-
Aided Molecular Design, 6 in press (1992); A. Ita
i, N. Tomioka, Y. Kato, Y. Nishibata and S. Saito,
in 'Medicinal Chemistry in21st Century', edited by
CG Wermuth, Blackwell Scientific Publishings, Lo
ndon, (1992) in press; A. Itai, N. Tomioka and Y. K
ato, in 'QSAR: Newdevelopments and Applications',
edited by T. Fujita, Elsevier Science Publishers,
Amsterdam, (1992), in press.) Using this RECEPS, it is possible to interactively move and rotate molecules on a computer graphics screen using the agreement between molecules of these properties as an index, and change the conformation. It became possible to obtain superposition. This enables, for the first time, the superposition of molecules having completely different apparent chemical structures.

【0014】その後、このRECEPSに、水素結合が
重要な役割を果たす系では、複数分子から受容体側に予
想される水素結合官能基の位置を一致させるような重ね
合わせ構造を、コンピュータが自動的に網羅し、順位付
けして示してくれる機能を追加した。この改良により、
重ね合わせ方やコンフォメーションに由来するさまざま
な可能性を網羅した客観的な、正しい重ね合わせを含む
結果が得られるようになった。
Then, in a system in which hydrogen bonding plays an important role in RECEPS, a computer automatically creates a superimposed structure in which the positions of hydrogen bonding functional groups expected from a plurality of molecules on the receptor side are matched. Added features that cover and rank. With this improvement,
You can now get results that include objective and correct overlays, covering the various possibilities derived from overlaying and conformation.

【0015】上記のような分子重ね合わせ法を用いて、
受容体の立体構造が知られていない場合に、構造が全く
異なる複数のリガンド分子に共通な特徴を抽出すること
が可能になったが、このような分子重ね合わせ法により
得られた情報は構造と活性の関係を後付け的に説明する
に留まり、これらの情報に基づいて新たなリガンド分子
を設計し、リードを創製する方法はいまだに確立されて
いない。
Using the above-described molecular superposition method,
When the three-dimensional structure of the receptor is not known, it is possible to extract features common to a plurality of ligand molecules having completely different structures. The method of designing a new ligand molecule based on this information and creating a lead has not yet been established.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、既
知の活性なリガンド分子の構造に基づいて、活性を有す
る新規なリガンド分子の構造を構築する方法を提供する
ことを目的とする。また、本発明は、既知の受容体の分
子構造に基づいて、活性を有する新規なリガンド分子の
構造を構築する方法を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for constructing a novel active ligand molecule structure based on the structure of a known active ligand molecule. Another object of the present invention is to provide a method for constructing a novel active ligand molecule structure based on a known receptor molecular structure.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意努力
した結果、リガンド分子に許容されると考えられる空間
内で、該分子中に存在する特定の官能基の位置と方向を
保持しつつ、空間内に原子を適切に配置することにより
結合経路を網羅的に探索することによって、新規なリガ
ンドの分子構造を自動的に構築させる方法を開発して、
上記の課題を解決することに成功した。
The present inventors have made intensive efforts to maintain the position and orientation of a specific functional group present in a ligand molecule in a space considered to be acceptable for the ligand molecule. While developing a method to automatically construct the molecular structure of a new ligand by comprehensively searching for the binding pathway by appropriately arranging atoms in space,
We succeeded in solving the above problems.

【0018】すなわち、本発明は、生理活性を有するリ
ガンドの分子構造を構築する方法において、(i) 前記リ
ガンドの生理活性に必須であると推定される2個以上の
官能基を抽出し、該官能基の位置と方向を指定する第1
工程、(ii)前記第1工程で抽出した官能基間の繋ぎ方を
設定する第2工程、(iii) 2つの官能基を繋ぐ原子の
数、種類、および存在領域を指定する第3工程、(iv)前
記リガンドの受容体の内孔内にプローブ原子を配置し、
該プローブ原子の位置が所定の条件を満たす場合には、
2つの官能基を繋ぐ原子の位置として採用する第4工
程、(v) 前記第3工程で指定したすべての原子につい
て、前記第4工程を繰り返すことによって、2つの官能
基間に結合経路を作成する第5工程、および(vi)前記第
2工程で繋ぐように設定した2つの官能基のすべての組
合せについて、前記第3工程〜第5工程を繰り返すこと
により得られた結合経路を組み合わせることによって、
前記リガンド分子の骨格を形成させる第6工程を含む、
前記の方法を提供するものである。
That is, the present invention provides a method for constructing a molecular structure of a ligand having a physiological activity, comprising the steps of (i) extracting two or more functional groups presumed to be essential for the physiological activity of the ligand; First to specify the position and direction of the functional group
A step, (ii) a second step of setting a connection method between the functional groups extracted in the first step, (iii) a third step of designating the number, type, and existence region of atoms connecting the two functional groups, (iv) placing a probe atom in the inner pore of the receptor for the ligand,
When the position of the probe atom satisfies a predetermined condition,
A fourth step, which is adopted as the position of an atom connecting the two functional groups, and (v) creating a bonding path between the two functional groups by repeating the fourth step for all the atoms specified in the third step. A fifth step, and (vi) for all combinations of the two functional groups set to be connected in the second step, by combining the binding paths obtained by repeating the third to fifth steps. ,
A sixth step of forming a skeleton of the ligand molecule.
The above method is provided.

【0019】前記第4工程は、三次元格子点上にプロー
ブ原子を配置することによって行っても、または、結合
距離および結合角から算出される結合原子の存在可能な
円周上の点にプローブ原子を配置することによって行っ
てもよい。また、本発明は、生理活性を有するリガンド
の分子構造を構築する方法において、(i) 一種以上の既
知のリガンドの分子構造に基づいて、三次元格子点情報
を得ることにより前記リガンドの受容体の内孔のモデル
を構築する第1工程、(ii)前記の既知のリガンドの分子
構造から生理活性に必須であると推定される2個以上の
官能基を抽出し、該官能基の位置と方向を指定する第2
工程、(iii) 前記第2工程で抽出した官能基間の繋ぎ方
を設定する第3工程、(iv)2つの官能基を繋ぐ原子の
数、種類、および存在領域を指定する第4工程、(v) 前
記受容体の内孔内にプローブ原子を配置し、該プローブ
原子の位置が所定の条件を満たす場合には、2つの官能
基を繋ぐ原子の位置として採用する第5工程、(vi)前記
第4工程で指定したすべての原子について、前記第5工
程を繰り返すことによって、2つの官能基間に結合経路
を作成する第6工程、および(vii) 前記第3工程で繋ぐ
ように設定した2つの官能基のすべての組合せについ
て、前記第4工程〜第6工程を繰り返すことにより得ら
れた結合経路を組み合わせることによって、前記リガン
ド分子の骨格を形成させる第7工程を含む、前記の方法
を提供するものである。
The fourth step may be performed by arranging probe atoms on a three-dimensional lattice point, or at a point on the circumference where a bond atom can be calculated from the bond distance and bond angle. It may be performed by arranging atoms. Further, the present invention provides a method for constructing a molecular structure of a ligand having a physiological activity, comprising: (i) obtaining three-dimensional lattice point information based on the molecular structure of one or more known ligands; (Ii) extracting two or more functional groups presumed to be essential for biological activity from the molecular structure of the known ligand, Second to specify direction
(Iii) a third step of setting the way of connecting the functional groups extracted in the second step, (iv) a fourth step of specifying the number, type, and existence region of the atoms connecting the two functional groups, (v) a fifth step of arranging a probe atom in the inner hole of the receptor and adopting the position of the probe atom as the position of an atom connecting two functional groups when the position of the probe atom satisfies a predetermined condition; A) a sixth step of creating a bond path between two functional groups by repeating the fifth step for all the atoms specified in the fourth step, and (vii) setting to connect in the third step. A method comprising the step of forming a skeleton of the ligand molecule by combining the binding pathways obtained by repeating the fourth to sixth steps for all combinations of the two functional groups described above. Is provided.

【0020】さらに、上記第2工程で指定した官能基の
位置と方向を、同等な効果をもつと推定される位置と方
向に順次指定し直して、前記第3工程〜第7工程を繰り
返してもよい。また、上記第2工程で抽出した官能基
を、同等の物理化学的性質を有する他の官能基に順次置
換して、上記第3工程〜第7工程を繰り返してもよい。
さらにまた、本発明は、上記第1工程〜第7工程に加え
て、(viii)前記リガンドの分子骨格中に原子価の満たさ
れていない原子が存在しないか否かを判定し、該原子が
存在する場合には、該原子に水素原子を付加する第8工
程、(ix)所定の条件により、前記リガンドの分子構造に
環構造を形成させる必要があるか否かを判定し、必要な
場合には環構造を形成させる第9工程、および(x) 前記
リガンドの分子構造を最適化する第10工程を含む、生
理活性を有するリガンドの分子構造を構築する方法を提
供するものである。
Further, the positions and directions of the functional groups designated in the second step are sequentially designated again in positions and directions which are presumed to have the same effect, and the third to seventh steps are repeated. Is also good. Further, the functional groups extracted in the second step may be sequentially replaced with other functional groups having the same physicochemical properties, and the third to seventh steps may be repeated.
Furthermore, in the present invention, in addition to the first step to the seventh step, (viii) determining whether or not there is an atom whose valence is not satisfied in the molecular skeleton of the ligand, and If present, an eighth step of adding a hydrogen atom to the atom; (ix) determining, under predetermined conditions, whether it is necessary to form a ring structure in the molecular structure of the ligand; The present invention provides a method for constructing a molecular structure of a biologically active ligand, comprising a ninth step of forming a ring structure and (x) a tenth step of optimizing the molecular structure of the ligand.

【0021】本発明の方法によれば、既知のリガンド分
子が存在するが、受容体の構造が知られていない場合
も、新規なリガンドの分子構造を構築することができ
る。さらに、本発明は、生理活性を有するリガンドの分
子構造を構築する方法において、(i) 前記リガンドの既
知の受容体の構造に基づいて、受容体の内孔内に作成し
た三次元格子点の情報を得る第1工程、(ii)既知のリガ
ンド分子中の官能基から前記受容体と相互作用する2個
以上の官能基を抽出し、該官能基の位置と方向を指定す
る第2工程、(iii) 前記第2工程で抽出した官能基間の
繋ぎ方を設定する第3工程、(iv)2つの官能基を繋ぐ原
子の数、種類、および存在領域を指定する第4工程、
(v) 前記受容体の内孔内にプローブ原子を配置し、該プ
ローブ原子の位置が所定の条件を満たす場合には、2つ
の官能基を繋ぐ原子の位置として採用する第5工程、(v
i)前記第4工程で指定したすべての原子について、前記
第5工程を繰り返すことによって、2つの官能基間に結
合経路を作成する第6工程、および(vii) 前記第3工程
で繋ぐように設定した2つの官能基のすべての組合せに
ついて、前記第4工程〜第6工程を繰り返すことにより
得られた結合経路を組み合わせることによって、前記リ
ガンド分子の骨格を形成させる第7工程を含む、前記の
方法を提供するものである。本発明の方法によれば、受
容体とリガンド分子の複合体の構造が解明されている場
合にも、新規なリガンド分子の分子構造を構築すること
ができる。
According to the method of the present invention, a new ligand molecular structure can be constructed even when a known ligand molecule exists but the receptor structure is not known. Further, the present invention provides a method of constructing a molecular structure of a ligand having a physiological activity, wherein (i) a three-dimensional lattice point created in an inner hole of a receptor based on a known receptor structure of the ligand. A first step of obtaining information; (ii) a second step of extracting two or more functional groups that interact with the receptor from functional groups in a known ligand molecule, and specifying the position and direction of the functional groups; (iii) a third step of setting the way of connecting the functional groups extracted in the second step, (iv) a fourth step of specifying the number, type, and existence region of the atoms connecting the two functional groups,
(v) a fifth step of disposing a probe atom in the inner hole of the receptor and, when the position of the probe atom satisfies a predetermined condition, adopting a position of an atom connecting two functional groups,
i) a sixth step of creating a bond path between two functional groups by repeating the fifth step for all the atoms specified in the fourth step, and (vii) connecting in the third step. A seventh step of forming a skeleton of the ligand molecule by combining the binding pathways obtained by repeating the fourth to sixth steps for all combinations of the two set functional groups. It provides a method. According to the method of the present invention, a novel molecular structure of a ligand molecule can be constructed even when the structure of a complex between a receptor and a ligand molecule has been elucidated.

【0022】さらにまた、本発明は、生理活性を有する
リガンドの分子構造を構築する方法において、(i) 前記
リガンドの既知の受容体の構造に基づいて、受容体の内
孔内に作成した三次元格子点の情報を得る第1工程、(i
i)前記受容体と相互作用できる2個以上の官能基を選択
し、該官能基の位置と方向を指定する第2工程、(iii)
前記第2工程で選択した官能基間の繋ぎ方を設定する第
3工程、(iv)2つの官能基を繋ぐ原子の数、種類、およ
び存在領域を指定する第4工程、(v) 前記受容体の内孔
内にプローブ原子を配置し、該プローブ原子の位置が所
定の条件を満たす場合には、2つの官能基を繋ぐ原子の
位置として採用する第5工程、(vi)前記第4工程で指定
したすべての原子について、前記第5工程を繰り返すこ
とによって、2つの官能基間に結合経路を作成する第6
工程、および(vii) 前記第3工程で繋ぐように設定した
2つの官能基のすべての組合せについて、前記第4工程
〜第6工程を繰り返すことにより得られた結合経路を組
み合わせることによって、前記リガンド分子の骨格を形
成させる第7工程を含む、前記の方法を提供するもので
ある。本発明の方法によれば、受容体単独の構造解析に
より薬物結合部位の構造が解明されている場合、または
受容体とリガンド分子の複合体の構造が解明されている
場合にも、新規なリガンドの分子構造を構築することが
できる。
Furthermore, the present invention relates to a method for constructing a molecular structure of a ligand having a physiological activity, comprising: (i) a tertiary molecule formed in an inner hole of a receptor based on a known receptor structure of the ligand. The first step of obtaining information on the original grid points, (i
i) a second step of selecting two or more functional groups capable of interacting with the receptor and designating the position and direction of the functional groups, (iii)
A third step of setting a connection method between the functional groups selected in the second step, (iv) a fourth step of designating the number, type, and existence region of atoms connecting the two functional groups; A fifth step in which a probe atom is arranged in the inner hole of the body, and the position of the probe atom satisfies a predetermined condition, and is adopted as a position of an atom connecting the two functional groups; (vi) the fourth step By repeating the fifth step for all the atoms specified in the above, a bonding route between the two functional groups is created.
And (vii) combining the binding pathways obtained by repeating the fourth to sixth steps for all combinations of the two functional groups set to be connected in the third step, thereby obtaining the ligand It is an object of the present invention to provide the above method, comprising a seventh step of forming a molecular skeleton. According to the method of the present invention, even when the structure of the drug binding site is clarified by the structural analysis of the receptor alone, or when the structure of the complex of the receptor and the ligand molecule is clarified, the novel ligand Can be constructed.

【0023】また、本発明は、生理活性を有するリガン
ドの分子構造を構築する方法において、(i) 一種以上の
既知のリガンド分子の原子座標と、前記リガンドの受容
体の内孔の内に作成した三次元格子点の情報とを入力す
る第1工程、(ii)前記の既知のリガンド分子の構造から
生理活性に必須であると推定される2個以上の官能基を
抽出し、該官能基の位置と方向を指定する第2工程、(i
ii) 前記第2工程で抽出した官能基間の繋ぎ方を設定す
る第3工程、(iv)2つの官能基を繋ぐ原子の数、種類、
および存在領域を指定する第4工程、(v) 前記受容体の
内孔内にプローブ原子を配置し、該プローブ原子の位置
が所定の条件を満たす場合には、2つの官能基を繋ぐ原
子の位置として採用する第5工程、(vi)前記第4工程で
指定したすべての原子について、前記第5工程を繰り返
すことによって、2つの官能基間に結合経路を作成する
第6工程、および(vii) 前記第3工程で繋ぐように設定
した2つの官能基のすべての組合せについて、前記第4
工程〜第6工程を繰り返すことにより得られた結合経路
を組み合わせることによって、前記リガンド分子の骨格
を形成させる第7工程を含む、前記の方法を提供するも
のである。上記第1工程で入力されるリガンド分子の原
子座標としては、既知の単独のリカンド分子の原子座
標、または同一の受容体との相互作用を前提として重ね
合わせたリガンド分子の原子座標を用いることができ
る。
The present invention also relates to a method for constructing a molecular structure of a ligand having a physiological activity, comprising the steps of: (i) preparing the atomic coordinates of one or more known ligand molecules in the inner hole of a receptor of the ligand; And (ii) extracting two or more functional groups presumed to be essential for physiological activity from the structure of the known ligand molecule, and The second step of specifying the position and direction of (i)
ii) a third step of setting the connection between the functional groups extracted in the second step, (iv) the number and type of atoms connecting the two functional groups,
And a fourth step of designating the existence region, (v) placing a probe atom in the inner hole of the receptor, and if the position of the probe atom satisfies a predetermined condition, the atom of the atom connecting the two functional groups A fifth step adopted as a position, (vi) a sixth step of creating a bonding route between two functional groups by repeating the fifth step for all atoms designated in the fourth step, and (vii ) For all combinations of the two functional groups set to be connected in the third step,
The present invention provides the above method, comprising a seventh step of forming a skeleton of the ligand molecule by combining the binding pathways obtained by repeating the steps from the sixth step to the sixth step. As the atomic coordinates of the ligand molecule input in the first step, it is possible to use the atomic coordinates of a known single recombinant molecule or the atomic coordinates of a ligand molecule superimposed on the assumption of interaction with the same receptor. it can.

【0024】本発明において、受容体とは、薬物の標的
となりうるすべての生体高分子をいうものとし、蛋白
質、核酸、多糖、およびそれらの複合体を含む。リガン
ドとは、特定の受容体の特定の部位に、強く結合(相互
作用)する低分子量(千以下程度)の化合物をいうもの
とし、神経伝達物質、ホルモン、ビタミンなどの生体内
活性物質、天然および合成の生理活性物質、薬物、酵素
基質などを含む。
In the present invention, the term "receptor" refers to any biopolymer that can be a target of a drug, and includes proteins, nucleic acids, polysaccharides, and complexes thereof. A ligand refers to a low-molecular-weight (about 1,000 or less) compound that strongly binds (interacts) to a specific site of a specific receptor, and is a biologically active substance such as a neurotransmitter, a hormone, or a vitamin. And synthetic physiologically active substances, drugs, enzyme substrates and the like.

【0025】官能基とは、化学反応や分子認識におい
て、特定の働きをすると考えられる原子または常にグル
ープとして行動する原子群(原子団)をいうものとす
る。例えば、アミノ基、ニトロ基、ベンゼン環などを例
示することができる。官能基の方向とは、受容体と相互
作用ができる方向をいうものとする。水素結合する官能
基なら孤立電子対や水素の方向とし、ベンゼン環などの
芳香環なら環に垂直なπ電子の方向を官能基の方向とす
る。
The term "functional group" refers to an atom considered to have a specific function in a chemical reaction or molecular recognition or an atomic group (atomic group) that always acts as a group. For example, an amino group, a nitro group, a benzene ring and the like can be exemplified. The direction of the functional group refers to the direction in which it can interact with the receptor. For a functional group that forms a hydrogen bond, the direction of a lone electron pair or hydrogen is used. For an aromatic ring such as a benzene ring, the direction of a π electron perpendicular to the ring is used as the direction of the functional group.

【0026】プローブ原子とは、受容体内孔内のある位
置がリガンド分子を構成する原子の位置として適当であ
るか否かを判定するために、受容体内孔内に配置させる
仮の原子をいうものとする。三次元格子点情報とは、受
容体モデルを空間的および位置依存的に表現するため、
格子の間隔を0.2〜0.5オングストローム程度とし、各格
子点上でその位置での受容体の環境の情報を計算して保
存したデータをいうものとする。三次元格子点情報は、
例えば、格子点毎の、空間位置を示すアドレス、各リガ
ンド分子(6分子まで)による占有情報、静電ポテンシ
ャル、水素結合性官能基が予想されるか否か、されるな
らばその性質は水素供与性か受容性か、芳香族の性質が
問題になる位置かどうか、などのデータを含むものであ
る。リガンド分子による占有情報とは、三次元格子点が
リガンド分子によって占有される領域内、すなわち、リ
ガンド分子を構成する原子のファンデルワールス半径内
に含まれる領域内にあるか否かを示す格子点毎の情報で
ある。この三次元格子点情報を受容体の立体構造の代わ
りに利用し、それに合うかどうかを高速に判断しつつリ
ガンドの分子構造を構築することができる。
The term "probe atom" refers to a temporary atom to be placed in the pore of the receptor in order to determine whether a certain position in the pore of the receptor is appropriate as the position of the atom constituting the ligand molecule. And Three-dimensional grid information is used to represent a receptor model spatially and position-dependently.
The grid spacing is about 0.2 to 0.5 angstroms, and refers to data obtained by calculating and storing information on the environment of the receptor at each position on each grid point. The three-dimensional grid information is
For example, for each lattice point, an address indicating a spatial position, occupancy information of each ligand molecule (up to 6 molecules), electrostatic potential, whether or not a hydrogen bonding functional group is expected, and if so, the property is hydrogen It includes data such as whether it is donating or accepting and whether the nature of the aromatics is a problem. The information occupied by the ligand molecule indicates whether or not the three-dimensional lattice point is within the region occupied by the ligand molecule, that is, whether or not the three-dimensional lattice point is within the region included in the van der Waals radius of the atoms constituting the ligand molecule. It is information for each. This three-dimensional lattice point information can be used instead of the three-dimensional structure of the receptor, and the molecular structure of the ligand can be constructed while determining at a high speed whether or not the three-dimensional lattice point fits.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明の方法により、生理活性を有する
新規なリガンド化合物を高い確率で予測することができ
る。また、本発明の方法により、生理活性を有する新規
なリガンド化合物の分子設計を高速に行うことが可能と
なる。
According to the method of the present invention, a novel ligand compound having a physiological activity can be predicted with a high probability. In addition, the method of the present invention enables high-speed molecular design of a novel ligand compound having a physiological activity.

【0028】[0028]

【実施例】図1は、本発明の方法の概念を示す。本発明
の方法においては、まず、例えばRECEPSの手法に
より、既知のリガンドの分子構造に基づいてレセプタマ
ッピングを行い、三次元格子点情報を得て、受容体の内
孔モデルを構築し、次いで、例えばLINKORの手法
により、受容体との相互作用に重要な、既知のリガンド
分子の官能基を抽出してその官能基の位置と方向を指定
し、前記の官能基の位置と方向を保存しつつ新規なリガ
ンドの分子構造を構築することができる。図1中の、O
−H、N−H、およびベンゼン環は、受容体との相互作
用に重要な、既知のリガンドの分子構造から抽出された
官能基である。また、aは、RECEPSを用い、既知
のリガンドの分子構造に基づいて行われたレセプタマッ
ピングにより、構築された受容体の内孔モデルを模式的
に示している。
FIG. 1 shows the concept of the method of the present invention. In the method of the present invention, first, receptor mapping is performed based on the molecular structure of a known ligand by, for example, RECEPS technique, three-dimensional lattice information is obtained, and an inner hole model of a receptor is constructed. For example, according to the LINKOR method, a functional group of a known ligand molecule, which is important for the interaction with the receptor, is extracted, the position and the direction of the functional group are designated, and the position and the direction of the functional group are stored. The molecular structure of a novel ligand can be constructed. O in FIG.
The -H, NH, and benzene rings are functional groups extracted from the molecular structure of known ligands that are important for interaction with the receptor. In addition, a schematically shows an inner pore model of a receptor constructed by receptor mapping using RECEPS based on the molecular structure of a known ligand.

【0029】図2は、本発明の方法に利用できる、2つ
の官能基間の結合方法を示す。本発明の方法は、2種の
結合方法を備えていて、使用時に選択することができ
る。図2では、官能基Aと官能基Bとを、a、b、およ
びcの3原子で繋ぐ方法を示している。結合方法1で
は、原子a、b、およびcは、三次元格子点上にとられ
る。図2中、AおよびB、並びに、aおよびbから派生
している点線は、結合距離を示し、AおよびBから派生
している矢印は、官能基AおよびBの方向を示す。
FIG. 2 shows a method of bonding between two functional groups which can be used in the method of the present invention. The method of the invention comprises two coupling methods, which can be selected at the time of use. FIG. 2 shows a method of connecting a functional group A and a functional group B with three atoms a, b, and c. In bonding method 1, atoms a, b, and c are taken on a three-dimensional lattice point. In FIG. 2, dotted lines derived from A and B, and a and b indicate the bond distances, and arrows derived from A and B indicate the directions of the functional groups A and B.

【0030】結合方法2では、原子a、bおよびcは三
次元格子点上ではなく、結合距離、結合角から算出され
る結合原子の存在可能な円周上にとられる。円(a) 、
(b) および(c) は、それぞれ、原子a、bおよびcの存
在位置の候補を示す。図3は、本発明における環構造の
形成方法を示す。図3の(a)は、後述する図5のフロ
ーチャートのステップL30において、所定の条件に応
じて、2つの水素原子の中心に1個の炭素原子を置き、
この炭素原子を前記の各々の水素原子と結合している炭
素原子と結合させて結合距離、結合角、および二面体角
を評価し、これが許容範囲にあれば、環構造を形成させ
る方法を模式的に示す。図3の(b)は、後述する図5
のフローチャートのステップL33において、水素原子
を含む原子間接触のために、環構造にした方が安定にな
る部分を探索し、結合長、結合角、およびねじれ角を考
慮しながら、水素原子を炭素原子に置換した後、新たな
環構造を形成する方法を模式的に示す。
In the bonding method 2, the atoms a, b and c are set not on the three-dimensional lattice points but on the circumference where the bond atoms calculated from the bond distance and bond angle can exist. Yen (a),
(b) and (c) show candidates for the positions of the atoms a, b and c, respectively. FIG. 3 shows a method for forming a ring structure in the present invention. FIG. 3A shows that one carbon atom is placed at the center of two hydrogen atoms in step L30 of the flowchart of FIG.
This carbon atom is bonded to a carbon atom bonded to each of the above hydrogen atoms to evaluate a bond distance, a bond angle, and a dihedral angle, and if this is within an allowable range, a method of forming a ring structure is schematically illustrated. Is shown. FIG. 3 (b) shows FIG.
In step L33 of the flowchart of FIG. 7, a portion where a ring structure is more stable for interatomic contact including a hydrogen atom is searched, and a hydrogen atom is converted into a carbon atom while considering a bond length, a bond angle, and a torsion angle. The method of forming a new ring structure after substitution with an atom is schematically shown.

【0031】図4および5は、LINKORを用いた、
本発明の方法の一実施態様のフローチャートを示す。詳
細については、後述する。図6は、RECEPSを用い
た分子重ね合わせ法とレセプタマッピングのフローチャ
ートを示す。図7は、RECEPSを用いた分子重ね合
わせ法とレセプタマッピングの概念を示す。RECEP
Sの分子重ね合わせ法には、対話的重ね合わせ法と自動
重ね合わせ法の2つのやり方がある。既知のリガンドの
分子構造の重ね合わせを対話的重ね合わせ法または自動
重ね合わせ法で行い、その他の性質を考慮して重ね合わ
せモデルの最適化を行うことにより、三次元格子点情報
(形状性、水素結合性、静電ポテンシャル、芳香族性等
の情報)で表現されるレセプタマッピングを行う。RE
CEPSの手法は、受容体との相互作用を考慮した分子
重ね合わせを行うこと、および、三次元格子点情報を用
いてレセプタマッピングを行うことを特徴とする。
FIGS. 4 and 5 illustrate the use of LINKOR.
2 shows a flowchart of one embodiment of the method of the present invention. Details will be described later. FIG. 6 shows a flowchart of a molecular superposition method using RECEPS and receptor mapping. FIG. 7 shows the concept of the molecular superposition method using RECEPS and receptor mapping. RECEP
There are two methods for molecular superposition of S, an interactive superposition method and an automatic superposition method. By superimposing the molecular structures of known ligands using an interactive superposition method or an automatic superposition method and optimizing the superposition model in consideration of other properties, three-dimensional lattice point information (shape, Receptor mapping represented by information such as hydrogen bonding, electrostatic potential, and aromaticity) is performed. RE
The CEPS method is characterized by performing molecular superposition in consideration of interaction with a receptor, and performing receptor mapping using three-dimensional lattice information.

【0032】図8は、モルヒネの化学構造(a)、結晶
構造(b)、および抽出した官能基(ベンゼン環とプロ
トン化した窒素)の位置と方向(c)を示す。また、a
は、受容体の壁を示す。図9の(a)は、三次元格子点
を用いて表現したモルヒネの受容体モデルを示す。線図
で表現したカゴで囲まれた空間が、受容体の内孔を示
す。さらに、図9の(b)は、受容体側に予想されるア
ニオン性または水素結合性のヘテロ原子の位置を示す。
FIG. 8 shows the chemical structure of morphine (a), the crystal structure (b), and the position and direction (c) of the extracted functional group (benzene ring and protonated nitrogen). Also, a
Indicates the wall of the receptor. FIG. 9A shows a morphine receptor model represented using three-dimensional lattice points. The space surrounded by the basket represented by the diagram shows the inner hole of the receptor. Further, FIG. 9 (b) shows the position of an anionic or hydrogen-bonding heteroatom expected on the receptor side.

【0033】図10は、本発明の方法により得られた、
モルヒネ受容体のリガンドの分子構造の一部を示す。枠
で囲まれた分子構造は、鎮痛活性を有することが既に知
られている化合物の分子骨格と同じである。図11は、
本発明の方法により得られたリガンドの分子構造と同じ
分子骨格をもち、モルヒネと同等以上の鎮痛活性を有す
ることが既に知られている化合物群の分子構造を示す。
FIG. 10 shows the results obtained by the method of the present invention.
2 shows a part of the molecular structure of a morphine receptor ligand. The molecular structure surrounded by a frame is the same as the molecular skeleton of a compound already known to have analgesic activity. FIG.
The molecular structure of a group of compounds that have the same molecular skeleton as that of the ligand obtained by the method of the present invention and are already known to have analgesic activity equal to or higher than that of morphine is shown.

【0034】図12は、バクテリア由来の蛋白分解酵素
リゾパスペプシンと共にX線結晶解析された既知の阻害
剤の構造を示す。Pro は、プロリンを、Phe はフェニル
アラニンを、His はヒスチジンを、Val はバリンを、Ty
r はチロシンを示し、また、Ψ[CH2-NH]はこの部分のペ
プチド結合C0NHがCH2NH となっていることを示す。上段
には、リゾパスペプシンの阻害剤の構造をアミノ酸配列
で表した。また、下段には、上段に示したリゾパスペプ
シンの阻害剤のアミノ酸配列のうち、枠で囲った部分の
化学構造および立体構造を示した。前記阻害剤の化学構
造においては、リゾパスペプシンの基質結合部位と直接
相互作用している5個の官能基を丸で囲い、これに番号
を付した。
FIG. 12 shows the structure of a known inhibitor analyzed by X-ray crystallography together with the bacterial protease lysopas pepsin. Pro for proline, Phe for phenylalanine, His for histidine, Val for valine, Ty
r indicates tyrosine, and Ψ [CH 2 -NH] indicates that the peptide bond C0NH in this portion is CH 2 NH. In the upper part, the structure of the lysopass pepsin inhibitor is represented by an amino acid sequence. Further, the lower part shows the chemical structure and the three-dimensional structure of the portion surrounded by the frame in the amino acid sequence of the lysopathepsin inhibitor shown in the upper part. In the chemical structure of the inhibitor, five functional groups that directly interact with the substrate binding site of lysopas pepsin are circled and numbered.

【0035】図13は、本発明の方法により得られた、
リゾパスペプシンのリガンドの分子構造を示す(出力1
〜出力11)。図14は、本発明の方法により得られ
た、リゾパスペプシンのリガンドの分子構造(図13の
出力9に示した。)を、リゾパスペプシンの基質結合部
位を含む内孔内に配置した様子を示す。図14中、太線
は、本発明の方法により得られた、リゾパスペプシンの
リガンドの分子構造を表し、細線は、リゾパスペプシン
の基質結合部位の構造を表す。尚、ASP79は、79
位のアスパラギン酸を、ASP218は218位のアス
パラギン酸を意味するものである。
FIG. 13 shows the results obtained by the method of the present invention.
The molecular structure of the ligand of lysopass pepsin is shown (output 1).
~ Output 11). FIG. 14 shows a state in which the molecular structure of the ligand of lysopass pepsin (shown as output 9 in FIG. 13) obtained by the method of the present invention is placed in the inner hole containing the substrate binding site of lysopass pepsin. Is shown. In FIG. 14, the thick line represents the molecular structure of the ligand of lysopass pepsin obtained by the method of the present invention, and the thin line represents the structure of the substrate binding site of lysopass pepsin. In addition, ASP79 is 79
ASP218 means aspartic acid at position 218.

【0036】図4〜6のフローチャートを参照して、本
発明の第1実施例について説明する。図6は、RECE
PSの手法により、既知のリガンド分子の座標を入力し
てから三次元格子点情報を得るまでの流れを示し、図4
および5は、LINKORの手法により、リガンド分子
の原子座標とRECEPSの手法により得られた三次元
格子点情報とを入力してから新規なリガンドの分子構造
が出力されるまでの流れを示す。なお、図4〜6におい
て、RおよびLは各ステップを示す。
The first embodiment of the present invention will be described with reference to the flowcharts of FIGS. FIG.
FIG. 4 shows a flow from inputting coordinates of a known ligand molecule to obtaining three-dimensional lattice point information by the PS method.
And 5 show the flow from the input of the atomic coordinates of the ligand molecule by the LINKOR method and the three-dimensional lattice point information obtained by the RECEPS method to the output of the new ligand molecular structure. 4 and 6, R and L indicate each step.

【0037】まず、図6のR1において、生理活性を有
することが知られている一種のリガンド分子、または同
様の生理活性を有することが知られている二種以上のリ
ガンド分子の原子座標を入力する。このリガンド分子の
構造としては、結晶解析により決定された構造の他、結
晶データベースにある類似構造やエネルギー計算を利用
した分子モデリングで得られた構造を用いることができ
る。
First, in R1 of FIG. 6, the atomic coordinates of one kind of ligand molecule known to have a physiological activity or two or more kinds of ligand molecules known to have the same physiological activity are input. I do. As the structure of the ligand molecule, in addition to the structure determined by crystal analysis, a similar structure in a crystal database or a structure obtained by molecular modeling using energy calculation can be used.

【0038】次に、R2において、各リガンド分子につ
いて、分子軌道法計算によって各原子の電荷を算出し、
さらに、水素結合性官能基には官能基毎にタイプ番号を
付与する。ここで、水素結合性官能基とは、水素結合を
するための水素や孤立原子対をもったヘテロ原子を含む
官能基をいう。
Next, in R2, for each ligand molecule, the charge of each atom is calculated by molecular orbital calculation,
Further, a hydrogen bonding functional group is given a type number for each functional group. Here, the term “hydrogen-bonding functional group” refers to a functional group containing hydrogen for forming a hydrogen bond or a hetero atom having an isolated atom pair.

【0039】次に、R3において、リガンド分子が一種
類であるか否かを判定する。リガンド分子が一種類であ
る場合には、以下に記載するR4〜R10のステップを
行わずに、R11のステップを行う。R3において、リ
ガンド分子が二種類以上である場合には、R4におい
て、リガンド分子の中から2種類の分子を選び、一方を
鋳型分子、他方を試行分子とする。
Next, in R3, it is determined whether or not there is only one kind of ligand molecule. When there is only one kind of ligand molecule, the step of R11 is performed without performing the steps of R4 to R10 described below. When there are two or more types of ligand molecules in R3, two types of molecules are selected from the ligand molecules in R4, one of which is a template molecule and the other is a trial molecule.

【0040】次に、R5において、リガンド分子の自動
重ね合わせを行うか、または対話的重ね合わせを行うか
選択する。ここで、分子の重ね合わせとは、分子構造や
性質の相同性や違いを立体的に探り比較するために、複
数の活性分子の三次元構造を、同一空間内に対応する方
位に置くことをいう。どのような性質、物理量に注目し
て重ねるか(分子の表面の形状、含まれる原子の位置、
物理的化学的性質など)、重なりの良さをどのように評
価するかが問題である。例えば、RECEPSにおいて
は、受容体に相互作用するための水素結合、イオン結
合、および疎水相互作用等の分子下の性質の一致を重視
した重ね合わせを行うことができる。分子重ね合わせ
は、分子模型で行ってもよいが、手軽、定量化が可能、
座標がそのまま保存できるなどの理由から、コンピュー
タグラフィックスを用いることが好ましい。また、分子
の自動重ね合わせとは、重ね合わせの位置関係と分子配
座を網羅しつつコンピューターが自動的に重ね合わせ方
を見つける手法をいう。例えば、RECEPSでは、同
一受容体の同一サイトへの結合を仮定して受容体側の水
素結合原子が一致するように、特殊な最小自乗法計算を
行う。また、分子の対話的重ね合わせとは、コンピュー
ターグラフィックスのディスプレイ上で、重なりの指標
を参考にしつつ、分子を回転、平行移動、結合回転させ
ながら重ね合わせることをいう。
Next, in R5, it is selected whether to perform automatic superposition of the ligand molecules or to perform interactive superposition. Here, superposition of molecules refers to placing the three-dimensional structures of multiple active molecules in corresponding orientations in the same space in order to three-dimensionally search for and compare homology and differences in molecular structures and properties. Say. Focus on what properties and physical quantities (such as the shape of the surface of the molecule, the position of the contained atoms,
The problem is how to evaluate good overlap. For example, in RECEPS, superposition can be performed with emphasis on matching molecular properties such as hydrogen bonding, ionic bonding, and hydrophobic interaction for interacting with a receptor. Molecular superposition may be performed with a molecular model, but it is easy and quantification is possible.
It is preferable to use computer graphics because the coordinates can be stored as they are. The term “automatic superposition of molecules” refers to a method in which a computer automatically finds a superposition method while covering the positional relationship and molecular conformation of superposition. For example, in RECEPS, a special least squares calculation is performed so that the hydrogen bond atoms on the receptor side coincide with each other, assuming that the same receptor binds to the same site. The term "molecule interactive superposition" refers to superposition of molecules on a computer graphics display while rotating, translating, or bonding and rotating while referring to the index of overlap.

【0041】R5のステップにおいては、一般に、自動
重ね合わせを選択することが好ましいが、分子中に水素
結合のサイトが少なく、自動重ね合わせ法の利用が困難
な場合には、対話的重ね合わせを選択するとよい。R5
においてリガンド分子の自動重ね合わせを選択した場合
には、次に、R6において、ダミー原子を用いた自動重
ね合わせを行う。ダミー原子とは、水素結合を形成して
いる2つの分子(例えば、受容体とリガンド)があると
きに、一方の分子の相互作用に関与する基(例えば、水
素供与基)の位置に基づいて、他方の分子の相互作用に
関与する基(例えば、水素受容基)の位置として適当で
あると推定される位置に配置される仮想的な原子をい
う。例えば、2個以上の水素結合がリガンドの活性に関
与していると推定される受容体−リガンドの系では、鋳
型分子の水素結合性官能基の位置と性質に基づいて受容
体側に配置されるダミー原子が、試行分子の水素結合性
官能基の位置と性質に基づいて受容体側に配置されるダ
ミー原子と最大限一致するように、鋳型分子と試行分子
の相互の位置関係と、鋳型分子と試行分子のコンフォメ
ーションを変化させつつ、鋳型分子と試行分子とを重ね
合わせたモデルを作成することができる。試行分子を代
えて鋳型分子との自動重ね合わせを繰り返すことによ
り、すべてのリガンド分子を重ね合わせていく(Y.Kat
o, A.Inoue, M.Yamada, N.Tomioka, and A.Itai, Compu
ter-Aided Molecular Design 6, pp.475-486 (1992))
In the step of R5, it is generally preferable to select automatic superposition. However, when there are few hydrogen bonding sites in the molecule and it is difficult to use the automatic superposition method, interactive superposition is used. Good to choose. R5
When the automatic superimposition of the ligand molecules is selected in, the automatic superimposition using dummy atoms is performed in R6. A dummy atom is defined as the position of a group (eg, a hydrogen donating group) involved in the interaction of one molecule when there are two molecules forming a hydrogen bond (eg, an acceptor and a ligand). , A virtual atom arranged at a position presumed to be appropriate as a position of a group (for example, a hydrogen accepting group) involved in the interaction of the other molecule. For example, in a receptor-ligand system in which two or more hydrogen bonds are presumed to be involved in the activity of the ligand, they are arranged on the receptor side based on the position and properties of the hydrogen bonding functional group of the template molecule. The mutual relationship between the template molecule and the trial molecule and the relationship between the dummy molecule and the template molecule are set so that the dummy atom matches the dummy atom located on the receptor side at the maximum based on the position and properties of the hydrogen bonding functional group of the trial molecule. A model in which the template molecule and the trial molecule are superimposed can be created while changing the conformation of the trial molecule. All ligand molecules are superimposed by repeating the automatic superimposition with the template molecule in place of the trial molecule (Y. Kat
o, A. Inoue, M. Yamada, N. Tomioka, and A. Itai, Compu
ter-Aided Molecular Design 6, pp.475-486 (1992))
.

【0042】R5において対話的重ね合わせを選択した
場合には、次に、R7において、鋳型分子について、三
次元格子点を作成すべき領域を設定する。次に、R8に
おいて、鋳型分子についての三次元格子点情報(形状
性、水素結合性、静電ポテンシャル、芳香族性など)を
算出して保存する。次に、R9において、上記の三次元
格子点情報を用いてリアルタイムに算出される物理化学
的性質の一致についての指標を参照しながら、対話的に
試行分子を鋳型分子に重ね合わせる。試行分子を代えて
鋳型分子との重ね合わせを繰り返すことにより、すべて
のリガンド分子を重ね合わせていく。
If the interactive superposition is selected in R5, then, in R7, a region for forming a three-dimensional lattice point is set for the template molecule. Next, at R8, three-dimensional lattice point information (shape, hydrogen bonding, electrostatic potential, aromaticity, etc.) about the template molecule is calculated and stored. Next, in R9, the trial molecule is superimposed on the template molecule interactively with reference to the index of the coincidence of the physicochemical properties calculated in real time using the three-dimensional lattice point information. By repeating the superposition with the template molecule in place of the trial molecule, all the ligand molecules are superimposed.

【0043】次に、R10において、R6で得られた鋳
型分子と試行分子の自動重ね合わせモデル、またはR9
で得られた鋳型分子と試行分子の対話的重ね合わせモデ
ルを最適化する。R6またはR9で得られた重ね合わせ
の指標のよい重ね合わせモデルのすべてを、三次元格子
点を用いた指標(水素結合性、静電ポテンシャル、形
状、芳香族性など)によって評価し直し、さらに有望な
重ね合わせモデルを得る。
Next, in R10, an automatic superposition model of the template molecule and the trial molecule obtained in R6, or R9
Optimize the interactive superposition model of the template molecule and the trial molecule obtained in the above. All of the superimposition models with good superimposition indices obtained in R6 or R9 are re-evaluated by indices (hydrogen bonding, electrostatic potential, shape, aromaticity, etc.) using three-dimensional lattice points, and Get a promising superposition model.

【0044】または、R6またはR9で得られた重ね合
わせの結果を初期構造として、対話的に分子構造を操作
し、重ね合わせモデルを改良したり、三次元格子点デー
タを用いたSimplex法によって重ね合わせモデルを最適
化したりして、適切な重ね合わせモデルを得る。次に、
R11において、R2〜R10のステップにより得られ
たリガンド分子の重ね合わせ構造、またはR1で入力し
た単独のリガンド分子の構造に基づいて、三次元格子点
を作成する領域を設定する。
Alternatively, using the result of the superposition obtained in R6 or R9 as an initial structure, the molecular structure is interactively manipulated to improve the superposition model, or the superposition is performed by the Simplex method using three-dimensional lattice data. By optimizing the superposition model, an appropriate superposition model is obtained. next,
In R11, a region for creating a three-dimensional lattice point is set based on the superimposed structure of the ligand molecules obtained in steps R2 to R10 or the structure of a single ligand molecule input in R1.

【0045】次に、R12において、R11で設定した
領域内で、全分子についての三次元格子点情報を算出す
る。この三次元格子点情報に基づいて、レセプタマッピ
ングを行うことができる。ここで、レセプタマッピング
とは、受容体の立体構造についての実験的な情報がない
場合に、リガンド分子の情報から、受容体の環境を推定
し、表現することを意味する。RECEPSによるレセ
プタマッピングでは、分子の内部および周辺の三次元格
子点を用い、リガンド分子または重ね合わされた複数の
リガンド分子の構造に基づいて、受容体(レセプタ)モ
デルの内孔の大きさ、形状、水素結合官能基の予想部
位、静電的性質、芳香族性、その他が表現される。1分
子以上に占有された三次元格子点の占める空間を受容体
の内孔と仮定する。その外側の領域の静電ポテンシャル
については、各三次元格子点で活性で重みづけした平均
値を採用する。
Next, in R12, three-dimensional lattice point information on all molecules is calculated in the region set by R11. Receptor mapping can be performed based on this three-dimensional grid point information. Here, the receptor mapping means that when there is no experimental information on the three-dimensional structure of the receptor, the environment of the receptor is estimated and expressed from the information of the ligand molecule. Receptor mapping by RECEPS uses three-dimensional lattice points inside and around the molecule, and determines the size, shape, and shape of the inner hole of the receptor (receptor) model based on the structure of the ligand molecule or a plurality of superimposed ligand molecules. Expected sites, electrostatic properties, aromaticity, etc. of the hydrogen bonding functional group are expressed. The space occupied by the three-dimensional lattice points occupied by one or more molecules is assumed to be an inner hole of the receptor. As for the electrostatic potential in the area outside the area, an average value that is weighted by activity at each three-dimensional lattice point is adopted.

【0046】次いで、R13において、水素結合性サイ
トを設定する。リガンド分子が複数の場合には、重ね合
わせた分子間で共通性の高い水素結合性官能基を水素結
合性サイトとして設定し、リガンド分子が一種類の場合
は、ユーザの判断で重要と思われる水素結合性官能基を
水素結合性サイトとして設定する。
Next, at R13, a hydrogen bonding site is set. When there are a plurality of ligand molecules, a hydrogen bonding functional group having high commonality between the superimposed molecules is set as a hydrogen bonding site. When one type of the ligand molecule is used, it is considered important by the user's judgment. The hydrogen bonding functional group is set as a hydrogen bonding site.

【0047】次に、R14において、三次元格子点情報
をファイルに出力する。次いで、R15において、リガ
ンド分子の重ね合わせモデルの原子座標を出力する。次
に、図4のL1において、既知の単独リガンド分子の原
子座標か、または、R15で出力されたリガンド分子の
重ね合わせモデルの原子座標を入力する。
Next, in R14, the three-dimensional grid point information is output to a file. Next, in R15, the atomic coordinates of the superposition model of the ligand molecule are output. Next, in L1 of FIG. 4, the atomic coordinates of the known single ligand molecule or the atomic coordinates of the superimposed model of the ligand molecule output in R15 are input.

【0048】次いで、L2において、それぞれのリガン
ド分子について、予め分子軌道法計算によって各原子の
電荷を算出しておき、さらに水素結合性官能基には、官
能基毎のタイプ番号をユーザの判断で付与しておく。次
に、L3において、R12で算出された三次元格子点情
報を入力する。次に、L4において、受容体と相互作用
する、上記の既知のリガンド分子またはリガンド分子群
から、活性に必須であると推定される官能基を抽出す
る。
Next, in L2, the charge of each atom is calculated in advance for each ligand molecule by molecular orbital calculation, and the type number of each functional group is determined by the user for the hydrogen bonding functional group. Give it. Next, in L3, the three-dimensional lattice point information calculated in R12 is input. Next, in L4, a functional group presumed to be essential for activity is extracted from the above-mentioned known ligand molecule or ligand molecule group that interacts with the receptor.

【0049】さらに、これらの官能基のフラグメントと
して、同等の相互作用をする複数の官能基を用意し、こ
れらを順次置換することにより、新たなリガンド分子構
造を構築することができる。上記の置換可能な官能基の
例を以下の表1に示す。
Further, by preparing a plurality of functional groups having the same interaction as fragments of these functional groups, and sequentially substituting these, a new ligand molecule structure can be constructed. Examples of the above-mentioned substitutable functional groups are shown in Table 1 below.

【0050】[0050]

【表1】 表1 No. 官能基 1 SP2 のN 2 SP3 のN(プロトン化) 3 SP3 のN 4 芳香族のN(プロトン化) 5 芳香族のN 6 ヒドロキシ基のO 7 エーテルのO 8 カルボニル基のO 9 カルボキシレートアニオンのO 10 フェニル基 次に、L5において、上記のL4のステップで抽出した
官能基の位置と方向を設定する。
[Table 1] Table 1 No. Functional group 1 N (protonated) of N 2 SP 3 of SP 2 3 N 4 of SP 3 Aromatic N (protonated) 5 O 6 of aromatic N 6 hydroxy group O 8 of ether O 8 carbonyl group O 9 O 10 phenyl group of carboxylate anion Next, in L5, the position and direction of the functional group extracted in the above step L4 are set.

【0051】リガンド分子が単独のときは、その分子中
の官能基の位置をサイトとして、また、リガンド分子が
複数分子のときは、分子重ね合わせを行ったそれぞれの
分子中の対応する官能基の重心の位置をサイトとして、
それぞれの官能基のフラグメント構造座標を設定するこ
とにより、抽出された官能基の位置と方向が指定され
る。他にも、同等の効果が期待される位置と方向があれ
ば、順次それらに置換できるようにする。
When the ligand molecule is a single molecule, the position of the functional group in the molecule is used as a site. When the ligand molecule is a plurality of molecules, the position of the corresponding functional group in each of the superimposed molecules is determined. Using the position of the center of gravity as the site,
By setting the fragment structure coordinates of each functional group, the position and direction of the extracted functional group are specified. In addition, if there is a position and a direction in which an equivalent effect is expected, the position and the direction can be sequentially replaced with those.

【0052】次に、L6において、サイト間の距離を計
算する。次いで、L7において、サイトの繋ぎ方を設定
する。サイトが2つの場合には、その間を繋ぐ経路だけ
を考えればよいが、3つ以上ある場合には、どのサイト
間を繋ぐか、どのような順序で繋ぐかによって、生成さ
れる構造が異なる。線形に繋げる方法、中心にコアをお
いて全部のサイトを繋げる方法、および全部のサイトを
環状に繋げる方法の3つの繋ぎ方から選択することがで
きる。あらゆる繋ぎ方を網羅するように設定することが
できるが、通常、線形に繋げる方法を選択することが好
ましい。
Next, at L6, the distance between the sites is calculated. Next, in L7, the way of connecting the sites is set. In the case of two sites, only the route connecting the sites may be considered, but in the case of three or more sites, the generated structure differs depending on which sites are connected and in what order. There are three connection methods: a method of connecting linearly, a method of connecting all sites with a core at the center, and a method of connecting all sites in a ring. Although it can be set so as to cover all types of connection, it is usually preferable to select a method of connecting linearly.

【0053】例えば、A、B、およびCの3つのサイト
がある場合には、A−B−C、A−C−B、C−A−B
など6通りの線形の繋ぎ方がある。これらを順次試して
いくことができるが、通常はサイト間の距離の近い順に
繋ぐ1通りだけを行うことが好ましい。また、サイトの
数が多いとき、その全部を繋がずに、そのうちの何個所
を繋ぐという指定をすることもできる。
For example, when there are three sites A, B, and C, ABC, ABCB, CAB
There are six types of linear connections. These can be tried sequentially, but it is usually preferable to perform only one method of connecting the sites in ascending order of distance. Also, when there are many sites, it is possible to specify that some of the sites are to be connected without connecting all of them.

【0054】次に、L8において、サイトの繋ぎ方の1
つを選択する。例えば、A−B−Cという繋ぎ方を選択
する。次いで、L9において、サイト間の結合数を設定
する。例えば、A−B−Cという繋ぎ方を選択した場
合、サイト間結合数はA−BとB−Cの2つである。
Next, in L8, one of the ways of connecting the sites
Choose one. For example, a connection method of ABC is selected. Next, in L9, the number of bonds between the sites is set. For example, when the connection method of ABC is selected, the number of inter-site bonds is two, AB and BC.

【0055】次に、L10において、結合させる2つの
サイトを設定する。例えば、AとBの2つのサイトを選
択する。次に、L11において、サイト間の結合に関与
する原子の数(以下、「結合原子数」という。)の上限
および下限を設定する。例えば、AとBの2つのサイト
を選択した場合には、A−B間の距離から、A−B間の
結合に関与する適当な原子数を以下の計算式に従って算
出することができる。
Next, at L10, two sites to be combined are set. For example, two sites A and B are selected. Next, in L11, an upper limit and a lower limit of the number of atoms involved in the bonding between the sites (hereinafter, referred to as “the number of bonding atoms”) are set. For example, when two sites A and B are selected, the appropriate number of atoms involved in the bond between A and B can be calculated from the distance between A and B according to the following formula.

【0056】下限結合原子数=小数点以下切捨て{(A
−B間の最短距離)/(2.735/2)}−1 上限結合原子数=小数点以下切上げ{(A−B間の最短
距離)/(2.006/2)} 上記の式における定数2.735 は、−C1≡C2−C3≡
におけるC1とC3間の距離であり、定数2.006 は、−
C1=C2−C3=におけるC1とC3間の距離であ
る。
Lower bound atom number = Truncation after decimal point {(A
The shortest distance between -B) / (2.735 / 2)}-1 The upper limit of the number of bonded atoms = rounded up after the decimal point {(the shortest distance between A and B) / (2.006 / 2)} The constant 2.735 in the above equation is − C1 {C2-C3}
Is the distance between C1 and C3, and the constant 2.006 is-
It is the distance between C1 and C3 when C1 = C2-C3 =.

【0057】次に、L12において、結合原子数を設定
する。例えば、上記の計算で結合原子数の上限が5原
子、下限が2原子と算出された場合、まず、下限結合原
子数である2原子でサイト間を結合する結合経路を探索
し、次に3原子でサイト間を結合する結合経路を探索す
るというように、結合原子数を順次増していき、上限結
合原子数である5原子まで探索する。
Next, in L12, the number of bonding atoms is set. For example, if the upper limit of the number of bond atoms is calculated to be 5 atoms and the lower limit is calculated to be 2 atoms in the above calculation, first, a bond path for connecting the sites with the lower limit bond atom number of 2 atoms is searched, and then 3 The number of bonding atoms is sequentially increased, for example, searching for a bonding path connecting the sites with atoms, and searching is performed up to the upper limit of 5 bonding atoms.

【0058】次に、L13において、結合原子種を設定
する。結合原子種としては、表2に示したプローブ原子
の組み合わせを用意して、順次用いることができるが、
必要に応じて、炭素原子だけに限定したり、アミドやベ
ンゼン環などのフラグメントを使用することもできる。
Next, at L13, a bonding atom type is set. As the bonding atom species, combinations of probe atoms shown in Table 2 can be prepared and used sequentially.
If necessary, it is also possible to limit only to carbon atoms or use fragments such as amide and benzene rings.

【0059】[0059]

【表2】 表2 プローブ原子の種類 C:SP3 1 C:SP2 2 C:カルボニル基 3 C:芳香族 49 #1N:SP2 9 #2N:SP3 (プロトン化) 39 #3N:SP3 8 #4N:SP2 (芳香族/プロトン化) 9(50) #5N:SP2 (芳香族) 9(50) #6O:ヒドロキシ基 6 #7O:エーテル基 6 #8O:カルボニル基 7 #9O:カルボキシレートアニオン 47 #10C:フェニル基 51 H:Cに結合:SP2 5 H:Cに結合:SP3 5 H:Nに結合:SP3 28 H:Cに結合:芳香族 5 H:Oに結合:ヒドロキシ基 21 次に、L14において、プローブ原子と結合するサイト
中の原子(以下、「キー原子」という。)または他のプ
ローブ原子との結合距離および結合角に基づいて、プロ
ーブ原子の存在しうる領域を粗く設定する(図2を参照
のこと)。
Type [Table 2] Table 2 Probe atom C: SP 3 1 C: SP 2 2 C: group 3 C: Aromatic 49 # 1N: SP 2 9 # 2N: SP 3 ( protonated) 39 # 3N: SP 3 8 # 4N: SP 2 (aromatic / protonation) 9 (50) # 5N: SP 2 ( aromatic) 9 (50) # 6O: hydroxy groups 6 #. 7O: ether group 6 #. 8O: group 7 # . 9O: carboxylate anion 47 # 10C: phenyl group 51 H: bound to C: SP 2 5 H: bound to C: SP 3 5 H: N binding: SP 3 28 H: bonded to C: aromatic 5 H: Bond to O: hydroxy group 21 Next, at L14, the probe atom is determined based on the bond distance and bond angle with the atom in the site (hereinafter referred to as “key atom”) that bonds to the probe atom or another probe atom. Territory where there can exist Set the range roughly (see FIG. 2).

【0060】すなわち、結合方法1においては、結合原
子が存在可能な三次元格子点のアドレスの上限および下
限を算出する。また、結合方法2においては、結合原子
が存在可能な円を算出する。次いで、L15において、
L14で設定された領域内にプローブ原子を配置する。
結合方法1においては、L14で設定された領域内に存
在する三次元格子点の一点に、結合方法2においては、
円周上に一定間隔でプローブ原子を発生させる。
That is, in the bonding method 1, the upper limit and the lower limit of the address of the three-dimensional lattice point where the bonding atom can exist are calculated. In the bonding method 2, a circle in which a bonding atom can exist is calculated. Next, at L15,
The probe atoms are arranged in the region set by L14.
In the combining method 1, one point of the three-dimensional lattice point existing in the region set by L14 is
Probe atoms are generated at regular intervals on the circumference.

【0061】次に、L16において、プローブ原子の中
から適切なものを選択する。プローブ原子が、受容体の
内孔内にあるか否かを最も近い三次元格子点の格子点情
報によって判断して、受容体の内孔内の空間領域内にあ
るものを選択する。さらに、選択されたプローブ原子が
サイト中のキー原子または他のプローブ原子と結合距離
・結合角・ねじれ角が理想値(標準値)から許容できる
一定の範囲内にあるか否かを判断し、この一定の範囲内
にあれば、その三次元格子点または円周上の点を結合原
子の位置として採用する。
Next, in L16, an appropriate one is selected from the probe atoms. Whether or not the probe atom is in the inner hole of the acceptor is determined based on the lattice point information of the nearest three-dimensional lattice point, and those in the spatial region in the inner hole of the acceptor are selected. Furthermore, it is determined whether or not the selected probe atom has a bond distance, bond angle, and torsion angle within a permissible range from an ideal value (standard value) with a key atom or another probe atom in the site, If it is within this certain range, the three-dimensional lattice point or a point on the circumference is adopted as the position of the bonding atom.

【0062】次に、L17において、L14で設定され
た領域内のすべての三次元格子点または円周上の点を選
択したか判定する。L14で設定された領域内のすべて
の三次元格子点または円周上の点を選択していない場合
には、L15に戻る。L15〜L16のステップを、プ
ローブ原子の存在し得る領域内の全三次元格子点または
円周上の点について繰り返して、採用された全三次元格
子点または円周上の点を登録しておく。
Next, in L17, it is determined whether all three-dimensional grid points or points on the circumference in the area set in L14 have been selected. If all three-dimensional lattice points or points on the circumference in the area set in L14 have not been selected, the process returns to L15. The steps from L15 to L16 are repeated for all the three-dimensional lattice points or points on the circumference in the region where the probe atoms can exist, and the adopted all three-dimensional lattice points or points on the circumference are registered. .

【0063】次に、L18において、L13で用意した
結合原子種のすべてを選択したか否かを判定する。すべ
てを選択していない場合には、L13に戻り、結合原子
種を代えてL14〜L17のステップを繰り返す。次
に、L19において、すべての結合原子数がL12で選
択されたか否かを判定する。すべての結合原子数が選択
されていない場合には、L12に戻り、結合原子数を代
えてL13〜L18のステップを繰り返す。
Next, in L18, it is determined whether or not all of the bonding atom types prepared in L13 have been selected. If not all have been selected, the process returns to L13, and the steps of L14 to L17 are repeated while changing the bonding atom type. Next, in L19, it is determined whether or not all the bonding atom numbers have been selected in L12. If all the bond atoms are not selected, the process returns to L12, and the steps of L13 to L18 are repeated while changing the number of bond atoms.

【0064】次に、図5のL20において、サイト間の
結合経路を生成させる。例えば、結合方法1により、a
およびbの2原子でサイトAとサイトBを繋ぐ場合に
は、サイトAについて登録された三次元格子点の集合a
1 とサイトBについて登録された三次元格子点の集合b
1 とのすべての組み合わせの中から、結合距離、結合
角、およびねじれ角が妥当な組み合わせだけを選択して
結合経路を完成させる。
Next, at L20 in FIG. 5, a connection route between the sites is generated. For example, by combining method 1, a
When site A and site B are connected by two atoms of and A, a set of three-dimensional lattice points registered for site A
Set b of 3D grid points registered for 1 and site B
From all the combinations with 1 , only the combination in which the coupling distance, the coupling angle, and the torsion angle are appropriate is selected to complete the coupling path.

【0065】また、結合方法1により、a、bおよびc
の3原子でサイトAとサイトBを繋ぐ場合には、サイト
Aに結合する原子の位置として上記のようにして採用さ
れる三次元格子点の集合a1 の三次元格子点の1つずつ
について、L14〜L17と同様のステップにより、a
1 に結合する原子の位置として採用される三次元格子点
の集合cを得る。cに含まれる三次元格子点とサイトB
に結合する原子の位置として登録された三次元格子点の
集合b1 とのすべての組み合わせの中から、結合距離、
結合角、およびねじれ角が妥当な組み合わせだけを選択
して結合経路を完成させる。
According to the bonding method 1, a, b and c
If at three atoms connecting site A and site B, for each one of the three-dimensional grid points of the set a 1 in the three-dimensional grid points that are employed as described above as the position of atom that binds to site A , L14 to L17, a
A set c of three-dimensional lattice points adopted as the positions of the atoms bonded to 1 is obtained. 3D lattice point included in c and site B
All out of the combinations, bond length and set b 1 of a three-dimensional lattice points registered as the position of the binding atoms,
The combination path and the torsion angle are selected only in a reasonable combination to complete the connection path.

【0066】4原子以上の原子でサイトAとBを繋ぐ場
合も同様であり、例えば、サイトAとサイトBを2n個
の原子で繋ぐ場合には、サイトA側からは三次元格子点
の集合をa1 から順にan まで得、サイトB側からは三
次元格子点の集合をb1 から順にbn まで得た後、an
−bn の結合距離、an-1 −an −bn およびan −b
n −bn-1 の結合角が妥当なものだけを結合経路として
採用する。
The same applies to the case where sites A and B are connected by four or more atoms. For example, when site A and site B are connected by 2n atoms, a set of three-dimensional lattice points after the obtained from a 1 in order to a n, a set of three-dimensional grid points from the site B side from b 1 to b n in order, a n
Bond length -b n, a n-1 -a n -b n and a n -b
bond angle of n -b n-1 is employed only as a coupling path reasonable.

【0067】また、例えば、結合方法2により、aおよ
びbの2原子でサイトAとサイトBを繋ぐ場合には、a
はAの原子種に対応した角度だけ傾いて、A−a間の結
合距離を保つ円(a) の円周上にあるはずである。受容体
の存在領域と重複しない限り、円(a) の円周上のすべて
の点が、aの位置の候補であり、5〜10°おきにこの
円周上にとった点にプローブ原子を置いてみる。サイト
Bに結合するbについても同様である。a−b間の距
離、およびA−a−bの角度とa−b−Bの角度が妥当
な組み合わせだけを選択して結合経路を完成させる。
For example, when site A and site B are connected by two atoms a and b according to the bonding method 2, a
Must be on the circumference of a circle (a) that is inclined by an angle corresponding to the atomic type of A and maintains the bond distance between A-a. All points on the circumference of the circle (a) are candidates for the position of a, as long as they do not overlap with the region where the receptor exists, and probe atoms are assigned to points taken on this circumference every 5 to 10 °. I will put it. The same applies to b coupled to site B. The combination path is completed by selecting only a combination in which the distance between a and b and the angles of A and b and a and b and B are appropriate.

【0068】結合方法2により、a、bおよびcの3原
子でサイトAとサイトBを繋ぐ場合には、円(a) と円
(b) を算出したのと同じやり方で、円(a) 上の一点aか
ら、A−a−cの角度と距離a−cが原子aおよびcの
原子種に妥当であるように、原子cの存在可能な円(c)
が算出される。円(c) 上のプローブ原子cが、円(b) 上
のプローブ原子bと妥当な距離c−b、およびa−c−
bの角度とc−b−Bの角度を有することができれば、
A−B間の結合経路として登録する。4原子以上の原子
でサイトAおよびBを繋ぐ場合も同様である。
When the site A and the site B are connected by three atoms a, b, and c according to the bonding method 2, the circle (a) and the circle
In the same way that (b) was calculated, from one point a on the circle (a), set the atoms so that the angle of Aac and the distance ac are valid for the types of atoms a and c. Circle where c can exist (c)
Is calculated. The probe atom c on the circle (c) is a reasonable distance c-b from the probe atom b on the circle (b), and a-c-
If we can have an angle of b and an angle of cbb,
Register as a connection path between A and B. The same applies when sites A and B are connected by four or more atoms.

【0069】次に、L21において、結合経路間の最小
自乗重ね合わせを行い、最小自乗残差が一定値以下のも
のを類似構造として除去する。上記のようにして探索さ
れた多数の結合経路は、三次元格子点または円周上の一
定の間隔の点を用いて探索されたために、本質的に同じ
構造に属するものが異なる経路として登録されてしまう
ことが起こり得る。そこで、上記の工程から得られる最
初の結合経路を、結合経路間の類似性を判断する基準と
なる鋳型とし、2番目以降に得られる結合経路を最小自
乗重ね合わせにより順次重ね合わせていき、最小自乗残
差が一定値以下のものは除去、一定値以上のものは鋳型
として登録し、鋳型グループを作成する。この鋳型グル
ープを構成する結合経路は、互いに非類似である。
Next, in L21, least-squares superposition between connection paths is performed, and those having a least-square residual of a fixed value or less are removed as similar structures. Since a large number of connection paths searched as described above are searched using three-dimensional lattice points or points at fixed intervals on the circumference, those belonging to the same structure are registered as different paths. Can happen. Therefore, the first binding path obtained from the above steps is used as a template as a reference for judging the similarity between the binding paths, and the second and subsequent binding paths are sequentially superimposed by least squares superimposition. If the square residual is less than a certain value, it is removed, and if it is more than a certain value, it is registered as a template to create a template group. The binding pathways that make up this template group are dissimilar to each other.

【0070】次に、L22において、結合させる2つの
サイトをすべてL10で選択したか否かを判定する。す
べてを選択していない場合には、L10に戻り、別のサ
イトペアを設定し、L11〜L21のステップを繰り返
し、採用された結合経路を登録しておく。次いで、L2
3において、各サイト間の全結合経路を組合せることに
より、新たなリガンド分子の骨格を形成する。
Next, at L22, it is determined whether all the two sites to be combined have been selected at L10. If not all are selected, the process returns to L10, another site pair is set, and the steps of L11 to L21 are repeated to register the adopted connection route. Then, L2
In 3, form a new ligand molecule backbone by combining all binding pathways between each site.

【0071】次に、L24において、サイトの繋ぎ方の
全てをL8で選択したか否かを判定する。サイトの繋ぎ
方の全てを選択していない場合には、L8に戻り、サイ
トを繋ぐ別の順序(例えば、A−C−B)を選択し、L
9〜L23のステップを繰り返す。次いで、L25にお
いて、受容体側の相互作用部位は変えずにL5で行った
官能基の位置と方向の指定を同等の効果が期待される別
の位置と方向に変えるか否か判定する。官能基の位置と
方向の指定を変える場合には、L5に戻って、受容体側
の相互作用部位は変えずにL5で設定した官能基の位置
と方向の指定を同等の効果が期待される別のものに変え
て、L6〜L24のステップを繰り返す。例えば、L1
で複数のリガンド分子の原子座標を入力した場合には、
各々のリガンド分子の官能基の位置と方向を指定しても
よい。
Next, in L24, it is determined whether or not all the ways of connecting the sites have been selected in L8. If all of the sites are not selected, the process returns to L8, and another order (for example, ACB) for connecting the sites is selected.
Steps 9 to L23 are repeated. Next, in L25, it is determined whether or not the designation of the position and direction of the functional group performed in L5 is changed to another position and direction in which an equivalent effect is expected without changing the interaction site on the receptor side. When the designation of the position and direction of the functional group is changed, returning to L5, the designation of the position and direction of the functional group set in L5 without changing the interaction site on the receptor side is expected. And the steps of L6 to L24 are repeated. For example, L1
If you enter the atomic coordinates of multiple ligand molecules in,
The position and direction of the functional group of each ligand molecule may be specified.

【0072】次に、L26において、L4で抽出した官
能基の種類を受容体と同等な相互作用のできる別の官能
基に変える操作を行うか否かを判定する。この操作を行
う場合には、L4に戻って、L4で抽出した官能基の種
類を受容体と同等な相互作用のできる別の官能基に変え
て、L5〜L25を繰り返す。次に、L27において、
上記のステップにより構築された全リガンド分子骨格を
出力する。
Next, in L26, it is determined whether or not an operation for changing the type of the functional group extracted in L4 to another functional group capable of interacting with the receptor is performed. When performing this operation, returning to L4, changing the type of the functional group extracted in L4 to another functional group capable of interacting with the receptor, and repeating L5 to L25. Next, at L27,
Output the entire ligand molecule skeleton constructed by the above steps.

【0073】さらに、L28において、全リガンド分子
骨格のうちの一つを選択する。次に、L29において、
リガンド分子骨格中の原子価の満たされていない原子
に、結合距離および角度を算出して水素原子を付加す
る。原子価の満たされていない原子が存在しない場合に
は、このステップは省略される。次いで、L30におい
て、所定の条件により、リガンドの分子構造に環構造を
形成させる必要があるか否かを判定し、必要な場合は環
構造を形成させる。
Further, at L28, one of the whole ligand molecule skeletons is selected. Next, at L29,
A hydrogen atom is added to the unsatisfied valence atoms in the ligand molecule skeleton by calculating the bond distance and angle. If there are no unsatisfied atoms, this step is skipped. Next, in L30, it is determined under predetermined conditions whether or not it is necessary to form a ring structure in the molecular structure of the ligand, and if necessary, a ring structure is formed.

【0074】例えば、2つの水素原子間の距離が、異常
に近い場合には(0.6 オングストローム)、この2つの
原子の中心に1個の炭素原子を置き、この炭素原子を前
記の各々の水素原子と結合していた原子と結合させた場
合に、原子価角が許容範囲内にあればこの炭素原子を採
用し、2つの水素原子を取り除いて環構造を形成させる
(図3の(a)を参照のこと)。
For example, if the distance between two hydrogen atoms is unusually close (0.6 angstroms), place one carbon atom at the center of the two atoms and replace this carbon atom with each of the hydrogen atoms When the valence angle is within the allowable range, the carbon atom is adopted when the valence angle is within the allowable range, and two hydrogen atoms are removed to form a ring structure (see FIG. 3A). See).

【0075】次に、L31において、別の結合経路から
形成された類似の環構造を有する構造を除去する。上記
のようにしてリガンド分子に環構造を形成させると、異
なる結合経路から本質的に同じ環構造に属するものが形
成され、異なる結合経路として登録されてしまうことが
起こり得るので、別の結合経路から形成された類似の環
構造を有する構造を除去する。この工程は、L21と同
様の方法で行うことができる。
Next, in L31, a structure having a similar ring structure formed from another bonding route is removed. When the ligand molecule forms a ring structure as described above, a substance belonging to essentially the same ring structure may be formed from a different binding path, and may be registered as a different binding path. The structure having a similar ring structure formed from is removed. This step can be performed in the same manner as in L21.

【0076】次に、L32において、L4で抽出した官
能基の位置と方向が変わらないように自由度を制限し
て、リガンド分子の構造最適化計算を行い、エネルギー
が非常に高い分子構造を除去する。リガンド分子構造の
最適化には経験的エネルギー計算を用いることができ、
例えば、分子力場計算プログラムMM2(N. L. Alling
er, R. A. Kok and M. R.Imam, J. Comp. Chem. 9, 591
-595, (1987))のエネルギー関数と力場パラメータを使
用することができる。エネルギーの最小化には、共役勾
配法(conjugate gradient)を用い、L4で設定した官
能基中の原子をエネルギー最小化のパラメーターから除
外することによって、官能基の固定を行うことができ
る。
Next, in L32, the degree of freedom is limited so that the position and direction of the functional group extracted in L4 do not change, and the structure optimization calculation of the ligand molecule is performed to remove the molecular structure having a very high energy. I do. Empirical energy calculations can be used to optimize the ligand molecular structure,
For example, the molecular force field calculation program MM2 (NL Alling
er, RA Kok and MRImam, J. Comp. Chem. 9 , 591
-595, (1987)). In order to minimize the energy, the functional group can be fixed by using a conjugate gradient method and excluding the atoms in the functional group set in L4 from the parameters of the energy minimization.

【0077】さらに、L33において、水素原子を含む
原子間接触のために、環構造にした方が安定になる部分
を探し、結合長、結合角、およびねじれ角を考慮しなが
ら、原子の除去および/または置換によって新たな環構
造を形成する(図3の(b)を参照のこと)。この工程
を新しい環構造が形成されなくなるまで繰り返す。次い
で、L34において、別の結合経路から形成され、最終
的に同じ環構造に落ちついた類似構造を除去する。
Further, in L33, a portion where a ring structure is more stable for interatomic contact including a hydrogen atom is searched for, and removal of an atom is performed while considering a bond length, a bond angle, and a torsion angle. And / or form a new ring structure by substitution (see FIG. 3 (b)). This process is repeated until no new ring structures are formed. Then, at L34, a similar structure formed from another binding pathway and finally settling on the same ring structure is removed.

【0078】この工程は、L21と同様の方法で行うこ
とができる。次に、L35において、所定の条件に応じ
て、得られたリガンド分子構造の絞り込みを行う。得ら
れたリガンドの分子構造が回転できる単結合がないリジ
ドな構造の場合には、制約なしの構造最適化を行って、
当初指定した官能基間相互の位置や方向のずれるものを
除去することができる。あるいは、制約なしと制約付き
の構造最適化計算を両方行って、そのエネルギー差が一
定以上大きいものは除去してもよい。
This step can be performed in the same manner as in L21. Next, in L35, the obtained ligand molecular structure is narrowed down according to predetermined conditions. In the case of a rigid structure in which the molecular structure of the obtained ligand does not have a single bond that can be rotated, unconstrained structure optimization is performed,
It is possible to remove the deviation of the position and the direction between the initially designated functional groups. Alternatively, both unconstrained and constrained structure optimization calculations may be performed, and those having an energy difference larger than a certain value may be removed.

【0079】得られたリガンドの分子構造がリジドな構
造でない場合には、制約付きの構造最適化計算を行っ
て、L4で抽出した官能基間相互の位置や方向のずれる
ものを除去することができる。次に、L36において、
得られたリガンド分子の構造の原子座標を出力する。次
に、L37において、全リガンド分子骨格がL28で選
択されたか否かを判定する。全リガンド分子骨格が選択
されていない場合には、L28に戻り、次のリガンド分
子骨格を選択して、L29〜L36をステップを繰り返
す。
If the molecular structure of the obtained ligand is not a rigid structure, it is possible to carry out a constrained structure optimization calculation to remove any displacement or misalignment between the functional groups extracted in L4. it can. Next, at L36,
Output the atomic coordinates of the structure of the obtained ligand molecule. Next, in L37, it is determined whether or not all ligand molecule skeletons have been selected in L28. If all the ligand molecule skeletons have not been selected, the process returns to L28, the next ligand molecule skeleton is selected, and the steps from L29 to L36 are repeated.

【0080】本発明の方法を、配座の自由度がなく、活
性に必須な官能基もわかっているモルヒネに適用してみ
た。モルヒネはケシの花より単離された強い鎮痛作用を
示す天然化合物であるが、その構造をもとに数多くの類
縁化合物が設計され、化学合成されて鎮痛活性が調べら
れている。それらの既知の鎮痛活性化合物の分子構造が
本発明の方法によって構築されれば、本発明の方法の有
効性が実証される。
The method of the present invention was applied to morphine, which has no conformational freedom and also has a functional group essential for activity. Morphine is a natural compound exhibiting strong analgesic activity isolated from poppy flowers, and many analogous compounds have been designed on the basis of its structure and chemically synthesized to examine its analgesic activity. If the molecular structure of those known analgesic active compounds is constructed by the method of the present invention, the effectiveness of the method of the present invention is demonstrated.

【0081】モルヒネの化学構造を図8の(a)に、臭
素酸塩の結晶構造を図8の(b)に示す。さまざまな分
子構造の改変が行われ、活性が調べられた結果、この分
子構造の中で活性に必須なのは、ベンゼン環と窒素原子
であり、この両者がモルヒネ内で特定の位置関係にある
ことが重要らしいことがわかった。この窒素のどういう
状態が必須であるかは明白にはわかっていないが、3級
アミンのプロトン化された状態が活性だとして、モルヒ
ネ結晶中でNに結合したHの方向を孤立電子対の方向と
して固定し、ベンゼン環はπ電子の環電流の位置が一致
すれば構成原子の位置は問わないと仮定して中心の位置
と法線ベクトルの方向を、リガンド分子の活性に必須で
あると推定される官能基の位置と方向に指定した(図8
の(c))。一方、RECEPSにより、モルヒネ単独
分子からレセプタマッピングを行い、三次元格子点上に
受容体モデルを構築し(図9を参照)、さらにLINK
ORにより、リガンドの分子構造を構築した。三次元格
子点の間隔は0.35Aとした。用いた計算条件を表3に示
す。
FIG. 8 (a) shows the chemical structure of morphine, and FIG. 8 (b) shows the crystal structure of bromate. As a result of various modifications of the molecular structure and investigation of its activity, the essential components of this molecular structure are the benzene ring and the nitrogen atom, both of which have a specific positional relationship in morphine. It turned out to be important. Although it is not clearly known what state of this nitrogen is essential, it is assumed that the protonated state of the tertiary amine is active, and the direction of H bonded to N in the morphine crystal is changed to the direction of the lone pair. The position of the center and the direction of the normal vector are presumed to be essential for the activity of the ligand molecule, assuming that the position of the constituent atoms does not matter as long as the position of the ring current of the π electron coincides with the benzene ring The position and direction of the functional group to be
(C)). On the other hand, by RECEPS, receptor mapping was performed from a single molecule of morphine, and a receptor model was constructed on a three-dimensional lattice point (see FIG. 9).
The molecular structure of the ligand was constructed by OR. The interval between the three-dimensional lattice points was 0.35A. Table 3 shows the calculation conditions used.

【0082】[0082]

【表3】 表3 計算条件 説明 ARECEP=RECEPS 三次元格子点情報をリガンド分子から作成する。 GRDNAM=morph.crg 三次元格子点情報のファイル名 NUTMPM=1 鋳型とした分子の数 ATMPNM=morph2.d 鋳型分子の座標ファイル NFRAG=2 官能基の数 IFRAG=1 4級アミン(官能基1)が座標ファイル中で何番目の原子か 。 IFRAG=38 ベンゼン環原子(官能基2)が座標ファイル中で何番目の原 子か。 LKORDER=1 2 官能基1と2を繋ぐ。 RSLMT=0.12 最小自乗残差がこれ以下なら類似構造とする。 ANGFIL=angl.parm 構造最適化のための結合角パラメーターのファイル。 DISFIL=dist.parm 構造最適化のための結合距離パラメーターのファイル。 LNKDIS=0.38 結合距離の標準値からの許容範囲(単位オングストローム) LNKANG=6.5 結合角の標準値からの許容範囲(単位°) LNKTOT=8.0 ねじれ角の標準値からの許容範囲(単位°) RNGCON=0.7 ファンデルワールス半径の和の0.7 倍以下なら、環構造をと れるか否かを判定する。 USRFLG=1 10 フラグメント1として表1のNo.10 のフェニル基のみを選択 する。 USRFLG=2 2 フラグメント2として表1のNo.2の4級アミンのみを選択す る。 [Table 3]Table 3 Calculation condition Description ARECEP = RECEPS Creates three-dimensional lattice information from ligand molecules. GRDNAM = morph.crg File name of three-dimensional lattice information NUTMPM = 1 Number of molecules used as template ATMPNM = morph2.d Coordinate file of template molecules NFRAG = 2 Number of functional groups IFRAG = 1 Quaternary amine (functional group 1) Is the atom in the coordinate file. IFRAG = 38 What atom is the benzene ring atom (functional group 2) in the coordinate file? LKORDER = 1 2 Connect functional groups 1 and 2. RSLMT = 0.12 If the least squares residual is less than this, a similar structure is assumed. ANGFIL = angl.parm A file of bond angle parameters for geometry optimization. DISFIL = dist.parm File of bond distance parameters for structural optimization. LNKDIS = 0.38 Permissible range from standard value of bond distance (angstrom) LNKANG = 6.5 Permissible range from standard value of bond angle (unit °) LNKTOT = 8.0 Permissible range from standard value of torsion angle (unit °) RNGCON = 0.7 If the sum is less than 0.7 times the sum of the van der Waals radii, it is determined whether a ring structure can be obtained. USRFLG = 1 10 Only the phenyl group of No. 10 in Table 1 is selected as fragment 1. USRFLG = 2 2 Select only No. 2 quaternary amine in Table 1 as fragment 2 You.

【0083】但し、リガンドの分子構造の構築におい
て、L20のステップにおいては、結合方法1によりサ
イト間の結合経路を生成させ、L25のステップで官能
基の位置と方向を再設定せず、また、L26のステップ
で同等な官能基への置換を行わなかった。さらに、L3
5のステップにおいては、半経験的分子軌道法計算プロ
グラムMOPACの中のMNDO法を用いて制限なしの
最適化を行い、官能基間の位置関係が設定した状態から
大きく変わったものを排除して、リガンド分子構造の絞
り込みを行った。その結果、約50個の分子構造が得ら
れた。その1部の分子構造を図10に示す。これらの分
子構造には、モルヒネと同等以上の活性を示すことのわ
かっている化合物の分子骨格が数多く含まれている。図
11にそれらの分子骨格を有する既知活性化合物の構造
を示す。したがって、その他の化合物およびその誘導体
がモルヒネと同等またはそれ以上の鎮痛活性を示す可能
性は極めて高い。
However, in the construction of the molecular structure of the ligand, in the step of L20, a bonding route between sites is generated by the bonding method 1, and the position and direction of the functional group are not reset in the step of L25. No substitution with an equivalent functional group was performed in the step of L26. Furthermore, L3
In step 5, optimization without limitation is performed by using the MNDO method in the MOPAC semi-empirical molecular orbital calculation program, and those in which the positional relationship between the functional groups has largely changed from the set state are excluded. And the molecular structure of the ligand was narrowed down. As a result, about 50 molecular structures were obtained. FIG. 10 shows the molecular structure of a part thereof. These molecular structures include a number of molecular skeletons of compounds known to exhibit the same or higher activity as morphine. FIG. 11 shows the structures of known active compounds having these molecular skeletons. Therefore, it is highly probable that other compounds and derivatives thereof show analgesic activity equal to or higher than that of morphine.

【0084】以下、本発明の第2実施例について説明す
る。受容体とリガンドの複合体の構造が解明されている
場合には、以下のようにしてリガンドの分子構造を構築
することができた。第1実施例のR1〜R15、および
L1〜L4のステップに代えて、既知の受容体の構造に
基づいて、受容体の内孔内に作成した三次元格子点の情
報を算出し、かつ、受容体と直接に相互作用しているリ
ガンド分子の官能基を抽出し、その官能基の構造座標を
設定する以外は、第1実施例と同じ処理ステップを行
う。
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. When the structure of the complex between the receptor and the ligand had been elucidated, the molecular structure of the ligand could be constructed as follows. Instead of the steps of R1 to R15 and L1 to L4 of the first embodiment, based on the known structure of the receptor, the information of the three-dimensional lattice points created in the inner hole of the receptor is calculated, and The same processing steps as in the first embodiment are performed, except that the functional group of the ligand molecule directly interacting with the receptor is extracted and the structural coordinates of the functional group are set.

【0085】上記の方法を、細菌由来の蛋白分解酵素リ
ゾパスペプシンとそのペプチド様阻害剤(C末端)Pro-
Phe-His-Phe Ψ[CH2NH]-Phe-Val-Tyr (N末端)(式
中、Ψ[CH2NH] は、この部分のペプチド結合CONH- がCH
2NH となっていることを示す。) に適用してみた。ま
ず、酵素−基質複合体結晶中の阻害剤の構造から、酵素
の基質結合部位と直接相互作用している5個の官能基を
抽出し、その位置に固定した(図12参照)。上記の5
個の抽出した官能基のうち、任意の3個を繋ぐように指
定した。GREEN(Journal of Computer Ages Molec
ular Design, vol.1, pp.197-210 (1987), Nobuo Tomio
ka, Akiko Itai, and Youichi Iitaka)を用いて、リガ
ンド分子中の原子の中心が入れる領域を三次元格子点情
報として表現した。この領域内で、新規なリガンドの分
子構造を構築させたところ、図13に示すような分子構
造が得られた。これらの分子はノンペプチドであるが、
図14に示すように、リゾパスペプシンの内孔内の同じ
位置に上記のペプチド様阻害剤と同じように安定に配置
されうる。さらに、エネルギー計算によって、これらの
分子のリゾパスペプシン酵素との結合の強さを算出した
ところ、上記のペプチド様阻害剤とほぼ同程度の相互作
用(複合体の安定性)を示すことがわかった。従って、
これらの分子構造を有する化合物およびその誘導体が、
強いリゾパスペプシン阻害活性を有する可能性は高い。
The above-described method was carried out using the bacterial protease lysopas pepsin and its peptide-like inhibitor (C-terminal) Pro-
Phe-His-Phe Ψ [CH 2 NH] -Phe-Val-Tyr (N-terminus) (wherein Ψ [CH 2 NH] means that the peptide bond CONH-
2 NH is shown. ). First, five functional groups that directly interact with the substrate binding site of the enzyme were extracted from the structure of the inhibitor in the enzyme-substrate complex crystal, and fixed at that position (see FIG. 12). 5 above
It was specified that any three of the extracted functional groups were connected. GREEN (Journal of Computer Ages Molec
ular Design, vol.1, pp.197-210 (1987), Nobuo Tomio
Using ka, Akiko Itai, and Youichi Iitaka), the region where the center of the atom in the ligand molecule enters was represented as three-dimensional lattice point information. When a molecular structure of a novel ligand was constructed in this region, a molecular structure as shown in FIG. 13 was obtained. These molecules are non-peptides,
As shown in FIG. 14, it can be stably located at the same position in the inner pore of lysopas pepsin, as with the peptide-like inhibitors described above. Furthermore, by calculating the strength of the binding of these molecules to the lysopass pepsin enzyme by energy calculation, it was found that they exhibited almost the same interaction (complex stability) as the above peptide-like inhibitors. Was. Therefore,
Compounds having these molecular structures and derivatives thereof are
It is highly likely that it has a strong lysopas pepsin inhibitory activity.

【0086】以下、本発明の第3実施例について、説明
する。受容体単独の立体構造が解明され、薬物結合部位
の環境がわかっている場合には、第1実施例のR1〜R
15、およびL1〜L4のステップに代えて、受容体の
内孔内に作成した三次元格子点の情報を算出し、かつ、
受容体に存在する官能基と相互作用できる2個以上の官
能基の種類と座標をユーザが設定する以外は、第1実施
例と同じ処理ステップを行なうことにより、リガンド分
子の分子構造を構築することが可能である。
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described. When the three-dimensional structure of the receptor alone is elucidated and the environment of the drug binding site is known, R1 to R in the first example are used.
15, and calculating the information of the three-dimensional lattice points created in the inner hole of the receptor in place of the steps of L1 to L4, and
The molecular structure of the ligand molecule is constructed by performing the same processing steps as in the first embodiment, except that the user sets the types and coordinates of two or more functional groups capable of interacting with the functional groups present in the receptor. It is possible.

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

【図1】図1は、本発明の方法の概念を示す。FIG. 1 illustrates the concept of the method of the present invention.

【図2】図2は、本発明の方法における官能基間の結合
方法を示す。
FIG. 2 shows a method of bonding between functional groups in the method of the present invention.

【図3】図3は、本発明における環構造の形成方法を示
す。
FIG. 3 shows a method for forming a ring structure in the present invention.

【図4】図4は、LINKORを用いた本発明の方法の
一実施態様のフローチャートの一部を示す。
FIG. 4 shows a part of a flow chart of one embodiment of the method of the present invention using LINKOR.

【図5】図5は、LINKORを用いた本発明の方法の
一実施態様のフローチャートの一部を示す。
FIG. 5 shows a part of a flowchart of one embodiment of the method of the present invention using LINKOR.

【図6】図6は、RECEPSを用いた分子重ね合わせ
法とレセプタマッピングのフローチャートを示す。
FIG. 6 shows a flowchart of a molecular superposition method using RECEPS and receptor mapping.

【図7】図7は、RECEPSを用いた分子重ね合わせ
法とレセプタマッピングの概念を示す。
FIG. 7 shows the concept of a molecular superposition method using RECEPS and receptor mapping.

【図8】図8は、モルヒネの分子構造を示し、(a)は
モルヒネ分子の化学構造を、(b)はモルヒネ臭素酸塩
分子の結晶構造を、および(c)はモルヒネの分子構造
から抽出した官能基の位置と方向を示す。
FIG. 8 shows the molecular structure of morphine, (a) shows the chemical structure of morphine molecule, (b) shows the crystal structure of morphine bromate molecule, and (c) shows the molecular structure of morphine. The position and direction of the extracted functional group are shown.

【図9】図9は、三次元格子点を用いて表現したモルヒ
ネの受容体モデルを示す。(a)の線図で表現したカゴ
で囲まれた空間が、リガンド分子に許容されると仮定さ
れた空間を示す。(b)は、さらに、受容体側に予想さ
れるアニオン性または水素結合性のヘテロ原子の位置を
示す。
FIG. 9 shows a morphine receptor model represented using three-dimensional grid points. The space enclosed by the basket represented by the diagram (a) indicates the space assumed to be allowed for the ligand molecule. (B) further indicates the position of the expected anionic or hydrogen-bonded heteroatom on the receptor side.

【図10】図10は、本発明の方法により構築されたモ
ルヒネ受容体のリガンドの分子構造の一部を示す。
FIG. 10 shows a part of the molecular structure of a morphine receptor ligand constructed by the method of the present invention.

【図11】図11は、モルヒネと同等の鎮痛活性を有す
ることが知られている化合物群の分子構造を示す。
FIG. 11 shows the molecular structure of a group of compounds known to have analgesic activity equivalent to morphine.

【図12】図12は、リゾパスペプシンの阻害剤の構造
を示す。
FIG. 12 shows the structure of an inhibitor of lysopas pepsin.

【図13】図13は、本発明の方法により構築されたリ
ゾパスペプシンのリガンドの分子構造を示す。
FIG. 13 shows the molecular structure of a lysopas pepsin ligand constructed by the method of the present invention.

【図14】図14は、本発明の方法により構築された分
子構造を有するリガンド分子をリゾパスペプシンの内孔
内に配置した様子を示す。
FIG. 14 shows a state in which a ligand molecule having a molecular structure constructed according to the method of the present invention is arranged in the inner hole of lysopas pepsin.

フロントページの続き (56)参考文献 第14回情報化学討論会・第19回構造活 性相関シンポジウム講演要旨集 316− 319頁 井上篤ほか「コンピュータによ る新規骨格の活性構造構築法の開発」 第15回情報化学討論会・第20回構造活 性相関シンポジウム講演要旨集 258− 261頁 金沢孝記ほか「分子重ね合わせ に基づく新規活性構造構築法」 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 17/50 638 JICSTファイル(JOIS)Continuation of the front page (56) References 14th Information Chemistry Symposium, 19th Structural Activity Correlation Symposium Abstracts, pp. 316-319 Atsushi Inoue et al. Proceedings of the 15th Symposium on Information Chemistry and the 20th Symposium on Structure-Activity Correlation Pages 258-261 Takaki Kanazawa et al. `` Method for constructing new active structures based on molecular superposition '' (58) 7 , DB name) G06F 17/50 638 JICST file (JOIS)

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 生理活性を有するリガンドの分子構造を
構築する方法において、(i) 一種以上の既知のリガンド
の分子構造に基づいて、三次元格子点情報を得ることに
より前記リガンドの受容体の内孔のモデルを構築する第
1工程、(ii)前記の既知のリガンドの分子構造から生理
活性に必須であると推定される2個以上の官能基を抽出
し、該官能基の位置と方向を指定する第2工程、(iii)
前記第2工程で抽出した官能基間の繋ぎ方を設定する第
3工程、(iv)2つの官能基を繋ぐ原子の数、種類、およ
び存在領域を指定する第4工程、(v) 前記受容体の内孔
内にプローブ原子を配置し、該プローブ原子の位置が所
定の条件を満たす場合には、2つの官能基を繋ぐ原子の
位置として採用する第5工程、(vi)前記第4工程で指定
したすべての原子について、前記第5工程を繰り返すこ
とによって、2つの官能基間に結合経路を作成する第6
工程、(vii) 前記第3工程で繋ぐように設定した2つの
官能基のすべての組合せについて、前記第4工程〜第6
工程を繰り返すことにより得られた結合経路を組み合わ
せることによって、前記リガンド分子の骨格を形成させ
る第7工程、(viii)前記リガンドの分子骨格中に原子価
の満たされていない原子が存在しないか否かを判定し、
該原子が存在する場合には、該原子に水素原子を付加す
る第8工程、(ix)所定の条件により、前記リガンドの分
子構造に環構造を形成させる必要があるか否かを判定
し、必要な場合には環構造を形成させる第9工程、およ
び(x) 前記リガンドの分子構造を最適化する第10工程
を含む、前記の方法。
1. A method for constructing a molecular structure of a ligand having a physiological activity, comprising the steps of: (i) obtaining three-dimensional lattice point information based on the molecular structure of one or more known ligands; A first step of constructing a model of an inner hole, (ii) extracting two or more functional groups presumed to be essential for biological activity from the molecular structure of the known ligand, and extracting the positions and directions of the functional groups. A second step of specifying (iii)
A third step of setting the way of connecting the functional groups extracted in the second step, (iv) a fourth step of specifying the number, type, and existence area of the atoms connecting the two functional groups, (v) receiving A fifth step in which a probe atom is arranged in the inner hole of the body, and the position of the probe atom satisfies a predetermined condition, and is adopted as a position of an atom connecting the two functional groups; (vi) the fourth step By repeating the fifth step for all the atoms specified in the above, a bonding route between the two functional groups is created.
Step (vii) For all combinations of the two functional groups set to be connected in the third step, the fourth step to the sixth step
A seventh step of forming a skeleton of the ligand molecule by combining the binding pathways obtained by repeating the steps, (viii) whether or not there is an atom having an unsatisfied valence in the molecular skeleton of the ligand; Judge
When the atom is present, an eighth step of adding a hydrogen atom to the atom, (ix) under predetermined conditions, determine whether it is necessary to form a ring structure in the molecular structure of the ligand, The above method, comprising a ninth step of forming a ring structure, if necessary, and (x) a tenth step of optimizing the molecular structure of the ligand.
【請求項2】 さらに、上記第2工程で指定した官能基
の位置と方向を、同等な効果をもつと推定される位置と
方向に順次指定し直して、前記第3工程〜第10工程を
繰り返す、請求項1記載の生理活性を有するリガンドの
分子構造を構築する方法。
Further, the positions and directions of the functional groups specified in the second step are sequentially specified again in positions and directions estimated to have the same effect, and the third step to the tenth step are performed. A method for constructing the molecular structure of the ligand having biological activity according to claim 1, which is repeated.
【請求項3】 さらに、上記第2工程で抽出した官能基
を、同等の物理化学的性質を有する他の官能基に順次置
換して、第3工程〜第10工程を繰り返す、請求項1記
載の生理活性を有するリガンドの分子構造を構築する方
法。
3. The method according to claim 1, further comprising sequentially substituting the functional groups extracted in the second step with other functional groups having the same physicochemical properties, and repeating the third to tenth steps. A method for constructing a molecular structure of a ligand having a physiological activity.
【請求項4】 生理活性を有するリガンドの分子構造を
構築する方法において、(i) 前記リガンドの既知の受容
体の構造に基づいて、受容体の内孔内に作成した三次元
格子点の情報を得る第1工程、(ii)既知のリガンド分子
中の官能基から前記受容体と相互作用する2個以上の官
能基を抽出し、該官能基の位置と方向を指定する第2工
程、(iii) 前記第2工程で抽出した官能基間の繋ぎ方を
設定する第3工程、(iv)2つの官能基を繋ぐ原子の数、
種類、および存在領域を指定する第4工程、(v) 前記受
容体の内孔内にプローブ原子を配置し、該プローブ原子
の位置が所定の条件を満たす場合には、2つの官能基を
繋ぐ原子の位置として採用する第5工程、(vi)前記第4
工程で指定したすべての原子について、前記第5工程を
繰り返すことによって、2つの官能基間に結合経路を作
成する第6工程、(vii) 前記第3工程で繋ぐように設定
した2つの官能基のすべての組合せについて、前記第4
工程〜第6工程を繰り返すことにより得られた結合経路
を組み合わせることによって、前記リガンド分子の骨格
を形成させる第7工程、(viii)前記リガンドの分子骨格
中に原子価の満たされていない原子が存在しないか否か
を判定し、該原子が存在する場合には、該原子に水素原
子を付加する第8工程、(ix)所定の条件により、前記リ
ガンドの分子構造に環構造を形成させる必要があるか否
かを判定し、必要な場合には環構造を形成させる第9工
程、および(x) 前記リガンドの分子構造を最適化する第
10工程を含む、前記の方法。
4. A method for constructing a molecular structure of a ligand having a physiological activity, comprising: (i) information on a three-dimensional lattice point created in an inner hole of a receptor based on a known receptor structure of the ligand; (Ii) extracting two or more functional groups that interact with the receptor from functional groups in a known ligand molecule, and designating the position and direction of the functional groups, iii) a third step of setting the connection between the functional groups extracted in the second step, (iv) the number of atoms connecting the two functional groups,
A fourth step of designating the type and presence area, (v) arranging a probe atom in the inner hole of the receptor and connecting two functional groups when the position of the probe atom satisfies a predetermined condition; A fifth step adopted as the position of the atom, (vi) the fourth step
A sixth step of creating a bond path between the two functional groups by repeating the fifth step for all the atoms specified in the step, (vii) two functional groups set to be connected in the third step For all combinations of
A seventh step of forming a skeleton of the ligand molecule by combining the binding pathways obtained by repeating the steps from the sixth step to the (viii) atom having an unfilled valence in the molecular skeleton of the ligand; It is determined whether or not it is present, and if the atom is present, an eighth step of adding a hydrogen atom to the atom, (ix) it is necessary to form a ring structure in the molecular structure of the ligand under predetermined conditions The method according to claim 1, further comprising: a ninth step of determining whether or not there is, and forming a ring structure if necessary, and (x) a tenth step of optimizing the molecular structure of the ligand.
【請求項5】 さらに、上記第2工程で指定した官能基
の位置と方向を、同等な効果をもつと推定される位置と
方向に順次指定し直して、前記第3工程〜第10工程を
繰り返す、請求項4記載の生理活性を有するリガンドの
分子構造を構築する方法。
5. The method further comprises sequentially specifying the position and direction of the functional group specified in the second step in the position and direction estimated to have the same effect, and performing the third step to the tenth step. A method for constructing the molecular structure of the ligand having physiological activity according to claim 4, which is repeated.
【請求項6】 さらに、上記第2工程で抽出した官能基
を、同等の物理化学的性質を有する他の官能基に順次置
換して、前記第3工程〜第10工程を繰り返す、請求項
4記載の生理活性を有するリガンドの分子構造を構築す
る方法。
6. The method according to claim 4, further comprising sequentially substituting the functional groups extracted in the second step with other functional groups having the same physicochemical properties, and repeating the third to tenth steps. A method for constructing a molecular structure of a ligand having the above-mentioned physiological activity.
【請求項7】 生理活性を有するリガンドの分子構造を
構築する方法において、(i) 前記リガンドの既知の受容
体の構造に基づいて、受容体の内孔内に作成した三次元
格子点の情報を得る第1工程、(ii)前記受容体と相互作
用できる2個以上の官能基を選択し、該官能基の位置と
方向を指定する第2工程、(iii) 前記第2工程で選択し
た官能基間の繋ぎ方を設定する第3工程、(iv)2つの官
能基を繋ぐ原子の数、種類、および存在領域を指定する
第4工程、(v) 前記受容体の内孔内にプローブ原子を配
置し、該プローブ原子の位置が所定の条件を満たす場合
には、2つの官能基を繋ぐ原子の位置として採用する第
5工程、(vi)前記第4工程で指定したすべての原子につ
いて、前記第5工程を繰り返すことによって、2つの官
能基間に結合経路を作成する第6工程、(vii) 前記第3
工程で繋ぐように設定した2つの官能基のすべての組合
せについて、前記第4工程〜第6工程を繰り返すことに
より得られた結合経路を組み合わせることによって、前
記リガンド分子の骨格を形成させる第7工程、(viii)前
記リガンドの分子骨格中に原子価の満たされていない原
子が存在しないか否かを判定し、該原子が存在する場合
には、該原子に水素原子を付加する第8工程、(ix)所定
の条件により、前記リガンドの分子構造に環構造を形成
させる必要があるか否かを判定し、必要な場合には環構
造を形成させる第9工程、および(x) 前記リガンドの分
子構造を最適化する第10工程を含む、前記の方法。
7. A method for constructing a molecular structure of a ligand having a physiological activity, comprising: (i) information on a three-dimensional lattice point created in an inner hole of a receptor based on a known receptor structure of the ligand; A second step of selecting two or more functional groups capable of interacting with the receptor, and specifying the position and direction of the functional group, and (iii) selecting the second step. A third step of setting how to connect the functional groups, (iv) a fourth step of specifying the number, type, and existence area of the atoms connecting the two functional groups, and (v) a probe in the inner hole of the receptor. When the atoms are arranged and the position of the probe atom satisfies a predetermined condition, the fifth step is adopted as the position of the atom connecting the two functional groups, (vi) for all the atoms specified in the fourth step Creating a binding pathway between the two functional groups by repeating the fifth step 6 process, (vii) the third
A seventh step of forming a skeleton of the ligand molecule by combining the binding pathways obtained by repeating the fourth to sixth steps for all combinations of two functional groups set to be connected in the step (Viii) determining whether there is no unsatisfied atom in the molecular skeleton of the ligand, and if the atom is present, an eighth step of adding a hydrogen atom to the atom; (ix) according to predetermined conditions, it is determined whether or not it is necessary to form a ring structure in the molecular structure of the ligand, and if necessary, a ninth step of forming a ring structure, and (x) Such a method, comprising a tenth step of optimizing the molecular structure.
【請求項8】 さらに、上記第2工程で指定した官能基
の位置と方向を、同等な効果をもつと推定される位置と
方向に順次指定し直して、前記第3工程〜第10工程を
繰り返す、請求項7記載の生理活性を有するリガンドの
分子構造を構築する方法。
8. Further, the positions and directions of the functional groups specified in the second step are sequentially specified again in positions and directions estimated to have the same effect, and the third to tenth steps are performed. A method for constructing the molecular structure of the ligand having biological activity according to claim 7, which is repeated.
【請求項9】 さらに、上記第2工程で抽出した官能基
を、同等の物理化学的性質を有する他の官能基に順次置
換して、前記第3工程〜第10工程を繰り返す、請求項
7記載の生理活性を有するリガンドの分子構造を構築す
る方法。
9. The method according to claim 7, further comprising sequentially substituting the functional groups extracted in the second step with other functional groups having the same physicochemical properties, and repeating the third to tenth steps. A method for constructing a molecular structure of a ligand having the above-mentioned physiological activity.
【請求項10】 生理活性を有するリガンドの分子構造
を構築する方法において、(i) 一種以上の既知のリガン
ド分子の原子座標と、前記リガンドの受容体の内孔の内
に作成した三次元格子点の情報とを入力する第1工程、
(ii)前記の既知のリガンド分子の構造から生理活性に必
須であると推定される2個以上の官能基を抽出し、該官
能基の位置と方向を指定する第2工程、(iii) 前記第2
工程で抽出した官能基間の繋ぎ方を設定する第3工程、
(iv)2つの官能基を繋ぐ原子の数、種類、および存在領
域を指定する第4工程、(v) 前記受容体の内孔内にプロ
ーブ原子を配置し、該プローブ原子の位置が所定の条件
を満たす場合には、2つの官能基を繋ぐ原子の位置とし
て採用する第5工程、(vi)前記第4工程で指定したすべ
ての原子について、前記第5工程を繰り返すことによっ
て、2つの官能基間に結合経路を作成する第6工程、(v
ii) 前記第3工程で繋ぐように設定した2つの官能基の
すべての組合せについて、前記第4工程〜第6工程を繰
り返すことにより得られた結合経路を組み合わせること
によって、前記リガンド分子の骨格を形成させる第7工
程、(viii)前記リガンドの分子骨格中に原子価の満たさ
れていない原子が存在しないか否かを判定し、該原子が
存在する場合には、該原子に水素原子を付加する第8工
程、(ix)所定の条件により、前記リガンドの分子構造に
環構造を形成させる必要があるか否かを判定し、必要な
場合には環構造を形成させる第9工程、および(x) 前記
リガンドの分子構造を最適化する第10工程を含む、前
記の方法。
10. A method for constructing a molecular structure of a ligand having a biological activity, comprising: (i) the atomic coordinates of one or more known ligand molecules; and a three-dimensional lattice formed in an inner hole of a receptor of the ligand. A first step of inputting point information;
(ii) a second step of extracting two or more functional groups presumed to be essential for physiological activity from the structure of the known ligand molecule, and specifying the position and direction of the functional group, (iii) Second
A third step of setting a connection method between the functional groups extracted in the step,
(iv) a fourth step of designating the number, type, and region of the atoms connecting the two functional groups, (v) arranging a probe atom in the inner hole of the receptor, and the position of the probe atom being a predetermined position. When the condition is satisfied, the fifth step is adopted as the position of the atom connecting the two functional groups. (Vi) By repeating the fifth step for all the atoms specified in the fourth step, The sixth step of creating a binding pathway between groups, (v
ii) For all combinations of the two functional groups set to be connected in the third step, by combining the binding paths obtained by repeating the fourth to sixth steps, the skeleton of the ligand molecule is changed. A seventh step of forming, (viii) determining whether there is an atom whose valence is not satisfied in the molecular skeleton of the ligand, and adding a hydrogen atom to the atom if the atom exists. (Ix) determining, under predetermined conditions, whether it is necessary to form a ring structure in the molecular structure of the ligand, and, if necessary, forming a ring structure, and (ix) a ninth step, x) The method as described above, comprising a tenth step of optimizing the molecular structure of the ligand.
【請求項11】 さらに、上記第2工程で指定した官能
基の位置と方向を、同等な効果をもつと推定される位置
と方向に順次指定し直して、前記第3工程〜第10工程
を繰り返す、請求項10記載の生理活性を有するリガン
ドの分子構造を構築する方法。
11. Further, the positions and directions of the functional groups designated in the second step are sequentially designated again in positions and directions estimated to have the same effect, and the third to tenth steps are performed. A method for constructing a molecular structure of a ligand having a physiological activity according to claim 10, which is repeated.
【請求項12】 さらに、上記第2工程で抽出した官能
基を、同等の物理化学的性質を有する他の官能基に順次
置換して、前記第3工程〜第10工程を繰り返す、請求
項10記載の生理活性を有するリガンドの分子構造を構
築する方法。
12. The method according to claim 10, further comprising sequentially substituting the functional groups extracted in the second step with other functional groups having the same physicochemical properties, and repeating the third to tenth steps. A method for constructing a molecular structure of a ligand having the above-mentioned physiological activity.
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