KR101004924B1 - Method for predicting activation energy with effective atomic descriptors - Google Patents

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KR101004924B1 KR1020080112389A KR20080112389A KR101004924B1 KR 101004924 B1 KR101004924 B1 KR 101004924B1 KR 1020080112389 A KR1020080112389 A KR 1020080112389A KR 20080112389 A KR20080112389 A KR 20080112389A KR 101004924 B1 KR101004924 B1 KR 101004924B1
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Abstract

본 발명은 효과적인 원자 표현자를 이용하여 CYP450 효소에 의해 이뤄지는 1단계(phase I) 대사의 활성화에너지를 예측하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 효과적인 원자 표현자를 포함한 방정식을 이용하여 사이토크롬 P450 효소에 의한 수소분리반응의 활성화에너지를 예측하는 방법을 제공한다. 본 발명은 효과적인 원자 표현자를 포함한 방정식을 이용하여 사이토크롬 P450 효소에 의한 방향족 수산화반응의 4면체 중간체 형성의 활성화 에너지를 예측하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법을 이용한 활성화에너지 예측 결과는 양자역학적으로 계산한 활성화 에너지와 높은 상관관계를 보였다. 또한, 본 발명의 방법을 이용하여 예측한 활성화에너지를 통하여 실험대사비율을 예측할 수 있었다. 본 발명은 어떤 실험적 매개변수나 양자계산이 없이 실용적 수준으로까지 1 단계(Phase I) 대사의 활성화 에너지를 빠르게 예측해 줌으로서 컴퓨터를 이용한 신약개발을 훨씬 더 용이하게 한다. 또한, 본 발명의 활성화에너지 예측을 통하여 i) 대사의 속도, ii) 대사의 위치선택성, iii) 대사의 저해, 및 iv) 약물 간 상호작용을 예측할 수 있다. The present invention relates to a method for predicting the activation energy of phase I metabolism by the CYP450 enzyme using effective atomic descriptors. Specifically, the present invention provides a method for predicting the activation energy of the hydrogen separation reaction by cytochrome P450 enzyme using an equation including an effective atomic descriptor. The present invention provides a method for predicting the activation energy of tetrahedral intermediate formation of aromatic hydroxylation by cytochrome P450 enzymes using equations containing effective atomic descriptors. The activation energy prediction result using the method of the present invention showed a high correlation with the activation energy calculated quantum mechanically. In addition, it was possible to predict the experimental metabolic rate through the activation energy predicted using the method of the present invention. The present invention makes computer development much easier by rapidly predicting the activation energy of Phase I metabolism up to a practical level without any experimental parameters or quantum calculations. In addition, through the prediction of activation energy of the present invention, i) rate of metabolism, ii) regioselectivity of metabolism, iii) inhibition of metabolism, and iv) interaction between drugs.

활성화에너지, 원자 표현자, 예측, 대사, 수소분리반응, 방향족 수산화 반응, 4면체 중간체. Activation energy, atomic descriptor, prediction, metabolism, hydrogen separation reaction, aromatic hydroxylation reaction, tetrahedral intermediate.

Description

효과적인 원자 표현자를 이용한 활성화에너지 예측방법{Method for predicting activation energy with effective atomic descriptors}Method for predicting activation energy with effective atomic descriptors}

본 발명은 효과적인 원자 표현자를 이용하여 CYP450 효소에 의해 이뤄지는 1단계(phase I) 대사의 활성화에너지를 예측하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for predicting the activation energy of phase I metabolism by the CYP450 enzyme using effective atomic descriptors.

외부물질의 대사예측은 신약개발의 초기단계에 있어서 중요하다. 특히 1단계(phase I) 대사의 반응속도와 위치선택성(regioselectivity)은 물질의 주요한 약동력학적 특성으로서 매우 중요한데, 이를 통하여 대사체의 독성을 예측할 수 있다. Metabolic prediction of foreign substances is important in the early stages of drug development. In particular, the reaction rate and regioselectivity of phase I metabolism are very important as the main pharmacokinetic properties of the substance, which can predict metabolic toxicity.

이러한 반응속도와 위치선택성은 활성화 에너지로부터 예측될 수 있지만 이 활성화 에너지를 예측하기 위한 현행방법들은 시간이 많이 걸리는 양자역학적 계산 또는 어려운 실험들에 의존하고 있다. 예컨대, K. R. Korzekwa et al.(J. Am. Chem . Soc. 1990, 112, 7042)은 수소분리반응의 활성화에너지를 양자역학적 계산에 의하여 예측하는 방법을 보고하였고, T. S. Dowers et al.(Drug Metab . Dispos . 2004, 32, 328.)은 방향족 수산화반응의 활성화에너지를 양자역학적 계산에 의하여 예측하는 방법을 보고한 바 있다. 그러나 이 양자역학적 방법들은 분자의 여러 상 태에서 계산해야 하기 때문에 이들 상태 간의 형태학적(conformational) 차이로 인한 복잡성으로 인해 정확한 활성화 에너지를 구할 수 없다. These reaction rates and regioselectivity can be predicted from activation energies, but current methods for estimating activation energies rely on time-consuming quantum mechanical calculations or difficult experiments. For example, KR Korzekwa et al. (J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 7042) has been reported a method of predicting, by quantum-mechanical calculation of the activation energy of the hydrogen separation reaction, TS Dowers et al. (Drug Metab . Dispos. 2004, 32, 328. ) has bar reported a method of predicting, by quantum-mechanical calculation of the activation energy of the aromatic hydroxylation. However, because these quantum mechanical methods have to be calculated at different states of the molecule, the exact activation energy cannot be obtained due to the complexity of the conformational differences between these states.

따라서 본 발명자들은 외부 기질(基質, substrate)의 특성만 가지고도 1단계(Phase I) 대사의 활성화에너지를 예측할 수 있는 빠르고도 정확한 새로운 모델(model)을 개발하였다. Therefore, the present inventors have developed a new model that is fast and accurate to predict the activation energy of Phase I metabolism only with the characteristics of an external substrate.

본 발명의 목적은 효과적인 원자 표현자를 이용하여 CYP450 효소에 의해 이뤄지는 1단계(phase I) 대사의 활성화에너지를 예측하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for predicting the activation energy of phase I metabolism by the CYP450 enzyme using effective atomic descriptors.

또한, 본 발명의 목적은 상기 방법에 의하여 예측된 활성화에너지를 통하여 대사의 상대적인 속도, 대사의 위치선택성, 대사의 저해, 약물 간 상호작용을 예측하는 방법을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a method for predicting the relative rate of metabolism, metabolic regioselection, inhibition of metabolism, and drug-drug interactions through the activation energy predicted by the method.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 효과적인 원자 표현자를 포함한 공식에 의해 CYP450 효소에 의한 수소분리반응의 활성화에너지를 예측하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 빠르고 정확하며 어떤 양자역학적 계산이나 실험을 필요로 하지 않는다. (도 1 참조)In order to achieve the object of the present invention, the present invention provides a method for predicting the activation energy of the hydrogen separation reaction by the CYP450 enzyme by a formula containing an effective atomic descriptor. The method of the present invention is fast and accurate and does not require any quantum mechanical calculations or experiments. (See Fig. 1)

사이토크롬(Cytochrome) P450 효소에 의한 수소분리 반응은 아래와 같이 나타낼 수 있다. Hydrogen separation reaction by Cytochrome P450 enzyme can be expressed as follows.

Figure 112008078322408-pat00001
Figure 112008078322408-pat00001

상기 반응식에서, Fe-O와 함께 있는 원은 옥시페릴(oxyferryl) 중간체를 나타낸다.In the above scheme, the circle with Fe-O represents the oxyferryl intermediate.

본 발명은 원자 표현자 [δ het ], [max(δ heavy )],[μ C-H ], [

Figure 112008078322408-pat00002
]를 이용하여 사이토크롬 P450 효소에 의한 수소분리반응의 활성화에너지를 예측하는 방법을 제공한다.The present invention provides atomic descriptors [ δ het ], [max ( δ heavy )], [ μ CH ], [
Figure 112008078322408-pat00002
] Provides a method of predicting the activation energy of the hydrogen separation reaction by cytochrome P450 enzyme.

Figure 112008078322408-pat00003
Figure 112008078322408-pat00003

상기 화학식에서,In the above formula,

Fe-O와 함께 있는 원은 옥시페릴(oxyferryl) 중간체를 나타내고, Circles with Fe-O represent oxyferryl intermediates,

[δ het ]는 반응중심(reaction center)의 알파 이웃(alpha neighbor)에 있는 헤테로원자(heteroatom)의 알짜 원자 전하를 나타내고; [ δ het ] represents the net atomic charge of the heteroatom in the alpha neighbor of the reaction center;

[max(δ heavy )]는 수소 또는 헬륨이 아닌 X1, X2, X3 중 가장 높은 원자전하를 나타내고; [max ( δ heavy )] represents the highest atomic charge of X 1 , X 2 , X 3 which is not hydrogen or helium;

[μ C-H ]은 탄소-수소 결합의 결합 쌍극자를 나타내고; [ μ CH ] represents a bonding dipole of carbon-hydrogen bonds;

[

Figure 112008078322408-pat00004
]는 원자 H, C, X1, X2, X3 의 알짜 원자 편극도(polarizability)들의 합을 나타낸다.[
Figure 112008078322408-pat00004
] Represents the sum of the net atomic polarizabilities of atoms H, C, X 1 , X 2 , X 3 .

본 발명은 CYP 450 효소 전반에 관해서 설명하고 있으며, 개시하는 본 발명의 전부가 사람의 CYP 450 효소에 응용될 수 있는 것은 분명하다. 본 발명에 따른 사이토크롬 P450 효소는, 이것에 한정된 것은 아니지만, CYP2E1, CYP3A4, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP1A1, CYP1A2, CYP2C19, CYP2D6, CYP1B1, 또는 CYP2A6를 포함한다. The present invention describes the overall CYP 450 enzyme, and it is clear that all of the disclosed invention can be applied to human CYP 450 enzyme. Cytochrome P450 enzymes according to the present invention include, but are not limited to, CYP2E1, CYP3A4, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP1A1, CYP1A2, CYP2C19, CYP2D6, CYP1B1, or CYP2A6.

상기 활성화 에너지 예측 방법에서, 대상 분자에의 모든 C-H 결합(bond)을 대상 분자에서 대사가 일어날 수 있는 위치라고 볼 수 있고, 대상분자의 모든 C-H 결합 중 C가 지방족 탄소(aliphatic carbon)인 경우 수소분리반응이 일어날 수 있는 대사위치라고 판단할 수 있다. In the activation energy prediction method, all CH bonds to the target molecule can be regarded as a position where metabolism can occur in the target molecule, and when C is aliphatic carbon among all CH bonds of the target molecule, hydrogen It can be determined that the metabolic site where the separation reaction can occur.

CYP450 효소에 의한 수소분리반응은 반응중심(실제 대사반응이 일어나는 C-H)의 알파 이웃(alpha neighbor) 중 헤테로원자(heteroatom)의 존재 유무에 따라 원자형을 판단할 수 있다. Hydrogen separation reaction by CYP450 enzyme can determine the atomic type depending on the presence or absence of heteroatom in the alpha neighbor of the reaction center (C-H where the actual metabolism occurs).

반응중심의 알파 이웃에 헤테로원자가 있는 경우, 원자 표현자 [δ het ] 및 [max(δ heavy )]를 계산하고, 하기 방정식에 따라 활성화에너지를 예측할 수 있다. When there are heteroatoms in the alpha neighborhood of the reaction center, the atomic descriptors [ δ het ] and [max ( δ heavy )] may be calculated and activation energies may be predicted according to the following equation.

[방정식 1-1]Equation 1-1

E a Habs _(B) = 25.94 + 1.88 * [δ het ] + 1.03 * [max(δ heavy )] E a Habs _ (B) = 25.94 + 1.88 * [ δ het ] + 1.03 * [max ( δ heavy )]

상기 방정식에서,In the above equation,

E a Habs _(B) 는 반응중심의 알파 이웃에 헤테로원자를 가지고 있는 탄소에 붙은 수소가 분리되는데 필요한 활성화 에너지를 나타낸다. E a Habs _ (B) represents the activation energy required to separate hydrogens attached to carbons having heteroatoms in the alpha neighbors of the reaction center.

반응중심의 알파 이웃에 헤테로원자가 없는 경우, 원자 표현자 [μ C-H ] 및 [

Figure 112008078322408-pat00005
]를 계산하고, 하기 방정식에 따라 활성화에너지를 예측할 수 있다. If there are no heteroatoms in the alpha neighborhood of the reaction center, the atomic descriptors [ μ CH ] and [
Figure 112008078322408-pat00005
], And the activation energy can be predicted according to the following equation.

[방정식 1-2][Equation 1-2]

E a Habs _(A) = 28.50 - 2.22 * [μ C-H ] + 1.12 * [

Figure 112008078322408-pat00006
] E a Habs _ (A) = 28.50-2.22 * [ μ CH ] + 1.12 * [
Figure 112008078322408-pat00006
]

상기 방정식에서, In the above equation,

E a Habs _(A) 는 반응중심의 알파 이웃에 헤테로원자를 가지고 있지 않은 탄소에 붙은 수소가 분리되는데 필요한 활성화 에너지를 나타낸다. E a Habs _ (A) represents the activation energy required to separate hydrogens attached to carbons that do not have heteroatoms in the alpha neighbors of the reaction center.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 효과적인 원자 표현자를 포함한 공식에 의해 CYP450 효소에 의한 방향족 수산화반응의 활성화에너지를 예측하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 빠르고 정확하며 어떤 양자역학적 계산이나 실험을 필요로 하지 않는다. (도 1 참조)In order to achieve the object of the present invention, the present invention provides a method for predicting the activation energy of the aromatic hydroxylation reaction by the CYP450 enzyme by a formula including an effective atomic descriptor. The method of the present invention is fast and accurate and does not require any quantum mechanical calculations or experiments. (See Fig. 1)

사이토크롬(Cytochrome) P450 효소에 의한 방향족 수산화반응의 4면체 중간체 형성 반응은 아래와 같이 나타낼 수 있다. The tetrahedral intermediate formation reaction of the aromatic hydroxylation reaction with the Cytochrome P450 enzyme can be expressed as follows.

Figure 112008078322408-pat00007
Figure 112008078322408-pat00007

상기 반응식에서, Fe-O와 함께 있는 원은 옥시페릴(oxyferryl) 중간체를 나타낸다.In the above scheme, the circle with Fe-O represents the oxyferryl intermediate.

본 발명은 원자 표현자 [δ H ], [평균(α alpha )]를 이용하여 사이토크롬 P450 효소에 의한 수소분리반응의 활성화에너지를 예측하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for predicting the activation energy of the hydrogen separation reaction by the cytochrome P450 enzyme using the atomic descriptors [ δ H ], [average ( α alpha )].

Figure 112008078322408-pat00008
Figure 112008078322408-pat00008

상기 화학식에서,In the above formula,

Fe-O와 함께 있는 원은 옥시페릴(oxyferryl) 중간체를 나타내고, Circles with Fe-O represent oxyferryl intermediates,

[δ H ]는 반응 수소의 알짜 원자 전하를 나타내고; [ δ H ] represents the net atomic charge of the reactive hydrogen;

[평균(α alpha )]는 이웃한 탄소들의 편극도(polarizability)의 평균값을 나타낸다.[Mean alpha)] represents a mean value of the polarization of neighboring carbon also (polarizability).

본 발명은 CYP 450 효소 전반에 관해서 설명하고 있으며, 개시하는 본 발명의 전부가 사람의 CYP 450 효소에 응용될 수 있는 것은 분명하다. 본 발명에 따른 사이토크롬 P450 효소는, 이것에 한정된 것은 아니지만, CYP2E1, CYP3A4, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP1A1, CYP1A2, CYP2C19, CYP2D6, CYP1B1, 또는 CYP2A6를 포함한다. The present invention describes the overall CYP 450 enzyme, and it is clear that all of the disclosed invention can be applied to human CYP 450 enzyme. Cytochrome P450 enzymes according to the present invention include, but are not limited to, CYP2E1, CYP3A4, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP1A1, CYP1A2, CYP2C19, CYP2D6, CYP1B1, or CYP2A6.

상기 활성화 에너지 예측 방법에서, 대상 분자에의 모든 C-H 결합(bond)을 대상 분자에서 대사가 일어날 수 있는 위치라고 볼 수 있고, 대상분자의 모든 C-H 결합 중 C가 방향족 탄소(aromatic carbon)인 경우 방향족 수산화반응이 일어날 수 있는 대사위치라고 판단할 수 있다. In the activation energy prediction method, all CH bonds to the target molecule can be regarded as a position where metabolism can occur in the target molecule, and when C is an aromatic carbon among all CH bonds of the target molecule, aromatic It can be determined that the metabolic site where the hydroxylation reaction can occur.

본 발명은 원자 표현자 [δ H ], [평균(α alpha )]를 계산하고, 하기 방정식에 따라 활성화 에너지를 예측할 수 있다.The present invention can calculate the atomic descriptors [ δ H ], [average ( α alpha )] and predict the activation energy according to the following equation.

[방정식 2-1]Equation 2-1

E a aro _o,p = 21.34 - 0.75 * [δ H ] - 1.24 * [평균(α alpha )] E a aro _o, p = 21.34-0.75 * [ δ H ] -1.24 * [mean ( α alpha )]

[방정식 2-2][Equation 2-2]

E a aro _m = 22.14 -0.68 * [δ H ] - 0.83 * [평균(α alpha )] E a aro _m = 22.14 -0.68 * [ δ H ] -0.83 * [mean ( α alpha )]

[방정식 2-3][Equation 2-3]

E a aro _0,2,3 = 21.02 - 1.49 * [δ H ] - 0.92 * [평균(α alpha )] E a aro _0,2,3 = 21.02-1.49 * [ δ H ] -0.92 * [mean ( α alpha )]

상기 방정식에서, In the above equation,

E a aro _o,p 는 오르토(ortho)/파라(para) 위치에 있는 1개의 치환기를 가지고 있는 벤젠의 4면체 중간체 형성의 활성화 에너지를 나타내고; A E _o aro, p is ortho (ortho) / p (para), which has one substituent in the position represents the activation energy of the tetrahedral intermediate formed in benzene;

E a aro _m 는 메타(meta) 위치에 있는 1개의 치환기를 가지고 있는 벤젠의 4면체 중간체 형성의 활성화 에너지를 나타내고; E is a aro _m meth (meta) 4 tetrahedra of the benzene with a single substituent at position represents the activation energy of the intermediates formed;

E a aro _0,2, 3 는 0개, 2개, 3개의 치환기를 가지고 있는 벤젠의 4면체 중간체 형성의 활성화 에너지를 나타낸다. Aro E a _0,2, 3 are 0, 2, it represents the activation energy of the tetrahedral intermediate formed in benzene which has 3 substituents.

본 발명에서 사용된 용어 "원자 표현자"는 원자 자체의 물성, 원자의 결합환경 등을 반영하도록 정의된 값을 의미한다. 예를 들면, 본 발명에서 "원자 표현자"는 [δ het ], [max(δ heavy )], [μ C-H ], [

Figure 112008078322408-pat00009
], [δ H ], [평균(α alpha )] 등을 포함하지만, 이것에 제한되는 것은 아니다.As used herein, the term "atomic descriptor" means a value defined to reflect the properties of the atom itself, the binding environment of the atom, and the like. For example, in the present invention, the "atomic descriptor " is [ δ het ], [max ( δ heavy )], [ μ CH ], [
Figure 112008078322408-pat00009
], [ δ H ], [average ( α alpha )] and the like, but are not limited thereto.

또 다른 관점에서, 본 발명은 상기 방법에 의하여 예측된 활성화에너지를 아레니우스식(Arrhenius equation)을 통하여 대사의 상대적인 속도(k)를 예측하는 방법을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a method for predicting the relative kinetics of metabolism using the Arrhenius equation for the activation energy predicted by the method.

Figure 112008078322408-pat00010
Figure 112008078322408-pat00010

상기 수학식에서, k는 반응속도상수, A는 빈도인자, Ea는 활성화에너지, R은 기체상수, T는 절대온도를 나타낸다. In the above equation, k is the reaction rate constant, A is the frequency factor, E a is the activation energy, R is the gas constant, T represents the absolute temperature.

이 식이 고안된 이유는 활성화에너지를 초과하는 원자분률 f= e - Ea /RT 때문이다. 즉, 활성화에너지를 초과하는 분자만이 반응을 일으킬 수 있으므로, 활성화에 너지를 초과하는 비율에 반응속도 상수가 결정된다.The reason why this equation is designed is that the atomic fraction above the activation energy f = e - Ea / RT Because. That is, since only a molecule exceeding the activation energy can cause a reaction, the rate constant is determined at a rate exceeding the activation energy.

또 다른 관점에서, 본 발명은 상기 방법에 의하여 예측된 활성화에너지를 통하여 대사의 위치선택성(regioselectivity)을 예측하는 방법을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a method for predicting regioselectivity of metabolism through activation energy predicted by the method.

보다 상세하게는, 본 발명은 상기 방법에 의하여 예측된 활성화에너지를 아레니우스식을 통하여 대사의 상대적인 속도를 예측하고, 예측된 대사의 상대적인 속도를 아래 반응식의 수학식을 통하여 대사의 위치선택성(regioselectivity)을 예측하는 방법을 제공한다: More specifically, the present invention predicts the relative rate of metabolism by activating the energy predicted by the above method through the Arrhenius equation, and the positional selectivity of metabolism through the equation of the following equation. provide a way to predict regioselectivity:

Figure 112008078322408-pat00011
Figure 112008078322408-pat00011

Figure 112008078322408-pat00012
Figure 112008078322408-pat00012

상기 반응식 및 수학식에서, P는 기질의 모든 가능한 대사체 중 임의의 대사체 형성의 상대 확률, E는 효소(enzyme), S는 기질(substrate), ES는 효소와 기질의 복합체(complex), [ES]는 효소와 기질 복합체의 농도, k는 반응속도상수를 나타 낸다. In the above schemes and equations, P is the relative probability of formation of any metabolite of all possible metabolites of the substrate, E is an enzyme, S is a substrate, ES is a complex of enzyme and substrate, [ ES] is the concentration of enzyme and substrate complex, and k is the rate constant.

즉, 아레니우스식을 통해 한 분자내에서 각 원자들의 반응속도들이 구해지면 반응속도가 낮은 만큼 대사가 잘 일어나므로 한 분자 내에서의 위치선택성을 알아낼 수가 있다. [Higgins, L.; Korzekwa, K. R.; Rao, S.; Shou, M.; Jones, J. P.,An assessment of the reaction energetics for cytochrome P450-mediated reactions. Arch. Biochem. Biophys. 2001, 385, 220-230 참조]. That is, if the reaction rate of each atom in a molecule is obtained through the Arrhenius equation, metabolism occurs well as the reaction rate is low, and thus the position selectivity in the molecule can be determined. Higgins, L .; Korzekwa, K. R .; Rao, S .; Shou, M .; Jones, J. P., An assessment of the reaction energetics for cytochrome P450-mediated reactions. Arch. Biochem. Biophys. 2001, 385, 220-230.

또 다른 관점에서, 본 발명은 상기 방법에 의하여 예측된 활성화에너지를 통하여 대사의 저해를 예측하는 방법을 제공한다. 예컨대, 만약 기질이 상대적으로 높은 활성화에너지를 가지고 있다면 그 기질은 대사되지 않을 것이므로 기질은 CYP450 효소의 활성부위 안에 머물 것이다. 결과적으로, 기질에 의한 저해의 확률이 높을 것으로 예측할 수 있다. In another aspect, the present invention provides a method for predicting the inhibition of metabolism through the activation energy predicted by the method. For example, if a substrate has a relatively high activation energy, the substrate will not be metabolized and the substrate will remain in the active site of the CYP450 enzyme. As a result, it can be expected that the probability of inhibition by the substrate is high.

또 다른 관점에서, 본 발명은 상기 방법에 의하여 예측된 활성화에너지를 통하여 약물 간 상호작용(drug-drug interaction)을 예측하는 방법을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a method for predicting drug-drug interaction through the activation energy predicted by the method.

여기서, '약물 간 상호작용'이란 두 개 또는 그 이상의 약물이 함께 사용되었을 때 나타나는 효과를 나타내는 것으로서, 소화계의 흡수도 변화, 간에서의 약물의 분해속도 변화, 새롭거나 늘어난 부작용, 약물의 활성 변화 등이 있다. CYP의 아이소형(isoform)인 CYP2C9은 약물의 1단계 대사에 관여하는 주요 효소 중 하나인데, 이 효소를 억제하면 바람직하지 않은 약물 간 상호작용 또는 약물 독성을 초래할 수 있다 [Lin, J. H.; Lu, A. Y. H., Inhibition and induction of cytochrome P450 and the clinical implications. Clin. Pharmacokinet. 1998, 35 (5), 361- 390 참조]. 즉, 기질의 활성화에너지가 상대적으로 높은 경우 대사가 저해되어 CYP450 효소의 억제를 초래함으로써 결국 바람직하지 않은 약물 간 상호작용을 야기할 수 있다. Here, 'drug interaction' refers to the effects of two or more drugs used together, changes in the absorption of the digestive system, changes in the rate of decomposition of drugs in the liver, new or increased side effects, changes in drug activity. Etc. CYP2C9, the isoform of CYP, is one of the major enzymes involved in the first-stage metabolism of drugs. Inhibition of this enzyme can lead to undesirable drug-to-drug interactions or drug toxicity [Lin, J. H .; Lu, A. Y. H., Inhibition and induction of cytochrome P450 and the clinical implications. Clin. Pharmacokinet. 1998, 35 (5), 361-390]. In other words, when the activation energy of the substrate is relatively high, metabolism is inhibited, resulting in inhibition of the CYP450 enzyme, which may eventually cause undesirable drug-to-drug interactions.

본 발명의 방법은 어떤 실험적 매개변수나 양자계산이 없이 실용적 수준으로까지 1 단계(Phase I) 대사의 활성화 에너지를 빠르게 예측해 줌으로서 컴퓨터를 이용한 신약개발을 훨씬 더 용이하게 하고, 여러 다양한 화학적 반응들의 활성화에너지에도 쉽게 적용될 수 있는 새로운 경험적 접근들을 제시하며, 활성화에너지를 결정하는 물리화학적 요인들의 설명을 가능케 한다. 또한, 본 방법을 이용한 활성화에너지의 예측은 i) 대사의 상대적인 속도를 유도해 낼 수 있고, ii) 대사의 위치선택성, iii) 대사의 저해, 및 iv) 약물 간 상호작용, 나아가 v) 대사체의 독성을 예측할 수 있다.The method of the present invention makes it easier to develop new drugs using computers by rapidly predicting the activation energy of Phase I metabolism up to the practical level without any experimental parameters or quantum calculations, It suggests new empirical approaches that can be easily applied to activation energies and allows the explanation of the physicochemical factors that determine activation energies. In addition, the prediction of activation energy using this method can induce i) relative speed of metabolism, ii) regioselectivity of metabolism, iii) inhibition of metabolism, and iv) drug-drug interactions, as well as v) metabolic toxicity.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의해 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Below, The invention is illustrated in detail by the following examples. However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited by the following examples.

실시예Example 1: 수소분리반응의 활성화 에너지를 예측하기 위한 모델 개발 1: Development of model to predict activation energy of hydrogen separation reaction

수소분리의 활성화에너지는 1단계 (phase I) 대사의 지방족 탄화수소의 수산화반응과 탈수산화반응의 위치선택성을 예측하는데 좋은 척도이다.The activation energy of the hydrogen separation is a good measure of the regioselectivity of the hydroxylation and dehydration of aliphatic hydrocarbons in phase I metabolism.

[반응식 1]Scheme 1

사이토크롬(Cytochrome) P450 효소에 의한 수소분리 반응 (Fe-O와 함께 있는 원은 옥시페릴 중간체를 나타냄).Hydrogenation by Cytochrome P450 enzyme (circles with Fe-O represent oxyferyl intermediate).

Figure 112008078322408-pat00013
Figure 112008078322408-pat00013

상기 반응을 모델링(modelling)하기 위해서 AM1(Austin Model 1) 분자전자궤도(orbital) 이론을 이용하여 119개 분자들의 431 경우들의 활성화 에너지를 계산했다. In order to model the reaction, the activation energy of 431 cases of 119 molecules was calculated using the Austin Model 1 (AM1) molecular orbital theory.

여기서, 경우들이란 원자들의 개수를 의미한다. 예를 들어 3, 4, 7개의 원자들을 가지고 있는 분자 3개가 있을 경우는 '3개 분자들의 14개의 경우들'이 될 것이다. AM1은 계산화학에서 분자의 전자적 구조의 양자계산을 위한 반경험적 방법으로서, 이원자 미분겹침 근사의 수정된 무시(the modified neglect of differential diatomic overlap approximation)를 일반화한 것이다(Dewar, M. J. S. et al., Journal of the American Chemical Society, 1985, 107, 3902). Here, the cases refer to the number of atoms. For example, if there are three molecules with three, four or seven atoms, it would be '14 cases of three molecules'. AM1 is a semi-empirical method for quantum computation of the electronic structure of molecules in computational chemistry, generalizing the modified neglect of differential diatomic overlap approximation (Dewar, MJS et al., Journal of the American Chemical Society , 1985, 107, 3902).

계산된 유기분자들의 목록은 하기 표 1과 같다.The list of calculated organic molecules is shown in Table 1 below.

Figure 112008078322408-pat00014
Figure 112008078322408-pat00014

Figure 112008078322408-pat00015
Figure 112008078322408-pat00015

Figure 112008078322408-pat00016
Figure 112008078322408-pat00016

이들 정보들은 실험적 방정식들을 훈련(train)시키고 평가하는데 이용되었다. 이들 경우들은 다양한 화학적 환경에서의 메틸기(methyl), 1기(primary), 2기(secondary), 3기(tertiary) 탄소들을 포함하고 있다. These information were used to train and evaluate experimental equations. These cases include methyl, primary, secondary and tertiary carbons in various chemical environments.

본 발명자들은 이들 경우들을 깨지는 탄소-수소 결합이 주변에 전자적으로 음성인 탄소 이외의 원자들, 즉 헤테로원자(heteroatom)들을 가지고 있느냐에 따라서 2가지 형태로 분리하였다.The inventors have separated these cases into two forms depending on whether the broken carbon-hydrogen bond has atoms other than electrons that are electronically negative, ie heteroatoms.

효과적인 원자 표현자와 수소분리반응의 양자역학적으로 계산된 Ea의 상관관계를 통하여 원자 표현자로 모델링한 방정식은 아래 표 2 및 3과 같다.The equations modeled by atomic descriptors through the correlation between the effective atomic descriptors and the quantum mechanically calculated E a of the hydrogen separation reaction are shown in Tables 2 and 3 below.

효과적인 원자 표현자와 수소분리반응의 양자역학적으로 계산된 Ea의 상관관계(헤테로원자가 알파 이웃에 없는 경우)Correlation between the effective atomic descriptors and the quantum-mechanical calculated E a of hydrogen separation reactions (if no heteroatoms are in the alpha neighborhood) 원자 표현자 Atomic descriptor 훈련 세트Training set 방정식equation Ra R a RMSEb RMSE b μμ C-HC-H 0.880.88 0.630.63 E a Habs _(A) = 28.50 - 1.19*[μ C-H ] E a Habs _ (A) = 28.50-1.19 * [ μ CH ]

Figure 112008078322408-pat00017
Figure 112008078322408-pat00017
0.670.67 1.001.00 E a Habs _(A) = 28.50 - 0.90*[
Figure 112008078322408-pat00018
]
E a Habs _ (A) = 28.50-0.90 * [
Figure 112008078322408-pat00018
]

R a는 상관계수(correlation coefficient). R a is the correlation coefficient.

RMSE b은 자승평방근오차(root mean squared error). RMSE b is the root mean squared error.

효과적인 원자 표현자와 수소분리반응의 양자역학적으로 계산된 Ea의 상관관계(헤테로원자가 알파 이웃에 있는 경우)Correlation between Effective Atomic Descriptors and Quantum Mechanically Calculated E a in Hydrogen Separation Reactions (When Heteroatoms Are in Alpha Neighbors) 원자 표현자Atomic descriptor 훈련 세트Training set 방정식equation Ra R a RMSEb RMSE b δδ hethet 0.820.82 1.511.51 E a Habs _(B) = 25.94 + 2.14*[δ het ] E a Habs _ (B) = 25.94 + 2.14 * [ δ het ] max(δ heavy )max ( δ heavy ) 0.570.57 2.162.16 E a Habs _(B) = 25.94 + 1.51*[max(δ heavy )] E a Habs _ (B) = 25.94 + 1.51 * [max ( δ heavy )]

R a 는 상관계수(correlation coefficient). R a is the correlation coefficient.

RMSE b 은 자승평방근오차(root mean squared error). RMSE b is the root mean squared error.

본 발명자들은 표 2 및 3의 훈련과정을 거친 결과 각 형태에 맞는 2개의 표준화된 효과적인 원자 표현자를 가지고 선형방정식이 다양한 화학적 환경에서의 활성화 에너지를 예측할 수 있도록 되었다(하기 방정식 1-1 및 1-2). As a result of the training of Tables 2 and 3, the inventors have two standardized effective atomic descriptors for each form, allowing linear equations to predict activation energies in various chemical environments (Equations 1-1 and 1- below). 2).

이들 효과적인 원자 표현자들 중에 [δ het ], [max(δ heavy )], [μ C-H ]는 탄소-수소결합의 취약 정도를 나타내고, [

Figure 112008078322408-pat00019
]는 전이상태의 안정성을 나타낸다. 본 발명에서 모든 전이상태는 진동수 분석을 통해 검증되었다. Among these effective atomic descriptors [ δ het ], [max ( δ heavy )], [ μ CH ] indicate the fragility of the carbon-hydrogen bond, [
Figure 112008078322408-pat00019
] Indicates stability of the transition state. All transition states in the present invention were verified through frequency analysis.

본 발명의 모델을 이용한 활성화에너지 예측 흐름도는 도 2에 도시된 바와 같다. Activation energy prediction flowchart using the model of the present invention is as shown in FIG.

구체적으로, 본 발명에서 개발한 수소분리반응의 활성화 에너지를 예측하기 위한 모델은 다음과 같다: Specifically, the model for predicting the activation energy of the hydrogen separation reaction developed in the present invention is as follows:

i) 대상 분자의 대사위치를 확인하는 단계;i) identifying the metabolic position of the molecule of interest;

ii) 대상 분자의 반응형을 판단하는 단계;ii) determining the response type of the molecule of interest;

iii) 수소분리 반응중심(reaction center)의 알파 이웃(alpha neighbor) 중 헤테로원자(heteroatom)의 존재 유무에 따라 원자형을 판단하는 단계; iii) determining the atomic form according to the presence or absence of a heteroatom in an alpha neighbor of a hydrogen separation reaction center;

iv) 헤테로원자가 있는 경우 원자 표현자 [δ het ], [max(δ heavy )], 헤테로원자가 없는 경우 원자 표현자 [μ C-H ], [

Figure 112008078322408-pat00020
]를 계산하는 단계;iv) atomic descriptors in the presence of heteroatoms [ δ het ], [max ( δ heavy )], atomic groups in the absence of heteroatoms [ μ CH ], [
Figure 112008078322408-pat00020
Calculating;

v) 원자 표현자를 표준화하는 단계; 및v) normalizing the atomic descriptors; And

vi) 하기 방정식에 따라 활성화에너지를 예측하는 단계.vi) predicting the activation energy according to the following equation.

Figure 112008078322408-pat00021
Figure 112008078322408-pat00021

상기 화학식에서,In the above formula,

Fe-O와 함께 있는 원은 옥시페릴(oxyferryl) 중간체를 나타내고,Circles with Fe-O represent oxyferryl intermediates,

[방정식 1-1]Equation 1-1

E a Habs _(B) = 25.94 + 1.88*[δ het ] + 1.03*[max(δ heavy )] E a Habs _ (B) = 25.94 + 1.88 * [ δ het ] + 1.03 * [max ( δ heavy )]

R = 0.91, RMSE = 1.14, n = 62, P 값 < 0.0001R = 0.91, RMSE = 1.14, n = 62, P value <0.0001

[방정식 1-2][Equation 1-2]

E a Habs _(A) = 28.50 - 2.22*[μ C-H ]+ 1.12*[

Figure 112008078322408-pat00022
] E a Habs _ (A) = 28.50-2.22 * [ μ CH ] + 1.12 * [
Figure 112008078322408-pat00022
]

R = 0.95, RMSE = 0.43, n = 224, P 값 < 0.0001R = 0.95, RMSE = 0.43, n = 224, P value <0.0001

상기 방정식에서, In the above equation,

Figure 112008078322408-pat00023
는 반응중심의 알파 이웃에 헤테로원자(탄소가 아닌 원자)를 가지고 있는 탄소에 붙은 수소가 분리되는데 필요한 활성화 에너지를 나타내고;
Figure 112008078322408-pat00023
Represents the activation energy required for the separation of hydrogens attached to carbons having heteroatoms (non-carbon atoms) in the alpha neighbor of the reaction center;

Figure 112008078322408-pat00024
는 반응중심의 알파 이웃에 헤테로원자(탄소가 아닌 원자)를 가지고 있지 않은 탄소에 붙은 수소가 분리되는데 필요한 활성화 에너지를 나타내고;
Figure 112008078322408-pat00024
Denotes the activation energy required for the separation of hydrogens attached to carbons which do not have heteroatoms (non-carbon atoms) in the alpha neighbor of the reaction center;

[δ het ]는 반응중심의 알파 이웃에 있는 헤테로원자(탄소가 아닌 원자)의 알짜 원자 전하를 나타내고; [ δ het ] represents the net atomic charge of a heteroatom (a non-carbon atom) in the alpha neighborhood of the reaction center;

[max(δ heavy )]는 수소 또는 헬륨이 아닌 X1, X2, X3 중 가장 높은 원자전하를 나타내고; [max ( δ heavy )] represents the highest atomic charge of X 1 , X 2 , X 3 which is not hydrogen or helium;

[μ C-H ]은 탄소-수소 결합의 결합 쌍극자를 나타내고; [ μ CH ] represents a bonding dipole of carbon-hydrogen bonds;

[

Figure 112008078322408-pat00025
]는 원자 H, C, X1, X2, X3 의 알짜 원자 편극도(polarizability) 들의 합을 나타낸다. [
Figure 112008078322408-pat00025
] Represents the sum of the net atomic polarizabilities of atoms H, C, X 1 , X 2 , X 3 .

상기 방정식 1-1 및 1-2에서, R은 상관계수(correlation coefficient), RMSE는 자승평방근오차(root mean squared error), n은 훈련(train) 시 사용된 원자의 개수, P 값(P value)은 상관계수의 유의성을 알려주는 값이다.In Equations 1-1 and 1-2, R is a correlation coefficient, RMSE is a root mean squared error, n is the number of atoms used during training, and a P value ) Is a value indicating the significance of the correlation coefficient.

단계 i)에서, 대상 분자에의 모든 C-H 결합(bond)을 대상 분자에서 대사가 일어날 수 있는 위치라고 볼 수 있다. In step i), all of the C-H bonds to the molecule of interest can be seen as locations where metabolism can occur in the molecule of interest.

단계 ii)에서, 대상 분자의 모든 C-H 결합 중 C(carbon)이 지방족 탄소(aliphatic carbon) 인 경우 대상 분자의 수소 분리(H abstraction)가 일어날 수 있는 대사위치라고 볼 수 있다.In step ii), when C (carbon) is aliphatic carbon among all C-H bonds of the target molecule, it may be regarded as a metabolic position where hydrogen abstraction of the target molecule may occur.

단계 iii)에서, 반응중심(실제 대사반응이 일어나는 C-H)의 알파 이웃(alpha neighbor) 중 헤테로원자(heteroatom)가 있는 경우에는 [방정식 1-1]을 사용하고, 헤테로원자(heteroatom)가 없는 경우에는 [방정식 1-2]를 사용한다.In step iii), when there is a heteroatom in the alpha neighbor of the reaction center (CH where the actual metabolism occurs), [Equation 1-1] is used, and there is no heteroatom. Equation 1-2 is used for this.

단계 v)에서, 표준화(normalization)는 통계학적 관점에서 원자 표현자들의 값들의 평균을 0, 표준편차를 1로 만드는 것을 의미한다. 즉, 본원발명의 예측 모델의 훈련(train) 시에 사용되었던 원자 표현자들의 값들의 평균과 표준편차를 가지고 예측하기 전에 표준화를 한다.In step v), normalization means, from a statistical point of view, to make the mean of the values of the atomic descriptors zero and the standard deviation one. That is, normalization is performed before prediction with the mean and standard deviation of the values of the atomic descriptors used in the training of the prediction model of the present invention.

도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 모델을 이용해 예측된 활성화 에너지는 양자 역학적으로 계산된 활성화 에너지와 높은 상관관계를 보였다. 430 경우들 중 386 경우들이 화학적 정확도(mol 당 1 kcal) 안에 있다. 일부 안 맞는 것들은 양자계산 중에 반응하는 탄소-수소-산소 간의 상호작용 외의 상호작용에 의한다. 다양한 분자들의 기체상태에서의 활성화에너지는 Gaussian03[개정C.02, M. J. Frisch et al., 펜실베니아 피츠버그, 미국, 2003]을 이용하여 계산하였다. As shown in Figure 3, the activation energy predicted using the model of the present invention showed a high correlation with the activation energy calculated quantum mechanically. 386 of the 430 cases are within chemical accuracy (1 kcal per mol). Some of the discrepancies are due to the interactions other than the carbon-hydrogen-oxygen reactions reacting in quantum calculations. The activation energy in the gaseous state of various molecules was calculated using Gaussian 03 (Rev. C.02, M. J. Frisch et al., Pittsburgh, Pennsylvania, USA, 2003).

실시예Example 2: 수소분리반응의 활성화 에너지 예측 모델에 의해 예측된 활성화에너지의 검증 2: Verification of Activation Energy Predicted by Activation Energy Prediction Model of Hydrogen Separation Reaction

실시예 1의 예측 모델을 이용하여 다음 4개의 분자에 대하여 예측된 수소분리반응의 활성화 에너지를 실험값과 비교하여 검증하였다. Using the predictive model of Example 1, the activation energies of the predicted hydrogen separation reactions for the following four molecules were verified by comparison with experimental values.

Figure 112008078322408-pat00026
Figure 112008078322408-pat00026

Figure 112008078322408-pat00027
Figure 112008078322408-pat00027

[a] # 는 화학식 2의 각 분자의 원자 번호를 나타냄.[a] # represents the atomic number of each molecule of formula (2).

[b] 본 발명의 방법으로 예측된 활성화에너지.[b] Activation energy predicted by the method of the invention.

[c] 상기 [b]의 예측된 활성화에너지를 아레니우스방정식에 넣어서 유도된 대사비율.[c] Metabolic rate induced by incorporating the predicted activation energy of [b] into the Arrhenius equation.

[d] 시험관내(in vitro) 실험대사비율.[d] in vitro experimental metabolic rate.

표 4에서 각 분자의 실험대사비율은 당업계에 이미 공지되어 있으며, 헥산(hexane)은 문헌[Ken-ichirou MOROHASHI, Hiroyuki SADANO, Yoshiie OKADA, Tsuneo OMURA. Position Specificity in n-Hexane Hydroxylation by two forms of Cytochrome P450 in Rat liver Microsomes. J. Biochem . 1983, 93, 413-419]에서; 옥탄(octane)은 문헌[Jeffrey P. Jones, Allan E. Rettie, William F. Trager. Intrinsic Isotope Effects Suggest That the Reaction Coordinate Symmetry for the Cytochrome P-450 Catalyzed Hydroxylation of Octane Is Isozyme Independent. J. Med . Chem . 1990, 33, 1242-1246]에서; 에틸벤젠(ethylbenzene)은 문헌[Ronald E. White, John P. Miller, Leonard V. Favreau, Apares Bhattacharyya. Stereochemical Dynamics of Aliphatic Hydroxylation by Cytochrome P-450. J. AM. Chem . Soc . 1986, 108, 6024-6031]에서; 1-클로로메틸-4-메틸-벤젠(1-chloromethyl-4-methyl-benzene)은 문헌[LeeAnn Higgins, Kenneth R. Korzekwa, Streedhara Rao, Magong Shou, and Jeffrey P. Jones. An Assessment of the Reaction Energetics for Cytochrome P450-Mediated Reactions. Arch. Biochem. Biophys. 2001, 385, 220-230]에서 각 분자의 실험대사비율을 확인할 수 있다. Experimental metabolic rate of each molecule in Table 4 is already known in the art, hexane (Ken-ichirou MOROHASHI, Hiroyuki SADANO, Yoshiie OKADA, Tsuneo OMURA. Position Specificity in n-Hexane Hydroxylation by two forms of Cytochrome P450 in Rat liver Microsomes. J. Biochem . 1983, 93, 413-419; Octane is described by Jeffrey P. Jones, Allan E. Rettie, William F. Trager. Intrinsic Isotope Effects Suggest That the Reaction Coordinate Symmetry for the Cytochrome P-450 Catalyzed Hydroxylation of Octane Is Isozyme Independent. J. Med . Chem . 1990, 33, 1242-1246; Ethylbenzene is described by Ronald E. White, John P. Miller, Leonard V. Favreau, Apares Bhattacharyya. Stereochemical Dynamics of Aliphatic Hydroxylation by Cytochrome P-450. J. AM. Chem . Soc . 1986, 108, 6024-6031; 1-chloromethyl-4-methyl-benzene is described by LeeAnn Higgins, Kenneth R. Korzekwa, Streedhara Rao, Magong Shou, and Jeffrey P. Jones. An Assessment of the Reaction Energetics for Cytochrome P450-Mediated Reactions. Arch. Biochem. Biophys. 2001, 385, 220-230] can confirm the experimental metabolic rate of each molecule.

표 4에 나타난 바와 같이, 헥산(hexane), 옥탄(octane), 에틸벤젠(ethylbenzene), 1-클로로메틸-4-메틸-벤젠(1-chloromethyl-4-methyl-benzene) 등 4개의 분자에 대하여 본 발명의 방법에 따라 예측된 수소분리반응의 활성화 에너지를 아레니우스식에 대입해서 유도된 대사비율[c]과 실험대사비율[d]을 비교하면, 추세적으로 유사한 경향을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따라 예측된 활성화에너지를 통하여 실험대사비율을 예측해낼 수 있다. As shown in Table 4, four molecules such as hexane, octane, ethylbenzene, and 1-chloromethyl-4-methyl-benzene were obtained. Comparing the metabolic rate [c] and the experimental metabolic rate [d] derived by substituting the activation energy of the hydrogen separation reaction predicted according to the method of the present invention into the Arrhenius equation, a similar trend can be confirmed. That is, the experimental metabolic rate can be predicted through the activation energy predicted according to the present invention.

실시예Example 3: 방향족 수산화반응의 4면체 중간체 형성의 활성화 에너지를 예측하기 위한 모델 개발 3: Development of a model for predicting activation energy of tetrahedral intermediate formation of aromatic hydroxylation

본 발명자들은 1단계(phase I) 대사의 방향족 수산화반응의 위치선택성의 좋은 척도가 되는 4면체 중간체 형성을 모델링하였다(반응식 2, 화학식 2). We modeled tetrahedral intermediate formation, which is a good measure of the regioselectivity of aromatic hydroxylation of phase I metabolism (Scheme 2, Formula 2).

[반응식 2]Scheme 2

사이토크롬 P450 효소에 의한 방향족 수산화반응의 4면체 중간체 형성 반응 (Fe-O와 함께 있는 원은 옥시페릴 중간체를 나타냄).Tetrahedral intermediate formation reaction of aromatic hydroxylation with cytochrome P450 enzyme (circle with Fe-O represents oxyferyl intermediate).

Figure 112008078322408-pat00028
Figure 112008078322408-pat00028

상기 반응을 모델링(modelling)하기 위해서 AM1(Austin Model 1) 분자전자궤도(orbital) 이론을 이용하여 다양한 화학적 환경의 벤젠탄소들인 31개 분자들의 85 경우들의 활성화 에너지를 계산했다. In order to model the reaction, the activation model of 85 cases of 31 molecules of benzenecarbons in various chemical environments was calculated using the Austin Model 1 (AM1) molecular orbital theory.

여기서, 경우들이란 원자들의 개수를 의미한다. 예를 들어 3, 4, 7개의 원자들을 가지고 있는 분자 3개가 있을 경우는 '3개 분자들의 14개의 경우들'이 될 것이다. AM1은 계산화학에서 분자의 전자적 구조의 양자계산을 위한 반경험적 방법으로서, 이원자 미분겹침 근사의 수정된 무시(the modified neglect of differential diatomic overlap approximation)를 일반화한 것이다(Dewar, M. J. S. et al., Journal of the American Chemical Society, 1985, 107, 3902). Here, the cases refer to the number of atoms. For example, if there are three molecules with three, four or seven atoms, it would be '14 cases of three molecules'. AM1 is a semi-empirical method for quantum computation of the electronic structure of molecules in computational chemistry, generalizing the modified neglect of differential diatomic overlap approximation (Dewar, MJS et al., Journal of the American Chemical Society , 1985, 107, 3902).

계산된 유기분자들의 목록은 하기 표 5와 같다. The list of calculated organic molecules is shown in Table 5 below.

Figure 112008078322408-pat00029
Figure 112008078322408-pat00029

이들 정보들은 실험적 방정식들을 훈련(train)시키고 평가하는데 이용되었다. 이들 경우들은 3가지 형태로 나뉘었다: 각각 i) 오르토(ortho)/파라(para) 위치의 1개의 치환기를 가진 경우, ii) 메타(meta) 위치의 1개의 치환기를 가진 경우, iii) 0개, 2개, 3개의 치환기를 가진 경우. These information were used to train and evaluate experimental equations. These cases were divided into three forms: i) one substituent at the ortho / para position, ii) one substituent at the meta position, iii) zero , Having two or three substituents.

효과적인 원자 표현자와 방향족 수산화반응의 양자역학적으로 계산된 Ea의 상관관계를 통하여 원자 표현자로 모델링한 방정식은 아래 표 6, 7 및 8과 같다.The equations modeled by the atomic descriptors through the correlation between the effective atomic descriptors and the quantum mechanically calculated E a of the aromatic hydroxylation reaction are shown in Tables 6, 7, and 8.

효과적인 원자 표현자와 방향족 수산화반응의 양자역학적으로 계산된 Ea의 상관관계(오르토 치환기를 가지고 한 경우)Correlation between Effective Atomic Descriptor and Quantum Mechanically Calculated E a of Aromatic Hydroxide Reactions (with Ortho Substituents) 원자 표현자Atomic descriptor 훈련 세트Training set 방정식
equation
R a R a RMSE b RMSE b δδ HH 0.080.08 1.311.31 E a aro _o,p = 14.67 + 63.33*[δ H ] E a aro _o, p = 14.67 + 63.33 * [ δ H ]

Figure 112008078322408-pat00030
Figure 112008078322408-pat00030
0.570.57 1.071.07 E a aro _o,p = 61.60 - 26.53*[
Figure 112008078322408-pat00031
]
E a aro _o, p = 61.60-26.53 * [
Figure 112008078322408-pat00031
]

R a는 상관계수(correlation coefficient). R a is the correlation coefficient.

RMSE b은 자승평방근오차(root mean squared error). RMSE b is the root mean squared error.

효과적인 원자 표현자와 방향족 수산화반응의 양자역학적으로 계산된 Ea의 상관관계(메타 치환기를 가지고 한 경우)Correlation between Effective Atomic Descriptors and Quantum Mechanically Calculated E a of Aromatic Hydroxide Reactions (With Meta-Substituents) 원자 표현자Atomic descriptor 후련 세트Rue set 방정식
equation
R a R a RMSE b RMSE b δδ HH 0.030.03 0.560.56 E a aro _m = -12.61 + 333.87*[δ H ] E a aro _m = -12.61 + 333.87 * [ δ H ]

Figure 112008078322408-pat00032
Figure 112008078322408-pat00032
0.500.50 0.490.49 E a aro _m = 132.75 - 72.54*[
Figure 112008078322408-pat00033
]
E a aro _m = 132.75-72.54 * [
Figure 112008078322408-pat00033
]

R a는 상관계수(correlation coefficient). R a is the correlation coefficient.

RMSE b은 자승평방근오차(root mean squared error).RMSE b is the root mean squared error.

효과적인 원자 표현자와 방향족 수산화반응의 양자역학적으로 계산된 Ea의 상관관계(0, 2, 3 치환기를 가지고 한 경우)Correlation between Effective Atomic Descriptors and Quantum Mechanically Calculated E a of Aromatic Hydroxide Reactions (with One, Two, Three Substituents) 원자 표현자Atomic descriptor 훈련 세트Training set 방정식
equation
R a R a RMSE b RMSE b δδ HH 0.690.69 0.950.95 E a aro _0,2,3 = 70.00 - 465.88*[δ H ] E a aro _0,2,3 = 70.00-465.88 * [ δ H ]

Figure 112008078322408-pat00034
Figure 112008078322408-pat00034
0.050.05 1.311.31 E a aro _0,2,3 = 17.65 + 2.21*[
Figure 112008078322408-pat00035
]
E a aro _0,2,3 = 17.65 + 2.21 * [
Figure 112008078322408-pat00035
]

R a 는 상관계수(correlation coefficient). R a is the correlation coefficient.

RMSE b 은 자승평방근오차(root mean squared error).RMSE b is the root mean squared error.

본 발명자들은 표 6 내지 8의 훈련과정을 거친 결과 각 형태에 맞는 2개의 표준화된 효과적인 원자 표현자를 가지고 선형방정식이 다양한 화학적 환경에서의 활성화 에너지를 예측할 수 있도록 되었다 (하기 방정식 2-1, 2-2 및 2-3). As a result of the training process of Tables 6 to 8, the inventors have two standardized effective atomic descriptors for each type to enable linear equations to predict activation energies in various chemical environments (Equations 2-1 and 2- below). 2 and 2-3).

4면체 중간체 형성 반응의 활성화 에너지를 예측하기 위한 방정식에 쓰이는 효과적인 원자 표현자 중에서 [δ H ]는 옥시게네이트 종(oxygenating species)과 기질간의 근접도를 결정하고, [평균(α alpha )]는 전이상태의 안정도와 관련이 있다. 본 발명에서 옥시게네이트 종(oxygenating species)으로서 파라-니트로소페녹시 라디칼(PNR; para-nitrosophenoxy radical)이 이용되었고, 모든 전이상태는 진동수 분석을 통해 검증이 되었다. From the tetrahedral effective atomic presenter used in the equation to predict the activation energy of the intermediate formed in the reaction H] is oxygenate species determining the proximity between (oxygenating species) and the substrate, and [mean alpha)] is It is related to the stability of the transition state. In the present invention, a para-nitrosophenoxy radical (PNR) was used as an oxygenating species, and all transition states were verified through frequency analysis.

본 발명에서 개발한 모델을 이용하여 활성화 에너지를 예측하는 흐름도는 도 2에 도시된 바와 같다. A flowchart of predicting the activation energy using the model developed in the present invention is shown in FIG. 2.

구체적으로, 본 발명에서 개발한 CYP450 효소에 의한 방향족 수산화반응의 4면체 중간체 형성의 활성화 에너지를 예측하기 위한 모델은 다음과 같다:Specifically, the model for predicting the activation energy of tetrahedral intermediate formation of aromatic hydroxylation by the CYP450 enzyme developed in the present invention is as follows:

i) 대상 분자의 대사위치를 확인하는 단계;i) identifying the metabolic position of the molecule of interest;

ii) 대상 분자의 반응형을 판단하는 단계;ii) determining the response type of the molecule of interest;

iii) 상기 단계 ii)에서 방향족 수산화반응으로 판단되는 경우, 원자 표현자 [δ H ], [평균(α alpha )]를 계산하는 단계;iii) calculating the atomic descriptors [ δ H ], [average ( α alpha )] when it is determined in the step ii) that the aromatic hydroxide reaction;

iv) 원자 표현자를 표준화하는 단계; 및iv) normalizing the atomic descriptors; And

v) 하기 방정식에 따라 활성화 에너지를 예측하는 단계.v) predicting the activation energy according to the equation

Figure 112008078322408-pat00036
Figure 112008078322408-pat00036

상기 화학식에서,In the above formula,

Fe-O와 함께 있는 원은 옥시페릴(oxyferryl) 중간체를 나타낸다. Circles with Fe-O represent oxyferryl intermediates.

[방정식 2-1]Equation 2-1

E a aro _o,p = 21.34 -0.75 * [δ H ] - 1.24 * [평균(α alpha )] E a aro _o, p = 21.34 -0.75 * [ δ H ] -1.24 * [mean ( α alpha )]

R = 0.71, RMSE = 0.95, n = 16, P 값 = 0.009R = 0.71, RMSE = 0.95, n = 16, P value = 0.009

[방정식 2-2][Equation 2-2]

E a aro _m = 22.14 -0.68 * [δ H ] -0.83 * [평균(α alpha )] E a aro _m = 22.14 -0.68 * [ δ H ] -0.83 * [mean ( α alpha )]

R = 0.88, RMSE = 0.30, n = 8, P 값 = 0.026R = 0.88, RMSE = 0.30, n = 8, P value = 0.026

[방정식 2-3][Equation 2-3]

E a aro _0,2,3 = 21.02 -1.49 * [δ H ] - 0.92 * [평균(α alpha )] E a aro _0,2,3 = 21.02 -1.49 * [ δ H ] -0.92 * [mean ( α alpha )]

R = 0.87, RMSE = 0.65, n = 33, P 값 < 0.0001 R = 0.87, RMSE = 0.65, n = 33, P value <0.0001

상기 방정식에서, In the above equation,

E a aro _o,p 는 오르토(ortho)/파라(para) 위치에 있는 1개의 치환기를 가지고 있는 벤젠의 4면체 중간체 형성의 활성화 에너지를 나타내고; A E _o aro, p is ortho (ortho) / p (para), which has one substituent in the position represents the activation energy of the tetrahedral intermediate formed in benzene;

E a aro _m 는 메타(meta) 위치에 있는 1개의 치환기를 가지고 있는 벤젠의 4면체 중간체 형성의 활성화 에너지를 나타내고; E is a aro _m meth (meta) 4 tetrahedra of the benzene with a single substituent at position represents the activation energy of the intermediates formed;

E a aro _0,2, 3 는 0개, 2개, 3개의 치환기를 가지고 있는 벤젠의 4면체 중간체 형성의 활성화 에너지를 나타내고; Aro E a _0,2, 3 are 0, 2, represents the activation energy of the tetrahedral intermediate formed in benzene which has 3 substituents;

[δ H ]는 반응 수소의 알짜 원자 전하를 나타내고;[ δ H ] represents the net atomic charge of the reactive hydrogen;

[평균(α alpha )]는 이웃한 탄소들의 편극도(polarizability)의 평균값을 나타낸다.[Mean alpha)] represents a mean value of the polarization of neighboring carbon also (polarizability).

상기 방정식 2-1, 2-2 및 2-3에서, R은 상관계수(correlation coefficient), RMSE는 자승평방근오차(root mean squared error), n은 훈련(train) 시 사용된 원자의 개수, P 값(P value)은 상관계수의 유의성을 알려주는 값이다.In Equations 2-1, 2-2, and 2-3, R is a correlation coefficient, RMSE is a root mean squared error, n is the number of atoms used during training, P P value is a value indicating the significance of the correlation coefficient.

도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 방법을 이용한 활성화 에너지 예측 결과는 양자역학적으로 계산한 활성화 에너지와 높은 상관관계를 보였다. 85 경우들 중 70 경우들이 화학적 정확도(mol 당 1kcal) 안에 있다. 일부 안 맞는 것들은 0개, 2개, 3개 치환기를 가진 벤젠을 모델링할 때 모델이 오르토(ortho), 메타(meta), 파라(para) 효과를 고려치 않아서 생겼다. 다양한 분자들의 기체상태에서의 활성화에너지는 Gaussian03[개정C.02, M. J. Frisch et al., 펜실베니아 피츠버그, 미국, 2003]을 이용하여 계산하였다. As shown in Figure 4, the activation energy prediction results using the method of the present invention showed a high correlation with the activation energy calculated quantum mechanically. 70 of the 85 cases are within chemical accuracy (1 kcal per mol). Some discrepancies were caused by the model not considering the ortho, meta, and para effects when modeling benzene with 0, 2, or 3 substituents. The activation energy in the gaseous state of various molecules was calculated using Gaussian 03 (Rev. C.02, M. J. Frisch et al., Pittsburgh, Pennsylvania, USA, 2003).

실시예Example 4: 방향족 수산화반응의 4면체 중간체 형성의 활성화 에너지 예측 모델에 의해 예측된 활성화 에너지의 검증 4: Verification of activation energy predicted by activation energy prediction model of tetrahedral intermediate formation of aromatic hydroxylation

실시예 3의 예측 모델을 이용하여 다음 2개의 분자에 대하여 예측된 4면체 중간체 형성반응의 활성화 에너지를 실험값과 비교하여 검증하였다. Using the predictive model of Example 3, the activation energy of the tetrahedral intermediate formation reaction predicted for the next two molecules was verified by comparing with the experimental values.

Figure 112008078322408-pat00037
Figure 112008078322408-pat00037

Figure 112008078322408-pat00038
Figure 112008078322408-pat00038

[a] #는 화학식 4의 각 분자의 원자 번호를 나타냄.[a] # represents the atomic number of each molecule of formula (4).

[b] 본 발명의 방법으로 예측된 활성화 에너지.[b] Activation energy predicted by the method of the invention.

[c] 상기 [b]의 예측된 활성화 에너지를 아레니우스 방정식에 넣어서 유도된 대사비율.[c] Metabolic rate derived by putting the predicted activation energy of [b] into the Arrhenius equation.

[d] 시험관내(in vitro) 실험대사비율.[d] in vitro experimental metabolic rate.

표 9에서 각 분자의 실험대사비율은 당업계에 이미 공지되어 있으며, 메톡시벤젠(Methoxybenzene)은 문헌[Robert P. Hanzlik, Kerstin Hogberg, Charles M. Judson. Microsomal hydroxylation of specifically deuterated monosubstituted benzenes. Evidence for direct aromatic hydroxylation. Biochemstry . 1984, 23, 3048-3055]에서; 클로로벤젠(ChloroBenzene)은 문헌[H. G. Selander, D. M. Jerina, J. W. Daly. Metabolism of Chlorobenzene with Hepatic Microsomes and Solubilized Cytochrome P-450 Systems. Arch. Biochem . Biophys . 1975, 168, 309-321]에서 각 분자의 실험대사비율을 확인할 수 있다.The experimental metabolic rate of each molecule in Table 9 is already known in the art, and Methoxybenzene is described by Robert P. Hanzlik, Kerstin Hogberg, Charles M. Judson. Microsomal hydroxylation of specifically deuterated monosubstituted benzenes. Evidence for direct aromatic hydroxylation. Biochemstry . 1984, 23, 3048-3055; Chlorobenzene is described by HG Selander, DM Jerina, JW Daly. Metabolism of Chlorobenzene with Hepatic Microsomes and Solubilized Cytochrome P-450 Systems. Arch. Biochem . Biophys . 1975, 168, 309-321] can be found in the experimental metabolic rate of each molecule.

상기 표 9에 나타난 바와 같이, 메톡시벤젠(Methoxybenzene), 클로로벤젠(ChloroBenzene) 등 2개의 분자에 대하여 본 발명의 방법에 따라 예측된 수소분리반응의 활성화 에너지를 아레니우스식에 대입해서 유도된 대사비율[c]과 실험대사비율[d]을 비교하면, 추세적으로 유사한 경향을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따라 예측된 활성화 에너지를 통하여 실험대사비율을 예측해낼 수 있다. As shown in Table 9, two molecules, such as methoxybenzene and chlorobenzene, were derived by substituting the energetic energy of the hydrogen separation reaction predicted according to the method of the present invention into an Arrhenius equation. Comparing metabolic rate [c] and experimental metabolic rate [d] , a similar trend can be observed. That is, the experimental metabolic rate can be predicted through the activation energy predicted according to the present invention.

이와 같이 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위 의해 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As such, those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be embodied in other specific forms without changing to the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, the above-described embodiments are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the invention is indicated by the following claims rather than the above description, and it should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the invention. .

도 1은 효과적인 원자 표현자를 이용하여 CYP 450 효소에 의한 1 단계(phase I) 대사의 활성화 에너지를 예측하기 위한 경험적 방법을 도식화한 것이다. 1 illustrates an empirical method for predicting the activation energy of phase I metabolism by CYP 450 enzyme using effective atomic descriptors.

도 2는 본 발명의 모델을 이용한 활성화에너지 예측 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating activation energy using a model of the present invention.

도 3은 CYP450 효소에 의한 수소분리반응에 관하여 양자역학적으로 계산한 활성화 에너지(QM Ea)와 본 발명에 의해 예측한 활성화에너지(Predicted Ea)의 상관관계를 도시한 것이다.Figure 3 shows the correlation between the activation energy (QM E a ) and the activation energy (Predicted E a ) predicted by the present invention with respect to the hydrogen separation reaction by the CYP450 enzyme.

도 4는 CYP450 효소에 의한 방향족 수산화반응에 관하여 양자역학적으로 계산한 활성화 에너지(QM Ea)와 본 발명에 의해 예측한 활성화에너지(Predicted Ea)의 상관관계를 도시한 것이다.Figure 4 shows the correlation between the activation energy (QM E a ) and the activation energy (Predicted E a ) predicted by the present invention with respect to the aromatic hydroxylation reaction by the CYP450 enzyme.

Claims (24)

하기 화학식을 가지는 대상분자의 모든 C-H 결합 중 C가 지방족 탄소(aliphatic carbon)인 경우 원자 표현자 [δhet ], [max(δheavy )], [μC-H ], [
Figure 112010072302964-pat00039
]를 이용하여 사이토크롬 P450 효소에 의한 수소분리반응이 일어날 수 있는 대사위치로 판단하여 활성화에너지를 예측하는 방법:
When C is aliphatic carbon among all CH bonds of the target molecule having the following chemical formula, the atomic descriptors [ δ het ], [max ( δ heavy )], [ μ CH ], [
Figure 112010072302964-pat00039
] To predict the activation energy by judging the metabolic position where hydrogen separation reaction by cytochrome P450 enzyme can occur:
Figure 112010072302964-pat00040
Figure 112010072302964-pat00040
상기 화학식에서,In the above formula, Fe-O와 함께 있는 원은 옥시페릴(oxyferryl) 중간체를 나타내고, Circles with Fe-O represent oxyferryl intermediates, [δhet ]는 반응중심(reaction center)의 알파 이웃(alpha neighbor)에 있는 헤테로원자(heteroatom)의 알짜 원자 전하를 나타내고; [ δ het ] represents the net atomic charge of the heteroatom in the alpha neighbor of the reaction center; [max(δheavy )]는 수소 또는 헬륨이 아닌 X1, X2, X3 중 가장 높은 원자전하를 나타내고; [max ( δ heavy )] represents the highest atomic charge of X 1 , X 2 , X 3 which is not hydrogen or helium; [μC-H ]은 탄소-수소 결합의 결합 쌍극자를 나타내고; [ μ CH ] represents a bonding dipole of carbon-hydrogen bonds; [
Figure 112010072302964-pat00041
]는 원자 H, C, X1, X2, X3 의 알짜 원자 편극도(polarizability)들의 합을 나타낸다.
[
Figure 112010072302964-pat00041
] Represents the sum of the net atomic polarizabilities of atoms H, C, X 1 , X 2 , X 3 .
제 1항에 있어서, 사이토크롬 P450 효소는 CYP2E1, CYP3A4, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP1A1, CYP1A2, CYP2C19, CYP2D6, CYP1B1, 및 CYP2A6으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나임을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the cytochrome P450 enzyme is any one selected from the group consisting of CYP2E1, CYP3A4, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP1A1, CYP1A2, CYP2C19, CYP2D6, CYP1B1, and CYP2A6. 삭제delete 제1항에 있어서, 반응중심의 알파 이웃에 헤테로원자가 있는 경우 원자 표현자 [δ het ] 및 [max(δ heavy )]를 계산함을 특징으로 하는 방법.2. The method of claim 1, wherein the atomic descriptors [ δ het ] and [max ( δ heavy )] are calculated when there are heteroatoms in the alpha neighbor of the reaction center. 제1항에 있어서, 반응중심의 알파 이웃에 헤테로원자가 없는 경우 원자 표현자 [μ C-H ] 및 [
Figure 112008078322408-pat00042
]를 계산함을 특징으로 하는 방법.
The atomic descriptors [ μ CH ] and [when the alpha neighbor of the reaction center is absent.
Figure 112008078322408-pat00042
].
제4항에 있어서, 하기 방정식에 따라 활성화에너지를 예측함으로 특징으로 하는 방법:The method of claim 4, wherein the activation energy is predicted according to the following equation: E a Habs _(B) = 25.94 + 1.88*[δ het ] + 1.03*[max(δ heavy )] E a Habs _ (B) = 25.94 + 1.88 * [ δ het ] + 1.03 * [max ( δ heavy )] 상기 방정식에서, In the above equation, E a Habs _(B) 는 반응중심의 알파 이웃에 헤테로원자를 가지고 있는 탄소에 붙은 수소가 분리되는데 필요한 활성화 에너지를 나타낸다. E a Habs _ (B) represents the activation energy required to separate hydrogens attached to carbons having heteroatoms in the alpha neighbors of the reaction center. 제5항에 있어서, 하기 방정식에 따라 활성화에너지를 예측함으로 특징으로 하는 방법:The method of claim 5, wherein the activation energy is predicted according to the following equation: E a Habs _(A) = 28.50 - 2.22*[μ C-H ] + 1.12*[
Figure 112008078322408-pat00043
]
E a Habs _ (A) = 28.50-2.22 * [ μ CH ] + 1.12 * [
Figure 112008078322408-pat00043
]
상기 방정식에서,In the above equation, E a Habs _(A) 는 반응중심의 알파 이웃에 헤테로원자를 가지고 있지 않은 탄소에 붙은 수소가 분리되는데 필요한 활성화 에너지를 나타낸다. E a Habs _ (A) represents the activation energy required to separate hydrogens attached to carbons that do not have heteroatoms in the alpha neighbors of the reaction center.
제1항, 제2항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 예측된 활성화에너지를 하기 아레니우스식(Arrhenius equation)을 통하여 대사의 상대적인 속도(k)를 예측하는 방법: A method of predicting the relative rate of metabolism (k) of the activation energy predicted by the method of any one of claims 1, 2 and 4 to 7, through the following Arrhenius equation:
Figure 112010072302964-pat00044
Figure 112010072302964-pat00044
상기 수학식에서, k는 반응속도상수, A는 빈도인자, Ea는 활성화에너지, R은 기체상수, T는 절대온도를 나타낸다.In the above equation, k is the reaction rate constant, A is the frequency factor, E a is the activation energy, R is the gas constant, T represents the absolute temperature.
제1항, 제2항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 예측된 활성화에너지를 통하여 대사의 위치선택성(regioselectivity)을 예측하는 방법.A method for predicting the regioselectivity of metabolism through the activation energy predicted by the method of any one of claims 1, 2 and 4-7. 제9항에 있어서, 예측된 활성화에너지를 아레니우스식(Arrhenius equation)을 통하여 대사의 상대적인 속도를 예측하고, 예측된 대사의 상대적인 속도를 아래 반응식의 수학식을 통하여 대사의 위치선택성(regioselectivity)을 예측하는 방법: 10. The metabolic regioselectivity of claim 9, wherein the predicted activation energy is predicted by the Arrhenius equation and the relative rate of metabolism, and the predicted relative rate of metabolism is determined through the equation below. How to predict:
Figure 112008078322408-pat00045
Figure 112008078322408-pat00046
Figure 112008078322408-pat00045
Figure 112008078322408-pat00046
상기 반응식 및 수학식에서, P는 기질의 모든 가능한 대사체 중 임의의 대사체 형성의 상대 확률, E는 효소(enzyme), S는 기질(substrate), ES는 효소와 기질의 복합체(complex), [ES]는 효소와 기질 복합체의 농도, k는 반응속도상수를 나타 낸다.In the above schemes and equations, P is the relative probability of formation of any metabolite of all possible metabolites of the substrate, E is an enzyme, S is a substrate, ES is a complex of enzyme and substrate, [ ES] is the concentration of enzyme and substrate complex, and k is the rate constant.
제1항, 제2항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 예측된 활성화에너지를 통하여 대사의 저해를 예측하는 방법.A method for predicting the inhibition of metabolism through the activation energy predicted by the method of any one of claims 1, 2 and 4-7. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 예측된 활성화에너지를 통하여 약물 간 상호작용(drug-drug interaction)을 예측하는 방법.A method for predicting drug-drug interactions through activation energy predicted by the method of any one of claims 1, 2 and 4-7. 하기 화학식을 가지는 대상분자의 모든 C-H 결합 중 C가 지방족 탄소(aliphatic carbon)인 경우 원자 표현자 [δH ], [평균(αalpha )]를 이용하여 사이토크롬 P450 효소에 의한 방향족 수산화반응의 4면체 중간체 형성을 수소분리반응이 일어날 수 있는 대사위치로 판단하여 활성화에너지를 예측하는 방법:When C is aliphatic carbon among all CH bonds of the target molecule having the following formula, 4 is the aromatic hydroxylation reaction by cytochrome P450 enzyme using atomic descriptors [ δ H ], [mean ( α alpha )]. Method of predicting activation energy by judging the formation of tetrahedral intermediates as a metabolic site where hydrogen separation reaction can occur:
Figure 112010072302964-pat00047
Figure 112010072302964-pat00047
상기 화학식에서,In the above formula, Fe-O와 함께 있는 원은 옥시페릴(oxyferryl) 중간체를 나타내고, Circles with Fe-O represent oxyferryl intermediates, [δH ]는 반응 수소의 알짜 원자 전하를 나타내고; [ δ H ] represents the net atomic charge of the reactive hydrogen; [평균(αalpha )]는 이웃한 탄소들의 편극도(polarizability)의 평균값을 나타낸다.[Average ( alpha )] represents an average value of polarizability of neighboring carbons.
제13항에 있어서, 사이토크롬 P450 효소는 CYP2E1, CYP3A4, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP1A1, CYP1A2, CYP2C19, CYP2D6, CYP1B1, 및 CYP2A6으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나임을 특징으로 하는 방법.The method of claim 13, wherein the cytochrome P450 enzyme is any one selected from the group consisting of CYP2E1, CYP3A4, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP1A1, CYP1A2, CYP2C19, CYP2D6, CYP1B1, and CYP2A6. 삭제delete 제13항에 있어서, 원자 표현자 [δ H ], [평균(α alpha )]를 계산함을 특징으로 하는 방법.The method of claim 13, wherein the atomic descriptors [ δ H ], [average ( α alpha )] are calculated. 제16항에 있어서, 하기 방정식에 따라 활성화에너지를 예측함으로 특징으로 하는 방법:The method of claim 16, wherein the activation energy is predicted according to the following equation: E a aro _o,p = 21.34 - 0.75 * [δ H ] - 1.24 * [평균(α alpha )] E a aro _o, p = 21.34-0.75 * [ δ H ] -1.24 * [mean ( α alpha )] 상기 방정식에서,In the above equation, E a aro _o,p 는 오르토(ortho)/파라(para) 위치에 있는 1개의 치환기를 가지고 있 는 벤젠의 4면체 중간체 형성의 활성화 에너지를 나타낸다. A E _o aro, p indicates the ortho (ortho) / p (para) have a single substituent at position there is activation of the tetrahedral intermediate formed in benzene energy. 제16항에 있어서, 하기 방정식에 따라 활성화에너지를 예측함으로 특징으로 하는 방법:The method of claim 16, wherein the activation energy is predicted according to the following equation: E a aro _m = 22.14 - 0.68 * [δ H ] - 0.83 * [평균(α alpha )] E a aro _m = 22.14-0.68 * [ δ H ] -0.83 * [mean ( α alpha )] 상기 방정식에서, In the above equation, E a aro _m 는 메타(meta) 위치에 있는 1개의 치환기를 가지고 있는 벤젠의 4면체 중간체 형성의 활성화 에너지를 나타낸다. E a represents an activation energy of aro _m meth forming tetrahedral intermediates of benzene, which has one substituent in the (meta) position. 제16항에 있어서, 하기 방정식에 따라 활성화에너지를 예측함으로 특징으로 하는 방법:The method of claim 16, wherein the activation energy is predicted according to the following equation: E a aro _0,2,3 = 21.02 - 1.49 * [δ H ] - 0.92 * [평균(α alpha )] E a aro _0,2,3 = 21.02-1.49 * [ δ H ] -0.92 * [mean ( α alpha )] 상기 방정식에서, In the above equation, E a aro _0,2,3 는 0개, 2개, 3개의 치환기를 가지고 있는 벤젠의 4면체 중간체 형성의 활성화 에너지를 나타낸다. E a aro _0,2,3 Represents the activation energy of the tetrahedral intermediate formation of benzene having 0, 2, 3 substituents. 제13항, 제14항 및 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 예측된 활성화에너지를 하기 아레니우스식(Arrhenius equation)을 통하여 대사의 상대적인 속도(k)를 예측하는 방법: 20. A method of predicting the relative kinetics of metabolism of the activation energy predicted by the method of any one of claims 13, 14 and 16-19 by using the following Arrhenius equation:
Figure 112010072302964-pat00048
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상기 수학식에서, k는 반응속도상수, A는 빈도인자, Ea는 활성화에너지, R은 기체상수, T는 절대온도를 나타낸다.In the above equation, k is the reaction rate constant, A is the frequency factor, E a is the activation energy, R is the gas constant, T represents the absolute temperature.
제13항, 제14항 및 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 예측된 활성화에너지를 통하여 대사의 위치선택성(regioselectivity)을 예측하는 방법.20. A method for predicting regioselectivity of metabolism via activation energy predicted by the method of any one of claims 13, 14 and 16-19. 제21항에 있어서, 예측된 활성화에너지를 아레니우스식(Arrhenius equation)을 통하여 대사의 상대적인 속도를 예측하고, 예측된 대사의 상대적인 속도를 아래 반응식의 수학식을 통하여 대사의 위치선택성(regioselectivity)을 예측하는 방법: 22. The metabolic regioselectivity of claim 21, wherein the predicted activation energy is predicted by the Arrhenius equation for the relative rate of metabolism, and the predicted relative rate of metabolism is determined through the equation of How to predict:
Figure 112008078322408-pat00049
Figure 112008078322408-pat00049
Figure 112008078322408-pat00050
Figure 112008078322408-pat00050
상기 반응식 및 수학식에서, P는 기질의 모든 가능한 대사체 중 임의의 대사체 형성의 상대 확률, E는 효소(enzyme), S는 기질(substrate), ES는 효소와 기질의 복합체(complex), [ES]는 효소와 기질 복합체의 농도, k는 반응속도상수를 나타낸다.In the above schemes and equations, P is the relative probability of formation of any metabolite of all possible metabolites of the substrate, E is an enzyme, S is a substrate, ES is a complex of enzyme and substrate, [ ES] is the concentration of enzyme and substrate complex, k is the rate constant.
제13항, 제14항 및 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 예측된 활성화에너지를 통하여 대사의 저해를 예측하는 방법.20. A method for predicting the inhibition of metabolism via the activation energy predicted by the method of any one of claims 13, 14 and 16-19. 제13항, 제14항 및 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 예측된 활성화에너지를 통하여 약물 간 상호작용(drug-drug interaction)을 예측하는 방법.20. A method for predicting drug-drug interactions via activation energy predicted by the method of any one of claims 13, 14 and 16-19.
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논문1:Arch Biochem Biophys.
논문2:Drug Metab Dispos.

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