JP4829108B2 - Method and apparatus for creating shape of ligand molecule - Google Patents
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Description
本発明は医薬、農薬などの生理活性化合物の分子設計に利用するための、生体高分子に結合するリガンド分子の形状を作成する方法および装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for creating a shape of a ligand molecule that binds to a biopolymer for use in molecular design of physiologically active compounds such as pharmaceuticals and agricultural chemicals.
薬物や生理活性物質などのリガンド分子が生理活性を発現するためには、そのリガンド分子が、標的とする生体高分子(細胞間のシグナル伝達に関する薬理的受容体、酵素、サイトカインタンパク質その他のタンパク質、核酸及びそれらの複合体を含む)と強く結合することが必要である。このように生体高分子とリガンド分子とが強い結合を形成するためには、生体高分子とリガンド分子とが相補的な形状をしており、さらには両分子の間に親和性が存在することが重要である。なかでもリガンド分子の形状に関しては、鍵と鍵穴の鍵に例えられ、その重要性が知られている。 In order for a ligand molecule such as a drug or a physiologically active substance to exhibit a physiological activity, the ligand molecule must be a target biopolymer (pharmacological receptor, enzyme, cytokine protein or other protein related to signal transduction between cells, Strong binding to nucleic acids and their complexes). In order to form a strong bond between the biopolymer and the ligand molecule in this way, the biopolymer and the ligand molecule must have complementary shapes, and there must be an affinity between the two molecules. is important. Above all, the shape of the ligand molecule is known as the key and key of the keyhole, and its importance is known.
ある生体高分子に対するリガンド分子の形状が明らかになると、それは、新規化合物の化学構造デザインやコンピュータ上での化合物スクリーニング(いわゆるin−Silicoスクリーニング)に非常に有用である。創薬化学者は、リガンド分子の形状を基に、それに良く合う化合物をデザインすることが可能となる。また創薬化学者は、生体高分子間での選択性を出すために複数の生体高分子のリガンド形状を比較しながらそれに基づきデザインを行うことも可能になる。またIn−Silicoスクリーニングにおいて、創薬化学者はリガンド分子の形状を用いてスクリーニングを行うことが可能となる。このようにリガンド分子の形状は、特に生体高分子の三次元構造を基に新しい薬物や生理活性物質を設計する場合に極めて有用である。 When the shape of a ligand molecule for a certain biopolymer is clarified, it is very useful for designing a chemical structure of a novel compound or for screening a compound on a computer (so-called in-silico screening). Drug discovery chemists can design compounds that fit well based on the shape of the ligand molecule. In addition, a drug discovery chemist can perform design based on comparison of ligand shapes of a plurality of biopolymers in order to obtain selectivity between biopolymers. In In-Silico screening, a drug discovery chemist can perform screening using the shape of a ligand molecule. Thus, the shape of the ligand molecule is extremely useful particularly when designing a new drug or physiologically active substance based on the three-dimensional structure of the biopolymer.
ゲノムの解読、タンパク3000のような国家プロジェクトによる生体高分子の三次元構造解析、またその結果を基にしたホモロジーモデリングにより、今後生体高分子の三次元構造は飛躍的に増えると考えられている。それに従いリガンド分子が未知の生体高分子の三次元構造が数多く得られるようになると考えられている。リガンド分子が未知の生体高分子の場合、そのような生体高分子に結合するリガンドを見出すことは非常に困難である。このような場合に、リガンドの形状が生体高分子の三次元構造のみから予測できれば、リガンド分子の探索に極めて有用である。 The 3D structure of biopolymers is expected to increase dramatically in the future through genome decoding, 3D structural analysis of biopolymers by national projects such as protein 3000, and homology modeling based on the results. . Accordingly, it is considered that many three-dimensional structures of biopolymers with unknown ligand molecules can be obtained. When the ligand molecule is an unknown biopolymer, it is very difficult to find a ligand that binds to such a biopolymer. In such a case, if the shape of the ligand can be predicted only from the three-dimensional structure of the biopolymer, it is extremely useful for searching for the ligand molecule.
リガンドの形状は、一般的には、複数のリガンド分子の構造を基に、それらのリガンド分子を重ね合わせることによって求められる。しかしながら、このような方法では、用いられたリガンド分子の配座や重ね合わせの方法によって、得られる結果が異なり、必ずしもリガンドの形状を一義的に予測することができない。また複数のリガンドの情報を用いるため、リガンドそのものが知られていない生体高分子の場合には適用できない。 The shape of the ligand is generally determined by superimposing these ligand molecules based on the structure of a plurality of ligand molecules. However, in such a method, the obtained results differ depending on the conformation or superposition method of the ligand molecules used, and the shape of the ligand cannot always be uniquely predicted. Further, since information on a plurality of ligands is used, it cannot be applied to a biopolymer whose ligand itself is not known.
生体高分子の三次元構造からリガンドを探索する場合、当該生体高分子と任意のリガンド分子との安定な結合状態をシミュレーションする手法(いわゆるドッキングスタディー)がよく行われる(例えば、非特許文献1参照)。しかしながら、ドッキングスタディーは活性を有する可能性のあるリガンドを探索する手法であって、リガンド分子の形状を予測できる方法ではないことから、タンパク構造のみからリガンドの形状を予測することはできない。 When searching for a ligand from the three-dimensional structure of a biopolymer, a method of simulating a stable binding state between the biopolymer and an arbitrary ligand molecule (so-called docking study) is often performed (for example, see Non-Patent Document 1). ). However, since the docking study is a method for searching for a ligand having a possibility of activity and not a method for predicting the shape of the ligand molecule, the shape of the ligand cannot be predicted only from the protein structure.
また生体高分子とリガンドの構造が既知の場合でも、リガンドの形状を予測することは容易でない。リガンドの形状を予測しようとすると、複数のリガンドとタンパク質との複合体の構造を、例えば、X線結晶構造解析などの結果を用いて明らかにし、それらのリガンドが共通して占有している領域を決めなければならない。このような作業には多大な時間と労力が必要である。 Even when the structures of the biopolymer and the ligand are known, it is not easy to predict the shape of the ligand. When trying to predict the shape of a ligand, the structure of a complex of a plurality of ligands and proteins is clarified using the results of, for example, X-ray crystal structure analysis, and these ligands are commonly occupied Must decide. Such work requires a great deal of time and effort.
生体高分子の三次元構造が既知の場合、他の方法として生体高分子の表面にある半径の球を転がし、その球の中心が描く軌跡から生体高分子の結合部位の形状を表現する方法が広く知られている(例えば、非特許文献2参照)。しかしながらこの方法で求められる形状は、あくまでも生体高分子表面の窪みを表現するものであって、リガンドの形状とは異なるものである。 When the three-dimensional structure of the biopolymer is known, another method is to roll a sphere with a radius on the surface of the biopolymer and express the shape of the binding site of the biopolymer from the locus drawn by the center of the sphere. Widely known (see, for example, Non-Patent Document 2). However, the shape required by this method merely represents the depression on the surface of the biopolymer and is different from the shape of the ligand.
他の生体高分子の三次元構造を使った手法としては、生体高分子内に格子点を作成しそこに仮想プローブを置いて生体高分子との相互作用を計算する手法(いわゆるGRID法)が知られている(例えば、非特許文献3参照)。このGRID法を用いると、リガンドと生体高分子との相互作用に重要な部分の位置を知ることができるが、リガンドの形状を予測することは困難である。また、GRID法の欠点として、生体高分子の表面に、プローブが安定な位置が多数出現してしまい、それらのうちのいずれが生体高分子との結合に重要であるかが決められない欠点が指摘されている(例えば、非特許文献4参照)。 As a method using the three-dimensional structure of another biopolymer, there is a method (so-called GRID method) in which a lattice point is created in the biopolymer and a virtual probe is placed there to calculate the interaction with the biopolymer. It is known (for example, see Non-Patent Document 3). When this GRID method is used, the position of a part important for the interaction between the ligand and the biopolymer can be known, but it is difficult to predict the shape of the ligand. Further, as a disadvantage of the GRID method, a number of stable positions of the probe appear on the surface of the biopolymer, and it is not possible to determine which of them is important for binding with the biopolymer. (For example, refer nonpatent literature 4).
上記のように、リガンドの形状は生体高分子の三次元構造を基にしたドラッグデザイン(ストラクチャーベースドドラッグデザイン)において非常に有用な情報であるが、これまで生体高分子の三次元構造のみからリガンド分子の形状を作成する一般的な手法は確立されてない。 As described above, the shape of the ligand is very useful information in drug design (structure-based drug design) based on the three-dimensional structure of biopolymers. A general technique for creating molecular shapes has not been established.
本発明の目的は、生体高分子に結合するリガンド分子の形状を作成するための方法および装置を提供するものである。 It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for creating a shape of a ligand molecule that binds to a biopolymer.
生体高分子とリガンド分子との間に働く相互作用力としてファンデルワールス力、クーロン力および水素結合力が知られている。クーロン力は、電荷による相互作用であり、その値は分子の点電荷の値、溶媒の誘電率に大きな影響を受ける。水素結合力は、電気的に陽性な原子と陰性な原子との間に働く力であり、その値には方向依存性があり、溶媒の誘電率にも影響を受ける。一方、ファンデルワールス力は、分子の極性、非極性にかかわらず普遍的に働く力であり、周囲の溶媒の誘電率にも影響を受けないことから、ファンデルワールス力およびそのポテンシャルの計算は安定した結果を与える。そこで本発明者らは、普遍的な相互作用であるファンデルワールス力、およびそのポテンシャルの利用に着目した。 Van der Waals force, Coulomb force, and hydrogen bond force are known as interaction forces acting between a biopolymer and a ligand molecule. Coulomb force is a charge interaction, and its value is greatly influenced by the point charge value of the molecule and the dielectric constant of the solvent. The hydrogen bonding force is a force acting between an electrically positive atom and a negative atom, and its value is direction-dependent and is also affected by the dielectric constant of the solvent. On the other hand, the van der Waals force is a force that works universally regardless of the polarity or non-polarity of the molecule and is not affected by the dielectric constant of the surrounding solvent. Give stable results. Therefore, the present inventors paid attention to the van der Waals force, which is a universal interaction, and the use of its potential.
さらに本発明者らは、リガンド分子の構造情報を使わずに生体高分子の三次元構造情報のみを基に、リガンドの形状を作成する方法について鋭意研究を重ねた結果、生体高分子のリガンド結合領域に仮想原子を置き、生体高分子と仮想原子との間のファンデルワールスポテンシャルを計算する方法を考えた。得られた計算結果についてさらに詳細な研究を行ったところ、生体高分子と仮想原子との間のファンデルワールスポテンシャルから、後述する如く、ある特定の範囲のポテンシャルエネルギー領域を除去することによって得られる立体的空間が、驚くべきことに、生体高分子中のリガンド分子と極めてよく一致することを見出し、本発明を完成するに至った。 Furthermore, the present inventors conducted extensive research on a method for creating a ligand shape based on only the three-dimensional structure information of the biopolymer without using the structure information of the ligand molecule. A virtual atom was placed in the region, and a method for calculating the van der Waals potential between the biopolymer and the virtual atom was considered. As a result of further detailed research on the obtained calculation results, it is obtained by removing a specific range of potential energy regions from the van der Waals potential between a biopolymer and a virtual atom, as will be described later. Surprisingly, it has been found that the three-dimensional space agrees very well with the ligand molecule in the biopolymer, and the present invention has been completed.
本発明の方法および装置は、リガンド分子の情報を利用することなく、生体高分子の情報のみに基づいて当該生体高分子に結合するリガンド分子の形状を予測し、そのリガンド分子の形状のうち、生体高分子との結合に特に重要な立体空間を決定することができる。したがって、リガンド分子が既知の生体高分子のみならず、リガンド分子が知られていない生体高分子に対しても適用が可能であり、オーファンレセプターなどのリガンド分子が未知の生体高分子に関してもリガンド分子の形状を予測し、そのリガンド分子の形状のうち、生体高分子との結合に特に重要な立体空間を決定することができる。 The method and apparatus of the present invention predicts the shape of a ligand molecule that binds to the biopolymer based only on the information of the biopolymer without using the information of the ligand molecule, and among the shapes of the ligand molecules, A three-dimensional space that is particularly important for binding with biopolymers can be determined. Therefore, it can be applied not only to biopolymers whose ligand molecules are known, but also to biopolymers whose ligand molecules are not known. The shape of the molecule can be predicted, and among the shapes of the ligand molecules, a three-dimensional space that is particularly important for binding to a biopolymer can be determined.
また、本発明の方法および装置は、クーロン力および水素結合による相互作用を考慮することなくファンデルワールス力のみを用いてリガンド分子の形状を作成することが可能であるので、生体高分子の周囲の溶媒や生体高分子の種類等を考慮することなく、リガンド分子の形状を予測し、そのリガンド分子の形状のうち、生体高分子との結合に特に重要な立体空間を決定することが出来る。 In addition, since the method and apparatus of the present invention can create the shape of a ligand molecule using only van der Waals force without considering the interaction due to Coulomb force and hydrogen bond, The shape of the ligand molecule can be predicted without considering the solvent, the type of the biopolymer, and the like, and the three-dimensional space particularly important for binding to the biopolymer can be determined from the shape of the ligand molecule.
さらに、本発明の方法および装置により得られたリガンド分子の予測形状を利用して、ライブラリー化合物群や新規に設計した化合物群が当該リガンド分子の形状に適合するかどうかのIn−Silicoスクリーニングを行うことにより、薬物活性物質または生理活性物質の分子設計研究を効率的に行うことができる。 Furthermore, using the predicted shape of the ligand molecule obtained by the method and apparatus of the present invention, In-Silico screening is performed to determine whether the library compound group and the newly designed compound group conform to the shape of the ligand molecule. By doing so, molecular design studies of drug active substances or physiologically active substances can be conducted efficiently.
10,20,30,40,50,60,70,80,90 工程
41,42,71,72 サブステップ
100 入力部
210 分子データ保持部
220 パラメータ保持部
230 仮想原子データ保持部
310 EvdW(ファンデルワールスポテンシャル)演算部
320 比較部
330 表示図形作成部
400 表示部10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90
本発明において、以下の用語は以下の意味を有する。 In the present invention, the following terms have the following meanings.
「生体高分子」とは、蛋白質(例えば、細胞間のシグナル伝達に関与する受容体、酵素、サイトカインなど)、核酸、およびそれらの複合体などを意味し、好適には蛋白質である。 “Biopolymer” means a protein (for example, a receptor, an enzyme, a cytokine, etc. involved in signal transduction between cells), a nucleic acid, and a complex thereof, and is preferably a protein.
「リガンド」または「リガンド分子」とは、生体高分子に結合する、低分子量の化合物(例えば、内因性の生理活性物質、薬物、薬物の候補化合物など)を意味する。 “Ligand” or “ligand molecule” means a low molecular weight compound (eg, endogenous physiologically active substance, drug, drug candidate compound, etc.) that binds to a biopolymer.
「リガンド分子の形状」とは、リガンド分子と、当該分子が標的とする生体高分子とが、強い結合を作った場合に、リガンド分子が占める立体的空間を意味する。すなわち、リガンド分子が、生体高分子と強く結合する場合に、そのリガンド分子が占有する立体的空間のことである。 “Ligand molecule shape” means a three-dimensional space occupied by a ligand molecule when the ligand molecule and a biopolymer targeted by the molecule form a strong bond. That is, it is a three-dimensional space occupied by a ligand molecule when the ligand molecule is strongly bound to a biopolymer.
「リガンド結合部位」とは、生体高分子とリガンドとが結合する空間である。ただしその空間全てがリガンド分子で埋められているわけではない(図4を参照)。 A “ligand binding site” is a space where a biopolymer and a ligand bind. However, not all the spaces are filled with ligand molecules (see FIG. 4).
「リガンド結合領域」とは、リガンド結合部位を包含する任意の形状の立体的空間を意味する。 “Ligand binding region” means a three-dimensional space of any shape that encompasses a ligand binding site.
図2は、本発明の生体高分子に結合するリガンド分子の形状作成方法に用いられるコンピュータ装置の構成の一例を示す図である。該コンピュータ装置は、入力部100、分子データ保持部210、パラメータ保持部220、仮想原子データ保持部230、ファンデルワールスポテンシャル演算部310(以下、EvdW演算部と称する)、比較部320、表示図形作成部330、および表示部400を含む。FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a computer device used in the method for creating a shape of a ligand molecule that binds to a biopolymer according to the present invention. The computer device includes an
入力部100は、キーボード、タッチパネル、紙テープ読取装置、紙カード読取装置、ディスク(CD、DVD)読取装置、磁気テープ読取装置、フロッピィディスク読取装置などにより構成され、分子データ保持部210、パラメータ保持部220、比較部320、表示図形作成部330などにデータを入力するために用いられる。
The
分子データ保持部210には、後述する生体高分子を構成する原子の種類およびその座標が記憶される。分子データ保持部210は、コンピュータの主記憶装置あるいは外部記憶装置(ハードディスク、CD、DVD、フラッシュメモリ、磁気テープ、フロッピィディスクなど読み書き可能な記録媒体)で構成されてもよい。
The molecular
パラメータ保持部220には、後述する生体高分子の原子を表現するパラメータおよび仮想原子を表現するパラメータが記憶される。パラメータ保持部220は、コンピュータの主記憶装置あるいは外部記憶装置(ハードディスク、CD、DVD、フラッシュメモリ、磁気テープ、フロッピィディスクなど読み書き可能な記録媒体)で構成されてもよい。
The
仮想原子データ保持部230には、後述するリガンド結合領域に発生される三次元格子点の三次元座標、各三次元格子点におけるファンデルワールスポテンシャル、および各三次元格子点が比較部で除去されたことを示すフラグを記憶する。仮想原子データ保持部230は、コンピュータの主記憶装置あるいは外部記憶装置(ハードディスク、CD、DVD、フラッシュメモリ、磁気テープ、フロッピィディスクなど読み書き可能な記録媒体)で構成されてもよい。
In the virtual atom
EvdW演算部310は、CPU、記憶媒体に記憶したコンピュータプログラム、および作業用記憶領域から構成される。ここでコンピュータプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な「記憶媒体」は、ハードディスクに加えて、CD、DVD、フラッシュメモリ、磁気テープ、フロッピィディスクなどであってもよい。作業用記憶領域は、主としてコンピュータの主記憶装置から構成されるが、補助的にハードディスク、CD、DVD、フラッシュメモリ、磁気テープ、フロッピィディスクなど読み書き可能な記録媒体を併用してもよい。EvdW演算部310は、分子データ保持部210に記憶された生体高分子を構成する各原子の種類およびその座標、パラメータ保持部220に記憶された生体高分子の各原子を表現するパラメータおよび仮想原子を表現するパラメータ、および仮想原子データ保持部230に記憶された三次元格子点の三次元座標を読み出してこれの情報を式(I)に適用して、該三次元格子点のファンデルワールスポテンシャルを計算する。そして、計算結果を当該三次元格子点の座標と対応づけて仮想原子データ保持部230に記録する。The EvdW
比較部320は、CPU、記憶媒体に記憶したコンピュータプログラム、および作業用記憶領域から構成される。作業用記憶領域は、主としてコンピュータの主記憶装置から構成されるが、補助的にハードディスク、CD、DVD、フラッシュメモリ、磁気テープ、フロッピィディスクなど読み書き可能な記録媒体を併用してもよい。比較部320は、仮想原子データ保持部230に記憶された三次元格子点のファンデルワールスポテンシャルを閾値と比較し、それぞれの三次元格子点が除去されるべきか否かを表すフラグを仮想原子データ保持部230に記録する。あるいはまた、除去される三次元格子点のデータを仮想原子データ保持部230から削除するように構成されてもよい。閾値は、入力部100から読み出されてもよい。
The
表示図形作成部330は、CPU、記憶媒体に記憶したコンピュータプログラム、および作業用記憶領域から構成される。作業用記憶領域は、主としてコンピュータの主記憶装置から構成されるが、補助的にハードディスク、CD、DVD、フラッシュメモリ、磁気テープ、フロッピィディスクなど読み書き可能な記録媒体を併用してもよい。表示図形作成部330は、仮想原子データ保持部230に記憶された三次元格子点の三次元座標を用いてリガンド分子の予測形状を作成し、表示部400に表示する。また、分子データ保持部210に保持された生体高分子の原子の三次元座標を用いて、リガンド分子の予測形状とともに、生体高分子の三次元構造を表示するように構成してもよい。また、リガンド分子の予測形状を作成する際に用いるR1を、入力部100から読み出すように構成してもよい。
The display
ここで、EvdW演算部310、比較部320および表示図形作成部330を構成するCPUは、同一のものであってもよいし、別個のものであってもよい。Here, the CPUs configuring the EvdW
表示部400は、ディスプレイ、プリンタ、プロッタなど、当該技術において知られている任意の可視化手段から構成されてもよい。
The
なお、図2に示す装置を分散コンピューティング環境において実現してもよい。この場合には、入力部100を通信インターフェースとして構成し、各種データをネットワークを介して取得してもよい。
Note that the apparatus shown in FIG. 2 may be implemented in a distributed computing environment. In this case, the
次に、上記のように構成された装置が実行するリガンド分子の形状作成方法(本発明の第1の実施態様)を図1のフローチャートおよび図2を参照して説明する。 Next, a ligand molecule shape creation method (first embodiment of the present invention) executed by the apparatus configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG. 1 and FIG.
(第1工程)
図1の第1工程10において、記憶装置から生体高分子の原子を表現するパラメータが読み出される。本発明における「記憶装置」は、ハードディスク、CD、DVD、フラッシュメモリ、磁気テープ、フロッピィディスクなどコンピュータ読み取り可能な記録媒体の読取装置に加えて、キーボードなどの入力部100が具えるバッファメモリなどをも含む。生体高分子の原子を表現するパラメータは、一般的に力場という名称で知られる生体高分子の原子のディスクリプターの集合を選択することによって決定してもよいし、独自に決定してもよい。本発明では、以下、生体高分子の原子を表現するパラメータとしてCHARMm力場またはAmber力場を選択して記述するが、本発明は、これらの力場の代わりに、当該分野の当業者に周知の他の力場を用いても同様に行うことができる。本工程において読み出された生体高分子の原子パラメータは、図2のパラメータ保持部220に記憶される。(First step)
In the
(第2工程)
図1の第2工程20において、記憶装置から力場に応じた仮想原子のパラメータが読み出される。CHARMm力場およびAmber力場におけるファンデルワールスポテンシャル(EvdW)は、以下の式(I):(Second step)
In the
(式中、vは仮想原子を表し、iは生体高分子のi番目の原子を表す。rは、仮想原子の中心と生体高分子の原子の中心との距離を表す。VRは各原子のファンデルワールス半径(オングストローム)を表す。Vεは、各原子のファンデルワールスポテンシャル井戸の深さ(Kcal/mol)を表す。)
を用いて計算される。(In the formula, v represents a virtual atom, i represents the i-th atom of the biopolymer, r represents the distance between the center of the virtual atom and the center of the biopolymer atom, and VR represents each atom. (Represents the van der Waals radius (angstrom). Vε represents the depth (Kcal / mol) of the van der Waals potential well of each atom.)
Is calculated using
このポテンシャルエネルギーを計算するために、仮想原子のパラメータVεおよびVRを定義する。鋭意研究を重ねた結果、本発明者らは、選択した力場のメチル基のパラメータを参考にして、仮想原子のパラメータを定義することができることを見出した。具体的には、仮想原子のVεvをメチル基のVεと同じ値とし、仮想原子のVRvをメチル基のVRの85%〜100%、好適には90〜95%とすることが望ましいことを見出した。さらに、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、生体高分子に拠らずこれらの値を変更する必要が無いことを見出した。すなわち、本発明では、生体内における生体高分子を取り巻く不確定な条件を考慮する必要が無く、生体高分子を表現するパラメータ(力場)を変更しない限り、仮想原子のパラメータを変更する必要が無く、第2工程は、基本的に一度行えばよい。なお、2種以上の仮想原子を用いる場合、それぞれのVRvは、メチル基のVRの85%〜100%の範囲から適宜異なる値を選択することができる。仮想原子のパラメータVεvおよびVRvは、入力部から入力してもよいし、あるいは第1工程10においてパラメータ保持部220に記憶されたパラメータから自動生成させてもよい。本工程において定義された仮想原子のパラメータVεvおよびVRvも、パラメータ保持部220に記憶される。In order to calculate this potential energy, parameters Vε and VR of virtual atoms are defined. As a result of extensive research, the present inventors have found that the parameters of the virtual atom can be defined with reference to the parameters of the methyl group of the selected force field. Specifically, the Vipushiron v virtual atoms the same value as the Vipushiron methyl group, 85% to 100% of the VR of the methyl groups of the VR v virtual atoms, preferably it is desirable to 90% to 95% in I found. Furthermore, as a result of intensive studies, the present inventors have found that it is not necessary to change these values regardless of the biopolymer. That is, in the present invention, it is not necessary to consider indeterminate conditions surrounding the biopolymer in the living body, and it is necessary to change the parameter of the virtual atom unless the parameter (force field) expressing the biopolymer is changed. The second step is basically performed once. In the case of using two or more virtual atoms, each VR v can be selected appropriately different values from the range of 85% to 100% of the VR methyl group. The virtual atom parameters Vε v and VR v may be input from the input unit, or may be automatically generated from the parameters stored in the
なお、第1および第2工程を予め行って、生体高分子の原子ならびに仮想原子を表現するパラメータを、読取専用媒体(CD−ROM、DVD−ROM、ROM、EPROM、EEPROMなど)に記録し、これをパラメータ保持部220として用いてもよい。
In addition, the first and second steps are performed in advance, and parameters expressing the biopolymer atoms and virtual atoms are recorded on a read-only medium (CD-ROM, DVD-ROM, ROM, EPROM, EEPROM, etc.), This may be used as the
(第3工程)
第3工程30において、記憶装置から生体高分子を構成する原子の種類およびその座標が読み出される。生体高分子を構成する原子の情報は、当該分野の当業者に周知である種々の方法に従って入力することができる。例えば、X線結晶解析やNMR解析により得られた立体構造から算出する方法;蛋白質結晶データベース等を利用して入手する方法;またはこれらの情報をもとに構築された生体高分子モデル(ホモロジーモデリングモデル)を作成する方法等を利用することができる。これらの方法に従って得られた情報は、水素原子の座標が不明な場合がある。この場合、水素原子の座標を既知のソフトウェア、例えば、Insight II(登録商標)、Reduce等(たとえば、非特許文献5参照)を用いて情報を付加する。また、生体高分子の情報として、生体高分子に結合し、重要な役割を果たす補因子(例:補酵素、水分子、金属イオン等)の情報をさらに入力して、以後の工程を行ってもよい。(Third step)
In the
本工程における読み出しは、入力部で行われ、キーボードなどを用いて手動で行ってもよいし、リムーバブル記録媒体(フロッピィディスク、CD、DVD、磁気テープなど)に予め記録された情報を読みとることで行ってもよいし、あるいはインターネットなどの通信回線を経由して情報をダウンロードすることにより行ってもよい。読み出された生体高分子を構成する原子の種類および座標のデータは、分子データ保持部210に記憶される。
Reading in this step is performed at the input unit and may be performed manually using a keyboard or by reading information recorded in advance on a removable recording medium (floppy disk, CD, DVD, magnetic tape, etc.). Or may be performed by downloading information via a communication line such as the Internet. The read data of the types and coordinates of the atoms constituting the biopolymer are stored in the molecular
(第4工程)
第4工程40は、以下の2つのサブステップ41および42を含む。(4th process)
The
(4−1)
第1のサブステップ41において、リガンド結合領域を指定する。このリガンド結合領域は、生体高分子の任意の部分を指定できる。例えば、リガンド結合部位を包含する任意の形状(球、直方体、あるいは任意の多面体)として指定することができる(図4参照)。本発明では、以下、リガンド結合領域を直方体として指定したとして記述するが、本発明においては、生体高分子の原子座標情報に関連してリガンド結合領域を指定できる限り、リガンド結合領域の指定方法に制限はない。たとえば、第3工程で入力された生体高分子全体を包含する領域をコンピュータによって自動的に指定してもよいし、生体高分子の情報(原子種、原子間結合および座標など)を表示装置に表示させ、対話式にリガンド結合領域を指定してもよい。指定されたリガンド結合領域は、分子データ保持部210に記憶される。(4-1)
In the
(4−2)
次に、第2のサブステップ42においては、第3工程30で入力した生体高分子の原子の座標情報を利用して、サブステップ41で指定したリガンド結合領域内に複数の三次元格子点を発生させる。三次元格子点とは、一定間隔ごとに発生させる三次元座標からなる点をいうものとする。三次元格子点を指定するための三次元座標は、直交座標系(xyz)、極座標系(rθφ)、円筒座標系(rθz)など任意の座標系に基づくものであってもよいが、直交座標系に基づく座標を用いることが便利である。発生する三次元格子点間の間隔(特定の格子点から最も近接して隣接する格子点までの距離)は、少なくとも第2工程で読み出された仮想原子のVRv以下であり、VRvが第2工程に記述した好ましい範囲内(使用する力場のメチル基のVRの85%〜100%以内)である場合、三次元格子点の間隔は好ましくは0.5〜1.0オングストロームである。発生させた複数の三次元格子点の三次元座標は、仮想原子データ保持部230に記憶させる。(4-2)
Next, in the second sub-step 42, a plurality of three-dimensional lattice points are set in the ligand binding region specified in the sub-step 41 using the coordinate information of the biopolymer atoms input in the
(第5工程)
第5工程50において、第4工程(サブステップ42)で発生させた複数の三次元格子点の1つに仮想原子を置いて、第1工程10で読み出された生体高分子の原子を表現するパラメータおよび第2工程20で読み出された仮想原子のパラメータを用いて、該仮想原子のファンデルワールスポテンシャルを計算する。そして、計算した値を各三次元格子点のファンデルワールスポテンシャルとして記憶する。この計算を、第4工程(サブステップ42)で発生させた三次元格子点の全てについて反復する。なお、本工程においては、各三次元格子点を仮想原子の中心に一致させる。具体的には、EvdW演算部310は、分子データ保持部210に記憶された生体高分子を構成する各原子の種類およびその座標、パラメータ保持部220に記憶された生体高分子の各原子を表現するパラメータ(VRi、Vεi)および仮想原子を表現するパラメータ(VRv、Vεv)、および仮想原子データ保持部230に記憶された三次元格子点の三次元座標を読み出し、これの情報を式(I)に適用して該三次元格子点のファンデルワールスポテンシャルEvdWを計算する。そして、計算されたEvdWを当該三次元格子点の座標と対応づけて仮想原子データ保持部230に記録する。(5th process)
In the
(第6工程)
第6工程60において、第4工程(サブステップ42)で発生させた複数の三次元格子点のうち、下記に示した第1の閾値Eth1以上のファンデルワールスポテンシャルを有する三次元格子点を除去する。この工程を行うことにより、安定でない仮想原子の位置、すなわち生体高分子との結合のためには望ましくない仮想原子の位置を除去することができる。本発明者らは、このような安定でない仮想原子を除去するためには、Eth1を、Vεvの絶対値の−7〜−11倍、さらに好適にはVεvの絶対値の−9〜−10倍に設定することが好ましいことを見出した。この設定は、第1工程10において生体高分子の原子をCHARMm力場またはAmber力場で表現し、仮想原子のパラメータが第2工程20で記述した範囲内である場合に有効である。本工程において、パラメータ保持部220に記憶されたVεvを読み出して、Eth1を自動的に生成するように構成されてもよい。(Sixth step)
In the
本工程においては、比較部320において、設定したEth1と各三次元格子点について計算されたEvdWとを比較し、Eth1<EvdWとなる三次元格子点を検索する。比較部320は、仮想原子データ保持部230からの入力を受けて、EvdWとEth1との比較を行う。このとき、VRvの異なる複数の仮想原子を用いている場合、仮想原子データ保持部230からの入力は複数ありうるが、最も小さな値、すなわち最安定な値をその三次元格子点上のファンデルワールスポテンシャルとすることが望ましい。前記条件を満たした三次元格子点の除去については、仮想原子データ保持部230に記憶されているデータに、前記条件を満たしたかどうかを表示するフラグを立てて(記録して)、除去されたデータを示すことが好都合である。あるいはまた、前記条件を満たしたデータを仮想原子データ保持部230から削除してもよい。In this step, the
(第7工程)
第7工程70は、以下の2つのサブステップ71および72を含む。(Seventh step)
The
(7−1)
第1のサブステップ71では表示図形作成部330において、第6工程において除去されずに残っている三次元格子点のそれぞれを中心として半径Rlの球形を発生させる。水素原子を含めたリガンド分子の形状を求める場合には、VRvが第2工程で記述した範囲内である場合、R1をVRvの100〜90%(好適には100%)に設定することが好ましい。水素原子を含めないリガンド分子の形状を求める場合には、VRvが第2工程で記述した範囲内である場合、R1をVRvから1.0オングストローム〜0.9オングストローム(好適には0.95オングストローム)を減算した値に設定することが好ましい。パラメータ保持部220からVRvを読み出して、R1を自動的に生成するように構成されてもよい。表示図形作成部330は、仮想原子データ保持部230からの入力を受けて、前述のように半径R1の球形の集合体を発生させる。(7-1)
In the first sub-step 71, the display
(7−2)
次に、第2のサブステップ72において、表示図形作成部330は、サブステップ71で発生した球形の集合体の重複部分を一意にする。すなわち、陰線処理を施して、球形の集合体の立体的な輪郭を得る。この結果、得られる立体的空間が、生体高分子に結合するリガンド分子の形状の予測結果である。(7-2)
Next, in the second sub-step 72, the display
そして、得られた予測結果を、表示部400に表示することができる。リガンド分子の形状の予測結果と併せて、分子データ保持部210に保持される生体高分子の情報を用いて生体高分子の三次元構造を表示するように表示部400を構成してもよい。あるいはまた、入力部100、表示図形作成部330および表示部400を連携させて、オペレータが指定した視点からみた予測結果および/または生体高分子の形状を表示するようにしてもよい。
Then, the obtained prediction result can be displayed on the
以上の説明においては、第6工程における比較に用いられる第1の閾値Eth1が予め設定されている場合について説明した。しかしながら、Eth1として用いる値を、入力部100から入力することが可能であることはいうまでもない。あるいはまた、複数のEth1を設定してそれぞれについて第6および第7工程を実施してその結果を表示させ、その表示および化学的考察に基づいて、当該生体高分子に関して適切なEth1をオペレータが選択できるようにしてもよい。オペレータは、表示された複数のEth1の中から適切なものを選択してもよいし、入力部100から適当な値を入力してもよい。そして、オペレータが選択ないし入力したEth1を用いて、再び第6および第7工程を実施してリガンド分子の予測形状を得るようにすることができる。In the above description, the case where the first threshold value Eth1 used for comparison in the sixth step is set in advance has been described. However, it goes without saying that the value used as E th1 can be input from the
さらに、上記の方法により得られたリガンド分子の形状の予測結果を用いて、その形状に適合する候補化合物のスクリーニングを実施することができる。具体的には、予測したリガンド分子の形状に任意の化合物の立体構造を重ね合わせ、その適合度を種々の指標(たとえば、共有体積など)を用いて評価することにより、その化合物が候補化合物として適切であるか否かをスクリーニングすることができる。このような立体構造の重ね合わせおよび適合度の評価は、形状を検索条件とした3次元検索可能な既知のソフトを用いて実施することができる。例えばCatalyst(登録商標)を使用する場合は、予測結果であるリガンド分子の形状を検索条件として、Catalyst(登録商標)の三次元検索機能により、候補化合物をスクリーニングすることができる。このとき、必要に応じて、本発明の方法に従って得られるリガンド分子の形状に、化学的考察に基づいた一般的な化学特性(例えば、水素結合領域、疎水性領域など)を付加して適合度を評価することも可能である。このようなスクリーニングを、ライブラリ化合物群あるいは新規に設計した化合物群に適用することにより、生体高分子に結合する候補化合物を効率よくスクリーニングすることが可能となる。 Furthermore, using the prediction result of the shape of the ligand molecule obtained by the above method, screening of candidate compounds that match the shape can be performed. Specifically, by superimposing the three-dimensional structure of an arbitrary compound on the predicted shape of the ligand molecule and evaluating its fitness using various indices (for example, shared volume, etc.), the compound becomes a candidate compound. It can be screened for appropriateness. Such superposition of the three-dimensional structure and evaluation of the fitness can be performed using known software capable of three-dimensional search using the shape as a search condition. For example, when using Catalyst (registered trademark), candidate compounds can be screened by the three-dimensional search function of Catalyst (registered trademark) using the shape of the ligand molecule as a prediction result as a search condition. At this time, if necessary, general chemical characteristics (for example, hydrogen bonding region, hydrophobic region, etc.) based on chemical considerations are added to the shape of the ligand molecule obtained according to the method of the present invention, and the degree of fitness. Can also be evaluated. By applying such screening to a library compound group or a newly designed compound group, it becomes possible to efficiently screen candidate compounds that bind to a biopolymer.
図3は、本発明の第2の実施態様である、生体高分子に結合するリガンド分子の形状を予測することに加えて、生体高分子との結合に特に重要な立体空間を決定する方法を示したフローチャートである。第2の実施態様の方法も、図2に示される装置を用いて実施することができる。以下、本発明の第2の実施態様を詳しく説明する。 FIG. 3 shows a method for determining a three-dimensional space particularly important for binding to a biopolymer, in addition to predicting the shape of a ligand molecule that binds to the biopolymer, which is a second embodiment of the present invention. It is the shown flowchart. The method of the second embodiment can also be performed using the apparatus shown in FIG. Hereinafter, the second embodiment of the present invention will be described in detail.
第2の実施態様の方法においては、最初に、前述の第1の実施態様の第1〜第7工程を実施する。次に、リガンド分子と生体高分子とが結合する際に、リガンド分子の形状のうち、強い結合を作るためにどの領域が特に重要であるかを決定するために、以下の工程をさらに実施する。 In the method of the second embodiment, first, the first to seventh steps of the first embodiment are performed. Next, the following steps are further performed to determine which region of the ligand molecule shape is particularly important for creating a strong bond when the ligand molecule and the biopolymer are bound. .
(第8工程)
第8工程80においては、第6工程60で除去されずに残っている三次元格子点から、下記に示した第2の閾値Eth2以上のファンデルワールスポテンシャルを有する三次元格子点をさらに除去する。この工程により、生体高分子との結合のために特に重要な立体空間を決定することができる。第1工程10において生体高分子の原子をCHARMm力場またはAmber力場で表現し、仮想原子のパラメータが第2工程20で記述した範囲内である場合、Eth2(<0)を、Vεvの絶対値の−12倍以下、好適には−14倍以下に設定すること(すなわち、Eth2の絶対値を、Vεvの絶対値の12倍以上、好適には14倍以上に設定すること)が好ましいことを見出した。(8th step)
In the
本工程は比較部320において実施され、設定したEth2と各三次元格子点について計算されたEvdWとを比較し、Eth2>EvdWとなる三次元格子点を検索する。比較部320は、仮想原子データ保持部230からの入力を受けて、EvdWとEth1との比較を行う。このとき、VRvの異なる複数の仮想原子を用いている場合、仮想原子データ保持部230からの入力は複数ありうるが、最も小さな値、すなわち最安定な値を各三次元格子点上のファンデルワールスポテンシャルとすることが望ましい。前記条件を満たした三次元格子点の除去については、仮想原子データ保持部230に記憶されているデータに、前記条件を満たしたかどうかを表示するフラグを立てて(記録して)、除去したデータを示すことが好都合である。This step is performed in the
(第9工程)
次に、第9工程90を実施する。本工程では、表示図形作成部330において、Eth2>EvdWとなる三次元格子点について第7工程で説明したサブステップ71および72と同様のサブステップを繰り返して、Eth2>EvdWとなる三次元格子点のそれぞれを中心とする半径R1の球体の集合体の立体的な輪郭を得る。本工程におけるR1の値は、第5工程において用いたR1の値と同一にすることが望ましい。この結果、得られる立体的空間が、生体高分子とリガンド分子との結合に特に重要な立体空間である。(9th step)
Next, the
そして、得られた生体高分子との結合に特に重要な立体空間を、表示部400によって表示することができる。この立体空間に加えて、リガンド分子の形状の予測結果および/または分子データ保持部210に保持されている生体高分子の三次元形状を表示するように表示部400を構成してもよい。なお、リガンド分子の形状の予測結果と組み合わせて表示する場合には、生体高分子との結合に特に重要な立体空間の予測結果は、リガンド分子の形状の予測結果とは異なる属性(明度、彩度、色相の変更、異なるハッチングによる表示、点滅表示、ハイライト表示など)を有して表示することが好ましい。また、入力部100、表示図形作成部330および表示部400を連携して、オペレータが指定した視点からみたリガンド分子の形状の予測結果、そのリガンド分子の形状のうち、生体高分子との結合に特に重要な立体空間および/または生体高分子の形状を表示するようにしてもよい。
A three-dimensional space that is particularly important for binding to the obtained biopolymer can be displayed on the
以上の説明においては、第8工程80における比較に用いられる第2の閾値Eth2が予め設定されている場合について説明した。しかしながら、Eth2として用いる値を、入力部から入力することが可能であることはいうまでもない。あるいはまた、複数のEth2を設定してそれぞれについて第8および第9工程を実施してその結果を表示させ、その表示および化学的考察に基づいて、当該リガンド分子に関して適切なEth2をオペレータが選択できるようにしてもよい。オペレータは、表示された複数のEth2の中から適切なものを選択してもよいし、入力部100から適当な値を入力してもよい。そして、オペレータが選択ないし入力したEth2を用いて再び第8および第9工程を実施して、リガンド分子の形状のうち、生体高分子との結合に特に重要な立体空間の形状を得るようにすることができる。In the above description, the case where the second threshold E th2 used for the comparison in the
以上で説明した本発明の方法および装置は、リガンド分子の情報を利用することなく、生体高分子の情報のみに基づいて当該生体高分子に結合するリガンド分子の形状を予測し、そのリガンド分子の形状のうち、生体高分子との結合に特に重要な立体空間を決定することができる。したがって、リガンド分子が既知の生体高分子のみならず、リガンド分子が知られていない生体高分子に対しても適用が可能であり、オーファンレセプターなどのリガンド分子が未知の生体高分子に関してもリガンド分子の形状を予測し、そのリガンド分子の形状のうち、生体高分子との結合に特に重要な立体空間を決定することができる。 The method and apparatus of the present invention described above predicts the shape of a ligand molecule that binds to the biopolymer based on only the information of the biopolymer without using the information of the ligand molecule, and Among the shapes, it is possible to determine a three-dimensional space that is particularly important for binding to biopolymers. Therefore, it can be applied not only to biopolymers whose ligand molecules are known, but also to biopolymers whose ligand molecules are not known. The shape of the molecule can be predicted, and among the shapes of the ligand molecules, a three-dimensional space that is particularly important for binding to a biopolymer can be determined.
また、本発明の方法および装置は、ファンデルワールス力のみを用いてリガンド分子の形状を作成するので、生体高分子の周囲の溶媒や生体高分子の種類等を考慮することなく、リガンド分子の形状を予測し、および/またはそのリガンド分子の形状のうち、生体高分子との結合に特に重要な立体空間を決定することが出来る。 In addition, since the method and apparatus of the present invention creates the shape of the ligand molecule using only van der Waals forces, the ligand molecule can be formed without considering the solvent around the biopolymer and the type of the biopolymer. One can predict the shape and / or determine the three-dimensional space of the ligand molecule that is particularly important for binding to the biopolymer.
さらに、本発明の方法および装置により得られたリガンド分子の形状を利用して、ライブラリー化合物群や新規に設計した化合物群が当該リガンド分子の形状に適合するかどうかのIn−Silicoスクリーニングを行うことにより、薬物活性物質または生理活性物質の分子設計研究を効率的に行うことができる。 Furthermore, using the shape of the ligand molecule obtained by the method and apparatus of the present invention, in-silico screening is performed to determine whether the library compound group or the newly designed compound group matches the shape of the ligand molecule. This makes it possible to efficiently conduct molecular design studies on drug active substances or physiologically active substances.
本発明の方法を実施例でさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。 The method of the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these contents.
(ジヒドロ葉酸還元酵素に結合するリガンド分子の形状)
本発明の方法を実施するための具体例を、ジヒドロ葉酸還元酵素を用いて説明する。ジヒドロ葉酸還元酵素は古くから研究されている酵素の一つであり、いくつかのX線結晶構造の解析がなされている。ジヒドロ葉酸還元酵素(以下、DHFR)の原子座標は、プロテインデータバンクのエントリーID「1RX3」の情報を利用した。また、これらの原子のディスクリプターとして、生体高分子用の力場として一般的なCHARMm Version22(以下、CHARMm)を用いた。(Shape of ligand molecule that binds to dihydrofolate reductase)
A specific example for carrying out the method of the present invention will be described using dihydrofolate reductase. Dihydrofolate reductase is one of the enzymes that have been studied for a long time, and several X-ray crystal structures have been analyzed. For the atomic coordinates of dihydrofolate reductase (hereinafter referred to as DHFR), information of entry ID “1RX3” of the protein data bank was used. Further, as a descriptor of these atoms, a general CHARMm Version 22 (hereinafter, CHARMm) was used as a force field for a biopolymer.
CHARMmでは、メチル原子のファンデルワールス半径(VR)が、2.165オングストローム、ポテンシャル井戸の深さ(Vε)が、−0.1811Kcal/molと定義されている。そこで、ファンデルワールスポテンシャルを計算するための仮想原子のVRvを1.95オングストローム(メチル原子のVRの約90%)、Vεvを−0.1811Kcal/mol(メチル原子Vεの100%)とした。In CHARMm, the van der Waals radius (VR) of a methyl atom is defined as 2.165 angstroms, and the depth (Vε) of a potential well is defined as −0.1811 Kcal / mol. Therefore, the virtual atom VR v for calculating the van der Waals potential is 1.95 angstrom (about 90% of the VR of the methyl atom), and Vε v is −0.1811 Kcal / mol (100% of the methyl atom Vε). did.
上記DHFRの三次元座標には、水素原子の座標情報がないため、ソフトウェアReduceを用いて水素原子の座標を付加した。DHFRのリガンド結合部位は文献既知の情報を基に、その周辺のアミノ酸残基を含めてリガンド結合領域を直方体(X座標=28.0〜37.0、Y座標=37.0〜47.0、Z座標=0.0〜14.0)で指定した(図5参照)。 Since the three-dimensional coordinates of the DHFR do not have coordinate information of hydrogen atoms, the coordinates of hydrogen atoms were added using software Reduce. The ligand binding site of DHFR is a rectangular parallelepiped (X coordinate = 28.0 to 37.0, Y coordinate = 37.0 to 47.0) including the peripheral amino acid residues based on information known in the literature. , Z coordinate = 0.0 to 14.0) (see FIG. 5).
次に、この直方体のリガンド結合領域に1オングストローム間隔の三次元格子点を発生させ、仮想原子を用いて各格子点上のファンデルワールスポテンシャルを、CHARMmで用いられるファンデルワールス力を計算する前記式(I)に従って計算した。 Next, three-dimensional lattice points with a 1 angstrom interval are generated in the ligand binding region of this rectangular parallelepiped, and the van der Waals potential on each lattice point is calculated using virtual atoms, and the van der Waals force used in CHARMm is calculated. Calculated according to formula (I).
続いて、第1の閾値Eth1として−1.8Kcal/mol(Vεvの絶対値の約−10倍)を設定し、Eth1より大きいファンデルワールスポテンシャルをもつ三次元格子点を除去し、残った三次元格子点のそれぞれにおいて半径R1=1.0オングストローム(VRv−0.95オングストローム)の球を発生させ、重複部分を一意にしてリガンド分子の形状を作成した。得られたリガンド分子の形状を図6に示した。Subsequently, as the first threshold value E th1 set the -1.8Kcal / mol (about -10 times the absolute value of Vε v), to remove the three-dimensional grid point with E th1 larger van der Waals potential, A sphere having a radius of R1 = 1.0 angstrom (VR v −0.95 angstrom) was generated at each of the remaining three-dimensional lattice points, and the shape of the ligand molecule was created with unique overlapping portions. The shape of the obtained ligand molecule is shown in FIG.
また、本発明の方法に従って得られたリガンド分子の形状の妥当性を検討するため、既知のDHFR・メトトレキセート共結晶(プロテインデータバンクのエントリーID「1RX3」)から求められたメトトレキセートの三次元座標を用い、このメトトレキセートを、座標を動かすことなく、本発明の方法により得られたリガンド分子の形状と重ね合わせたところ、図7に示すように、極めてよく一致することが確認された。 In addition, in order to examine the validity of the shape of the ligand molecule obtained according to the method of the present invention, the three-dimensional coordinates of methotrexate obtained from a known DHFR / methotrexate co-crystal (protein data bank entry ID “1RX3”) When this methotrexate was overlapped with the shape of the ligand molecule obtained by the method of the present invention without moving the coordinates, it was confirmed that the methotrexate agreed very well as shown in FIG.
さらに、第2の閾値Eth2として−2.53Kcal/mol(Vεvの絶対値の約−14倍)を設定し、Eth2より大きいファンデルワールスポテンシャルをもつ三次元格子点を除去し、残った三次元格子点のそれぞれにおいて半径R1=1.0オングストロームの球を発生させ、重複部分を一意にして、DHFRとの結合に重要な立体的空間を決定した。図8は、得られた立体的空間とメトトレキセートとを、同様に、座標を動かすことなく重ね合わせた図である。このようにして決定した立体空間は、メトトレキセートのピリミジン環が占める領域と一致している。X線結晶解析の結果から、このピリミジン環部分は、DHFRと多数の水素結合および疎水結合を形成して安定なDHFR−メトトレキセート複合体を形成する上で大きな役割を果たしており、メトトレキセートの活性に欠くことのできない部分構造であることが知られている(非特許文献6参照)。このように、第2の閾値を使用し本発明の方法に従って得られる生体高分子との結合に特に重要な立体空間と、メトトレキセートの分子構造のうちDHFRとの結合に重要な部分構造であるピリミジン環部分とが、よく一致することが確認された。Further, as a second threshold value E th2 set the -2.53Kcal / mol (about -14 times the absolute value of Vε v), to remove the three-dimensional grid point with E th2 larger van der Waals potential, remains In addition, a sphere having a radius R1 = 1.0 angstrom was generated at each of the three-dimensional lattice points, the overlapping portion was made unique, and a three-dimensional space important for coupling with DHFR was determined. FIG. 8 is a diagram in which the obtained three-dimensional space and methotrexate are similarly superimposed without moving the coordinates. The three-dimensional space thus determined coincides with the region occupied by the pyrimidine ring of methotrexate. From the results of X-ray crystallographic analysis, this pyrimidine ring moiety plays a major role in forming a stable DHFR-methotrexate complex by forming a number of hydrogen bonds and hydrophobic bonds with DHFR, and lacks the activity of methotrexate. It is known that the partial structure cannot be used (see Non-Patent Document 6). Thus, pyrimidine which is a partial structure important for the binding to DHFR among the three-dimensional space particularly important for the binding to the biopolymer obtained according to the method of the present invention using the second threshold and the molecular structure of methotrexate. It was confirmed that the ring portion was in good agreement.
(レチノイン酸受容体ガンマに結合するリガンド分子の形状)
核内受容体に結合するリガンド分子の形状を作成する具体例として、レチノイン酸受容体ガンマを用いた実施例を説明する。レチノイン酸受容体ガンマ(以下、RAR)は核内ホルモン受容体の一つであり、皮膚疾患や癌に関与していることが知られている。RARの原子座標は、プロテインデータバンクのエントリーID「4LBD」の情報を利用した。また、これらの原子のディスクリプターとして、生体高分子用の力場として一般的なCHARMm Version22(以下、CHARMm)を用いた。(Shape of ligand molecule binding to retinoic acid receptor gamma)
As a specific example of creating a shape of a ligand molecule that binds to a nuclear receptor, an example using retinoic acid receptor gamma will be described. Retinoic acid receptor gamma (hereinafter RAR) is one of the nuclear hormone receptors and is known to be involved in skin diseases and cancer. For the RAR atomic coordinates, information of the entry ID “4LBD” of the protein data bank was used. Further, as a descriptor of these atoms, a general CHARMm Version 22 (hereinafter, CHARMm) was used as a force field for a biopolymer.
本実施例においても、ファンデルワールスポテンシャルを計算するための仮想原子のVRvを1.95オングストローム(メチル原子のVRの約90%)、Vεvを−0.1811Kcal/mol(メチル原子Vεの100%)とした。In this embodiment, 1.95 Å VR v virtual atoms for calculating the van der Waals potential (methyl atomic about 90% VR), the Vε v -0.1811Kcal / mol (methyl
上記RARの三次元座標には、水素原子の座標情報がないため、実施例1と同様にソフトウェアReduceを用いて水素原子の座標を付加した。4LBDのリガンド結合部位は文献既知の情報を基に、その周辺のアミノ酸残基を含めてリガンド結合領域を直方体(X座標=−31.0〜47.0、Y座標=10.0〜21.0、Z座標=78.0〜90.0)で指定した。 Since there is no hydrogen atom coordinate information in the three-dimensional coordinates of RAR, the coordinates of hydrogen atoms were added using software Reduce as in Example 1. The ligand binding site of 4LBD is a rectangular parallelepiped (X coordinate = -31.0-47.0, Y coordinate = 10.0-21. 0, Z coordinate = 78.0-90.0).
次に、この直方体のリガンド結合領域に1オングストローム間隔の三次元格子点を発生させ、仮想原子を用いて各格子点上のファンデルワールスポテンシャルを、CHARMmで用いられるファンデルワールス力を計算する前記式(I)に従って計算した。 Next, three-dimensional lattice points with a 1 angstrom interval are generated in the ligand binding region of this rectangular parallelepiped, and the van der Waals potential on each lattice point is calculated using virtual atoms, and the van der Waals force used in CHARMm is calculated. Calculated according to formula (I).
続いて、第1の閾値Eth1を−1.8Kcal/mol(仮想原子のVεの絶対値の約−10倍)に設定し、Eth1より大きいファンデルワールスポテンシャルをもつ三次元格子点を除去し、残った三次元格子点のそれぞれにおいて半径1.0オングストローム(VRv−0.95オングストローム)の球を発生させ、重複部分を一意にしてリガンド分子の形状を作成した。得られたリガンド分子の形状を図9に示した。Subsequently, the first threshold E th1 is set to −1.8 Kcal / mol (approximately −10 times the absolute value of Vε of the virtual atom), and three-dimensional lattice points having a van der Waals potential greater than E th1 are removed. Then, a sphere having a radius of 1.0 angstrom (VR v -0.95 angstrom) was generated at each of the remaining three-dimensional lattice points, and the shape of the ligand molecule was created by making the overlapping portion unique. The shape of the obtained ligand molecule is shown in FIG.
また、本発明の方法に従って得られたリガンド分子の形状の妥当性を検討するため、既知のRAR・RARアゴニスト(BMS961:化学名3−フルオロ−4−[2−ヒドロキシ−2−(5,5,8,8−テトラメチル−5,6,7,8−テトラヒドロナフタレン−2−イル)アセチルアミノ]安息香酸)共結晶(プロテインデータバンクのエントリーID「4LBD」)から求められたRARアゴニストの三次元座標を用い、このRARアゴニストを、座標を動かすことなく、本発明の方法により得られたリガンド分子の形状と重ね合わせたところ、図10に示すように、極めてよく一致することが確認された。 Further, in order to examine the validity of the shape of the ligand molecule obtained according to the method of the present invention, a known RAR / RAR agonist (BMS961: Chemical name 3-fluoro-4- [2-hydroxy-2- (5,5 , 8,8-Tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydronaphthalen-2-yl) acetylamino] benzoic acid) co-crystal (protein data bank entry ID “4LBD”) tertiary of RAR agonist When the original coordinates were used and this RAR agonist was superimposed on the shape of the ligand molecule obtained by the method of the present invention without moving the coordinates, it was confirmed that the RAR agonists were in excellent agreement as shown in FIG. .
(バクテリオロドプシンに結合するリガンド分子の形状)
7回膜貫通型タンパク質に結合するリガンド分子の形状を作成する具体例として、バクテリオロドプシンを用いた実施例を説明する。バクテリオロドプシンの座標情報は、プロテインデータバンクのエントリーID「1BRR」の情報を利用した。また、これらの原子のディスクリプターとして、生体高分子用の力場として一般的なAmber 91を用いた。(The shape of the ligand molecule that binds to bacteriorhodopsin)
As a specific example of creating a shape of a ligand molecule that binds to a seven-transmembrane protein, an example using bacteriorhodopsin will be described. As the coordinate information of the bacteriorhodopsin, the information of the entry ID “1BRR” of the protein data bank is used. In addition, Amber 91, which is a general force field for biopolymers, was used as a descriptor for these atoms.
Amber 91では、メチル原子のファンデルワールス半径(VR)が、2.165オングストローム、ポテンシャル井戸の深さ(Vε)が、0.181Kcal/molと定義されている。そこで、ファンデルワールスポテンシャルを計算するための仮想原子のVRvを1.95オングストローム(メチル原子のVRの約90%)、Vεvを0.181Kcal/mol(メチル原子Vεの100%)とした。In Amber 91, the van der Waals radius (VR) of a methyl atom is defined as 2.165 angstroms, and the depth (Vε) of a potential well is defined as 0.181 Kcal / mol. Therefore, the virtual atom VR v for calculating the van der Waals potential is 1.95 angstrom (about 90% of the methyl atom VR) and Vε v is 0.181 Kcal / mol (100% of the methyl atom Vε). .
上記バクテリオロドプシンの三次元座標には、水素原子の座標情報がないため、実施例1と同様にソフトウェアReduceを用いて水素原子の座標を付加した。「1BRR」のリガンド結合部位は文献既知の情報を基に、その周辺のアミノ酸残基を含めてリガンド結合領域を直方体(X座標=9.0〜17.0、Y座標=−15.0〜0.0、Z座標=19.0〜29.0)で指定した。 Since there is no coordinate information of hydrogen atoms in the three-dimensional coordinates of the bacteriorhodopsin, the coordinates of hydrogen atoms were added using software Reduce as in Example 1. The ligand binding site of “1BRR” is a rectangular parallelepiped (X coordinate = 9.0 to 17.0, Y coordinate = −15.0 to 0.0, Z coordinate = 19.0-29.0).
次に、この直方体のリガンド結合領域に1オングストローム間隔の三次元格子点を発生させ、仮想原子を用いて各格子点上のファンデルワールスポテンシャルを、Amberで用いられるファンデルワールス力を計算する前記式(I)に従って計算した。 Next, three-dimensional lattice points with an interval of 1 angstrom are generated in the ligand binding region of the rectangular parallelepiped, and the van der Waals potential on each lattice point is calculated using virtual atoms, and the van der Waals force used in Amber is calculated. Calculated according to formula (I).
続いて、第1の閾値Eth1を−1.8Kcal/mol(Vεvの絶対値の約−10倍)に設定し、Eth1より大きいファンデルワールスポテンシャルをもつ三次元格子点を除去し、残った三次元格子点のそれぞれにおいて半径1.0オングストローム(VRv−0.95オングストローム)の球を発生させ、重複部分を一意にしてリガンド分子の形状を作成した。得られたリガンド分子の形状を図11に示した。Subsequently, the first threshold value E th1 is set to −1.8 Kcal / mol (about −10 times the absolute value of Vε v ), and three-dimensional lattice points having a van der Waals potential greater than E th1 are removed, A sphere having a radius of 1.0 angstrom (VR v −0.95 angstrom) was generated at each of the remaining three-dimensional lattice points, and the shape of the ligand molecule was created with the overlapping portion unique. The shape of the obtained ligand molecule is shown in FIG.
また、本発明の方法に従って得られたリガンド分子の形状の妥当性を検討するため、既知のバクテリオロドプシン・レチナール共結晶(プロテインデータバンクのエントリーID「1BRR」)から求められたレチナールの三次元座標を用い、このレチナールを、座標を動かすことなく、本発明の方法により得られたリガンド分子の形状と重ね合わせたところ、図12に示すように、極めてよく一致することが確認された。 Further, in order to examine the validity of the shape of the ligand molecule obtained according to the method of the present invention, the three-dimensional coordinates of the retinal obtained from a known bacteriorhodopsin / retinal co-crystal (protein data bank entry ID “1BRR”) When this retinal was superimposed on the shape of the ligand molecule obtained by the method of the present invention without moving the coordinates, it was confirmed that the retinal matches very well as shown in FIG.
本発明の方法および装置を用いることにより生体高分子に結合するリガンド分子の形状を作成することができる。従って、本発明の方法および装置は、医薬、農薬などの生理活性を有する化合物の分子設計に極めて有用である。
By using the method and apparatus of the present invention, the shape of a ligand molecule that binds to a biopolymer can be created. Therefore, the method and apparatus of the present invention are extremely useful for molecular design of compounds having physiological activity such as pharmaceuticals and agricultural chemicals.
Claims (8)
(1) 記憶装置から生体高分子の原子を表現するパラメータを読み出す第一工程;
(2) 記憶装置から1種または2種以上の仮想原子のパラメータを読み出す第二工程;
(3) 生体高分子の原子座標を読み出す第三工程;
(4) (3)で読み出した生体高分子のリガンド結合領域に複数の三次元格子点を発生させる第四工程;
(5) (4)で発生させた複数の三次元格子点のそれぞれに、(2)でパラメータを読み出した仮想原子を置いたときに、該仮想原子と生体高分子との間のファンデルワールスポテンシャルを計算する第五工程;
(6) (5)で計算したファンデルワールスポテンシャルが第1の閾値より大きい三次元格子点を除去する第六工程;および
(7) (6)で残った三次元格子点からリガンド分子の形状を作成する第七工程
を実施することを特徴とする生体高分子に結合するリガンド分子の形状作成方法。A method for creating a shape of a ligand molecule that binds to a biopolymer comprising:
(1) a first step of reading out a parameter expressing atoms of a biopolymer from a storage device;
(2) a second step of reading parameters of one or more virtual atoms from the storage device;
(3) a third step of reading the atomic coordinates of the biopolymer;
(4) a fourth step of generating a plurality of three-dimensional lattice points in the ligand binding region of the biopolymer read out in (3);
(5) When the virtual atom whose parameter is read in (2) is placed on each of the plurality of three-dimensional lattice points generated in (4), van der Waals between the virtual atom and the biopolymer The fifth step of calculating the potential;
(6) Sixth step of removing three-dimensional lattice points whose van der Waals potential calculated in (5) is larger than the first threshold; and (7) The shape of the ligand molecule from the three-dimensional lattice points remaining in (6). A method for creating a shape of a ligand molecule that binds to a biopolymer, characterized in that the seventh step of creating a biomolecule is performed.
(1) 記憶装置から生体高分子の原子を表現するパラメータを読み出す第一工程;
(2) 記憶装置から1種または2種以上の仮想原子のパラメータを読み出す第二工程;
(3) 生体高分子の原子座標を読み出す第三工程;
(4) (3)で読み出した生体高分子のリガンド結合領域に複数の三次元格子点を発生させる第四工程;
(5) (4)で発生させた複数の三次元格子点のそれぞれに、(2)でパラメータを読み出した仮想原子を置いたときに、該仮想原子と生体高分子との間のファンデルワールスポテンシャルを計算する第五工程;
(6) (5)で計算したファンデルワールスポテンシャルが第1の閾値より大きい三次元格子点を除去する第六工程;
(7) (6)で残った三次元格子点からリガンド分子の形状を作成する第七工程;
(8) (5)で計算したファンデルワールスポテンシャルが第2の閾値より大きい三次元格子点を除去する第八工程;および
(9) (8)で残った三次元格子点からリガンド分子の生体高分子との結合に特に重要な立体空間を決定する第九工程
をさらに実施し、第2の閾値は第1の閾値よりも小さいことを特徴とする生体高分子に結合するリガンド分子の形状を予測し、さらにリガンド分子形状のうち生体高分子との結合に特に重要な立体空間を決定する方法。A method for predicting the shape of a ligand molecule that binds to a biopolymer, and to determine the three-dimensional space of the ligand molecule shape that is particularly important for binding to the biopolymer:
(1) a first step of reading out a parameter expressing atoms of a biopolymer from a storage device;
(2) a second step of reading parameters of one or more virtual atoms from the storage device;
(3) a third step of reading the atomic coordinates of the biopolymer;
(4) a fourth step of generating a plurality of three-dimensional lattice points in the ligand binding region of the biopolymer read out in (3);
(5) When the virtual atom whose parameter is read in (2) is placed on each of the plurality of three-dimensional lattice points generated in (4), van der Waals between the virtual atom and the biopolymer The fifth step of calculating the potential;
(6) A sixth step of removing a three-dimensional lattice point whose van der Waals potential calculated in (5) is larger than a first threshold;
(7) A seventh step of creating the shape of the ligand molecule from the three-dimensional lattice points remaining in (6);
(8) Eighth step of removing a three-dimensional lattice point whose van der Waals potential calculated in (5) is larger than a second threshold; and (9) Living body of a ligand molecule from the three-dimensional lattice point remaining in (8). The ninth step of determining a three-dimensional space that is particularly important for binding to the polymer is further performed, and the shape of the ligand molecule that binds to the biopolymer is characterized in that the second threshold value is smaller than the first threshold value. A method of predicting and determining a three-dimensional space that is particularly important for binding to a biopolymer among ligand molecule shapes.
(1) 生体高分子の原子および仮想原子を表現するパラメータを保持するパラメータ保持部;
(2) 生体高分子の原子の座標を保持する分子データ保持部;
(3) 前記パラメータ保持部に保持されたパラメータおよび前記分子データ保持部に保持された生体高分子の原子の座標を用いて、生体高分子のリガンド結合領域内の複数の三次元格子点に1種または2種以上の仮想原子を置いたときに、該仮想原子と生体高分子との間のファンデルワールスポテンシャルを計算するファンデルワールスポテンシャル演算部;
(4) 前記複数の三次元格子点の三次元座標、および前記ファンデルワールスポテンシャル演算部で計算されたファンデルワールスポテンシャルを保持する仮想原子データ保持部;
(5) 前記仮想原子データ保持部に保持されたファンデルワールスポテンシャルと第1の閾値とを比較して、第1の閾値よりも大きいファンデルワールスポテンシャルを有する三次元格子点を前記仮想原子データ保持部から除去する比較部;および
(6) 前記仮想原子データ保持部に保持され、前記比較部で除去されなかった三次元格子点から、リガンド分子の形状を作成する表示図形作成部
を具えたことを特徴とする装置。A device for creating a shape of a ligand molecule that binds to a biopolymer:
(1) a parameter holding unit that holds parameters representing atoms and virtual atoms of a biopolymer;
(2) a molecular data holding unit for holding the coordinates of the atoms of the biopolymer;
(3) By using the parameters held in the parameter holding unit and the coordinates of the biopolymer atoms held in the molecular data holding unit, 1 is added to a plurality of three-dimensional lattice points in the ligand binding region of the biopolymer. A van der Waals potential calculator that calculates a van der Waals potential between the virtual atom and the biopolymer when a seed or two or more types of virtual atoms are placed;
(4) A virtual atom data holding unit that holds the three-dimensional coordinates of the plurality of three-dimensional lattice points and the van der Waals potential calculated by the van der Waals potential calculation unit;
(5) The van der Waals potential held in the virtual atom data holding unit is compared with a first threshold value, and a three-dimensional lattice point having a van der Waals potential larger than the first threshold value is determined as the virtual atom data. A comparison unit to be removed from the holding unit; and (6) a display figure creation unit for creating a shape of a ligand molecule from a three-dimensional lattice point held in the virtual atom data holding unit and not removed by the comparison unit. A device characterized by that.
前記表示図形作成部が、前記仮想原子データ保持部に保持され、前記第二の機能により除去されなかった三次元格子点から、生体高分子に結合するリガンド分子の形状のうち、生体高分子との結合に特に重要な立体空間を作成する機能をさらに有することを特徴とする請求項6に記載の装置。The comparison unit compares the van der Waals potential held in the virtual atom data holding unit with a second threshold value, and determines a three-dimensional lattice point having a van der Waals potential larger than the second threshold value as the virtual value. A second function of removing from the atomic data holding unit;
The display graphic creation unit is held in the virtual atom data holding unit, and from the three-dimensional lattice points that are not removed by the second function, out of the shape of the ligand molecule that binds to the biopolymer, The apparatus according to claim 6, further comprising a function of creating a three-dimensional space particularly important for the combination of the two.
(1) 記憶装置から生体高分子の原子を表現するパラメータを読み出す第一工程;
(2) 記憶装置から仮想原子のパラメータを読み出す第二工程;
(3) 生体高分子の原子座標を読み出す第三工程;
(4) (3)で読み出した生体高分子のリガンド結合領域に複数の三次元格子点を発生させる第四工程;
(5) (4)で発生させた複数の三次元格子点のそれぞれに、(2)でパラメータを読み出した仮想原子を置いたときに、該仮想原子と生体高分子との間のファンデルワールスポテンシャルを計算する第五工程;
(6) (5)で計算したファンデルワールスポテンシャルが第1の閾値より大きい三次元格子点を除去する第六工程;
(7) (6)で残った三次元格子点からリガンド分子の形状を作成する第七工程;
(8) (7)で得られたリガンド分子の形状と、候補化合物の立体構造とを重ね合わせ、その適合度を評価する第八工程
を実施することを特徴とする生体高分子に結合する候補化合物のスクリーニング方法。A method for screening candidate compounds that bind to a biopolymer comprising:
(1) a first step of reading out a parameter expressing atoms of a biopolymer from a storage device;
(2) a second step of reading the virtual atom parameters from the storage device;
(3) a third step of reading the atomic coordinates of the biopolymer;
(4) a fourth step of generating a plurality of three-dimensional lattice points in the ligand binding region of the biopolymer read out in (3);
(5) When the virtual atom whose parameter is read in (2) is placed on each of the plurality of three-dimensional lattice points generated in (4), van der Waals between the virtual atom and the biopolymer The fifth step of calculating the potential;
(6) A sixth step of removing a three-dimensional lattice point whose van der Waals potential calculated in (5) is larger than a first threshold;
(7) A seventh step of creating the shape of the ligand molecule from the three-dimensional lattice points remaining in (6);
(8) A candidate for binding to a biopolymer, characterized in that the eighth step of superimposing the shape of the ligand molecule obtained in (7) and the three-dimensional structure of the candidate compound and evaluating its fitness is performed. Compound screening method.
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WO1997018180A1 (en) * | 1995-11-13 | 1997-05-22 | Akiko Itai | Design method of physiologically active compound |
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