(57)【要約】  コンピュータを用いた、結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーの算出方法であって、  前記結合計算対象分子と前記標的分子との間に距離拘束ポテンシャルを付加する工程を複数含み、  前記複数の工程における前記結合計算対象分子のアンカー点が同じアンカー点であり、かつ前記複数の工程における前記標的分子のアンカー点が異なるアンカー点である、結合自由エネルギーの算出方法である。
2017013802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータを用いた、結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーの算出方法であって、
前記結合計算対象分子と前記標的分子との間に距離拘束ポテンシャルを付加する工程を複数含み、
前記複数の工程における前記結合計算対象分子のアンカー点が同じアンカー点であり、かつ前記複数の工程における前記標的分子のアンカー点が異なるアンカー点である、ことを特徴とする結合自由エネルギーの算出方法。
【請求項２】
前記結合計算対象分子のアンカー点が、前記結合計算対象分子の重心である請求項１に記載の結合自由エネルギーの算出方法。
【請求項３】
前記標的分子のアンカー点の各々が、前記標的分子中の揺らぎの小さい原子を用いて決定される請求項１から２のいずれかに記載の結合自由エネルギーの算出方法。
【請求項４】
前記複数の工程で付加された複数の距離拘束ポテンシャルの各々を用いて、前記結合計算対象分子と前記標的分子との結合自由エネルギーを複数算出する、請求項１から３のいずれかに記載の結合自由エネルギーの算出方法。
【請求項５】
算出された複数の前記結合自由エネルギーのうちの最も小さい結合自由エネルギーを抽出する、請求項４に記載の結合自由エネルギーの算出方法。
【請求項６】
アルケミカル経路計算法により行われる請求項１から５のいずれかに記載の結合自由エネルギーの算出方法。
【請求項７】
コンピュータに、結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーを算出させるプログラムであって、
前記結合計算対象分子と前記標的分子との間に距離拘束ポテンシャルを付加する工程を複数実行させ、
前記複数の工程における前記結合計算対象分子のアンカー点が同じアンカー点であり、かつ前記複数の工程における前記標的分子のアンカー点が異なるアンカー点である、ことを特徴とするプログラム。
【請求項８】
前記結合計算対象分子のアンカー点が、前記結合計算対象分子の重心である請求項７に記載のプログラム。
【請求項９】
前記標的分子のアンカー点の各々が、前記標的分子中の揺らぎの小さい原子を用いて決定される請求項７から８のいずれかに記載のプログラム。
【請求項１０】
前記複数の工程で付加された複数の距離拘束ポテンシャルの各々を用いて、前記結合計算対象分子と前記標的分子との結合自由エネルギーを複数算出する、請求項７から９のいずれかに記載のプログラム。
【請求項１１】
算出された複数の前記結合自由エネルギーのうちの最も小さい結合自由エネルギーを抽出する、請求項１０に記載のプログラム。
【請求項１２】
前記結合自由エネルギーの算出が、アルケミカル経路計算法により行われる請求項７から１１のいずれかに記載のプログラム。
【請求項１３】
結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーの算出装置であって、
前記結合計算対象分子と前記標的分子との間に距離拘束ポテンシャルを付加する工程を複数行う付加部を有し、
前記複数の工程における前記結合計算対象分子のアンカー点が同じアンカー点であり、かつ前記複数の工程における前記標的分子のアンカー点が異なるアンカー点である、ことを特徴とする結合自由エネルギーの算出装置。
【請求項１４】
前記結合計算対象分子のアンカー点が、前記結合計算対象分子の重心である請求項１３に記載の結合自由エネルギーの算出装置。
【請求項１５】
前記標的分子のアンカー点の各々が、前記標的分子中の揺らぎの小さい原子を用いて決定される請求項１３から１４のいずれかに記載の結合自由エネルギーの算出装置。
【請求項１６】
前記複数の工程で付加された複数の距離拘束ポテンシャルの各々を用いて、前記結合計算対象分子と前記標的分子との結合自由エネルギーを複数算出する、請求項１３から１５のいずれかに記載の結合自由エネルギーの算出装置。
【請求項１７】
算出された複数の前記結合自由エネルギーのうちの最も小さい結合自由エネルギーを抽出する、請求項１６に記載の結合自由エネルギーの算出装置。
【請求項１８】
前記結合自由エネルギーの算出が、アルケミカル経路計算法により行われる請求項１３から１７のいずれかに記載の結合自由エネルギーの算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、標的分子と結合計算対象分子との結合自由エネルギーの算出方法、及び算出装置、並びに前記算出方法を実行するプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、薬候補分子を実験的に探索するのに要する膨大な費用と労力を削減するため、各種のコンピュータによるシミュレーションが行われている。薬候補分子の探索とは、標的疾患（ターゲットとする疾患）に関与する標的分子に対して強く相互作用する化合物（リガンド）を薬候補として探索することである。そこで、コンピュータによる標的分子立体構造に基づく化合物のスクリーニングが活発に行われている。【０００３】
特に利用されている方法として、構造ベース薬剤設計方法（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｂａｓｅｄ  Ｄｒｕｇ  Ｄｅｓｉｇｎ，ＳＢＤＤ）が挙げられる（例えば、非特許文献１参照）。この方法は、標的分子や受容体の立体構造情報に基づいた分子設計法である。【０００４】
コンピュータを用いて、標的分子と結合する薬候補分子を設計する場合、効率的に分子設計へのフィードバックを行うためには、標的分子に対する、薬候補分子又はそのフラグメント（本明細書において、薬候補分子とフラグメントとを総称して結合計算対象分子と称する。）の結合活性（結合自由エネルギー）を定量予測することが重要である。定量的結合活性予測においては、実験値と直接比較するために標準状態との関係を維持しながら計算する必要がある。
そのため、従来では、標的分子と結合計算対象分子との間の距離を拘束するためのポテンシャルを導入し、分子のとりうる構造空間を制限することが行われている。
しかし、従来では、標的分子と結合計算対象分子との結合自由エネルギーの計算精度が低下してしまうことがあった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｔｈｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｏｆ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｂａｓｅｄ  Ｄｒｕｇ  Ｄｅｓｉｇｎ”，  Ａ．Ｃ．  Ａｎｄｅｒｓｏｎ，  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ＆  Ｂｉｏｌｏｇｙ，  １０，  ７８７  （２００３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本件は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本件は、標的分子と結合計算対象分子との結合自由エネルギーの計算精度を向上できる結合自由エネルギーの算出方法、及び算出装置、並びに前記算出方法を実行するプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
開示の結合自由エネルギーの算出方法は、コンピュータを用いた、結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーの算出方法であって、
前記結合計算対象分子と前記標的分子との間に距離拘束ポテンシャルを付加する工程を複数含み、
前記複数の工程における前記結合計算対象分子のアンカー点が同じアンカー点であり、かつ前記複数の工程における前記標的分子のアンカー点が異なるアンカー点である。【０００８】
開示のプログラムは、コンピュータに、結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーを算出させるプログラムであって、
前記結合計算対象分子と前記標的分子との間に距離拘束ポテンシャルを付加する工程を複数実行させ、
前記複数の工程における前記結合計算対象分子のアンカー点が同じアンカー点であり、かつ前記複数の工程における前記標的分子のアンカー点が異なるアンカー点である。【０００９】
開示の結合自由エネルギーの算出装置は、結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーの算出装置であって、
前記結合計算対象分子と前記標的分子との間に距離拘束ポテンシャルを付加する工程を複数行う付加部を有し、
前記複数の工程における前記結合計算対象分子のアンカー点が同じアンカー点であり、かつ前記複数の工程における前記標的分子のアンカー点が異なるアンカー点である。
【発明の効果】
【００１０】
開示の結合自由エネルギーの算出方法によれば、結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーの計算精度を向上できる。
開示のプログラムによれば、結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーの計算精度を向上できる。
開示の結合自由エネルギーの算出装置によれば、結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーの計算精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、従来の結合自由エネルギーの計算結果の一例である。
【図２Ａ】図２Ａは、距離拘束ポテンシャルを設定した際の安定構造の一例である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、距離拘束ポテンシャルを設定した際の安定構造の他の一例である。
【図３】図３は、結合自由エネルギー地形の一例である。
【図４Ａ】図４Ａは、標的分子Ｔと結合計算対象分子Ｌとの結合構造の模式図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、結合自由エネルギー面の模式図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、結合自由エネルギー面の模式図である。
【図５】図５は、距離拘束ポテンシャルＰ２の場合の結合自由エネルギーの計算結果である。
【図６】図６は、アルケミカル経路計算法の一例の概念図である。
【図７】図７は、標的分子の複数のアンカー点を設定する方法の一例を説明するための模式図である。
【図８】図８は、開示の結合自由エネルギーの算出方法の一例のフローチャートである。
【図９】図９は、開示の結合自由エネルギーの算出装置のハードウエア構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（結合自由エネルギーの算出方法）
開示の結合自由エネルギーの算出方法は、コンピュータを用いた、結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーの算出方法である。
【００１３】
開示の技術の発明者は、距離拘束ポテンシャルの付加を利用した、結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーの算出の際に、計算の精度が低下する原因について検討した。
【００１４】
まず、距離拘束ポテンシャルの付加を利用したアルケミカル経路計算法により、標的分子と結合計算対象分子との結合自由エネルギーを計算した。
標的分子としてＲＮＡを用いた。結合計算対象分子としてテオフィリン分子を用いた。これらの複合体構造は、プロテインデータバンク（ＰＤＢ）に蓄積されている１Ｏ１５を用いた。
ＲＮＡの力場はＡＭＢＥＲ９９／ｐａｒｍｂｓｃ０を用いた。また、テオフィリン分子は、６−３１Ｇ＊基底を用いて真空中で構造最適化し、点電荷にＲＥＳＰ、力場にｇｅｎｅｒａｌ  ａｍｂｅｒ  ｆｏｒｃｅ  ｆｉｅｌｄ  （ＧＡＦＦ）を用いた。
テオフィリン分子の重心を、テオフィリン分子のアンカー点とした。
ＲＮＡのアンカー点は、Ｕ２３  Ｃ１’の原子の座標に決定した。
計算は、Ｇｒｏｍａｃｓを用いた分子動力学法により行った。
結果を、図１に示す。図１において、横軸はシミュレーション時間（ｎｓ）を表し、各プロットは、０．５ｎｓからそのプロットまでの時間の間の結合自由エネルギー値を表す。即ち、１ｎｓのプロットは、０．５ｎｓ〜１ｎｓまでの時間の結合自由エネルギー値を表し、１０ｎｓのプロットは、０．５ｎｓ〜１０ｎｓまでの時間の結合自由エネルギー値を表す。図１から、計算時間が経過しても結合自由エネルギー値が安定しないことが確認できる。
また、この系の結合自由エネルギーは、実験結果では、−８．９ｋｃａｌ／ｍｏｌである。一方、図１の結果からは、−７．５６±０．４７ｋｃａｌ／ｍｏｌ（１０ｎｓのプロット）となっている。
即ち、上記計算では、計算精度が低くなっている。
【００１５】
本発明者は、その原因を、以下のように推測した。
結合自由エネルギーの算出において距離拘束ポテンシャルの付加を利用する場合に、標的分子と結合計算対象分子との結合構造に複数の安定構造（結合ポーズ）が存在すると、結合自由エネルギーの計算精度が低下すると推測した。
即ち、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、１つの距離拘束ポテンシャルを設定した際に、標的分子Ｔと結合計算対象分子Ｌとが取りうる安定構造が２つ以上存在する場合に、結合自由エネルギーの計算精度が低下する。このように本発明者は推測した。ここで、Ｐ１は、標的分子Ｔのアンカー点である。
【００１６】
そこで、本発明者はその推測を裏付けるための検討を行った。
メタダイナミクスを用いて、テオフィリン分子とＲＮＡとの複合体について、構造空間の探索を行った。結果を図３に示す。図３は、結合自由エネルギー地形である。
結合自由エネルギー地形から、大きさの似た２つの安定構造（Ａ、Ｂ；ここで、安定構造Ｂは準安定状態である。）が存在していることが分かる。ここで、２つの安定構造（Ａ、Ｂ）の存在比に応じた計算値が算出されればよいが、実際の計算では、一方の安定構造に局在化する場合があるため、２つの安定構造の存在比に応じた計算値が算出されない。そのため、計算精度が低下してしまうことを知見した。
【００１７】
上記知見と、上記知見を踏まえた開示の技術の概略とを、模式図を用いて説明する。
図４Ａは、標的分子Ｔと結合計算対象分子Ｌとの結合構造の模式図である。図４Ａにおいては、標的分子Ｔの結合サイト内に結合計算対象分子Ｌが存在している。
ここで、標的分子Ｔのアンカー点をＰ１とした場合の標的分子Ｔと結合計算対象分子Ｌとの間の距離拘束ポテンシャルをＰ１とする。標的分子のアンカー点をＰ２（Ｐ２は、Ｐ１とは異なる）とした場合の標的分子Ｔと結合計算対象分子Ｌとの間の距離拘束ポテンシャルをＰ２とする。そして、各々の距離拘束ポテンシャルＰ１、Ｐ２により拘束する距離をｄ１、ｄ２として、結合自由エネルギー面の模式図を作成した（図４Ｂ、図４Ｃ）。なお、距離ｄ１、ｄ２は、通常、固定値ではなく、一定の数値範囲となる。
【００１８】
図４Ｂに示すように、距離拘束ポテンシャルＰ１の場合のサンプリング空間Ｓ１は、安定構造Ａに加えて、準安定状態である安定構造Ｂを含む。そのため、距離拘束ポテンシャルＰ１を用いた結合自由エネルギーの計算においては、安定構造Ｂの影響を受け、計算精度が低下する（図１）。
一方、図４Ｃに示すように、距離拘束ポテンシャルＰ２の場合のサンプリング空間Ｓ２は、安定構造Ａを含むが、準安定状態である安定構造Ｂを含まない。そのため、距離拘束ポテンシャルＰ２を用いた結合自由エネルギーの計算においては、安定構造Ｂの影響を受けず、計算精度に優れる。
【００１９】
ここで、図５に、距離拘束ポテンシャルＰ２の場合の結合自由エネルギー計算結果を示す。計算は、前述したテオフィリンとＲＮＡとの結合自由エネルギーの計算において、ＲＮＡのアンカー点を、Ａ７Ｃ４’の原子の座標に変更した以外は、同様にして行った。
結果を、図５に示す。図５において、横軸はシミュレーション時間（ｎｓ）を表し、各プロットは、０．５ｎｓからそのプロットまでの時間の間の結合自由エネルギー値を表す。即ち、１ｎｓのプロットは、０．５ｎｓ〜１ｎｓまでの時間の結合自由エネルギー値を表し、１０ｎｓのプロットは、０．５ｎｓ〜１０ｎｓまでの時間の結合自由エネルギー値を表す。図５から、計算時間に関わらず結合自由エネルギー値が安定していることが確認できる。
この系の結合自由エネルギーは、実験結果では、−８．９ｋｃａｌ／ｍｏｌである。一方、図５の結果からは、−８．９４±０．０４ｋｃａｌ／ｍｏｌ（１０ｎｓのプロット）となっている。
即ち、距離拘束ポテンシャルＰ１を用いた結合自由エネルギーの計算の場合よりも、距離拘束ポテンシャルＰ２を用いた結合自由エネルギーの計算の場合の方が、より安定な（計算精度に優れる）結合自由エネルギーを算出できる。
【００２０】
したがって、結合計算対象分子と標的分子との間に距離拘束ポテンシャルを付加する工程を複数含み、前記複数の工程における前記結合計算対象分子のアンカー点が同じアンカー点であり、かつ前記複数の工程における前記標的分子のアンカー点が異なるアンカー点であることにより、結合自由エネルギーの計算精度を向上できる。
【００２１】
前記結合自由エネルギーの算出は、距離拘束ポテンシャルを用いる方法であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アルケミカル経路計算法により行われることが好ましい。前記アルケミカル経路計算法とは、アルケミカル自由エネルギー計算（ａｌｃｈｅｍｉｃａｌ  ｆｒｅｅ  ｅｎｅｒｇｙ  ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）、アルケミカル変換（ａｌｃｈｅｍｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）などとも呼ばれ、仮想的な（アルケミカル）経路に沿った熱力学サイクルを用いた、結合自由エネルギーの算出方法である。
前記アルケミカル経路計算法は、例えば、Ａｄｖ  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｃｈｅｍ  Ｓｔｒｕｃｔ  Ｂｉｏｌ．  ２０１１  ；  ８５：  ２７−８０．に紹介されている。
前記アルケミカル経路計算法としては、例えば、図６及び以下の式により求められる計算法が挙げられる。
【数１】
2017013802.tif 000003
図６において、三日月状の物体が、標的分子（Ｔ）であり、円形の物体が、結合計算対象分子（Ｌ）である。上記式、及び図１において、Ｃは、静電相互作用を表し、ＬＪは、ファンデルワールス相互作用を表し、Ｓｏｌｖは、溶媒を表し、Ｃｐｌｘは、標的分子（Ｔ）と結合計算対象分子（Ｌ）との複合体を表し、Ｒは、バネ拘束ポテンシャルを表す。
上記式における右辺の第１、２、４、５、６項は、例えば、Ｂｅｎｎｅｔｔ  Ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ（ＢＡＲ）法により評価することができる。
【００２２】
なお、結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーは、通常、溶媒中の前記結合計算対象分子と前記標的分子との結合自由エネルギーである。前記溶媒は、通常、水である。
【００２３】
結合自由エネルギーの算出は、コンピュータを用いて行われる。前記結合自由エネルギーの算出に使用される前記コンピュータは、１つであってもよいし、複数であってもよい。例えば、複数のコンピュータに前記結合自由エネルギーの算出を分散させて実行させてもよい。
【００２４】
＜距離拘束ポテンシャル付加工程＞
前記結合自由エネルギーの算出方法は、前記結合計算対象分子と前記標的分子との間に距離拘束ポテンシャルを付加する工程を複数含む。
【００２５】
前記複数の工程における前記結合計算対象分子のアンカー点は、同じアンカー点である。
前記複数の工程における前記標的分子のアンカー点は、異なるアンカー点である。即ち、距離拘束ポテンシャルを付加する複数の工程の各々において、前記標的分子のアンカー点としては異なるアンカー点が用いられる。
【００２６】
＜＜結合計算対象分子＞＞
前記結合計算対象分子とは、薬候補分子、又は薬候補分子を設計する際のフラグメントを意味する。
前記フラグメントは、例えば、フラグメントベースドラッグデザイン（ＦＢＤＤ）に使用される。
【００２７】
＜＜標的分子＞＞
前記標的分子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、タンパク質、ＲＮＡ（リボ核酸、ｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ）、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸、ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ）などが挙げられる。
【００２８】
＜＜距離拘束ポテンシャル＞＞
前記距離拘束ポテンシャルとしては、前記結合計算対象分子と前記標的分子との間の距離を拘束するポテンシャルであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、バネによる拘束ポテンシャルなどが挙げられる。拘束力としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００２９】
前記距離拘束ポテンシャルは、前記結合計算対象分子のアンカー点と前記標的分子のアンカー点とを用いて、前記結合計算対象分子と前記標的分子との間に付加される。
前記結合計算対象分子の１つのアンカー点と、前記標的分子の複数のアンカー点の各々との間に付加される複数の距離拘束ポテンシャルは、２つのアンカー点間の距離に応じて、独立して設定されてもよい。例えば、距離拘束ポテンシャルは、前記結合計算対象分子の揺らぎの大きさを特定の範囲になるように決定される。
【００３０】
前記結合計算対象分子と前記標的分子との距離拘束は、結合活性に最も寄与の大きな分子の並進運動の自由度を正しく考慮するために行われる。
そのため、前記結合計算対象分子の重心を前記結合計算対象分子のアンカー点とすることが合理的である。前記結合計算対象分子の重心は、例えば、以下の式で求めることができる。
【数２】
2017013802.tif 000004
ここで、前記式中、ｍは、質量を表し、ｘは、結合計算対象分子を構成する原子の座標を表す。
【００３１】
水素原子は軽いため、求められる重心の位置への影響が小さい。そのため、前記結合計算対象分子の重心は、前記結合計算対象分子を構成する水素原子を除いて求められることが、計算時間を短縮できる点で好ましい。
【００３２】
前記標的分子のアンカー点は、前記標的分子中の揺らぎの小さい原子を用いて、決定されることが好ましい。
前記原子は、前記結合計算対象分子のアンカー点から５Å〜１５Åの範囲内にある原子であることが、アンカー点間の距離の頻度分布が正規分布に近くなり、より優れた計算精度が得られる点から好ましい。
【００３３】
前記原子は、揺らぎの小さい原子である。
前記揺らぎの小さい原子は、例えば、前記標的分子中の原子について、ＲＭＳＦ（ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅ  ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ；根平均二乗揺らぎ）を求め、求めた各原子のＲＭＳＦを対比して、ＲＭＳＦの小さい原子から選択される。
例えば、前記標的分子中の、水素原子を除く全原子について、ＲＭＳＦ（ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅ  ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ；根平均二乗揺らぎ）を求め、ＲＭＳＦを求めた全原子におけるＲＭＳＦの算術平均値よりも小さいＲＭＳＦを有する原子を、揺らぎの小さい原子として選択する。
前記揺らぎの小さい原子における前記ＲＭＳＦとしては、１．０Å以下が好ましい。
【００３４】
前記揺らぎの小さい原子としては、例えば、前記標的分子の主鎖の原子などが挙げられる。前記主鎖とは、前記標的分子中で最も長い鎖を意味する。前記主鎖の原子は、側鎖の原子に比べて揺らぎが小さい。
【００３５】
前記標的分子のアンカー点は、前記標的分子中の揺らぎの小さい複数の原子の重心であってもよい。なお、前記複数の原子は、前記結合計算対象分子のアンカー点から５Å〜１５Åの範囲内にある原子であることが好ましい。例えば、前記結合計算対象分子のアンカー点から５Å〜１５Åの範囲内に、前記標的分子の主鎖の原子が存在しない場合、前記主鎖の原子よりも揺らぎが大きいが、前記標的分子中の原子の中では比較的揺らぎが小さい側鎖の原子を複数用いて、その重心を、前記標的分子のアンカー点としてもよい。
前記複数の原子における原子の数としては、例えば、２つなどが挙げられる。
前記複数の原子の重心の計算方法としては、例えば、前記結合計算対象分子の重心の計算方法と同様の方法が挙げられる。
【００３６】
前記アンカー点は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスク、各種周辺機器等を備えた通常のコンピュータシステム（例えば、各種ネットワークサーバ、ワークステーション、パーソナルコンピュータ等）を用いることによって決定できる。
【００３７】
前記結合自由エネルギーの算出方法においては、前記複数の工程で付加された複数の距離拘束ポテンシャルの各々を用いて、前記結合計算対象分子と前記標的分子との結合自由エネルギーを複数算出することが好ましい。
【００３８】
前記結合自由エネルギーの算出方法においては、算出された複数の前記結合自由エネルギーのうちの最も小さい結合自由エネルギーを抽出し、算出結果とすることが好ましい。抽出する操作は、例えば、コンピュータにより行うことができる。
【００３９】
前記結合自由エネルギーの算出方法において、前記標的分子のアンカー点は、複数設定される。その設定方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、以下のようにして設定することができる。
図７に示すように、結合計算対象分子Ｌのアンカー点ＬＰを設定する。続いて、標的分子Ｔの結合サイトの端部に一のアンカー点ＴＰ１を設定する。続いて、結合サイトＴの他の端部に他のアンカー点ＴＰｎを設定する。そして、アンカー点ＬＰを頂点とし、アンカー点ＬＰとアンカー点ＴＰ１との間の線分と、アンカー点ＬＰとアンカー点ＴＰｎとの間の線分とがなす角θを（ｎ−１）等分する。そして、（ｎ−１）等分により与えられた角θ／（ｎ−１）毎に、標的分子のアンカー点を追加していく。図７においては、ｎ＝５の場合を示しており、３つのアンカー点（ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４）が追加される。
そして、標的分子Ｔの５つのアンカー点の各々と、結合計算対象分子Ｌのアンカー点ＬＰとの間に付加された複数の距離拘束ポテンシャルの各々を用いて、標的分子Ｔと結合計算対象分子Ｌとの結合自由エネルギーを算出する。
【００４０】
ここで、フローチャート（図８）を用いて前記結合自由エネルギーの算出方法の一例を説明する。
まず、結合計算対象分子Ｌのアンカー点を決定する。前記アンカー点は、例えば、結合計算対象分子Ｌの重心とする。
次に、標的分子Ｔのアンカー点を決定する。前記アンカー点は、複数（ｎ）である。前記アンカー点の数は、計算対象の標的分子、計算対象の結合計算対象分子、計算時間、計算目的等に応じて、適宜選択すればよい。複数のアンカー点の決定方法は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、図７を用いて説明した前述の方法などが挙げられる。
次に、標的分子Ｔのｎ個のアンカー点の各々と、結合計算対象分子Ｌのアンカー点との間に付与された各距離拘束ポテンシャルを用いて、結合自由エネルギー計算を行う。そのため、ｎ回の結合自由エネルギー計算が行われる。この際、例えば、ｎ個のアンカー点について、１、２、・・・（ｎ−１）、ｎと番号をつけ、その番号順に結合自由エネルギー計算を行う。
次に、ｎ回の結合自由エネルギー計算の計算結果を対比して、最小の結合自由エネルギーを抽出する。
以上により、前記結合自由エネルギー計算の一例が終了する。
【００４１】
前記結合自由エネルギーの算出方法は、例えば、分子軌道法、分子動力学法などを用いて実行することができる。
【００４２】
前記分子軌道法による分子軌道計算としては、例えば、非経験的分子軌道計算（ａｂ  ｉｎｉｔｉｏ分子軌道計算）、半経験的分子軌道計算などが挙げられる。
前記非経験的分子軌道計算の方法論としては、例えば、ハートリー−フォック法、電子相関法などが挙げられる。
前記半経験的分子軌道計算の方法論としては、例えば、ＣＮＤＯ、ＩＮＤＯ、ＡＭ１、ＰＭ３などが挙げられる。
前記非経験的分子軌道計算のプログラムとしては、例えば、Ｇａｕｓｓｉａｎ０３、ＧＡＭＥＳＳ、ＡＢＩＮＩＴ−ＭＰ、Ｐｒｏｔｅｉｎ  ＤＦなどが挙げられる。
前記半経験的分子軌道計算のプログラムとしては、例えば、ＭＯＰＡＣなどが挙げられる。
【００４３】
前記分子動力学法に用いるプログラムとしては、例えば、ｇｒｏｍａｃｓ（グローマックス、Ｇｒｏｎｉｎｇｅｎ  Ｍａｃｈｉｎｅ  ｆｏｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ）、ａｍｂｅｒ（Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｍｏｄｅｌ  Ｂｕｉｌｄｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ）、ｃｈａｒｍｍ、ｔｉｎｋｅｒ、ｌａｍｍｐｓなどが挙げられる。
【００４４】
前記結合自由エネルギーの算出方法は、後述する結合自由エネルギーの算出装置を用いて行うことができる。
【００４５】
（プログラム）
開示のプログラムは、結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーを算出させるプログラムである。
前記プログラムにおいては、前記結合計算対象分子と前記標的分子との間に距離拘束ポテンシャルを付加する工程を複数実行させる。
前記プログラムにおいて、前記複数の工程における前記結合計算対象分子のアンカー点が同じアンカー点であり、かつ前記複数の工程における前記標的分子のアンカー点が異なるアンカー点である。
【００４６】
前記プログラムは、前記結合自由エネルギーの計算方法を実行する。
【００４７】
前記プログラムは、使用するコンピュータシステムの構成及びオペレーティングシステムの種類・バージョンなどに応じて、公知の各種のプログラム言語を用いて作成することができる。
【００４８】
前記プログラムは、内蔵ハードディスク、外付けハードディスクなどの記憶媒体に記録しておいてもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＭＯディスク（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｉｓｋ）、ＵＳＢメモリ〔ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）  ｆｌａｓｈ  ｄｒｉｖｅ〕などの記憶媒体に記録しておいてもよい。前記プログラムをＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＭＯディスク、ＵＳＢメモリなどの記憶媒体に記録する場合には、必要に応じて随時、コンピュータシステムが有する記憶媒体読取装置を通じて、これを直接、又はハードディスクにインストールして使用することができる。また、コンピュータシステムから情報通信ネットワークを通じてアクセス可能な外部記憶領域（他のコンピュータ等）に前記プログラムを記録しておき、必要に応じて随時、前記外部記憶領域から情報通信ネットワークを通じてこれを直接、又はハードディスクにインストールして使用することもできる。
【００４９】
（コンピュータが読み取り可能な記録媒体）
開示のコンピュータが読み取り可能な記録媒体は、開示の前記プログラムを記録してなる。
前記コンピュータが読み取り可能な記録媒体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、内蔵ハードディスク、外付けハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＭＯディスク、ＵＳＢメモリなどが挙げられる。
【００５０】
（結合自由エネルギーの算出装置）
開示の結合自由エネルギーの算出装置は、結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーの算出装置である。
前記結合自由エネルギーの算出装置は、前記結合計算対象分子と前記標的分子との間に距離拘束ポテンシャルを付加する工程を複数行う付加部を少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の部を有する。
前記結合自由エネルギーの算出装置において、前記複数の工程における前記結合計算対象分子のアンカー点が同じアンカー点であり、かつ前記複数の工程における前記標的分子のアンカー点が異なるアンカー点である。
【００５１】
前記結合自由エネルギーの算出装置は、前記結合自由エネルギーの算出方法を実行する。
【００５２】
図９に、開示の結合自由エネルギーの算出装置のハードウエア構成例を示す。
結合自由エネルギーの算出装置１０は、例えば、ＣＰＵ１１、メモリ１２、記憶部１３、表示部１４、入力部１５、出力部１６、Ｉ／Ｏインターフェース部１７等がシステムバス１８を介して接続されて構成される。
【００５３】
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１１は、演算（四則演算、比較演算等）、ハードウエア及びソフトウエアの動作制御などを行う。
【００５４】
メモリ１２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）などのメモリである。前記ＲＡＭは、前記ＲＯＭ及び記憶部１３から読み出されたＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）及びアプリケーションプログラムなどを記憶し、ＣＰＵ１１の主メモリ及びワークエリアとして機能する。
【００５５】
記憶部１３は、各種プログラム及びデータを記憶する装置であり、例えば、ハードディスクである。記憶部１３には、ＣＰＵ１１が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳなどが格納される。
前記プログラムは、記憶部１３に格納され、メモリ１２のＲＡＭ（主メモリ）にロードされ、ＣＰＵ１１により実行される。
【００５６】
表示部１４は、表示装置であり、例えば、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置である。
入力部１５は、各種データの入力装置であり、例えば、キーボード、ポインティングデバイス（例えば、マウス等）などである。
出力部１６は、各種データの出力装置であり、例えば、プリンタである。
Ｉ／Ｏインターフェース部１７は、各種の外部装置を接続するためのインターフェースである。例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＭＯディスク、ＵＳＢメモリなどのデータの入出力を可能にする。
【符号の説明】
【００５７】
１０    結合自由エネルギーの算出装置
１１    ＣＰＵ
１２    メモリ
１３    記憶部
１４    表示部
１５    入力部
１６    出力部
１７    Ｉ／Ｏインターフェース部
１８    システムバス
Ａ      安定構造
Ｂ      安定構造
Ｌ      結合計算対象分子
ＬＰ    アンカー点
Ｐ１    アンカー点
Ｒ      バネ拘束ポテンシャル
Ｓ１    サンプリング空間
Ｓ２    サンプリング空間
Ｔ      標的分子
ＴＰ１  アンカー点
ＴＰｎ  アンカー点
【図１】
2017013802.tif 000005
【図２Ａ】
2017013802.tif 000006
【図２Ｂ】
2017013802.tif 000007
【図３】
2017013802.tif 000008
【図４Ａ】
2017013802.tif 000009
【図４Ｂ】
2017013802.tif 000010
【図４Ｃ】
2017013802.tif 000011
【図５】
2017013802.tif 000012
【図６】
2017013802.tif 000013
【図７】
2017013802.tif 000014
【図８】
2017013802.tif 000015
【図９】
2017013802.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月28日(2017.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータを用いた、結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーの算出方法であって、
前記結合計算対象分子と前記標的分子との間に距離拘束ポテンシャルを付加する工程を複数含み、
前記複数の工程における前記結合計算対象分子のアンカー点が同じアンカー点であり、かつ前記複数の工程における前記標的分子のアンカー点が異なるアンカー点である、ことを特徴とする結合自由エネルギーの算出方法。
【請求項２】
前記結合計算対象分子のアンカー点が、前記結合計算対象分子の重心である請求項１に記載の結合自由エネルギーの算出方法。
【請求項３】
前記標的分子のアンカー点の各々が、前記標的分子中の揺らぎの小さい原子を用いて決定される請求項１から２のいずれかに記載の結合自由エネルギーの算出方法。
【請求項４】
前記複数の工程で付加された複数の距離拘束ポテンシャルの各々を用いて、前記結合計算対象分子と前記標的分子との結合自由エネルギーを複数算出する、請求項１から３のいずれかに記載の結合自由エネルギーの算出方法。
【請求項５】
算出された複数の前記結合自由エネルギーのうちの最も小さい結合自由エネルギーを抽出する、請求項４に記載の結合自由エネルギーの算出方法。
【請求項６】
アルケミカル経路計算法により行われる請求項１から５のいずれかに記載の結合自由エネルギーの算出方法。
【請求項７】
コンピュータに、結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーを算出させるプログラムであって、
前記結合計算対象分子と前記標的分子との間に距離拘束ポテンシャルを付加する工程を複数実行させ、
前記複数の工程における前記結合計算対象分子のアンカー点が同じアンカー点であり、かつ前記複数の工程における前記標的分子のアンカー点が異なるアンカー点である、ことを特徴とするプログラム。
【請求項８】
結合計算対象分子と標的分子との結合自由エネルギーの算出装置であって、
前記結合計算対象分子と前記標的分子との間に距離拘束ポテンシャルを付加する工程を複数行う付加部を有し、
前記複数の工程における前記結合計算対象分子のアンカー点が同じアンカー点であり、かつ前記複数の工程における前記標的分子のアンカー点が異なるアンカー点である、ことを特徴とする結合自由エネルギーの算出装置。
【国際調査報告】
2017013802.tif 000017
2017013802.tif 000018
2017013802.tif 000019
2017013802.tif 000020