JP6197565B2 - 構造データの取得方法、プログラム、記録媒体及び装置 - Google Patents
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Description
本件は、分子動力学計算において頻繁に取り得る構造であって、主計算対象分子と副計算対象分子との結合状態が安定している構造に近い構造のデータを取得する構造データの取得方法、その方法を実行するプログラム、前記プログラムを備えた記録媒体、並びに前記記録媒体を備えた装置に関する。
IT創薬におけるタンパク質と薬候補分子との結合反応において重要な水素結合の解析には、電子状態計算が利用される(例えば、非特許文献1参照)。前記電子状態計算の対象となる構造についての解析、特に溶媒中での実際の相互作用の解析のためには、溶媒中での分子動力学(MD)計算の結果構造を利用することが考えられる。
前記解析は、通常、MD計算結果構造としてある特定の時間におけるスナップショット構造を利用している。しかし、前記スナップショット構造は、各原子が有する運動エネルギーに応じた特異性を有し、前記MD計算において頻繁に取り得る構造からのずれが大きい可能性が高い。構造のずれを抑制するためには構造のサンプリング数を増やすことが有効であるが、電子状態計算の計算量が膨大であるため、非効率的である。
したがって、分子動力学計算において頻繁に取り得る構造であって、主計算対象分子と副計算対象分子との結合状態が安定している構造(以下、「平衡構造」と称することがある)に近い構造のデータを効率的に得ることができる構造データの取得方法が求められているのが現状である。
J. Am. Chem. Soc., 99:5, 1316−1332 (1977)
本件は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本件は、分子動力学計算において頻繁に取り得る構造であって、主計算対象分子と副計算対象分子との結合状態が安定している構造に近い構造のデータを効率的に得ることができる構造データの取得方法、及びその方法を実行するプログラム、前記プログラムを備えた記録媒体、並びに前記記録媒体を備えた装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
開示の構造データの取得方法は、
主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子の分子動力学計算により得られる座標データを用い、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子の結合状態の構造データを取得する構造データの取得方法であって、
前記分子動力学計算により得られる前記主計算対象分子、前記副計算対象分子、及び前記溶媒分子における複数の時間の座標データを時間平均する工程を含み、
前記時間平均が、所定の時間領域における、前記主計算対象分子の座標データ、前記副計算対象分子の座標データ、及び前記所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する前記溶媒分子の座標データに対して行われる。
開示の構造データの取得方法は、
主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子の分子動力学計算により得られる座標データを用い、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子の結合状態の構造データを取得する構造データの取得方法であって、
前記分子動力学計算により得られる前記主計算対象分子、前記副計算対象分子、及び前記溶媒分子における複数の時間の座標データを時間平均する工程を含み、
前記時間平均が、所定の時間領域における、前記主計算対象分子の座標データ、前記副計算対象分子の座標データ、及び前記所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する前記溶媒分子の座標データに対して行われる。
開示のプログラムは、
コンピュータに、開示の前記構造データの取得方法を実行させるプログラムである。
コンピュータに、開示の前記構造データの取得方法を実行させるプログラムである。
開示の記録媒体は、
開示の前記プログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体である。
開示の前記プログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体である。
開示の装置は、
開示のコンピュータが読み取り可能な記録媒体を備える。
開示のコンピュータが読み取り可能な記録媒体を備える。
開示の構造データの取得方法によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、分子動力学計算において頻繁に取り得る構造であって、主計算対象分子と副計算対象分子との結合状態が安定している構造に近い構造のデータを効率的に得ることができる構造データの取得方法を提供できる。
開示のプログラムによれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、分子動力学計算において頻繁に取り得る構造であって、主計算対象分子と副計算対象分子との結合状態が安定している構造に近い構造のデータを効率的に得ることができるプログラムを提供できる。
開示の記録媒体によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、分子動力学計算において頻繁に取り得る構造であって、主計算対象分子と副計算対象分子との結合状態が安定している構造に近い構造のデータを効率的に得ることができる記録媒体を提供できる。
開示の装置によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、分子動力学計算において頻繁に取り得る構造であって、主計算対象分子と副計算対象分子との結合状態が安定している構造に近い構造のデータを効率的に得ることができる装置を提供できる。
開示のプログラムによれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、分子動力学計算において頻繁に取り得る構造であって、主計算対象分子と副計算対象分子との結合状態が安定している構造に近い構造のデータを効率的に得ることができるプログラムを提供できる。
開示の記録媒体によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、分子動力学計算において頻繁に取り得る構造であって、主計算対象分子と副計算対象分子との結合状態が安定している構造に近い構造のデータを効率的に得ることができる記録媒体を提供できる。
開示の装置によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、分子動力学計算において頻繁に取り得る構造であって、主計算対象分子と副計算対象分子との結合状態が安定している構造に近い構造のデータを効率的に得ることができる装置を提供できる。
(構造データの取得方法)
開示の構造データの取得方法は、時間平均する工程を少なくとも含み、好ましくは構造歪みを除去する工程を含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
前記構造データの取得方法は、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子の分子動力学計算により得られる座標データを用い、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子の結合状態の構造データを取得する方法である。
開示の構造データの取得方法は、時間平均する工程を少なくとも含み、好ましくは構造歪みを除去する工程を含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
前記構造データの取得方法は、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子の分子動力学計算により得られる座標データを用い、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子の結合状態の構造データを取得する方法である。
前記主計算対象分子としては、例えば、対象タンパク質などが挙げられる。
前記副計算対象分子としては、例えば、薬剤候補化合物などが挙げられる。前記薬剤候補化合物は、例えば、前記対象タンパク質との相互作用の計算対象となる化合物である。
前記溶媒分子としては、例えば、水などが挙げられる。
前記副計算対象分子としては、例えば、薬剤候補化合物などが挙げられる。前記薬剤候補化合物は、例えば、前記対象タンパク質との相互作用の計算対象となる化合物である。
前記溶媒分子としては、例えば、水などが挙げられる。
<時間平均する工程>
前記時間平均する工程は、前記分子動力学計算により得られる前記主計算対象分子、前記副計算対象分子、及び前記溶媒分子における複数の時間の座標データを時間平均する工程である。
前記時間平均する工程は、前記分子動力学計算により得られる前記主計算対象分子、前記副計算対象分子、及び前記溶媒分子における複数の時間の座標データを時間平均する工程である。
前記時間平均は、所定の時間領域における、前記主計算対象分子の座標データ、前記副計算対象分子の座標データ、及び前記所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する前記溶媒分子の座標データに対して行われる。
前記主計算対象分子と、前記副計算対象分子とを対象として時間平均を行うと、前記主計算対象分子と、前記副計算対象分子とが実際に溶媒中で存在する状態とは異なる構造データが得られる。これは、前記溶媒の影響を考慮していないためであると考えられる。そのため、溶媒分子の存在を加味して時間平均を行う必要があるが、前記溶媒分子は、前記主計算対象分子、及び前記副計算対象分子と比べ、系内で大きく運動することから、適切な時間平均を求めることが困難である。
一方、主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する溶媒分子を選択して、前記溶媒分子に対して時間平均を行うことにより、適切に前記溶媒分子の時間平均を行うことができる。この溶媒分子は、前記主計算対象分子、及び前記副計算対象分子の周囲に存在し、これらの分子と相互作用している溶媒分子と考えられる。
一方、主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する溶媒分子を選択して、前記溶媒分子に対して時間平均を行うことにより、適切に前記溶媒分子の時間平均を行うことができる。この溶媒分子は、前記主計算対象分子、及び前記副計算対象分子の周囲に存在し、これらの分子と相互作用している溶媒分子と考えられる。
前記所定の時間領域は、前記分子動力学計算により得られる座標データの根平均二乗変位(RMSD:root mean square deviation)に基づいて選択されることが好ましい。そうすることにより、座標データが大きく変化する時間領域を選択せずに、平均構造を計算するのに適した局所的な揺らぎが生じている時間領域を選択できる。
ここで、根平均二乗変位(RMSD)は、所定の分子構造(例えば、初期構造)とその時間における分子構造との間における分子構造全体のずれを数値化したものである。
ここで、根平均二乗変位(RMSD)は、所定の分子構造(例えば、初期構造)とその時間における分子構造との間における分子構造全体のずれを数値化したものである。
前記所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する前記溶媒分子は、前記所定の時間領域における根平均二乗揺らぎ(RMSF:root mean square fluctuation)に基づいて選択されることが好ましい。そうすることにより、前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する前記溶媒分子を適切に選択することができる。前記同程度の構造揺らぎとは、例えば、前記主計算対象分子の原子のRMSFの1.5倍以下が好ましく、1.0倍以下が好ましい。
ここで、根平均二乗揺らぎ(RMSF)は、原子の平均位置周辺での揺らぎを数値化したものである。
ここで、根平均二乗揺らぎ(RMSF)は、原子の平均位置周辺での揺らぎを数値化したものである。
前記時間平均は、前記主計算対象分子、前記副計算対象分子、及び前記所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する前記溶媒分子を一つの擬似分子(以下、「超分子」と称することがある)とみなして行われることが好ましい。そうすることにより、計算を効率的に行うことができる。
<構造歪みを除去する工程>
前記構造歪みを除去する工程としては、前記時間平均を行った後の各分子の構造歪みを除去する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エネルギー最小化などが挙げられる。
前記構造歪みを除去する工程としては、前記時間平均を行った後の各分子の構造歪みを除去する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エネルギー最小化などが挙げられる。
前記エネルギー最小化は、例えば、分子が有するエネルギーを最小化するように分子構造を変化させることにより行うことができる。前記分子構造の変化は、前記分子が有する原子間のフォースを小さくするように原子を移動させることにより行うことができる。
前記エネルギー最小化は、例えば、分子動力学計算のソフトが備えているエネルギー最小化ツールを用いて行うことができる。
前記エネルギー最小化は、例えば、分子動力学計算のソフトが備えているエネルギー最小化ツールを用いて行うことができる。
例えば、メチル基(1つの炭素原子が3つの水素原子を有する)について時間平均を行った場合、3つの水素原子が、1つの水素原子として計算される。その結果、構造の歪みが生じる。タンパク質のような複雑な構造の分子についても同様のことが起こりうる。そのような歪みが生じている場合には、構造歪みを除去することで、適切な時間平均を行うことができる。
(プログラム)
開示のプログラムは、コンピュータに、開示の構造データの取得方法を実行させるプログラムである。
開示のプログラムは、コンピュータに、開示の構造データの取得方法を実行させるプログラムである。
前記プログラムは、使用するコンピュータシステムの構成及びオペレーティングシステムの種類・バージョンなどに応じて、公知の各種のプログラム言語を用いて作成することができる。
前記プログラムは、内蔵ハードディスク、外付けハードディスクなどの記憶媒体に記録しておいてもよいし、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD−ROM(Digital Versatile Disk Read Only Memory)、MOディスク(Magneto−Optical disk)、USBメモリ〔USB(Universal Serial Bus) flash drive〕などの記憶媒体に記録しておいてもよい。前記プログラムをCD−ROM、DVD−ROM、MOディスク、USBメモリなどの記憶媒体に記録する場合には、必要に応じて随時、コンピュータシステムが有する記憶媒体読取装置を通じて、これを直接、又はハードディスクにインストールして使用することができる。また、コンピュータシステムから情報通信ネットワークを通じてアクセス可能な外部記憶領域(他のコンピュータ等)に前記プログラムを記録しておき、必要に応じて随時、前記外部記憶領域から情報通信ネットワークを通じてこれを直接、又はハードディスクにインストールして使用することもできる。
(コンピュータが読み取り可能な記録媒体)
開示のコンピュータが読み取り可能な記録媒体は、開示の前記プログラムを記録してなる。
前記コンピュータが読み取り可能な記録媒体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、内蔵ハードディスク、外付けハードディスク、CD−ROM、DVD−ROM、MOディスク、USBメモリなどが挙げられる。
開示のコンピュータが読み取り可能な記録媒体は、開示の前記プログラムを記録してなる。
前記コンピュータが読み取り可能な記録媒体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、内蔵ハードディスク、外付けハードディスク、CD−ROM、DVD−ROM、MOディスク、USBメモリなどが挙げられる。
(装置)
開示の装置は、開示の前記コンピュータが読み取り可能な記録媒体を備える。
開示の装置は、開示の前記コンピュータが読み取り可能な記録媒体を備える。
図1に開示の構造データの取得方法の一例のフローチャートを示す。
まず、分子動力学(MD)計算を行い分子動力学(MD)軌道(座標データ)を取得する。また、後述する分割、及び選択のための各許容値(しきい値)の設定を行う。
まず、分子動力学(MD)計算を行い分子動力学(MD)軌道(座標データ)を取得する。また、後述する分割、及び選択のための各許容値(しきい値)の設定を行う。
続いて、RMSDが局所的に変動する各時間領域へのMD軌道の分割を行う。
ここでは、所定の分子構造(例えば、初期構造)とその時間における分子構造との間における分子構造全体のずれであるRMSDを計算し、時間軸を、前記RMSDの変化が小さい時間領域に分割する(図2参照)。
ここでは、所定の分子構造(例えば、初期構造)とその時間における分子構造との間における分子構造全体のずれであるRMSDを計算し、時間軸を、前記RMSDの変化が小さい時間領域に分割する(図2参照)。
続いて、RMSFが主計算対象分子と同程度の溶媒分子の選択を行う。
ここでは、上記方法により分割された時間領域のうち、適切な時間領域を選択し、その時間領域において、原子の平均位置周辺での揺らぎを数値化したRMSFを求める。RMSFを求めた一例を図3に示す。図3において、横軸は、計算対象の各原子に付した番号を示している。図3において、番号が小さい領域Aは、主計算対象分子の原子、及び副計算対象分子の原子を示しており、領域Bは、溶媒分子の原子を示している。
RMSFを求めると、溶媒分子の原子は、総じて変異が大きい(RMSFが大きい)が、溶媒分子の原子の一部には、RMSFが主計算対象分子の原子と同程度の原子(領域C中の原子)が存在している。これらの原子は、水素結合等により主計算対象分子及び副計算対象分子の少なくともいずれかと相互作用している原子と考えられる。この領域C中の原子を構成する溶媒分子を選択する。前記選択においては、主計算対象分子の原子のRMSFの1.5倍以下のRMSFの原子を選択することが好ましく、1.0倍以下のRMSFの原子を選択することが好ましい。
そうすることにより、溶媒分子の時間平均を適切に行うことができる。
ここでは、上記方法により分割された時間領域のうち、適切な時間領域を選択し、その時間領域において、原子の平均位置周辺での揺らぎを数値化したRMSFを求める。RMSFを求めた一例を図3に示す。図3において、横軸は、計算対象の各原子に付した番号を示している。図3において、番号が小さい領域Aは、主計算対象分子の原子、及び副計算対象分子の原子を示しており、領域Bは、溶媒分子の原子を示している。
RMSFを求めると、溶媒分子の原子は、総じて変異が大きい(RMSFが大きい)が、溶媒分子の原子の一部には、RMSFが主計算対象分子の原子と同程度の原子(領域C中の原子)が存在している。これらの原子は、水素結合等により主計算対象分子及び副計算対象分子の少なくともいずれかと相互作用している原子と考えられる。この領域C中の原子を構成する溶媒分子を選択する。前記選択においては、主計算対象分子の原子のRMSFの1.5倍以下のRMSFの原子を選択することが好ましく、1.0倍以下のRMSFの原子を選択することが好ましい。
そうすることにより、溶媒分子の時間平均を適切に行うことができる。
続いて、主計算対象分子、副計算対象分子、及び選択された溶媒分子から超分子を作成する。
ここでは、図4に示すように、主計算対象分子及び副計算対象分子の複合体1と、複合体1周辺に存在する選択された溶媒分子2とから一つの超分子3を作成する。
ここでは、図4に示すように、主計算対象分子及び副計算対象分子の複合体1と、複合体1周辺に存在する選択された溶媒分子2とから一つの超分子3を作成する。
続いて、各時間領域における前記超分子の構造の平均化を行う。
ここでは、作成された超分子を用いて、構造の平均化を行う。前記超分子に対して構造の平均化を行うことで、計算を効率的に行うことができる。
ここでは、作成された超分子を用いて、構造の平均化を行う。前記超分子に対して構造の平均化を行うことで、計算を効率的に行うことができる。
続いて、平均化された構造から前記超分子の構造歪みを除去する。
ここでは、例えば、エネルギー最小化により、超分子の構造歪みを除去する。
ここでは、例えば、エネルギー最小化により、超分子の構造歪みを除去する。
図1のフローチャートの方法を行う際のハードウエアの一例を説明する。
前記ハードウエアは、図5に示す記憶装置と、図6に示すシミュレーション装置とを有する。
前記ハードウエアは、図5に示す記憶装置と、図6に示すシミュレーション装置とを有する。
(記憶装置)
前記記憶装置は、MD用データ構造と、平衡構造探索用データ構造とを格納する。
前記記憶装置は、MD用データ構造と、平衡構造探索用データ構造とを格納する。
<MD用データ構造>
前記MD用データ構造は、主計算対象分子、副計算対象部分子、及び溶媒分子の座標データを格納する。
前記MD用データ構造は、主計算対象分子、副計算対象部分子、及び溶媒分子の座標データを格納する。
<平衡構造探索用データ構造>
前記平衡構造探索用データ構造は、平衡構造を求めるのに必要なデータとして、時間領域の分割しきい値データと、各時間領域の構造体データとを格納する。
前記平衡構造探索用データ構造は、平衡構造を求めるのに必要なデータとして、時間領域の分割しきい値データと、各時間領域の構造体データとを格納する。
<<時間領域の分割しきい値データ>>
前記時間領域の分割しきい値データは、時間平均する工程における所定の時間領域を決定する際に、時間領域に分割するためのしきい値のデータである。
前記時間領域の分割しきい値データは、時間平均する工程における所定の時間領域を決定する際に、時間領域に分割するためのしきい値のデータである。
<<各時間領域の構造体データ>>
前記各時間領域の構造体データは、時間領域の分割しきい値データに基づいて分割された各時間領域における時間範囲データと、主計算対象分子揺らぎ値データと、溶媒分子揺らぎ値データと、抽出溶媒分子情報データと、超分子構造データと、時間平均構造の座標データとを格納する。
前記各時間領域の構造体データは、時間領域の分割しきい値データに基づいて分割された各時間領域における時間範囲データと、主計算対象分子揺らぎ値データと、溶媒分子揺らぎ値データと、抽出溶媒分子情報データと、超分子構造データと、時間平均構造の座標データとを格納する。
(シミュレーション装置)
前記シミュレーション装置は、MD計算実行部と、時間領域分割部とを有する。
前記シミュレーション装置は、MD計算実行部と、時間領域分割部とを有する。
<MD計算実行部>
前記MD計算実行部は、前記MD用データ構造に保存された座標データを用いてMDプログラムにより、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子について、MD計算を実行する。
前記MD計算実行部は、前記MD用データ構造に保存された座標データを用いてMDプログラムにより、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子について、MD計算を実行する。
<時間領域分割部>
前記時間領域分割部は、超分子構築部と、平衡構造決定部とを有する。
前記時間領域分割部は、前記超分子構築部により、超分子を構築する。ここで、前記超分子を構築する際に用いられる溶媒分子は、所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する溶媒分子である。
また、前記時間領域分割部は、前記平衡構造決定部により、前記超分子の時間平均構造を導出し、更に必要に応じて得られた時間平均構造の構造歪みを除去して、平衡構造を決定する。
前記時間領域分割部は、超分子構築部と、平衡構造決定部とを有する。
前記時間領域分割部は、前記超分子構築部により、超分子を構築する。ここで、前記超分子を構築する際に用いられる溶媒分子は、所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する溶媒分子である。
また、前記時間領域分割部は、前記平衡構造決定部により、前記超分子の時間平均構造を導出し、更に必要に応じて得られた時間平均構造の構造歪みを除去して、平衡構造を決定する。
<<超分子構築部>>
前記超分子構築部は、主計算対象分子揺らぎ導出部と、溶媒分子抽出部と、統合部とを有する。
前記超分子構築部は、主計算対象分子揺らぎ導出部と、溶媒分子抽出部と、統合部とを有する。
−主計算対象分子揺らぎ導出部−
前記主計算対象分子揺らぎ導出部は、所定の時間領域における主計算対象分子の揺らぎを導出する。
前記主計算対象分子揺らぎ導出部は、所定の時間領域における主計算対象分子の揺らぎを導出する。
−溶媒分子抽出部−
前記溶媒分子抽出部は、所定の時間領域における溶媒分子の揺らぎを計算し、所定の時間領域における主計算対象分子の揺らぎと同程度の揺らぎを有する溶媒分子を抽出(選択)する。
前記溶媒分子抽出部は、所定の時間領域における溶媒分子の揺らぎを計算し、所定の時間領域における主計算対象分子の揺らぎと同程度の揺らぎを有する溶媒分子を抽出(選択)する。
−統合部−
前記統合部は、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子抽出部で抽出(選択)された溶媒分子(所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する溶媒分子)から、一つの超分子を構築する。
前記統合部は、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子抽出部で抽出(選択)された溶媒分子(所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する溶媒分子)から、一つの超分子を構築する。
<<平衡構造決定部>>
前記平衡構造決定部は、時間平均構造導出部と、構造歪み除去部とを有する。
前記平衡構造決定部は、時間平均構造導出部と、構造歪み除去部とを有する。
−時間平均構造導出部−
前記時間平均構造導出部は、所定の時間領域における前記超分子の時間平均構造を導出する(構造の平均化)。
前記時間平均構造導出部は、所定の時間領域における前記超分子の時間平均構造を導出する(構造の平均化)。
−構造歪み除去部−
前記構造歪み除去部は、前記時間平均構造導出部で導出された時間平均構造の構造歪みを除去する。
そして、平衡構造情報が得られる。
得られた平衡構造情報は、分子軌道(MO)計算などの結合安定性評価に利用される。
前記構造歪み除去部は、前記時間平均構造導出部で導出された時間平均構造の構造歪みを除去する。
そして、平衡構造情報が得られる。
得られた平衡構造情報は、分子軌道(MO)計算などの結合安定性評価に利用される。
更に具体的に説明する。
MD計算実行部で得られた座標データについて、MDの各時間に関し、RMSDを計算する。例えば、MDの各時間に関し、並進運動及び回転運動による変動を除去した構造データについて、初期構造等の代表構造に対する座標変位のRMSDを計算する。
MD計算実行部で得られた座標データについて、MDの各時間に関し、RMSDを計算する。例えば、MDの各時間に関し、並進運動及び回転運動による変動を除去した構造データについて、初期構造等の代表構造に対する座標変位のRMSDを計算する。
得られたRMSDの計算結果と、時間領域の分割しきい値データとを比較して、RMSDの変動が小さい時間領域を決定して、MDの各時間が、時間領域に分割される。
適切な少なくとも1つの所定の時間領域において、超分子が構築される。超分子の構築は以下のようにして行われる。
まず、主計算対象分子揺らぎ導出部において、主計算対象分子の揺らぎが導出される。揺らぎは、所定の時間領域における主計算対象分子の原子のRMSFとして導出される。
導出された主計算対象分子の原子のRMSFは、記憶装置の各時間領域の構造体データに、その時間領域の時間範囲データと関連付けられて、主計算対象分子揺らぎ値データとして格納される。
続いて、所定の時間領域における溶媒分子の揺らぎを計算する。溶媒分子の揺らぎは、所定の時間領域における溶媒分子の原子のRMSFとして計算される。計算された溶媒分子の原子のRMSFは、記憶装置の各時間領域の構造体データに、その時間領域の時間範囲データと関連付けられて、溶媒分子揺らぎ値データとして格納される。なお、主計算対象分子の原子のRMSFと、溶媒分子の原子のRMSFとは同時に計算することも可能である。
続いて、溶媒分子抽出部において、主計算対象分子の原子のRMSFと同程度のRMSFを有する溶媒分子を抽出(選択)する。抽出された溶媒分子のデータは、記憶装置の各時間領域の構造体データに、その時間領域の時間範囲データと関連付けられて、抽出溶媒分子情報データに格納される。
続いて、統合部において、所定の時間領域における主計算対象分子、副計算対象分子、及び抽出された溶媒分子のデータを、一つの超分子データとしてまとめる。まとめられた超分子データは、記憶装置の各時間領域の構造体データに、その時間領域の時間範囲データと関連付けられて、超分子構造データとして格納される。
まず、主計算対象分子揺らぎ導出部において、主計算対象分子の揺らぎが導出される。揺らぎは、所定の時間領域における主計算対象分子の原子のRMSFとして導出される。
導出された主計算対象分子の原子のRMSFは、記憶装置の各時間領域の構造体データに、その時間領域の時間範囲データと関連付けられて、主計算対象分子揺らぎ値データとして格納される。
続いて、所定の時間領域における溶媒分子の揺らぎを計算する。溶媒分子の揺らぎは、所定の時間領域における溶媒分子の原子のRMSFとして計算される。計算された溶媒分子の原子のRMSFは、記憶装置の各時間領域の構造体データに、その時間領域の時間範囲データと関連付けられて、溶媒分子揺らぎ値データとして格納される。なお、主計算対象分子の原子のRMSFと、溶媒分子の原子のRMSFとは同時に計算することも可能である。
続いて、溶媒分子抽出部において、主計算対象分子の原子のRMSFと同程度のRMSFを有する溶媒分子を抽出(選択)する。抽出された溶媒分子のデータは、記憶装置の各時間領域の構造体データに、その時間領域の時間範囲データと関連付けられて、抽出溶媒分子情報データに格納される。
続いて、統合部において、所定の時間領域における主計算対象分子、副計算対象分子、及び抽出された溶媒分子のデータを、一つの超分子データとしてまとめる。まとめられた超分子データは、記憶装置の各時間領域の構造体データに、その時間領域の時間範囲データと関連付けられて、超分子構造データとして格納される。
続いて、平衡構造が決定される。平衡構造の決定は、以下のようにして行われる。
時間平均構造導出部において、所定の時間領域における前記超分子データから超分子の時間平均構造が導出される。
導出された時間平均構造は、エネルギー最小化により構造歪みが除去される。
その結果、平衡構造が決定される。
時間平均構造導出部において、所定の時間領域における前記超分子データから超分子の時間平均構造が導出される。
導出された時間平均構造は、エネルギー最小化により構造歪みが除去される。
その結果、平衡構造が決定される。
図7に、開示の装置のハードウエア構成例を示す。
装置10は、例えば、CPU11、メモリ12、記憶部13、表示部14、入力部15、出力部16、I/Oインターフェース部17等がシステムバス18を介して接続されて構成される。
装置10は、例えば、CPU11、メモリ12、記憶部13、表示部14、入力部15、出力部16、I/Oインターフェース部17等がシステムバス18を介して接続されて構成される。
CPU(Central Processing Unit)11は、演算(四則演算、比較演算等)、ハードウエア及びソフトウエアの動作制御などを行う。
メモリ12は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などのメモリである。前記RAMは、前記ROM及び記憶部13から読み出されたOS(Operating System)及びアプリケーションプログラムなどを記憶し、CPU11の主メモリ及びワークエリアとして機能する。
記憶部13は、各種プログラム及びデータを記憶する装置であり、例えば、ハードディスクである。記憶部13には、CPU11が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、OSなどが格納される。
前記プログラムは、記憶部13に格納され、メモリ12のRAM(主メモリ)にロードされ、CPU11により実行される。
前記プログラムは、記憶部13に格納され、メモリ12のRAM(主メモリ)にロードされ、CPU11により実行される。
表示部14は、表示装置であり、例えば、CRTモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置である。
入力部15は、各種データの入力装置であり、例えば、キーボード、ポインティングデバイス(例えば、マウス等)などである。
出力部16は、各種データの出力装置であり、例えば、プリンタである。
I/Oインターフェース部17は、各種の外部装置を接続するためのインターフェースである。例えば、CD−ROM、DVD−ROM、MOディスク、USBメモリなどのデータの入出力を可能にする。
入力部15は、各種データの入力装置であり、例えば、キーボード、ポインティングデバイス(例えば、マウス等)などである。
出力部16は、各種データの出力装置であり、例えば、プリンタである。
I/Oインターフェース部17は、各種の外部装置を接続するためのインターフェースである。例えば、CD−ROM、DVD−ROM、MOディスク、USBメモリなどのデータの入出力を可能にする。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。
(実施例1)
タンパク質分子(PDB:1J8F)の周囲に溶媒として水分子を配置してMD計算を実施し、RMSDの値の変動が0.1nm以下である時間領域(800ns〜810ns)について、時間平均を実施した。図1に示すフローチャートにしたがって行った。
タンパク質分子(PDB:1J8F)の周囲に溶媒として水分子を配置してMD計算を実施し、RMSDの値の変動が0.1nm以下である時間領域(800ns〜810ns)について、時間平均を実施した。図1に示すフローチャートにしたがって行った。
(比較例1)
実施例1において、安定な水分子を含まないタンパク質分子のみの平均構造を計算した以外は、実施例1と同様にして、時間平均を実施した。即ち、比較例1では、RMSDの計算、RMSFの計算、及び超分子の作成を行っていない。
実施例1において、安定な水分子を含まないタンパク質分子のみの平均構造を計算した以外は、実施例1と同様にして、時間平均を実施した。即ち、比較例1では、RMSDの計算、RMSFの計算、及び超分子の作成を行っていない。
[結果]
実施例1及び比較例1の結果、薬候補化合物が結合するためのポケット内に存在し、さらに電荷を有する残基Glu−116の構造は、水分子を含まない構造(比較例1)では、RMSDが0.2373 angstromだったのに対し、水分子を含む構造(実施例1)ではRMSDが0.138 angstromで、構造のずれが4割削減できていることが確認できた(実施例1については、図8参照。比較例1については、図9参照。)。
実施例1及び比較例1の結果、薬候補化合物が結合するためのポケット内に存在し、さらに電荷を有する残基Glu−116の構造は、水分子を含まない構造(比較例1)では、RMSDが0.2373 angstromだったのに対し、水分子を含む構造(実施例1)ではRMSDが0.138 angstromで、構造のずれが4割削減できていることが確認できた(実施例1については、図8参照。比較例1については、図9参照。)。
ポケット内で電荷を有する残基は、薬候補化合物との相互作用が強いと考えられるため、本手法を用いた時間平均構造の有用性は高いと考えられる。
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1) 主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子の分子動力学計算により得られる座標データを用い、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子の結合状態の構造データを取得する構造データの取得方法であって、
前記分子動力学計算により得られる前記主計算対象分子、前記副計算対象分子、及び前記溶媒分子における複数の時間の座標データを時間平均する工程を含み、
前記時間平均が、所定の時間領域における、前記主計算対象分子の座標データ、前記副計算対象分子の座標データ、及び前記所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する前記溶媒分子の座標データに対して行われることを特徴とする構造データの取得方法。
(付記2) 前記所定の時間領域が、前記分子動力学計算により得られる座標データの根平均二乗変位(RMSD)に基づいて選択される付記1に記載の構造データの取得方法。
(付記3)
前記所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する前記溶媒分子が、前記所定の時間領域における根平均二乗揺らぎ(RMSF)に基づいて選択される付記1から2のいずれかに記載の構造データの取得方法。
(付記4) 前記時間平均が、前記主計算対象分子、前記副計算対象分子、及び前記所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する前記溶媒分子を一つの擬似分子とみなして行われる付記1から3のいずれかに記載の構造データの取得方法。
(付記5) 更に、前記時間平均を行った後の各分子の構造歪みを除去する工程を含む付記1から4のいずれかに記載の構造データの取得方法。
(付記6) コンピュータに、付記1から5のいずれかに記載の構造データの取得方法を実行させることを特徴とするプログラム。
(付記7) 付記6に記載のプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
(付記8) 付記7に記載のコンピュータが読み取り可能な記録媒体を備えることを特徴とする装置。
(付記1) 主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子の分子動力学計算により得られる座標データを用い、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子の結合状態の構造データを取得する構造データの取得方法であって、
前記分子動力学計算により得られる前記主計算対象分子、前記副計算対象分子、及び前記溶媒分子における複数の時間の座標データを時間平均する工程を含み、
前記時間平均が、所定の時間領域における、前記主計算対象分子の座標データ、前記副計算対象分子の座標データ、及び前記所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する前記溶媒分子の座標データに対して行われることを特徴とする構造データの取得方法。
(付記2) 前記所定の時間領域が、前記分子動力学計算により得られる座標データの根平均二乗変位(RMSD)に基づいて選択される付記1に記載の構造データの取得方法。
(付記3)
前記所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する前記溶媒分子が、前記所定の時間領域における根平均二乗揺らぎ(RMSF)に基づいて選択される付記1から2のいずれかに記載の構造データの取得方法。
(付記4) 前記時間平均が、前記主計算対象分子、前記副計算対象分子、及び前記所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する前記溶媒分子を一つの擬似分子とみなして行われる付記1から3のいずれかに記載の構造データの取得方法。
(付記5) 更に、前記時間平均を行った後の各分子の構造歪みを除去する工程を含む付記1から4のいずれかに記載の構造データの取得方法。
(付記6) コンピュータに、付記1から5のいずれかに記載の構造データの取得方法を実行させることを特徴とするプログラム。
(付記7) 付記6に記載のプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
(付記8) 付記7に記載のコンピュータが読み取り可能な記録媒体を備えることを特徴とする装置。
1 複合体
2 溶媒分子
3 超分子
10 装置
11 CPU
12 メモリ
13 記憶部
14 表示部
15 入力部
16 出力部
17 I/Oインターフェース部
18 システムバス
2 溶媒分子
3 超分子
10 装置
11 CPU
12 メモリ
13 記憶部
14 表示部
15 入力部
16 出力部
17 I/Oインターフェース部
18 システムバス
Claims (8)
- 主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子の分子動力学計算により得られる座標データを用い、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子の結合状態の構造データを取得する構造データの取得方法であって、
前記分子動力学計算により得られる前記主計算対象分子、前記副計算対象分子、及び前記溶媒分子における複数の時間の座標データを時間平均する工程を含み、
前記時間平均が、所定の時間領域における、前記主計算対象分子の座標データ、前記副計算対象分子の座標データ、及び前記所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する前記溶媒分子の座標データに対して行われることを特徴とする構造データの取得方法。 - 前記所定の時間領域が、前記分子動力学計算により得られる座標データの根平均二乗変位(RMSD)に基づいて選択される請求項1に記載の構造データの取得方法。
- 前記所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する前記溶媒分子が、前記所定の時間領域における根平均二乗揺らぎ(RMSF)に基づいて選択される請求項1から2のいずれかに記載の構造データの取得方法。
- 前記時間平均が、前記主計算対象分子、前記副計算対象分子、及び前記所定の時間領域において前記主計算対象分子の構造揺らぎと同程度の構造揺らぎを有する前記溶媒分子を一つの擬似分子とみなして行われる請求項1から3のいずれかに記載の構造データの取得方法。
- 更に、前記時間平均を行った後の各分子の構造歪みを除去する工程を含む請求項1から4のいずれかに記載の構造データの取得方法。
- コンピュータに、請求項1から5のいずれかに記載の構造データの取得方法を実行させることを特徴とするプログラム。
- 請求項6に記載のプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
- 請求項7に記載のコンピュータが読み取り可能な記録媒体を備えることを特徴とする装置。
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