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JP2621842B2 - Method for searching for stable structure of biopolymer-ligand molecule - Google Patents

Method for searching for stable structure of biopolymer-ligand molecule

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Publication number
JP2621842B2
JP2621842B2 JP5517287A JP51728793A JP2621842B2 JP 2621842 B2 JP2621842 B2 JP 2621842B2 JP 5517287 A JP5517287 A JP 5517287A JP 51728793 A JP51728793 A JP 51728793A JP 2621842 B2 JP2621842 B2 JP 2621842B2
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JP
Japan
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hydrogen
ligand molecule
biopolymer
bonding
conformation
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP5517287A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
昭子 板井
実穂 水谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=26457216&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP2621842(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP5517287A priority Critical patent/JP2621842B2/en
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、医薬、農薬、その他の生理活性化合物の構
造設計に利用できる生体高分子−リガンド分子の安定複
合体構造の探索方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for searching for a stable complex structure of a biopolymer-ligand molecule, which can be used for structural design of medicines, agricultural chemicals, and other physiologically active compounds.

背景技術 薬物や生体内活性物質が生理活性を発現するには、標
的となる生体高分子(細胞間のシグナル伝達に関与する
薬理学的受容体だけでなく、酵素、サイトカイン蛋白そ
の他の蛋白質、およびそれらを主成分とする複合体、核
酸を含む)に強く結合することが必要である。1960年以
降、数多くの生体高分子の立体構造がX線結晶構造解析
によって原子レベルで明らかにされ、その成果はプロテ
インデータバンクに収められて公開されている。
BACKGROUND ART In order for drugs and biologically active substances to exhibit physiological activity, target biopolymers (pharmacological receptors involved in signal transduction between cells, as well as enzymes, cytokine proteins and other proteins, and It is necessary to bind strongly to complexes containing these as main components and nucleic acids). Since 1960, the three-dimensional structures of many biopolymers have been revealed at the atomic level by X-ray crystallography, and the results have been published in protein data banks.

これら生体高分子に結合する低分子量の化合物分子
(薬物分子、酵素の基質・阻害剤・補酵素分子、その
他)をリガンド分子と呼ぶ。リガンド分子としては、薬
物分子の候補、例えばこれから合成しようとする薬物分
子も含む。
These low molecular weight compound molecules (drug molecules, enzyme substrates / inhibitors / coenzyme molecules, etc.) that bind to biopolymers are called ligand molecules. The ligand molecule also includes a drug molecule candidate, for example, a drug molecule to be synthesized.

こうした生体高分子とリガンド分子の安定な結合に
は、生体高分子の立体構造中にあるリガンドを結合する
溝や窪み(リガンド結合部位と呼ぶ)の形状とリガンド
分子の表面の形状がカギ穴とカギのように相補的になっ
ていること、及び、両分子の間に特別な親和力をもたら
す相互作用が働くことが必要である。これらの分子間相
互作用の中で水素結合、静電相互作用、疎水相互作用な
どが特に重要なことが、生体高分子とリガンド分子の複
合体の結晶解析によって知られている。ある任意の化合
物分子が、標的の生体高分子と安定な複合体を形成でき
るかどうか、できるとしたらどのような結合様式(生体
高分子のリガンド結合部位のどの官能基が、リガンド分
子のどの官能基とどのような相互作用しているか)の複
合体なのか、それがどの程度安定な複合体かを知ること
は、薬物設計や構造活性相関において極めて重要であ
る。安定な結合様式を探ることは、配座変化の自由度の
あるリガンド分子にあっては、標的生体高分子に結合し
た時の分子配座(活性配座)を同時に結成することを意
味し、これもまた薬物設計に重要である。
In order for such a stable bond between the biopolymer and the ligand molecule, the shape of the groove or dent (called a ligand binding site) that binds the ligand in the three-dimensional structure of the biopolymer and the shape of the surface of the ligand molecule are key holes. It is necessary that they are complementary like a key, and that an interaction that brings about a special affinity between both molecules works. It is known from the crystal analysis of a complex of a biopolymer and a ligand molecule that hydrogen bonding, electrostatic interaction, hydrophobic interaction, and the like are particularly important among these intermolecular interactions. Whether any given compound molecule can form a stable complex with the target biopolymer, and if so, what kind of binding mode (which functional group of the ligand binding site of the biopolymer corresponds to which functional group of the ligand molecule) It is extremely important in drug design and structure-activity relationship to know what kind of complex it is and how it interacts with the group). Exploring a stable binding mode means that, in the case of a ligand molecule having a degree of freedom in conformational change, it simultaneously forms a molecular conformation (active conformation) when bound to a target biopolymer, This is also important for drug design.

複合体として自由エネルギー的に最も安定な構造をと
る際には、リガンド分子の構造は、リガンド分子単独で
の結晶構造、溶液中での構造、各種エネルギー計算で得
られるエネルギー再安定(または極小)構造とは異なる
ことが多いことが知られている。
When taking the most stable structure in terms of free energy as a complex, the structure of the ligand molecule is determined by the crystal structure of the ligand molecule alone, the structure in solution, and the energy re-stability (or minimum) obtained by various energy calculations. It is known that the structure is often different.

すべての興味あるリガンド分子について、X線結晶解
析など実験的な手法で生体高分子との結合様式を決定す
ることは不可能である。1つ1つのリガンド分子につい
て生体高分子との結合様式を実験的な手法で解析するこ
とは多大の労力と時間を必要とすることが第1の理由で
あるが、リガンド分子が酵素基質である場合には、酸素
反応が進んでしまうために安定複合体構造が実験で検出
できない場合もあるし、リガンド分子である化合物が実
在はしても入手が困難なこともあるからである。さらに
架空のリガンド分子化合物について生体高分子との結合
様式と複合体の安定性を予測し、実際に合成してみる価
値があるかどうかを判断することが要求されることもあ
る。このような予測は、特に、分子設計によって、新し
い薬物や活性物質を考案する場合において極めて有用性
が高い。
It is impossible to determine the binding mode of all interesting ligand molecules to a biopolymer by an experimental method such as X-ray crystallography. The first reason is that it requires a great deal of effort and time to analyze the binding mode of each ligand molecule to a biopolymer by an experimental method, but the ligand molecule is an enzyme substrate. This is because, in such a case, the stable complex structure may not be detected in the experiment due to the progress of the oxygen reaction, and it may be difficult to obtain the compound as the ligand molecule even if it actually exists. Furthermore, it is sometimes required to predict the binding mode of the imaginary ligand molecule compound to the biopolymer and the stability of the complex, and to judge whether or not the synthesis is actually worthwhile. Such a prediction is extremely useful especially when a new drug or active substance is devised by molecular design.

立体構造が既知の生体高分子に対する、任意の構造の
リガンド分子の安定な結合様式をシュミレートする研究
や作業をドッキングスタディと呼ぶ。従来、ドッキング
スタディは、分子模型を使って行なわれてきたが、分子
模型を組み立てる時間や労力がかかること、模型の精度
や結果の再現性が低いこと、及び定量性がないといった
問題点があった。このような問題点を解決する方法とし
て、最近ではコンピュータとコンピュータグラフィック
スを用いたシュミレーション手法が一般に用いられてい
る。
Research and work to simulate a stable binding mode of a ligand molecule having an arbitrary structure to a biopolymer having a known three-dimensional structure is called a docking study. Conventionally, docking studies have been performed using molecular models.However, there are problems such as the time and labor required to assemble the molecular models, low model accuracy and low reproducibility of results, and lack of quantitativeness. Was. As a method for solving such a problem, a simulation method using a computer and computer graphics has recently been generally used.

コンピュータとコンピュータグラフィックスを用いた
シュミレーション手法においては、コンピュータグラフ
ィックス画面上で対話的に、視覚的な判断によって大ま
かな初期複合体構造を設定したのちに、計算科学的に精
密化、定量化することが最も一般的に行なわれている。
しかし、このやり方では、結合様式や分子配座について
作業者の先入観が入り易く、客観的に膨大な可能性の中
から正しい解に到達することが極めて難しい上に、時間
と労力がかかる。また、作業者によって結果が異なるな
ど、結果の信頼性や再現性にも欠ける。
In a simulation method using a computer and computer graphics, a rough initial complex structure is set interactively on the computer graphics screen by visual judgment, and then refined and quantified computationally. This is most commonly done.
However, in this method, it is easy for an operator to prejudice the binding mode and the molecular conformation, it is extremely difficult to reach a correct solution from among the enormous possibilities, and it takes time and effort. In addition, the results differ depending on the operator, and the results lack reliability and reproducibility.

このような問題点を解決するために、作業者の主観が
介入しないですむ方法について2、3の研究がなされて
いる。Kuntzらは、リガンド分子を数個の球で近似的に
表現し、分子配座の自由度の代わりに複数の球の相対的
関係を変化させつつ、受容体のリガンド分子結合部位に
フィットするかどうかを判定するプログラムを発表して
いる(Docking Flexible Ligands to Macromolecular R
eceptors by Molecular Shape,R.L.Des Julais,R.P.She
ridan,J.Scott Dixon,I.D.Kuntz、及びR.Venkataraghav
an:J.Med Chem.(1986)29,2149−2153)。しかし、こ
の方法は水素係合をはじめとする特異的な分子間相互作
用を扱うことができないので、安定な複合体を形成する
結合様式や配座を確実に決定するには有効でない。
In order to solve such problems, a few studies have been made on a method that does not require the operator's subjectivity to intervene. Kuntz and colleagues describe the approximate representation of a ligand molecule as a few spheres, and instead of changing the degree of freedom of the molecular conformation, change the relative relationship of the spheres to fit the ligand molecule binding site of the receptor. (Docking Flexible Ligands to Macromolecular R
eceptors by Molecular Shape, RLDes Julais, RPShe
ridan, J. Scott Dixon, IDKuntz, and R. Venkataraghav
an: J. Med Chem. (1986) 29 , 2149-2153). However, since this method cannot deal with specific intermolecular interactions including hydrogen engagement, it is not effective in reliably determining the binding mode or conformation that forms a stable complex.

また、F.Jiangらは、Kuntzらの注目した形状の相補性
の他に水素結合性、静電相互作用などの分子間相互作用
を定性的に考慮した自動ドッキング法を考案した(F.Ji
ang,S.Kim,J.Mol.Biol.219,79(1991))。しかし、こ
の方法は、リガンド分子の配座の自由度を考慮していな
い上に、分子間相互作用に関する定量的な評価が不十分
である。
In addition, F. Jiang et al. Devised an automatic docking method that qualitatively considers intermolecular interactions such as hydrogen bonding and electrostatic interaction in addition to complementation of the shape noted by Kuntz et al. (F. Ji
ang, S. Kim, J. Mol. Biol. 219 , 79 (1991)). However, this method does not take into account the degree of freedom of conformation of the ligand molecule, and is insufficient in quantitative evaluation of intermolecular interaction.

他の方法も研究されているが、いずれも、分子間の特
異的相互作用が考慮されてなかったり、リガンド分子の
配座の自由度が考慮されず、はじめに与えた配座(単独
での結晶構造など)でしかドッキング状態が検索出来な
いなどの欠点を有し、有効な方法にはなってない。一般
に、生体高分子に対するリガンド分子の結合様式とリガ
ンド分子の活性配座は完全にカップルしているので、そ
の両方を考慮しないと意味がない。結合様式と活性配座
は、それぞれに膨大な数の可能性があり得、その全ての
組合せを考慮しないと、可能な複合体構造を網羅したこ
とにならないが、結合様式と活性配座の全ての組合せを
考慮した複合体構造の探索方法は今だに確立されていな
い。
Other methods have been studied, but none of them consider the specific interaction between the molecules or the degree of freedom of the conformation of the ligand molecule. However, it has a drawback that the docking state can be searched only by the structure, etc., and is not an effective method. In general, the binding mode of the ligand molecule to the biopolymer and the active conformation of the ligand molecule are completely coupled, and it is meaningless without considering both. The binding mode and active conformation can each have a vast number of possibilities, and without considering all of the combinations, it is not possible to cover all possible complex structures, but all of the binding modes and active conformations A method for searching for a complex structure in consideration of the combination of the two has not yet been established.

従って、本発明は、上記の問題点を解決した、生体高
分子−リガンド分子の安定複合体構造の探索方法を提供
することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for searching for a stable complex structure of a biopolymer-ligand molecule, which solves the above problems.

また、本発明は、生体高分子に対するリガンド分子の
結合様式とリガンド分子の活性配座を同時に探索するこ
とができる方法を提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a method capable of simultaneously searching for a binding mode of a ligand molecule to a biopolymer and an active conformation of the ligand molecule.

発明の開示 本発明者らは、鋭意努力した結果、生体高分子−リガ
ンド分子間の相互作用として、水素結合、静電相互作
用、及びファンデルワールス力を考慮して安定複合体の
結合様式を探索すると同時にリガンド分子の活性配座を
探索することによって、任意のリガンド分子を生体高分
子のリガンド結合領域に自動的にドッキングさせる方法
を開発して、上記の課題を解決することに成功した。す
なわち、本発明は、 (1)生体高分子中の水素結合性官能基の水素結合の相
手となり得るヘテロ原子の位置に設定したダミー原子と
リガンド分子中の水素結合性ヘテロ原子との対応づけを
組合せ的に網羅することにより、生体高分子−リガンド
分子間の水素結合様式を網羅する第1工程、 (2)前記のダミー原子間の距離と前記の水素結合性ヘ
テロ原子間の距離を比較することにより、生体高分子−
リガンド分子分子間の水素結合様式及びリガンド分子の
水素結合性部分の配座を同時に推定する第2工程、及び (3)第2工程で得られた水素結合様式と配座毎に、リ
ガンド分子中の水素結合性ヘテロ原子とダミー原子との
対応関係に基づいてリガンド分子の全原子の座標を生体
高分子の座標系に置き換えることにより生体高分子−リ
ガンド分子の複合体構造を得る第3工程 を含む生体高分子−リガンド分子の安定複合体の構造を
探索する方法を提供するものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION As a result of intensive efforts, the present inventors have developed a binding mode of a stable complex in consideration of hydrogen bonding, electrostatic interaction, and Van der Waals force as interactions between a biopolymer and a ligand molecule. By searching for the active conformation of the ligand molecule at the same time as the search, a method for automatically docking any ligand molecule to the ligand binding region of the biopolymer was developed, and the above-mentioned problem was successfully solved. That is, the present invention provides: (1) The association between a dummy atom set at a position of a hetero atom that can be a hydrogen bond partner of a hydrogen bond functional group in a biopolymer and a hydrogen bond hetero atom in a ligand molecule. A first step of covering the hydrogen bonding mode between the biopolymer and the ligand molecule by covering in combination; (2) comparing the distance between the dummy atoms and the distance between the hydrogen-bonding heteroatoms; By doing so, biopolymers-
A second step of simultaneously estimating the hydrogen bonding mode between the ligand molecules and the conformation of the hydrogen bonding portion of the ligand molecule; and (3) the hydrogen bonding mode and the conformation obtained in the second step are used in the ligand molecule. A third step of obtaining a complex structure of a biopolymer-ligand molecule by replacing the coordinates of all atoms of the ligand molecule with a coordinate system of a biopolymer based on the correspondence between the hydrogen-bonding heteroatom and the dummy atom. The present invention provides a method for searching for the structure of a stable biopolymer-ligand molecule complex containing the same.

また、本発明は、 (1)生体高分子中の水素結合性官能基の水素結合の相
手となり得るヘテロ原子の位置に設定したダミー原子と
リガンド分子の部分構造中の水素結合性ヘテロ原子との
対応づけを組合せ的に網羅することにより、生体高分子
−リガンド分子間の水素結合様式を網羅する第1工程、 (2)前記のダミー原子間の距離と前記の水素結合性ヘ
テロ原子間の距離を比較することにより、生体高分子−
リガンド分子間の水素結合様式及びリガンド分子の部分
構造の配座を同時に推定する第2工程、 (3)第2工程で得られた水素結合様式と配座に基づい
て、前記のリガンド分子の部分構造中で不可能な水素結
合様式を与えるダミー原子と水素結合性ヘテロ原子の組
合せ、及びダミー原子と水素結合を形成し得ない水素結
合性ヘテロ原子を保存する第3工程、 (4)第3工程で保存された水素結合性ヘテロ原子を含
む組合せ、及び第3工程で保存されたダミー原子と水素
結合性ヘテロ原子の組合せを除いて、ダミー原子とリガ
ンド分子中の水素結合性ヘテロ原子との対応づけを組合
せ的に網羅することにより、生体高分子−リガンド分子
間の水素結合様式を網羅する第4工程、 (5)前記のダミー原子間の距離と前記の水素結合性ヘ
テロ原子間の距離を比較することにより、生体高分子−
リガンド分子間の水素結合様式及びリガンド分子の水素
結合性部分の配座を同時に推定する第5工程、及び (6)第5工程で得られた水素結合様式と配座毎に、リ
ガンド分子中の水素結合性ヘテロ原子とダミー原子との
対応関係に基づいてリガンド分子の全原子の座標を生体
高分子の座標系に置き換えることにより生体高分子−リ
ガンド分子の複合体構造を得る第6工程 を含む生体高分子−リガンド分子の安定複合体の構造を
探索する方法を提供するものである。この方法により、
生体高分子−リガンド分子の安定複合体構造の探索の高
速化が図れ、また、生体高分子及び/又はリガンド分子
が含雑な構造を有する場合にも、安定な複合体の構造を
短時間に探索することが可能となる。
Further, the present invention provides: (1) a method comprising: A first step of covering the hydrogen bonding mode between the biopolymer and the ligand molecule by covering the association in combination; (2) the distance between the dummy atoms and the distance between the hydrogen bonding heteroatoms; By comparing
A second step of simultaneously estimating the hydrogen bonding mode between the ligand molecules and the conformation of the partial structure of the ligand molecule; (3) the part of the ligand molecule based on the hydrogen bonding mode and the conformation obtained in the second step A third step of preserving a combination of a dummy atom and a hydrogen-bonding heteroatom that gives a hydrogen bonding mode impossible in the structure, and a hydrogen-bonding heteroatom that cannot form a hydrogen bond with the dummy atom; (4) third step Except for the combination containing the hydrogen-bonding heteroatom conserved in the step and the combination of the dummy atom and the hydrogen-bonding heteroatom conserved in the third step, the combination of the dummy atom and the hydrogen-bonding heteroatom in the ligand molecule A fourth step of covering the hydrogen bonding mode between the biopolymer and the ligand molecule by covering the association in combination; (5) the distance between the dummy atoms and the hydrogen bonding heteroatom; By comparing the distance, biopolymers -
A fifth step of simultaneously estimating the hydrogen bonding mode between the ligand molecules and the conformation of the hydrogen bonding portion of the ligand molecule; and (6) for each hydrogen bonding mode and conformation obtained in the fifth step, A sixth step of obtaining a complex structure of a biopolymer-ligand molecule by replacing the coordinates of all atoms of the ligand molecule with a biopolymer coordinate system based on the correspondence between the hydrogen-bonding hetero atom and the dummy atom. It is intended to provide a method for searching for a structure of a stable complex of a biopolymer-ligand molecule. In this way,
The search for a stable structure of a biopolymer-ligand molecule can be speeded up, and the structure of a stable complex can be reduced in a short time even when the biopolymer and / or the ligand molecule have a complicated structure. It becomes possible to search.

さらにまた、本発明は、 (1)生体高分子の水素結合性官能基の水素結合の相手
となり得るヘテロ原子の位置に設定したダミー原子とリ
ガンド分子中の水素結合性ヘテロ原子との対応づけを組
合せ的に網羅することにより、生体高分子−リガンド分
子間の水素結合様式を網羅する第1工程、 (2)前記のダミーの原子間の距離と前記の水素結合性
ヘテロ原子間の距離を比較することにより、生体高分子
−リガンド分子間の水素結合様式及びリガンド分子の水
素結合性部分の配座を同時に推定する第2工程、 (3)第2工程で得られた水素結合様式を保持しつつ、
ダミー原子とリガンド分子中の水素結合性ヘテロ原子の
位置が一致するようにリガンド分子の配座を最適化し、
次いで、分子内のエネルギーの高いリガンド分子の配座
を除去する第3工程、 (4)第3工程で除去されなかった配座毎に、リガンド
分子中の水素結合性ヘテロ原子とダミー原子との相対関
係に基づいてリガンド分子の全原子の座標を生体高分子
の座標系に置き換えることにより生体高分子−リガンド
分子の複合体構造を得る第4工程、 (5)第4工程で得られた複合体構造から、リガンド分
子中の水素結合性部分の分子内エネルギー及び生体高分
子−該リガンド分子中の水素結合性部分の分子間相互作
用エネルギーの高い複合体構造を除去し、次いで、残っ
た複合体構造について構造の最適化を行う第5工程、 (6)第5工程で得られた複合体構造毎に、リガンド分
子の非水素結合性部分の配座を発生させて新たな複合体
構造を得る第6工程、及び (7)第6工程で得られた複合体構造から、リガンド分
子全体の分子内エネルギー及び生体高分子−リガンド分
子の分子間相互作用エネルギーの高い複合体構造を除去
し、次いで、残った複合体構造について構造の最適化を
行う第7工程を含む生体高分子−リガンド分子の安定複
合体の構造を探索する方法を提供するものである。この
方法により、生成させる配座の数を少なくしても適切な
複合体構造の選択が可能となり、精度のよい安定複合体
が得られる。
Furthermore, the present invention relates to (1) associating a dummy atom set at a position of a heteroatom which can be a hydrogen bond partner of a hydrogen bondable functional group of a biopolymer with a hydrogen bondable hetero atom in a ligand molecule. A first step of covering the hydrogen bonding mode between the biopolymer and the ligand molecule by covering in combination, (2) comparing the distance between the dummy atoms and the distance between the hydrogen bonding heteroatoms A second step of simultaneously estimating the hydrogen bonding mode between the biopolymer and the ligand molecule and the conformation of the hydrogen bonding portion of the ligand molecule, (3) maintaining the hydrogen bonding mode obtained in the second step. While
Optimize the conformation of the ligand molecule so that the position of the hydrogen-bonding heteroatom in the dummy atom and the ligand molecule coincide,
Next, a third step of removing the conformation of the ligand molecule having a high energy in the molecule, (4) for each conformation not removed in the third step, the difference between the hydrogen-bonding hetero atom and the dummy atom in the ligand molecule A fourth step of obtaining the complex structure of the biopolymer-ligand molecule by replacing the coordinates of all atoms of the ligand molecule with the coordinate system of the biopolymer based on the relative relationship; (5) the complex obtained in the fourth step From the body structure, the complex structure in which the intramolecular energy of the hydrogen bonding portion in the ligand molecule and the intermolecular interaction energy of the biopolymer-hydrogen bonding portion in the ligand molecule are high is removed, and then the remaining complex is removed. A fifth step of optimizing the structure of the body structure, (6) for each complex structure obtained in the fifth step, a new complex structure is generated by generating a conformation of a non-hydrogen bonding portion of the ligand molecule. 6th to get And (7) removing, from the complex structure obtained in the sixth step, a complex structure having a high intramolecular energy of the entire ligand molecule and a high intermolecular interaction energy of the biopolymer-ligand molecule, and then removing the remaining complex structure. It is intended to provide a method for searching for the structure of a biopolymer-ligand molecule stable complex including a seventh step of optimizing the structure of the complex structure. By this method, an appropriate complex structure can be selected even if the number of conformations to be generated is reduced, and a stable complex with high accuracy can be obtained.

本発明において、生体高分子とは、生体に見出される
高分子の他、生体に見出される高分子を模擬した分子も
含む概念である。
In the present invention, a biopolymer is a concept that includes not only a polymer found in a living body but also a molecule simulating a polymer found in a living body.

水素結合性官能基は、水素結合に関与すると考えられ
る官能基及び原子を含む概念である。
The hydrogen bonding functional group is a concept including a functional group and an atom that are considered to be involved in hydrogen bonding.

水素結合性ヘテロ原子とは、リガンド分子中に存在す
る水素結合性官能基を構成するヘテロ原子をいうものと
する。
The term "hydrogen-bonding heteroatom" refers to a heteroatom constituting a hydrogen-bonding functional group present in a ligand molecule.

水素結合性部分とは、リガンド分子の構造のうち、ダ
ミー原子と対応づけられる水素結合性ヘテロ原子を含む
構造部分をいうものとし、非水素結合性部分とは、水素
結合性部分以外の構造部分をいうものとする。
The term “hydrogen-bonding moiety” refers to a structural part of a ligand molecule that includes a hydrogen-bonding heteroatom associated with a dummy atom, and the non-hydrogen-bonding moiety refers to a structural part other than the hydrogen-bonding moiety. Shall be referred to.

図面の簡単な説明 第1図は、本発明の方法における主要なステップを模
式的に示したものである。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 schematically shows the main steps in the method of the invention.

第2図は、本発明の方法のフローチャートを示す。図
中、Sはステップを示す。
FIG. 2 shows a flow chart of the method of the present invention. In the figure, S indicates a step.

第3図は、メトトレキセート(MTX)及びジヒドロ葉
酸(DHF)の分子構造を示す。図中、丸で囲った原子は
水素結合性ヘテロ原子であり、a〜dは、系統的に回転
させる結合を示す。
FIG. 3 shows the molecular structures of methotrexate (MTX) and dihydrofolate (DHF). In the figure, the circled atoms are hydrogen-bonding heteroatoms, and a to d indicate bonds that are systematically rotated.

第4図は、本発明の方法により得られた、ジヒドロ葉
酸還元酵素−メトトレキセート複合体の最安定モデルの
構造を示す。図中、太線はメトトレキセートの分子構造
を、細線はジヒドロ葉酸還元酵素の分子構造の一部を示
す。
FIG. 4 shows the structure of the most stable model of the dihydrofolate reductase-methotrexate complex obtained by the method of the present invention. In the figure, the thick line shows the molecular structure of methotrexate, and the thin line shows a part of the molecular structure of dihydrofolate reductase.

第5図は、入力構造として用いた単独時の結晶構造中
のメトトレキセートの配座(a)、本発明の方法により
得られた、ジヒドロ葉酸還元酵素−メトトレキセート複
合体の最安定モデル中のメトトレキセートの配座
(b)、及びジヒドロ葉酸還元酵素−メトトレキセレー
ト複合体の結晶構造中のメトトレキセートの配座(c)
を示す。
FIG. 5 shows the conformation (a) of methotrexate in the crystal structure used alone as the input structure, and the methotrexate in the most stable model of dihydrofolate reductase-methotrexate complex obtained by the method of the present invention. Conformation (b) and conformation of methotrexate in the crystal structure of dihydrofolate reductase-methotrexate complex (c)
Is shown.

第6図は、ジヒドロ葉酸還元酵素反応の立体特異性を
示す。
FIG. 6 shows the stereospecificity of the dihydrofolate reductase reaction.

第7図は、本発明の方法により得られた、ジヒドロ葉
酸還元酵素−ジヒドロ葉酸複合体の最安定モデルの構造
を示す。図中は、太線はジヒドロ葉酸の分子構造を、点
線はジヒドロ葉酸還元酵素の分子構造の一部を示す。
FIG. 7 shows the structure of the most stable model of the dihydrofolate reductase-dihydrofolate complex obtained by the method of the present invention. In the figure, the bold line shows the molecular structure of dihydrofolate, and the dotted line shows a part of the molecular structure of dihydrofolate reductase.

第8図は、ジヒドロ葉酸還元酵素−メトトレキセート
複合体の結晶構造中のメトトレキセートのジヒドロ葉酸
還元酵素への結合様式の模式図(a)と、ジヒドロ葉酸
還元酵素反応生成物の立体特異性から推定されるジヒド
ロ葉酸のジヒドロ葉酸還元酵素への結合様式の模式図
(b)を示す。
FIG. 8 is a schematic diagram (a) of the binding mode of methotrexate to dihydrofolate reductase in the crystal structure of the dihydrofolate reductase-methotrexate complex, and is estimated from the stereospecificity of the dihydrofolate reductase reaction product. (B) shows a schematic diagram of the mode of binding of dihydrofolate to dihydrofolate reductase.

発明を実施するための最良の形態 第2図のフローチャートを参照して、本発明の好まし
い実施態様について説明する。なお、第2図において、
Sは各ステップを示す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 2,
S indicates each step.

まず、生体高分子を構成する原子の番号と原子座標
(但し、水素原子の原子座標は除く。)を入力する(S
1)。
First, the number and atomic coordinates of the atoms constituting the biopolymer (excluding the atomic coordinates of hydrogen atoms) are input (S
1).

生体高分子の原子座標は、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か、蛋白質結晶デー
タベース等を利用して入手するか、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の原子座標を用い
ることができる。この原子座標は、三次元座標系で表さ
れることが好ましい。また、生体高分子に結合して構造
的にも機能的にも重要な役割を果たす補因子を生体高分
子の一部として見做して、該補因子を結合した状態の生
体高分子の原子座標を入力して、以後のステップを行っ
てもよい。上記の補因子としては、補酵素、水分子、鉄
イオン等を挙げることができる。
The atomic coordinates of a biopolymer can be calculated from the three-dimensional structure obtained by X-ray crystallographic analysis or NMR analysis, obtained using a protein crystal database, etc. The atomic coordinates of the polymer model can be used. This atomic coordinate is preferably represented by a three-dimensional coordinate system. In addition, a cofactor that plays an important structural and functional role by binding to a biopolymer is regarded as a part of the biopolymer, and the atoms of the biopolymer in a state where the cofactor is bound are considered. The subsequent steps may be performed by inputting the coordinates. Examples of the cofactor include a coenzyme, a water molecule, and an iron ion.

次に、前記の生体高分子中に存在するアミノ酸残基を
構成する水素原子の原子座標を算出する(S2)。
Next, the atomic coordinates of the hydrogen atoms constituting the amino acid residues present in the biopolymer are calculated (S2).

一般に、生体高分子の水素原子の位置は、X線結晶解
析やNMR解析等の実験的手法では求められず、また、蛋
白質結晶データベース等からも水素原子に関する情報は
入手できないので、生体高分子中に存在するアミノ酸残
基の構造に基づいて、該アミノ酸残基を構成する水素原
子の原子座標を算出する。回転可能なアミノ酸残基に結
合しているために、その原子座標を一義的に決定できな
い水素原子は、トランス位に存在すると仮定して原子座
標を算出することが好ましい。
In general, the positions of hydrogen atoms in biopolymers cannot be determined by experimental methods such as X-ray crystallography and NMR analysis, and information on hydrogen atoms cannot be obtained from protein crystal databases or the like. Based on the structure of the amino acid residue existing in the above, the atomic coordinates of the hydrogen atom constituting the amino acid residue are calculated. A hydrogen atom whose atomic coordinates cannot be unambiguously determined because it is bonded to a rotatable amino acid residue is preferably calculated on the assumption that it is present in the trans position.

次に、生体高分子中に存在するアミノ酸残基を構成す
る原子に電荷を付加する(S3)。
Next, a charge is added to the atoms constituting the amino acid residues present in the biopolymer (S3).

この電荷の値としては、各アミノ酸について算出され
ている文献値、例えば、Weinerの値(Weiner,S.J.,Koll
man,P.A.Case,D.A.,Singh,U.C.,Ghio,C.,Alagona,G.,Pr
ofeta,S.,Jr.and Weiner,P.,J.Am.Chem.Soc.,106(198
4)765−784)を用いることができる。
As the value of this charge, a literature value calculated for each amino acid, for example, a Weiner value (Weiner, SJ, Koll
man, PACase, DA, Singh, UC, Ghio, C., Alagona, G., Pr
ofeta, S., Jr. and Weiner, P., J. Am. Chem. Soc., 106 (198
4) 765-784) can be used.

次に、生体高分子中に存在する水素結合性官能基を構
成するヘテロ原子について、水素結合番号を付加する
(S4)。
Next, a hydrogen bond number is added to the heteroatom constituting the hydrogen bondable functional group present in the biopolymer (S4).

水素結合番号は、以下の表1に従って、付加すること
ができる。
Hydrogen bond numbers can be added according to Table 1 below.

次に、リガンド結合領域を指定する(S5)。 Next, a ligand binding region is designated (S5).

上記の領域としては、生体高分子の任意の部位を含む
領域を選択することができる。目的に応じて、リガンド
結合ポケット、その周辺の生体高分子の部位、及び、必
要に応じて、エフェクター等の他の分子の結合する生体
高分子の部位を含む領域を、例えば、第1図の(a)に
示すように、直方体として指定することができる。リガ
ンド結合ポケットとは、生体高分子の凹んだ分子表面に
あり、基質や阻害剤などのリガンド分子が結合する内孔
をいう。
As the above-mentioned region, a region including an arbitrary site of the biopolymer can be selected. Depending on the purpose, a region containing a ligand binding pocket, a site of a biopolymer surrounding the site, and, if necessary, a site of a biopolymer to which another molecule such as an effector is bound may be, for example, as shown in FIG. As shown in (a), it can be designated as a rectangular parallelepiped. The ligand binding pocket refers to an inner hole on a concave molecular surface of a biopolymer, to which a ligand molecule such as a substrate or an inhibitor binds.

リガンド結合領域の範囲の指定には、プログラムGREE
N(Journal of Computer Ages Molecular Design,vol.
1,pp.197−210(1987),Nobuo Tomioka,Akiko Itai,and
Yoichi Iitaka)の機能の一部を利用することができ
る。
To specify the range of the ligand binding region, use the program GREE
N (Journal of Computer Ages Molecular Design, vol.
1, pp. 197-210 (1987), Nobuo Tomioka, Akiko Itai, and
You can use some of the functions of Yoichi Iitaka).

S5で指定した領域内に三次元格子点を発生させ、各三
次元格子点につき、番号付けと格子点情報の算出を行う
(S6)。
Three-dimensional grid points are generated in the area specified in S5, and numbering and grid point information are calculated for each three-dimensional grid point (S6).

三次元格子点とは、生体高分子のリガンド結合領域内
の一定間隔毎に発生させる三次元格子上の点をいうもの
とする。格子点情報とは、各三次元格子点上にプローブ
となる原子があるとして算出した生体高分子とプローブ
原子の間に働くファンデルワールス相互作用エネルギー
及び静電相互作用エネルギー、並びに水素結合性等のリ
ガンド結合領域の局所的な物理化学的情報を含む概念で
ある。
The three-dimensional lattice points are points on the three-dimensional lattice generated at regular intervals in the ligand binding region of the biopolymer. Lattice point information refers to van der Waals and electrostatic interaction energies acting between the biomolecule and the probe atoms, calculated assuming that there is a probe atom on each three-dimensional lattice point, and hydrogen bonding properties. This is a concept that includes local physicochemical information of the ligand binding region.

この三次元格子点の格子点情報を利用することによ
り、以後のステップで行う生体高分子とリガンド分子の
分子間相互作用エネルギーの近似計算の高速化が可能と
なり、また、以後のステップで設定するダミー原子の位
置を合理的に決定することが可能となる。その結果、生
体高分子とリガンド分子のドッキングモデルを短時間に
網羅的に探索できるようになる。
By using the grid point information of the three-dimensional grid points, it becomes possible to speed up the approximate calculation of the interaction energy between the biopolymer and the ligand molecule performed in the subsequent steps, and to set in the subsequent steps. The position of the dummy atom can be rationally determined. As a result, a docking model of a biopolymer and a ligand molecule can be comprehensively searched in a short time.

三次元格子点は、0.3〜2.0オンングストローム、好ま
しくは、0.3〜0.5オングストロームの一定間隔はS5で指
定した領域内に発生させてよい。
The three-dimensional lattice points may be generated at a fixed interval of 0.3 to 2.0 angstroms, preferably 0.3 to 0.5 angstroms, in the area designated by S5.

プローブ原子としては、リガンドとなる可能性のある
化合物に含まれるすべての原子種を採用することが好ま
しい。
As the probe atom, it is preferable to adopt all the types of atoms contained in the compound which may be a ligand.

各三次元格子点に配置した各プローブ原子と生体高分
子との間に働くファンデルワールス相互作用エネルギー
は、実験的なポテンシャル関数を用いて常法の原子対計
算により算出することができる。実験的なポテンシャル
関数としては、以下の式で表されるようなLennard−Jon
es type関数を用いることができる。
The van der Waals interaction energy acting between each probe atom arranged at each three-dimensional lattice point and the biopolymer can be calculated by an ordinary atom pair calculation using an experimental potential function. As an experimental potential function, Lennard-Jon as expressed by the following equation
The es type function can be used.

(式中、iはプローブ原子の位置を示す番号を、jは生
体高分子の原子番号を表す。A及びBは極小のポテンシ
ャルの位置と大きさを決定するパラメーターを表す。r
ijは、i番目に配置したプローブ原子と生体高分子のj
番目の原子との間の距離を表す。) リガンド分子をこの三次元格子点上に置いた時の、リ
ガンド分子−生体高分子間のファンデルワールス相互作
用エネルギーは、以下の式から算出することができる。
(In the formula, i represents a number indicating the position of the probe atom, j represents the atomic number of the biopolymer, and A and B represent parameters for determining the position and magnitude of the minimal potential.
ij is the i-th probe atom and j of the biopolymer
Represents the distance between the atoms. The van der Waals interaction energy between the ligand molecule and the biopolymer when the ligand molecule is placed on this three-dimensional lattice point can be calculated from the following equation.

(式中、mはリガンド分子中の原子も番号であり、Nは
リガンド分子中の原子の数であり、m0はm番目の原子に
最も近い三次元格子点の番号である。) 上記のA及びBのパラメーターとしては、Weinerらの
値(Weiner,S.J.,Kollman,P.A.,Case,D.A.,Singh,U.C.,
Ghio,C.,Alagona,G.,Profeta,S.,Jr.and Weiner,P.,J.A
m.Chem.Soc.,106(1984)765−784)を用いることがで
きる。
(Where m is also the number of atoms in the ligand molecule, N is the number of atoms in the ligand molecule, and m 0 is the number of the three-dimensional lattice point closest to the mth atom.) As parameters of A and B, values of Weiner et al. (Weiner, SJ, Kollman, PA, Case, DA, Singh, UC,
Ghio, C., Alagona, G., Profeta, S., Jr.and Weiner, P., JA
m. Chem. Soc., 106 (1984) 765-784) can be used.

各三次元格子点に配置した各プローブ原子と生体高分
子との間に働く静電相互作用エネルギーは、以下の式か
ら算出することができる。
The electrostatic interaction energy acting between each probe atom arranged at each three-dimensional lattice point and the biopolymer can be calculated from the following equation.

(式中、i、j、及びrijは、前に定義した通りであ
り、qjは生体高分子のj番目の原子の電荷を、Kはエネ
ルギー単位を変換するための定数を、εは誘電率を表
す。) 上記の誘電率として、一定の値を用いてもよいが、Wa
rshelらが提案しているようなrijに依存した値(Warshe
l,A.,J.Phys.Chem.,83(1979)1640−1652)を用いるこ
とが好ましい。
( Where i, j, and r ij are as defined above, q j is the charge of the jth atom of the biopolymer, K is a constant for converting energy units, and ε is A constant value may be used as the above-mentioned dielectric constant.
rshel et al. suggested r ij dependent values (Warshe
1, A., J. Phys. Chem., 83 (1979) 1640-1652).

リガンド分子をこの三次元格子点上に置いた時の、リ
ガンド分子−生体高分子間の静電相互作用エネルギー
は、以下の式から算出することができる。
The electrostatic interaction energy between the ligand molecule and the biopolymer when the ligand molecule is placed on this three-dimensional lattice point can be calculated from the following equation.

(式中、m、N、及びm0は上で定義した通りである。) 水素結合性とは、その三次元格子点に水素供与性の原
子又は水素受容性の原子のどちらの原子が配置されれ
ば、生体高分子の水素結合性官能基と水素結合を形成し
得るか、あるいは、どちらの原子が配置されても生体高
分子の水素結合性官能基と水素結合を形成し得ないこと
に関する情報をいう。
(Wherein, m, N, and m 0 are as defined above.) Hydrogen bonding refers to the arrangement of either a hydrogen-donating atom or a hydrogen-accepting atom at its three-dimensional lattice point. If it is, it can form a hydrogen bond with the hydrogen bonding functional group of the biopolymer, or it can not form a hydrogen bond with the hydrogen bonding functional group of the biopolymer regardless of which atom is arranged Information about.

三次元格子点の水素結合性は以下のようにして求める
ことができる。ある三次元格子点Pと、生体高分子中に
存在するある水素供与性原子Dとの間の距離DPが水素結
合を形成し得る距離(例えば、2.5〜3.1オングストロー
ム)であり、かつ、P、水素H、及びDがなす角度∠DH
Pが水素結合を形成し得る角度(例えば、30゜以上)で
あれば、この三次元格子点は水素受容性であると見做し
てよい。同様に、ある三次元格子点Pと、生体高分子中
に存在するある水素受容性原子Aとの間の距離DAが水素
結合を形成し得る距離であり、かつ、P、孤立電子対
L、及びAがなす角度∠ALPが水素結合を形成し得る角
度であれば、この三次元格子点は水素供与性であると見
做してよい。ある三次元格子点が、水素受容性でも、水
素供与性でもない場合は、水素結合性は無いと見做して
よい。水素受容性である三次元格子点に1、水素供与性
である三次元格子点に2、水素結合性のない三次元格子
点に0番号を付加することにより、三次元格子点の水素
結合性を表すことができる。
The hydrogen bonding property of a three-dimensional lattice point can be determined as follows. A distance DP between a certain three-dimensional lattice point P and a hydrogen donor atom D present in the biopolymer is a distance (for example, 2.5 to 3.1 angstroms) at which a hydrogen bond can be formed; Angle ∠DH formed by hydrogen H and D
If P is an angle capable of forming a hydrogen bond (for example, 30 ° or more), the three-dimensional lattice point may be considered to be hydrogen-accepting. Similarly, a distance DA between a certain three-dimensional lattice point P and a certain hydrogen acceptor atom A present in a biopolymer is a distance capable of forming a hydrogen bond, and P, a lone electron pair L, If the angle ∠ALP formed by A and A is an angle at which a hydrogen bond can be formed, this three-dimensional lattice point may be regarded as hydrogen-donating. If a certain three-dimensional lattice point is neither hydrogen-accepting nor hydrogen-donating, it may be considered that there is no hydrogen bonding. By adding 1 to the three-dimensional lattice points that are hydrogen-accepting, 2 to the three-dimensional lattice points that are hydrogen-donating, and 0 to the three-dimensional lattice points that do not have hydrogen bonding properties, the hydrogen bonding properties of the three-dimensional lattice points are added. Can be represented.

生体高分子中に存在する水素結合性官能基であって、
S5で指定した領域内に存在するものの中から、リガンド
分子と水素結合を形成することが予想されるものを選択
する(S7)。
A hydrogen bonding functional group present in a biopolymer,
From those existing in the region specified in S5, those that are expected to form hydrogen bonds with the ligand molecule are selected (S7).

複数の水素結合性官能基が存在する場合には、その重
要度に応じて選択する。
When a plurality of hydrogen-bonding functional groups are present, selection is made according to their importance.

S6で算出した三次元格子点の格子点情報に基づいて、
S7で選択した各水素結合性官能基に対してダミー原子を
設定する(S8)。
Based on the grid point information of the three-dimensional grid points calculated in S6,
A dummy atom is set for each hydrogen-bonding functional group selected in S7 (S8).

このステップは、まず、S6で算出した三次元格子点の
水素結合性に基づいて、S7で選択した格水素結合性官能
基と水素結合を形成し得る領域(以下、「水素結合性領
域」という。)を決定し、次いで、水素結合性領域内で
かつ、他の原子のファンデルワールス半径外に、適当な
数、例えば5〜20個の三次元格子点が存在する水素結合
性領域を構成する三次元格子点の中心にダミー原子を配
置することにより行うことができる。水素結合性領域
は、同じ水素結合性を有し、互いに隣接する一群の三次
元格子点から構成される領域である。
In this step, first, based on the hydrogen bonding properties of the three-dimensional lattice points calculated in S6, a region capable of forming a hydrogen bond with the highly hydrogen bonding functional group selected in S7 (hereinafter referred to as a “hydrogen bonding region”) ), And then construct a hydrogen bonding region in which there is an appropriate number, for example, 5 to 20 three-dimensional lattice points, within the hydrogen bonding region and outside the van der Waals radius of the other atoms. This can be performed by arranging a dummy atom at the center of the three-dimensional lattice point. The hydrogen bonding region is a region having the same hydrogen bonding property and configured from a group of three-dimensional lattice points adjacent to each other.

ダミー原子には、その中心に該ダミー原子を配置した
三次元格子点と同じ水素結合性を与えておく。
The dummy atom is given the same hydrogen bonding property as the three-dimensional lattice point where the dummy atom is arranged at the center.

1個の水素結合性官能基から2個以上のダミー原子が
設定されたり、1個のダミー原子も設定されなかったり
する。
Two or more dummy atoms are set from one hydrogen bonding functional group, and one dummy atom is not set.

次に、リガンド分子を構成する原子について、番号、
原子名、原子タイプ番号、原子座標、電荷、及び、その
原子が水素結合性ヘテロ原子である場合には水素結合番
号を入力する(S9)。
Next, for the atoms constituting the ligand molecule,
The atom name, atom type number, atomic coordinates, charge, and if the atom is a hydrogen-bonding heteroatom, enter the hydrogen bond number (S9).

リガンド分子を構成する原子の原子タイプ番号は、We
inerら(Weiner,S.J.,Kollman,P.A.,Cese,D.A.,Singh,
U.C.,Ghio,C.,Alagona,G.,Profeta,S.,Jr.andg Weiner,
P.,J.Am.Chem.Soc.,106(1984)765−7840)の行った番
号付けに従うことが好ましい。
The atomic type numbers of the atoms that make up the ligand molecule are We
iner et al. (Weiner, SJ, Kollman, PA, Cese, DA, Singh,
UC, Ghio, C., Alagona, G., Profeta, S., Jr. andg Weiner,
P., J. Am. Chem. Soc., 106 (1984) 765-7840).

リガンド分子の原子座標は、単独の結晶の構造解析、
結晶データベースやエネルギー計算を基にしたモデルビ
ィルディングより得られた立体構造等から算出すること
ができる。リガンド分子の原子座標が表す立体構造は、
基本的には、原子間の結合距離、結合角等の幾何学的な
量さえ正確であれば、配座は全く問題としない。しか
し、リガンド分子を構成する各原子の電荷をできるだけ
正確に算出するためには、ある程度単独で安定な立体構
造を与える原子座標を入力することが好ましい。
The atomic coordinates of the ligand molecule can be obtained by analyzing the structure of a single crystal,
It can be calculated from a three-dimensional structure or the like obtained from a model database based on a crystal database or energy calculation. The three-dimensional structure represented by the atomic coordinates of the ligand molecule is
Basically, the conformation does not matter at all, as long as the geometric quantities such as the bond distance between atoms and bond angles are accurate. However, in order to calculate the charge of each atom constituting the ligand molecule as accurately as possible, it is preferable to input the atomic coordinates that give a stable three-dimensional structure independently to some extent.

リガンド分子を構成する各原子の電荷は、MOPACプロ
グラム中のMNDO法やAM1法用いて分子軌道法計算により
算出することができる。
The charge of each atom constituting the ligand molecule can be calculated by molecular orbital calculation using the MNDO method or the AM1 method in the MOPAC program.

リガンド分子中に存在する水素結合性ヘテロ原子の水
素結合番号は、前記の表1に従って、付加することがで
きる。
The hydrogen bond number of the hydrogen bondable hetero atom present in the ligand molecule can be added according to Table 1 described above.

リガンド分子の種類を変えて、S9〜S31のステップを
繰り返すことにより、同じ生体高分子に対する種々のリ
ガンド分子の結合様式を探索することができる。
By changing the type of the ligand molecule and repeating steps S9 to S31, it is possible to search for the binding mode of various ligand molecules to the same biopolymer.

生体高分子とリガンド分子との間に形成される水素結
合の数の最小値1minと最大値1maxを指定する(S10)。
The minimum value 1 min and the maximum value 1 max of the number of hydrogen bonds formed between the biopolymer and the ligand molecule are specified (S10).

これらの値としては任意の値を設定してよいが、生体
高分子と既知のリガンド分子分子が形成する水素結合の
数から予測される値の前後の値を指定することが好まし
い。
Although any value may be set as these values, it is preferable to specify values before and after the value predicted from the number of hydrogen bonds formed between the biopolymer and the known ligand molecule.

リガンド分子について、ねじれ回転が可能な結合とそ
の回転の様式を指定する(S11)。
For the ligand molecule, a bond capable of torsional rotation and a mode of the rotation are specified (S11).

ねじれ回転可能な結合が単結合の場合は、10゜〜120
゜の一定の回転角で系統的に回転させる回転様式を指定
することが好ましい。ねじれ回転可能な結合が環構造内
にある場合には、可能な種々の環構造を順次ファイルか
ら入力していく方法を指定することが好ましい。
10 ゜ -120 if the torsionally rotatable connection is a single connection
It is preferable to designate a rotation mode for systematically rotating at a constant rotation angle of ゜. If there is a torsionally rotatable bond in the ring structure, it is preferable to specify a method of sequentially inputting various possible ring structures from a file.

ダミー原子と、リガンド分子中の水素結合性ヘテロ原
子との間に対応関係をつける(S12)。
A correspondence is established between the dummy atom and the hydrogen-bonding heteroatom in the ligand molecule (S12).

ダミー原子の数をm個、リガンド分子中に存在する水
素結合性ヘテロ原子の数をn個とすると、i個の水素結
合を形成する対応関係(組合せ)の数N(i)は、mPi
×nCi(式中、Pは順次、Cは組合せを表す。)個とな
る。ダミー原子と、リガンド分子中の水素結合性ヘテロ
原子の可能な組合せをすべて選択することが好ましい。
Assuming that the number of dummy atoms is m and the number of hydrogen-bonding heteroatoms present in the ligand molecule is n, the number N (i) of correspondences (combinations) forming i hydrogen bonds is m P i
× n C i (where P represents a sequence and C represents a combination). It is preferred to select all possible combinations of dummy atoms and hydrogen bonding heteroatoms in the ligand molecule.

1min≦i≦1maxの関係を満たすすべてのiについて、S1
2〜S30のステップを繰り返す。その結果、ダミー原子
と、リガンド分子中に存在する水素結合性ヘテロ原子と
の組合せがすべて選択されることとなる。これによっ
て、生体高分子とリガンド分子が形成する水素結合の全
組合せが選択されることになり、生体高分子とリガンド
分子の結合様式を系統的に、また効率的に探索できるよ
うになる。
For all i satisfying the relationship 1 min ≤ i ≤ 1 max , S1
Repeat steps 2 to S30. As a result, the difference between the dummy atom and the hydrogen-bonding heteroatom existing in the ligand molecule Are all selected. As a result, all combinations of hydrogen bonds formed between the biopolymer and the ligand molecule are selected, and the mode of binding between the biopolymer and the ligand molecule can be systematically and efficiently searched.

S12で対応関係をつけた、ダミー原子とリガンド分子
中の水素結合性ヘテロ原子との組合せの一つを選択する
(S13)。
One of the combinations of the dummy atom and the hydrogen-bonding heteroatom in the ligand molecule, which has been associated in S12, is selected (S13).

この時、ダミー原子の水素結合性とリガンド分子中の
水素結合性ヘテロ原子の水素結合性が一致しない組合せ
は選択しない。
At this time, a combination in which the hydrogen bonding property of the dummy atom and the hydrogen bonding property of the hydrogen bonding hetero atom in the ligand molecule do not match is not selected.

S12で対応関係をつけたすべての組合せについて、S13
〜S30のステップを繰り返す。
For all combinations that have been matched in S12,
Steps S30 to S30 are repeated.

次に、S13で選択した組合せに含まれるダミー原子に
ついて、各ダミー原子間の距離を算出する(S14)。
Next, for the dummy atoms included in the combination selected in S13, the distance between each dummy atom is calculated (S14).

ダミー原子の数及びリガンド分子中の水素結合性ヘテ
ロ原子の数の両方が1個の場合は、S14〜S21のステップ
を行わず、S22のステップへ飛び、次いで、S23〜S25の
ステップを行わずに、S26のステップへ飛ぶ。また、ダ
ミー原子の数又はリガンド分子中に存在する水素結合性
ヘテロ原子の数のどちらか一方が1個の場合は、S140〜
S21のステップを行わずに、S22のステップへ飛ぶ。
If both the number of dummy atoms and the number of hydrogen-bonding heteroatoms in the ligand molecule are one, skip steps S14 to S21, skip to step S22, and then skip steps S23 to S25. Then, jump to step S26. When one of the number of dummy atoms or the number of hydrogen-bonding heteroatoms present in the ligand molecule is one, S140 to
Skip to step S22 without performing step S21.

次に、リガンド分子を、水素結合性部分と非水素結合
性部分に分割する(S15)。
Next, the ligand molecule is divided into a hydrogen bonding part and a non-hydrogen bonding part (S15).

例えば、第1図の(b)のようにリガンド分子を水素
結合性部分と非水素結合性部分に分割する。
For example, as shown in FIG. 1 (b), the ligand molecule is divided into a hydrogen bonding part and a non-hydrogen bonding part.

S15で分割したリガンド分子の水素結合性部分につい
て、ねじれ回転が可能な結合とその回転の様式を選択す
る(S16)。
For the hydrogen bonding portion of the ligand molecule divided in S15, a bond capable of torsional rotation and a mode of the rotation are selected (S16).

S16で選択した結合を、S11で指定したその回転様式に
従って回転させることによって、リガンド分子の配座を
順次生成させる(S17)。
The bonds selected in S16 are rotated according to the rotation mode specified in S11, thereby sequentially generating the conformation of the ligand molecules (S17).

生成した配座毎に、以後のS18〜S30のステップを繰り
返す。
The following steps S18 to S30 are repeated for each generated conformation.

S17で生成した配座について、S13で選択した組合せに
含まれるリガンド分子中の各水素結合性ヘテロ原子の原
子間距離を算出する(S18)。
For the conformation generated in S17, the interatomic distance of each hydrogen-bonding heteroatom in the ligand molecule included in the combination selected in S13 is calculated (S18).

S14で得られたダミー原子の原子間距離と、S18で得ら
れた、対応するリガンド分子中の水素結合性ヘテロ原子
の原子間距離との差の2乗の和であるFの値が一定の範
囲以上となるリガンド分子の配座を除去する(S19)。
The value of F, which is the sum of the square of the difference between the interatomic distance of the dummy atom obtained in S14 and the interatomic distance of the hydrogen bonding heteroatom in the corresponding ligand molecule obtained in S18, is constant. The conformation of the ligand molecule exceeding the range is removed (S19).

このステップにより、生体高分子とリガンド分子の水
素結合様式及びリガンド分子の配座の可能性を効率的に
網羅することができる。
By this step, it is possible to efficiently cover the hydrogen bonding mode between the biopolymer and the ligand molecule and the possibility of conformation of the ligand molecule.

とすると、 ka≦F≦ka′ (式中、nは水素結合の数を、rdiはi番目のダミー原
子間距離を、rliはリガンド分子中の水素結合性ヘテロ
原子のi番目の原子間距離を、kaはFの下限値を、ka
はFの上限値を表す。) である配座以外の配座を除去する。上記のkaとしては、
0.6〜0.84、ka′としては、1.2〜1.4が好ましい。
Where k a ≦ F ≦ k a ′ (where n is the number of hydrogen bonds, r di is the distance between the i-th dummy atoms, and r li is the i-th hydrogen-bonding heteroatom in the ligand molecule. , K a is the lower limit of F, k a
Represents the upper limit of F. ) Remove conformations other than those that are. Examples of the above-mentioned k a,
0.6 to 0.84 and k a ′ are preferably 1.2 to 1.4.

S19で除去されなかったリガンド分子の配座につい
て、前記のFの値が最小になるように、リガンド分子の
水素結合性部分の配座を最適化する(S20)。
With respect to the conformation of the ligand molecule not removed in S19, the conformation of the hydrogen bonding portion of the ligand molecule is optimized so that the value of F is minimized (S20).

このステップにより、生体高分子とリガンド分子が安
定な水素結合を結成するように、リガンド分子の配座が
修正される。
This step modifies the conformation of the ligand molecule so that the biopolymer and the ligand molecule form stable hydrogen bonds.

リガンド分子の水素結合性部分に存在するねじれ回転
可能な結合のねじれ角を変数として、前記の関数Fの値
をFletcher−Powell法(R.Fletcher,M.J.D.Powell,Comp
uter J.,,163.(1968))を用いて最小化することに
より、リガンド分子の水素結合性部分の配座を最適化す
ることができる。
The value of the above function F is calculated by the Fletcher-Powell method (R. Fletcher, MJ DPowell, Comp.
uter J., 6 , 163. (1968)), it is possible to optimize the conformation of the hydrogen bonding portion of the ligand molecule.

次いで、S20のステップで最適化したリガンド分子の
水素結合性部分の分子内エネルギーを算出して、該分子
内エネルギーの値が一定値以上の配座を除去する(S2
1)。
Next, the intramolecular energy of the hydrogen bonding portion of the ligand molecule optimized in step S20 is calculated, and the conformation in which the value of the intramolecular energy is equal to or more than a certain value is removed (S2
1).

例えば、AMBER4.0の分子力場を用いてリガンド分子の
水素結合性部分の分子内エネルギーを算出した場合、該
分子内エネルギーが100Kcal/mol以上となった配座を除
去してよい。
For example, when the intramolecular energy of the hydrogen bonding portion of the ligand molecule is calculated using the molecular force field of AMBER 4.0, the conformation in which the intramolecular energy becomes 100 Kcal / mol or more may be removed.

上記のS21までのステップで得られた配座を有するリ
ガンド分子の水素結合性ヘテロ原子の座標と、対応する
ダミー原子の座票とが一致するように、リガンド分子の
原子座標を生体高分子の座標系に置き変える(S22)。
The atomic coordinates of the ligand molecule are changed so that the coordinates of the hydrogen-bonding heteroatom of the ligand molecule having the conformation obtained in the step up to S21 and the corresponding dummy atom are identical. Replace with the coordinate system (S22).

それには、Kabshの最小二乗法(W.Kabsh,Acta Crys
t.,A321,922(19764),W.Kabsh,Acta Cryst.,A34,827
(1978))を用いることができる。このようにして、可
能な水素結合様式とリガンド分子の水素結合性部分の配
座を同時に粗く推定することができる。
To do that, Kabsh's least squares method (W. Kabsh, Acta Crys
t., A321 , 922 (19764), W. Kabsh, Acta Cryst., A34 , 827
(1978)) can be used. In this way, possible hydrogen bonding modes and conformations of the hydrogen bonding portion of the ligand molecule can be roughly estimated at the same time.

次いで、生体高分子とリガンド分子の水素結合性部分
との分子間相互作用エネルギー(ファンデルワールス相
互作用エネルギー及び静電相互作用エネルギーの和)、
及びリガンド分子の水素結合性部分についての分子内エ
ネルギーを算出する(S23)。
Next, the intermolecular interaction energy (sum of van der Waals interaction energy and electrostatic interaction energy) between the biopolymer and the hydrogen bonding portion of the ligand molecule,
Then, the intramolecular energy of the hydrogen bonding portion of the ligand molecule is calculated (S23).

生体高分子とリガンド分子の水素結合性部分との分子
間相互作用エネルギーEinterは、リガンド分子中の各原
子kに最も近い三次元格子点の格子点情報のファンデル
ワールス相互作用エネルギーGvdW(k)及び静電相互作
用エネルギーGelc(k)を用いて、以下の式から算出す
ることができる。
The intermolecular interaction energy E inter between the biopolymer and the hydrogen bonding portion of the ligand molecule is represented by the van der Waals interaction energy G vdW (lattice point information of the three-dimensional lattice point closest to each atom k in the ligand molecule). Using k) and the electrostatic interaction energy G elc (k), it can be calculated from the following equation.

(式中、qkは原子kの電荷を表す。) また、リガンド分子の水素結合性部分の分子内エネル
ギーEintraは、既知の方法で公開された既知の力場を用
いて算出することができる。例えば、Eintraは、AMBER
4.0等の公開された既知の力場を用いて、以下の式によ
り算出できる。
(In the formula, q k represents the charge of the atom k.) Further, the intramolecular energy E intra of the hydrogen bonding portion of the ligand molecule can be calculated using a known force field published by a known method. it can. For example, E intra is AMBER
It can be calculated by the following equation using a known known force field such as 4.0.

(式中、Vnはねじれ角を構成する4つの原子の原子タイ
プの並びに対して与えらてている定数を、ngはねじれ角
回転に対するポテンシャルの対称性を表す定数を、Φは
ねじれ角を、γはねじれ角回転に対するポテンシャルの
位相(ねじれ角を構成する4つの原子の原子タイプの並
びに対して与えられている。)を、AijとBijはリガンド
分子中のi番目とj番目の原子の原子タイプの対に対し
設定された定数を、Rijはi番目とj番目の原子間の距
離を、qiはリガンド分子中のi番目の原子の電荷を、qi
はリガンド分子中のj番目の原子の電荷を、εは誘電率
を表する。) S23で算出された分子間相互作用エネルギーと分子内
エネルギーとの和が一定値以上となったリガンド分子の
配座を除去する(S24)。
(Where V n is a constant given to the arrangement of the atom types of the four atoms constituting the torsion angle, ng is a constant representing the symmetry of the potential with respect to the torsion angle rotation, and Φ is the torsion angle. , Γ represent the phase of the potential with respect to the torsion angle rotation (given for the arrangement of the atom types of the four atoms constituting the torsion angle), and A ij and B ij represent the i-th and j-th positions in the ligand molecule. The constant set for the atom type pair of atoms, R ij is the distance between the i-th and j-th atom, q i is the charge of the i-th atom in the ligand molecule, q i
Represents the charge of the j-th atom in the ligand molecule, and ε represents the dielectric constant. The conformation of the ligand molecule in which the sum of the intermolecular interaction energy and the intramolecular energy calculated in S23 has reached a certain value or more is removed (S24).

例えば、上記のエネルギーの和が1500kcal/mol以上と
なった配座を除去することが好ましい。
For example, it is preferable to remove a conformation in which the sum of the above energies is 1500 kcal / mol or more.

S24で除去されなかった配座を有するリガンド分子の
水素結合性部分の構造を最適化する(S25)。
The structure of the hydrogen bonding portion of the ligand molecule having a conformation not removed by S24 is optimized (S25).

構造最適化計算により、リガンド分子の水素結合性部
分のねじ角れ、並びに、リガンド分子の位置と方向を最
適化することにより、リガンド分子の水素結合性部分の
構造を最適化することができる。例えば、以下の式から
算出される全エネルギーEtotalが最小となるように、Si
mplex法(HITACHl.ライブラリープログラム,SOFSM)等
によって、リガンド分子の水素結合性部分の構造を最適
化することができる。
By optimizing the torsion of the hydrogen bonding portion of the ligand molecule and the position and orientation of the ligand molecule by the structure optimization calculation, the structure of the hydrogen bonding portion of the ligand molecule can be optimized. For example, to minimize the total energy E total calculated from the following equation,
The structure of the hydrogen bonding part of the ligand molecule can be optimized by the mplex method (HITACH. Library program, SOFSM) or the like.

EBtotal=Einter+Eintra+Whb・Nhb・Chb (式中、Einters及びEintraは前記の通りであい、Whbは
重み、Nhbは水素結合の数、及びChbは1個の水素結合に
よる安定化エネルギー(例えば、2.5kcal/mol)を示
す。) リガンド分子の非水素結合性部分のねじれ回転が可能
な結合を、S11で指定した回転様式に従って回転させる
ことによって、リガンド分子の配座を順次生成させる
(S26)。
EB total = E inter + E intra + Whb · Nhb · Chb (where E inters and E intra are as described above, Whb is the weight, Nhb is the number of hydrogen bonds, and Chb is the stabilization energy by one hydrogen bond. (For example, 2.5 kcal / mol). By rotating the bond capable of torsional rotation of the non-hydrogen bonding part of the ligand molecule according to the rotation mode specified in S11, the conformation of the ligand molecule is sequentially generated. (S26).

生成した配座毎に、以後のS27〜S30のステップを繰り返
す。
The following steps S27 to S30 are repeated for each generated constellation.

次いで、生体高分子とリガンド分子との分子間相互作
用エネルギー、及びリガンド分子の分子内エネルギーを
算出する(S27)。
Next, the intermolecular interaction energy between the biopolymer and the ligand molecule and the intramolecular energy of the ligand molecule are calculated (S27).

上記の分子間相互作用エネルギー及び分子内エネルギ
ーは、S23と同様の方法で算出できる。但し、S23では、
リガンド分子の水素結合性部分についてのみ計算を行う
が、S27では、リガンド分子全体について計算を行う。
The above-mentioned intermolecular interaction energy and intramolecular energy can be calculated in the same manner as in S23. However, in S23,
Although the calculation is performed only for the hydrogen bonding portion of the ligand molecule, in S27, the calculation is performed for the entire ligand molecule.

S27で算出された分子間相互作用とエネルギーと分子
内エネルギーの和が一定値以上となったリガンド分子の
配座を除去する(S28)。
The conformation of the ligand molecule in which the sum of the intermolecular interaction, energy, and intramolecular energy calculated in S27 is equal to or more than a certain value is removed (S28).

上記のエネルギーの和の上限値としては、1500kcal/m
olが好ましい。
The upper limit of the sum of the above energies is 1500 kcal / m
ol is preferred.

S28で除去されなった配座を有するリガンド分子全体
の構造を最適化する(S29)。
The structure of the entire ligand molecule having the conformation not removed in S28 is optimized (S29).

このステップにより、生体高分子とリガンド分子の安
定化された複合体、及びリガンド分子の活性配座が得ら
れる。
This step results in a stabilized complex of the biopolymer and the ligand molecule and an active conformation of the ligand molecule.

S25のステップと同様の方法で、リガンド分子の構造
を最適化することができる。但し、S25では、リガンド
分子の水素結合性部分の構造のみ最適化を行うが、S29
では、リガンド分子全体について構造の最適化を行う。
S29までのステップで得られた複合体の構造を初期複合
体モデルということとする。
In the same manner as in the step of S25, the structure of the ligand molecule can be optimized. However, in S25, only the structure of the hydrogen bonding portion of the ligand molecule is optimized, but in S29
Then, the structure is optimized for the entire ligand molecule.
The structure of the complex obtained in the steps up to S29 is referred to as an initial complex model.

生体高分子の配座を変化させて、生体高分子−リガン
ド分子の複合体構造を最適化する(S30)。
The structure of the biopolymer-ligand molecule is optimized by changing the conformation of the biopolymer (S30).

S29のステップまでは、生体高分子はrigidなものとし
て扱ってきたが、S30においては、生体高分子の配座を
変化させて、初期複合体モデルのエネルギーを極小化さ
せる。公開されている既知のエネルギー極小化計算プロ
グラムAMBERを用いてこのエネルギーを極小化すること
により、初期複合体モデルの構造を最適化することがで
きる。また、このステップにおいては、複合体の結晶構
造中に見られる全水分子やその他の分子を複合体構造中
に配置して、複合体構造を最適化することが好ましい。
S30のステップにより得られた複合体の構造を最終複合
体モデルということとする。
Until the step of S29, the biopolymer has been treated as a rigid one, but in S30, the conformation of the biopolymer is changed to minimize the energy of the initial complex model. By minimizing this energy using the publicly known energy minimization calculation program AMBER, the structure of the initial complex model can be optimized. In this step, it is preferable that all the water molecules and other molecules found in the crystal structure of the complex are arranged in the complex structure to optimize the complex structure.
The structure of the complex obtained by the step of S30 is referred to as a final complex model.

S30までのステップで得られた生体高分子−リガンド
分子の複合体構造のエネルギーを算出し、該エネルギー
の小さい順に複合体構造をランク付けする(S31)。
The energy of the biopolymer-ligand molecule complex structure obtained in the steps up to S30 is calculated, and the complex structures are ranked in ascending order of the energy (S31).

最終複合体モデルの構造のうち、最小のエネルギーを
与える構造が、多くの場合、既に実験的に得られている
複合体構造とよく一致する。従って、エネルギーが最小
の構造を正しい複合体構造と考えるのが妥当である。し
かし、用いた力場の精度、生体高分子の原子座標の精
度、その他の要因によって、複合体のエネルギーの大き
さの順位は多少変動するので、エネルギー値の低い順に
上位数個の複合体構造を考慮することが好ましい。
Of the structures of the final complex model, the structure giving the minimum energy often matches well with the complex structure already obtained experimentally. Therefore, it is reasonable to consider the structure with the lowest energy as the correct composite structure. However, the order of the magnitude of the complex energy varies slightly depending on the precision of the force field used, the precision of the atomic coordinates of the biopolymer, and other factors. It is preferable to consider

また、本発明のより好ましい実施態様においては、生
体高分子から非常に多くのダミー原子が作成されること
が予想される場合、並びに、リガンド分子がかなり大き
な配座の自由度を有するか又は多くのヘテロ原子を有す
る場合には、S9のステップでリガンド分子に関する情報
を入力した後、リガンド分子の部分構造を指定し、この
指定した部分構造についてS10〜S24までのステップを行
って、その部分構造中で不可能な水素結合様式を与える
ダミー原子とリガンド分子中の水素結合性ヘテロ原子の
組合せ、及びダミー原子と水素結合を形成し得ないリガ
ンド分子中の水素結合性ヘテロ原子の情報を保存する。
リガンド分子の部分構造は、いかなる構造的な制約を受
けることなく任意に決めることができるが、3個以上の
水素結合性官能基を含む構造部分が好ましく、その構造
部分の配座の自由度の有無は問わない。次に、リガンド
分子の全体構造についてS10〜S31のステップをおこなう
が、前記の保存された水素結合性ヘテロ原子を含む組合
せ、及び前記の保存されたダミー原子と水素結合性ヘテ
ロ原子の組合せはS12のステップで作成される対応関係
の組合せから除かれる。その結果、試行する組合せ及び
配座の数が減り、生体高分子−リガンド分子の安定複合
体の構造探索に要する時間が大幅に短縮される。このよ
うな方法をPre−Pruning法(以下、「PP法」と記す。)
と呼ぶこととする。
Also, in a more preferred embodiment of the invention, where it is expected that a very large number of dummy atoms will be created from the biopolymer, and if the ligand molecule has a considerable degree of conformational freedom or In the case of having a hetero atom of, after inputting information about the ligand molecule in the step of S9, specify the partial structure of the ligand molecule, perform the steps from S10 to S24 for the specified partial structure, the partial structure Combination of a dummy atom and a hydrogen-bonding heteroatom in a ligand molecule that gives an impossible hydrogen-bonding mode in a molecule, and information on a hydrogen-bonding heteroatom in a ligand molecule that cannot form a hydrogen bond with a dummy atom .
The partial structure of the ligand molecule can be arbitrarily determined without any structural restriction, but a structural portion containing three or more hydrogen-bonding functional groups is preferable, and the degree of conformational freedom of the structural portion is not limited. It doesn't matter. Next, steps S10 to S31 are performed on the entire structure of the ligand molecule, and the combination including the conserved hydrogen bonding heteroatom and the combination of the conserved dummy atom and the hydrogen bonding heteroatom are S12. Is removed from the correspondence combination created in the step. As a result, the number of combinations and conformations to be tested is reduced, and the time required for searching for the structure of a stable biopolymer-ligand molecule complex is greatly reduced. Such a method is referred to as a Pre-Pruning method (hereinafter, referred to as a “PP method”).
Shall be called.

PP法は、リガンド分子の部分構造中で不可能な水素結
合様式やリガンド配座は、リガンド分子の全体構造中で
も不可能であるという推定に基づくものである。PP法に
よって、得られる生体高分子−リガンド分子の複合体構
造の精度や信頼性に全く影響を与えることなく、探索時
間を大幅に短縮することができるようになった。
The PP method is based on the presumption that hydrogen bonding modes and ligand conformations that are impossible in the partial structure of the ligand molecule are also impossible in the overall structure of the ligand molecule. The PP method has made it possible to significantly reduce the search time without affecting the accuracy and reliability of the resulting biopolymer-ligand complex structure at all.

〔例〕[Example]

本発明の方法の有効性を示すために、ジヒドロ葉酸還
元酵素とその阻害剤またはその基質との複合体の構造探
索に本発明の方法を適用してみた。ジヒドロ葉酸還元酵
素は、臨床薬の標的として広く研究されている酵素の一
つであり、種々の阻害剤分子との複合体の結晶構造が解
析されている。例えば、ジヒドロ葉酸還元酵素−阻害剤
メトトレキセート複合体は結晶構造が実験的に解析され
ていることから、安定な複合体構造の解析のための方法
論研究のモデルとして世界的にもよく用いられている。
In order to demonstrate the effectiveness of the method of the present invention, the method of the present invention was applied to a structure search for a complex of dihydrofolate reductase and its inhibitor or its substrate. Dihydrofolate reductase is one of the enzymes widely studied as targets of clinical drugs, and the crystal structures of complexes with various inhibitor molecules have been analyzed. For example, the crystal structure of the dihydrofolate reductase-inhibitor methotrexate complex has been experimentally analyzed, and is therefore often used worldwide as a model for methodology research for the analysis of stable complex structures. .

ジヒドロ葉酸還元酵素(以下、「DHFR」と記す。)の
原子座標としては、プロテインデータバンクエントリー
4DFRから入手できる大腸菌のDHFR−メトトレキセートの
二元複合体の原子座標から得られる値を用いた。DHFR−
葉酸−NADP+の三元複合体の結晶構造に基づき、補因子
NADP+分子の原子座標を前記の二元複合体の原子座標に
付加した。また、非常に強くDHFRに結合して化学的に除
去できない2個の水分子以外の全ての水分子は、前記の
二元複合体の原子座標から除去した。除去しなかった2
個の水分子のうち一つは、DHFRの21位のトリプトファン
及び26位のアスパラギン酸に、他の一つは114位のロイ
シン及び116位のトレオニン水素結合している(第8図
を参照のこと)。
The atomic coordinates of dihydrofolate reductase (hereinafter referred to as “DHFR”) are as shown in the Protein Data Bank entry.
The values obtained from the atomic coordinates of the binary complex of DHFR-methotrexate of E. coli available from 4DFR were used. DHFR-
Based on the crystal structure of the folate-NADP + ternary complex,
The atomic coordinates of the NADP + molecule were added to the atomic coordinates of the binary complex. In addition, all water molecules were removed from the atomic coordinates of the binary complex except for the two water molecules that bind very strongly to DHFR and cannot be removed chemically. 2 not removed
One of the water molecules has a hydrogen bond to tryptophan at position 21 and aspartic acid at position 26 of DHFR, and the other has a leucine at position 114 and a threonine at position 116 of DHFR (see FIG. 8). thing).

DHFR中に存在するアミノ酸残基を構成する水素原子の
原子座標は、GREENを構成するプログラムの一つであるP
DBFILにより算出した。また、Weinerらのab initio計算
の結果(Weiner,S.J.,Kollman,P.A.,Case,D.A.,Singh,
U.C,Ghio,C.,Alagona,G.,Profeta,S.,Jr,and Weiner,
P.,J.Am.Chem.Soc.,106,(1984)765−784)に基づい
て、DHFR中に存在するアミノ酸残基を構成する原子に電
荷を付与した。但し、27位のアスパラギン酸のカルボン
酸側鎖はカルボキシレートアニオンにイオン化されてい
ると仮定した。DHFR中に存在する水素結合性官能基を構
成するヘテロ原子について水素結合番号をPDBFILにより
付加した。
The atomic coordinates of the hydrogen atoms that make up the amino acid residues that are present in DHFR are represented by P, one of the programs that make up GREEN.
Calculated by DBFIL. In addition, the results of ab initio calculations by Weiner et al. (Weiner, SJ, Kollman, PA, Case, DA, Singh,
UC, Ghio, C., Alagona, G., Profeta, S., Jr, and Weiner,
Based on P., J. Am. Chem. Soc., 106, (1984) 765-784), a charge was imparted to an atom constituting an amino acid residue present in DHFR. However, it was assumed that the carboxylic acid side chain of aspartic acid at position 27 was ionized to the carboxylate anion. A hydrogen bond number was added to the hetero atom constituting the hydrogen bondable functional group present in DHFR by PDBFIL.

ジヒドロ葉酸還元酵素−メトトレキセート二元複合体
の結晶構造において、阻害剤分子であるメトトレキセー
トが入っている内孔付近の12.80×16.8×11.6Åの大
きさの直方体の領域をリガンド結合領域として指定し
た。
Dihydrofolate reductase - in the crystal structure of methotrexate binary complex, the size rectangular area of 12.80 × 16.8 × 11.6Å 3 holes near inner containing the inhibitor is a molecule methotrexate specified as the ligand binding region .

三次元格子点を上記の直方体領域内に0.4Å間隔で発
生させ、三次元格子点毎に格子点情報を算出した。プロ
ーブ原子としては、メトトレキセート分子に存在する水
素、炭素、窒素、及び酸素原子を採用した。
Three-dimensional lattice points were generated at intervals of 0.4 ° in the above rectangular parallelepiped region, and lattice point information was calculated for each three-dimensional lattice point. Hydrogen, carbon, nitrogen, and oxygen atoms present in the methotrexate molecule were used as probe atoms.

上記の直方体領域に突き出したDHFRのアミノ酸側鎖及
び主鎖の水素結合性官能基を選択したことろ、合計10個
の水素結合性官能基が選択された。該水素結合性官能基
に対して13個のダミー原子が設定された。
In addition to selecting the amino acid side chains and the main chain hydrogen bonding functional groups of DHFR protruding into the rectangular parallelepiped region, a total of 10 hydrogen bonding functional groups were selected. Thirteen dummy atoms were set for the hydrogen bonding functional group.

リガンド分子としてぱ、阻害例メトトレキセート(以
下、「MTX」と記す。)と基質ジヒドロ葉酸(以下、「D
HF」と記す。)を選択した。
As the ligand molecule, ぱ, inhibition example methotrexate (hereinafter referred to as “MTX”) and substrate dihydrofolate (hereinafter “D
HF ". ).

〔例1〕 メトトレキセート分子 MTX分子の末端の酢酸基を除いて以下の処理を行っ
た。
Example 1 Methotrexate Molecule The following treatment was performed except for the terminal acetic acid group of the MTX molecule.

MTXの原子座標としては、ケンブリッジ結晶グラフィ
ックスデータベース(Cambrzidge Crystallographic Da
tabase)から入手できる単独時の結晶構造の原子座標を
入力した。MTXの各原子の電荷は、MOPACプログラム中の
MNDO法を用いて算出した。尚、MTXのプテリジン環の1
位の窒素はプロトン化を受けやすいことが知られている
ので、プロトン化しているものとして電荷を算出した。
第3図の構造式中、丸で囲んだヘテロ原子を水素結合性
ヘテロ原子として指定して、水素結合番号を付加した。
また、第3図に示したMTX分子構造における矢印のつい
た結合a〜dについては、ねじれ角を結合aについては
0〜360゜の範囲で60゜ずつ回転させ、結合bについて
は0〜180゜の範囲で60゜ずつ回転させ、結合cについ
ては0゜又は180゜とし、結合dについては180゜として
MTX分子の配座を生成させた。
For the atomic coordinates of MTX, see the Cambridge Crystal Graphics Database (Cambrzidge Crystallographic Da
tabose), the atomic coordinates of the single crystal structure available. The charge of each atom of MTX is
It was calculated using the MNDO method. In addition, 1 of the pteridine ring of MTX
Since it is known that the nitrogen at the position is susceptible to protonation, the charge was calculated as being protonated.
In the structural formula of FIG. 3, the heteroatoms encircled are designated as hydrogen-bonding heteroatoms, and hydrogen bond numbers are added.
For the bonds a to d with an arrow in the MTX molecular structure shown in FIG. 3, the torsion angle is rotated by 60 ° in the range of 0 to 360 ° for the bond a, and 0 to 180 ° for the bond b. Rotate by 60 ° in the range of ゜, set 0 ° or 180 ° for the coupling c, and 180 ° for the coupling d
The conformation of the MTX molecule was generated.

この方法では、i個の水素結合を形成させる場合の水
素結合の組合せ数N(i)は以下に示すように膨大な数
となる。
In this method, the number of hydrogen bond combinations N (i) when i hydrogen bonds are formed becomes an enormous number as shown below.

N(7)=11P7×10C7=199,584,000通り N(6)=11P6×10C6= 69,854,400通り N(5)=11P5×10C5= 13,970,880通り N(4)=11P4×10C4= 207,900通り 一気にMTX分子の全構造をDHFRにドッキングさせるこ
とも可能であるが(Iris4D/25ワークステーション、MTX
分子の原子座標入力から複合体の構造の最適化までの処
理の所用時間約30時間)、プテリジン環からベンゼン環
までのMTX分子の部分構造をDHFRにドッキングさせた後
(所要時間約4分強)、その結果に基づいてMTX分子の
全構造を考慮して安定複合体構造を探索する(PP法)方
が所要時間が短縮された(MTX分子の原子座標入力から
複合体構造の最適化までの処理の所要時間約30分)。ま
た、一気にMTX分子の全構造をDHFRにドッキングさせて
安定複合体構造を探索した場合も、MTX分子の部分構造
をDHFRにドッキングさせ、その結果に基づいてMTX分子
の全構造を考慮して安定複合体構造を探索した場合も、
同じ安定複合体構造が得られた。
N (7) = 11 P 7 × 10 C 7 = 199,584,000 ways N (6) = 11 P 6 × 10 C 6 = 69,854,400 types N (5) = 11 P 5 × 10 C 5 = 13,970,880 types N (4) = 11 P 4 × 10 C 4 = 207,900 ways It is possible to dock the entire structure of the MTX molecule to DHFR at once (Iris4D / 25 workstation, MTX
Approximately 30 hours for processing from the input of the atomic coordinates of the molecule to the optimization of the structure of the complex), and after docking the partial structure of the MTX molecule from the pteridine ring to the benzene ring to DHFR (the required time is slightly more than 4 minutes) ), The time required to search for a stable complex structure in consideration of the entire structure of the MTX molecule based on the results (PP method) was reduced (from inputting the atomic coordinates of the MTX molecule to optimizing the complex structure) Processing time about 30 minutes). Also, when the stable complex structure is searched by docking the entire structure of the MTX molecule to DHFR at a stretch, the partial structure of the MTX molecule is docked to DHFR, and based on the result, the entire structure of the MTX molecule is considered and stable. When searching for complex structures,
The same stable composite structure was obtained.

得られた11個の初期複合体モデルのうち、エネルギー
が低い順に5個のモデルを選択し、各モデルについてAM
BERプログラムを用いてエネルギーを極小化して最終複
合体モデルを得た。AMBERプログラムによるエネルギー
の極小化により、各モデルのエネルギー値も水素結合数
も改良され、また、いくつかのモデルについてランク付
けが変化した。これらの事実は、生体高分子構造の局所
的な修正の影響が無視できない程度大きいことを示唆し
ている。最終的に得られた安定複合体モデルのうち上位
のものの水素結合数と総エネルギーを表2に示す。ま
た、最小のエネルギー(−176.71kcal/mol)を示す最安
定複合体モデルを第4図に示す。第4図中、太線はMTX
の分子構造を示し、点線はDHFRの分子構造の一部を示
す。この複合体モデルにおけるDHFR−MDX複合体の結合
様式は、X線結晶解析により得られた複合体の結晶構造
におけるDHFR−MTX複合体の結合様式をよく再現してい
た。また、最安定複合体モデルにおけるMTX分子の配座
(第5図の(b))を、単独時の結晶構造におけるMTX
分子の配座(第5図の(a))及びDHFRG−MTX複合体の
結晶構造におけるMTX分子の配座(第5図の(c)とと
もに第5図に示す。第5図から明らかなように、MTX分
子のC5−C6−C9−C10のねじれ角は、単独時の結晶構造
においては−139.1゜であるのに対し、最安定複合体モ
デルにおいては25.3゜、DHFR−MTX複合体の結晶構造に
おいては28.4゜であり、最安定複合体モデルにおけるMT
X分子の配座は初期構造からは大きく変わり、複合体の
結晶構造中のものとは非常によい一致を示した。
From the obtained 11 initial complex models, 5 models were selected in ascending order of energy, and AM
Energy was minimized using the BER program to obtain the final composite model. The energy minimization of the AMBER program improved both the energy value and the number of hydrogen bonds in each model, and changed the ranking of some models. These facts suggest that the effects of local modification of the biopolymer structure are not negligible. Table 2 shows the number of hydrogen bonds and the total energy of the higher model among the finally obtained stable complex models. FIG. 4 shows a most stable complex model showing the minimum energy (−176.71 kcal / mol). In Fig. 4, the thick line is MTX.
The dotted line shows a part of the molecular structure of DHFR. The binding mode of the DHFR-MDX complex in this complex model well reproduced the binding mode of the DHFR-MTX complex in the crystal structure of the complex obtained by X-ray crystallography. The conformation of the MTX molecule in the most stable complex model (FIG. 5 (b)) was
The conformation of the molecule (FIG. 5 (a)) and the conformation of the MTX molecule in the crystal structure of the DHFRG-MTX complex are shown in FIG. 5 together with the conformation of the MTX molecule (FIG. 5 (c). In contrast, the twist angle of C5-C6-C9-C10 of the MTX molecule is -139.1 ° in the crystal structure alone, whereas 25.3 ° in the most stable complex model, the crystal of the DHFR-MTX complex 28.4 構造 in the structure, MT in the most stable complex model
The conformation of the X molecule was significantly different from the initial structure and showed very good agreement with that in the crystal structure of the complex.

〔例2〕 ジヒドロ葉酸分子 DHFRとその基質であるDHFとの結合様式はX線解析で
は解明されていないが、酸素反応の生成物であるテトラ
ヒドロ葉酸の立体特異性から、MTXとは異なる結合様式
が推定されている。すなわち、DHFRの還元作用によって
生成するテトラヒドロ葉酸のC6位の水素は、補酵素NADP
Hからハイドライドイオンとして来るものであることが
わかっているが、X線解析されたDHER−MTX−NADPHの三
元複合体の結晶構造におけるMTXのDHFRへの結合様式と
同じ結合様式をDHFR−DHF複合体がとると仮定すると、
逆の立体構造をもつテトラヒドロ葉酸が生成されること
となり、DHFRG酵素反応の立体特異性を説明できなくな
る(第6図を参照のこと)。
[Example 2] The binding mode between dihydrofolate molecule DHFR and its substrate DHF has not been elucidated by X-ray analysis, but the binding mode differs from MTX due to the stereospecificity of tetrahydrofolate, a product of oxygen reaction. Is estimated. That is, the hydrogen at the C6 position of tetrahydrofolate generated by the reducing action of DHFR is the coenzyme NADP
Although it is known to come from H as a hydride ion, the same binding mode as that of MTX to DHFR in the crystal structure of the ternary complex of DHER-MTX-NADPH analyzed by X-ray is DHFR-DHF Assuming the complex takes
Tetrahydrofolate having the opposite steric structure will be produced, and the stereospecificity of the DHFRG enzyme reaction cannot be explained (see FIG. 6).

ここでは、こうした先入観を全く入れずに、例1と同
様のやり方でDHFR−DHFの安定複合体の構造を探索し
た。但し、DHFの原子座標としては、MTXの単独時の結晶
構造の原子座標を基に、原子の置換を行って作成した原
子座標を用いた。DHFの各原子の電荷は、例1と同様の
方法により算出した。また、第3図の構造式中、丸で囲
んだヘテロ原子を水素結合性ヘテロ原子として指定し
て、水素結合番号を付加した。
Here, the structure of the stable DHFR-DHF complex was searched for in the same manner as in Example 1 without any such prejudice. However, as the atomic coordinates of DHF, the atomic coordinates created by performing atom substitution based on the atomic coordinates of the crystal structure of MTX alone were used. The charge of each atom of DHF was calculated by the same method as in Example 1. In addition, in the structural formula of FIG. 3, the heteroatoms surrounded by circles are designated as hydrogen-bonding heteroatoms, and hydrogen bonding numbers are added.

最終的に得られた安定複合体モデルのうち上位のもの
の水素結合数と総エネルギー表2に示す。最小のエネル
ギー(−173.46Kcal/mol)を示す最安定複合体モデルを
第7図に示す。第7図中、太線はDHFの分子構造を示
し、点線はDHFRの分子構造の一部を示す。最安定複合体
モデルにおけるDHFの配座は、DHFR−MTX複合体の結晶構
造におけるMTXの配座とは異なり、プテリジン環の面が
裏返ったものであった。最安定複合体モデルにおけるDH
FのDHFRへの結合様式は、DHFR酵素反応生成物の立体特
異性から推定されるDHFのDHFRへの結合様式(第8図の
(b))とよく一致した。DHFのDHFRへのこの結合様式
は、DHFR酵素反応の立体特異性(第6図を参照のこと)
をうまく説明できるものである。また、最安定複合体モ
デルにおけるDHFの配座は、基質類似化合物である葉酸
とDHFRとの複合体の結晶構造における葉酸の配座に非常
に近いものであった。
Table 2 shows the number of hydrogen bonds and the total energy of the higher-order stable composite model finally obtained. The most stable complex model showing the minimum energy (-173.46 Kcal / mol) is shown in FIG. In FIG. 7, the thick line shows the molecular structure of DHF, and the dotted line shows a part of the molecular structure of DHFR. The conformation of DHF in the most stable complex model was different from that of MTX in the crystal structure of the DHFR-MTX complex, and the face of the pteridine ring was inverted. DH in the most stable complex model
The binding mode of F to DHFR was in good agreement with the binding mode of DHF to DHFR (FIG. 8 (b)) estimated from the stereospecificity of the DHFR enzyme reaction product. This mode of binding of DHF to DHFR depends on the stereospecificity of the DHFR enzyme reaction (see FIG. 6).
Can be explained well. The conformation of DHF in the most stable complex model was very close to the conformation of folate in the crystal structure of the complex between DHFR and the substrate analog, folic acid.

これらの結果は本発明の方法の有効性を示すものであ
る。
These results demonstrate the effectiveness of the method of the present invention.

本発明の方法により、生体高分子−リガンド分子の安
定複合体構造の探索を短時間で行うことが可能になっ
た。
According to the method of the present invention, it has become possible to search for a stable complex structure of a biopolymer-ligand molecule in a short time.

また、本発明の方法により、すべての可能な生体高分
子−リガンド分子の複合体構造の中から、最安定な構造
を含む少数の複合体構造を確実に選択できるようになっ
た。
Further, the method of the present invention has made it possible to reliably select a small number of complex structures including the most stable structure from all possible biopolymer-ligand molecule complex structures.

さらに、本発明の方法により、作業者が主観が介入す
ることなしに、生体高分子−リガンド分子の安定複合体
構造の探索を行うことが可能になった。
Furthermore, the method of the present invention enables an operator to search for a stable complex structure of a biopolymer-ligand molecule without subjective intervention.

また、本発明の方法により、信頼性が高く再現性のあ
る生体高分子−リガンド分子の安定複合体構造の探索が
可能になった。
Further, the method of the present invention makes it possible to search for a stable and highly reproducible stable structure of a biopolymer-ligand molecule.

さらに、本発明の方法により、リガンド分子の配座の
自由度を考慮し、かつ、分子間相互作用に関する定量的
な評価を十分に行った生体高分子−リガンド分子の安定
複合体構造の探索を行うことが可能になった。
Furthermore, by the method of the present invention, a search for a stable complex structure of a biopolymer-ligand molecule was conducted in which the degree of freedom of the conformation of the ligand molecule was considered and the quantitative evaluation of the intermolecular interaction was sufficiently performed. It is now possible to do.

さらにまた、本発明の方法により、生体高分子−リガ
ンド分子間の水素結合数が少ない場合、例えば、水素結
合が1個の場合にも安定複合体構造の探索を行うことが
可能になった。
Furthermore, the method of the present invention makes it possible to search for a stable complex structure even when the number of hydrogen bonds between the biopolymer and the ligand molecule is small, for example, when there is only one hydrogen bond.

産業上の利用可能性 本発明の方法を用いて、新規に設計したリガンド分子
が標的生体高分子とどんな結合様式の複合体を形成しや
すいか、その安定性はどの程度かを予測することがで
き、薬物や活性化合物の設計研究を効率的に行うことが
できる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY Using the method of the present invention, it is possible to predict what kind of binding mode a newly designed ligand molecule is likely to form with a target biopolymer and its stability. This allows efficient design and research of drugs and active compounds.

また、本発明の方法を、ある標的生体高分子に対する
多数のリガンド候補化合物群に適用することにより、新
規リード化合物を探索することができる。
In addition, a novel lead compound can be searched for by applying the method of the present invention to a large number of ligand candidate compound groups for a certain target biopolymer.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】(1)生体高分子中の水素結合性官能基の
水素結合の相手となり得るヘテロ原子の位置に設定した
ダミー原子とリガンド分子中の水素結合性ヘテロ原子と
の対応づけを組合せ的に網羅することにより、生体高分
子−リガンド分子間の水素結合様式を網羅する第1工
程、 (2)前記のダミー原子間の距離と前記の水素結合性ヘ
テロ原子間の距離を比較することにより、生体高分子−
リガンド分子間の水素結合様式及びリガンド分子の水素
結合性部分の配座を同時に推定する第2工程、及び (3)第2工程で得られた水素結合様式と配座毎に、リ
ガンド分子中の水素結合性ヘテロ原子とダミー原子との
対応関係に基づいてリガンド分子の全原子の座標を生体
高分子の座標系に置き換えることにより生体高分子−リ
ガンド分子の複合体構造を得る第3工程 を含む生体高分子−リガンド分子の安定複合体の構造を
探索する方法。
(1) Combining the association between a dummy atom set at the position of a heteroatom that can be a hydrogen bond partner of a hydrogen bondable functional group in a biopolymer and a hydrogen bondable heteroatom in a ligand molecule A first step of covering the hydrogen bonding mode between the biopolymer and the ligand molecule by comprehensively covering, (2) comparing the distance between the dummy atoms and the distance between the hydrogen-bonding hetero atoms By the biopolymer-
A second step of simultaneously estimating the hydrogen bonding mode between the ligand molecules and the conformation of the hydrogen bonding portion of the ligand molecule; and (3) for each hydrogen bonding mode and conformation obtained in the second step, A third step of obtaining a complex structure of a biopolymer-ligand molecule by replacing the coordinates of all atoms of the ligand molecule with a biopolymer coordinate system based on the correspondence between the hydrogen-bonding hetero atom and the dummy atom. A method for searching for a structure of a stable complex of a biopolymer and a ligand molecule.
【請求項2】(1)生体高分子中の水素結合性官能基の
水素結合の相手となり得るヘテロ原子の位置に設定した
ダミー原子とリガンド分子の部分構造中の水素結合性ヘ
テロ原子との対応づけを組合せ的に網羅することによ
り、生体高分子−リガンド分子間の水素結合様式を網羅
する第1工程、 (2)前記のダミー原子間の距離の前記の水素結合性ヘ
テロ原子間の距離を比較することにより、生体高分子−
リガンド分子間の水素結合様式及びリガンド分子の部分
構造の配座を同時に推定する第2工程、 (3)第2工程で得られた水素結合様式と配座に基づい
て、前記のリガンド分子の部分構造中で不可能な水素結
合様式を与えるダミー原子と水素結合性ヘテロ原子の組
合せ、及びダミー原子と水素結合を形成し得ない水素結
合性ヘテロ原子を保存する第3工程、 (4)第3工程で保存された水素結合性ヘテロ原子を含
む組合せ、及び第3工程で保存されたダミー原子と水素
結合性ヘテロ原子の組合せを除いて、ダミー原子とリガ
ンド分子中の水素結合性ヘテロ原子との対応づけを組合
せ的に網羅することにより、生体高分子−リガンド分子
間の水素結合様式を網羅する第4工程、 (5)前記ダミー原子間の距離と前記の水素結合性ヘテ
ロ原子間の距離を比較することにより、生体高分子−リ
ガンド分子間の水素結合様式及びリガンド分子の水素結
合性部分の配座を同時に推定する第5工程、及び (6)第5工程で得られた水素結合様式と配座毎に、リ
ガンド分子中の水素結合性ヘテロ原子とダミー原子との
対応関係に基づいてリガンド分子の全原子の座標を生体
高分子の座標系に置き換えることにより生体高分子−リ
ガンド分子の複合体構造を得る第6工程 を含む生体高分子−リガンド分子の安定複合体の構造を
探索する方法。
(1) Correspondence between a dummy atom set at a position of a heteroatom which can be a hydrogen bond partner of a hydrogen bondable functional group in a biopolymer and a hydrogen bondable heteroatom in a partial structure of a ligand molecule. A first step of covering the hydrogen bonding mode between the biopolymer and the ligand molecule by covering the attachments in combination; (2) reducing the distance between the hydrogen bonding heteroatoms of the distance between the dummy atoms; By comparison, the biopolymer-
A second step of simultaneously estimating the hydrogen bonding mode between the ligand molecules and the conformation of the partial structure of the ligand molecule; (3) the part of the ligand molecule based on the hydrogen bonding mode and the conformation obtained in the second step A third step of preserving a combination of a dummy atom and a hydrogen-bonding heteroatom that gives a hydrogen bonding mode impossible in the structure, and a hydrogen-bonding heteroatom that cannot form a hydrogen bond with the dummy atom; (4) third step Except for the combination containing the hydrogen-bonding heteroatom conserved in the step and the combination of the dummy atom and the hydrogen-bonding heteroatom conserved in the third step, the combination of the dummy atom and the hydrogen-bonding heteroatom in the ligand molecule A fourth step of covering the hydrogen bonding mode between the biopolymer and the ligand molecule by covering the association in combination; (5) the distance between the dummy atoms and the distance between the hydrogen bonding heteroatoms; The fifth step of simultaneously estimating the hydrogen bonding mode between the biopolymer and the ligand molecule and the conformation of the hydrogen bonding portion of the ligand molecule by comparing the distances, and (6) the hydrogen bond obtained in the fifth step By replacing the coordinates of all atoms of the ligand molecule with the biopolymer coordinate system based on the correspondence between the hydrogen-bonding heteroatom and the dummy atom in the ligand molecule for each mode and conformation, the biopolymer-ligand molecule A method for searching for a structure of a stable complex of a biopolymer-ligand molecule, comprising the sixth step of obtaining a complex structure of the above.
【請求項3】(1)生体高分子中の水素結合性官能基の
水素結合の相手となり得るヘテロ原子の位置に設定した
ダミー原子とリガンド分子中に水素結合性ヘテロ原子と
の対応づけを組合せ的に網羅することにより、生体高分
子−リガンド分子間の水素結合様式を網羅する第1工
程、 (2)前記のダミー原子間の距離と前記の水素結合性ヘ
テロ原子間の距離を比較することにより、生体高分子−
リガンド分子間の水素結合様式及びリガンド分子の水素
結合性部分の配座を同時に推定する第2工程、 (3)第2工程で得られた水素結合様式を保持しつつ、
ダミー原子とリガンド分子中の水素結合性ヘテロ原子の
位置が一致するようにリガンド分子の配座を最適化し、
次いで、分子内エネルギーの高いリガンド分子の配座を
除去する第3工程、 (4)第3工程で除去されなかった配座毎に、リガンド
分子中の水素結合性ヘテロ原子とダミー原子との対応関
係に基づいてリガンド分子の全原子の座標を生体高分子
の座標系に置き換えることにより生体高分子−リガンド
分子の複合体構造を得る第4工程、 (5)第4工程で得られた複合体構造から、リガンド分
子中の水素結合性部分の分子内エネルギー及び生体高分
子−該リガンド分子中の水素結合性部分の分子間相互作
用エネルギーの高い複合体構造を除去し、次いで、残っ
た複合体構造について構造の最適化を行う第5工程、 (6)第5工程で得られた複合体構造毎に、リガンド分
子の排水素結合性部分の配座を発生させて新たな複合体
構造を得る第6工程、及び (7)第6工程で得られた複合体構造から、リガンド分
子全体の分子内エネルギー及び生体高分子−リガンド分
子の分子間相互作用エネルギーの高い複合体構造を除去
し、次いで、残った複合体構造について構造の最適化を
行う第7工程 を含む生体高分子−リガンド分子の安定複合体の構造を
探索する方法。
3. Combination of association between a dummy atom set at a position of a heteroatom which can be a hydrogen bond partner of a hydrogen bondable functional group in a biopolymer and a hydrogen bondable heteroatom in a ligand molecule. A first step of covering the hydrogen bonding mode between the biopolymer and the ligand molecule by comprehensively covering, (2) comparing the distance between the dummy atoms and the distance between the hydrogen-bonding hetero atoms By the biopolymer-
A second step of simultaneously estimating the hydrogen bonding mode between the ligand molecules and the conformation of the hydrogen bonding portion of the ligand molecule, (3) while maintaining the hydrogen bonding mode obtained in the second step,
Optimize the conformation of the ligand molecule so that the position of the hydrogen-bonding heteroatom in the dummy atom and the ligand molecule coincide,
Next, a third step of removing the conformation of the ligand molecule having a high intramolecular energy, (4) for each conformation not removed in the third step, the correspondence between the hydrogen-bonding hetero atom and the dummy atom in the ligand molecule A fourth step of obtaining the complex structure of the biopolymer-ligand molecule by replacing the coordinates of all atoms of the ligand molecule with the coordinate system of the biopolymer based on the relationship; (5) the complex obtained in the fourth step Removing from the structure a complex structure with a high intramolecular energy of the hydrogen-bonding moiety in the ligand molecule and a high intermolecular interaction energy of the biopolymer-hydrogen-bonding moiety in the ligand molecule; A fifth step of optimizing the structure of the structure; (6) for each complex structure obtained in the fifth step, a new complex structure is obtained by generating the conformation of the dehydrogenation binding portion of the ligand molecule 6th construction And (7) removing, from the complex structure obtained in the sixth step, a complex structure having a high intramolecular energy of the entire ligand molecule and a high intermolecular interaction energy of the biopolymer-ligand molecule, and then removing the remaining complex structure. A method for searching for a structure of a stable biopolymer-ligand molecule complex, comprising a seventh step of optimizing the structure of the complex structure.
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