(57)【要約】【課題】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などの提供。【解決手段】  コンピュータを用い、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する結合自由エネルギーの算出方法であって、  分子動力学計算により前記標的分子と前記結合計算対象分子との安定な結合構造を求める際の収束条件に、前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力の他に、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いも加えて、前記安定な結合構造を求める結合自由エネルギーの算出方法である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータを用い、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する結合自由エネルギーの算出方法であって、
分子動力学計算により前記標的分子と前記結合計算対象分子との安定な結合構造を求める際の収束条件に、前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力の他に、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いも加えて、前記安定な結合構造を求め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】
計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いが、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との平均自乗偏差に基づく違いである請求項１に記載の結合自由エネルギーの算出方法。
【請求項３】
前記収束条件に、更に、計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との違いも加えて、前記安定な結合構造を求める請求項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】
計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との違いが、計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との平均自乗偏差に基づく違いである請求項３に記載の結合自由エネルギーの算出方法。
【請求項５】
前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力が所定の値以下になった際の、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いが所定の範囲内であるときの結合構造を、計算される前記安定な結合構造とする請求項１から４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６】
前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力が所定の値以下になった際の、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違い及び計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との違いが所定の範囲内であるときの結合構造を、計算される前記安定な結合構造とする請求項３から４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、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算出させるプログラムであって、
分子動力学計算により前記標的分子と前記結合計算対象分子との安定な結合構造を求める際の収束条件に、前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力の他に、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いも加えて、前記安定な結合構造を求めることを特徴とするプログラム。
【請求項８】
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装置であって、
分子動力学計算により前記標的分子と前記結合計算対象分子との安定な結合構造を求める算出部を有し、
前記安定な結合構造を求める際の収束条件に、前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力の他に、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いも加えて、前記安定な結合構造を求めることを特徴とする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。
そして、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、通常、標的分子と薬候補分子との安定な結合構造の探索を行う。しかし、探索の結果として得られる結合構造は、実際の結合構造と大きく異なることが多く、その結果、結合自由エネルギーの計算精度が低いという問題がある。
【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、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する結合自由エネルギーの算出方法であって、
分子動力学計算により前記標的分子と前記結合計算対象分子との安定な結合構造を求める際の収束条件に、前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力の他に、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いも加えて、前記安定な結合構造を求める。
【０００８】
開示のプログラムは、
コンピュータに、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算出させるプログラムであって、
分子動力学計算により前記標的分子と前記結合計算対象分子との安定な結合構造を求める際の収束条件に、前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力の他に、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いも加えて、前記安定な結合構造を求める。
【０００９】
開示の結合自由エネルギーの算出装置は、
分子動力学計算により前記標的分子と前記結合計算対象分子との安定な結合構造を求める算出部を有し、
前記安定な結合構造を求める際の収束条件に、前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力の他に、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いも加えて、前記安定な結合構造を求める。
【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、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。
開示のプログラムによれば、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。
開示の結合自由エネルギーの算出装置によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】図１Ａは、安定結合構造を計算する過程を説明するための模式図である（その１）。
【図１Ｂ】図１Ｂは、安定結合構造を計算する過程を説明するための模式図である（その２）。
【図１Ｃ】図１Ｃは、安定結合構造を計算する過程を説明するための模式図である（その３）。
【図２】図２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３】図３は、開示の結合自由エネルギーの算出方法の他の一例のフローチャートである。
【図４】図４は、開示の結合自由エネルギーの算出方法の他の一例のフローチャートである。
【図５】図５は、開示の結合自由エネルギーの算出装置の構成例である。
【図６】図６は、開示の結合自由エネルギーの算出装置の他の構成例である。
【図７】図７は、開示の結合自由エネルギーの算出装置の他の構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
創薬とは、医薬品の設計するプロセスを指す。前記創薬は、例えば、以下のような順で行われる。
（１）標的分子の決定
（２）リード化合物等の探索
（３）生理作用の検定
（４）安全性・毒性試験
リード化合物等（リード化合物及びそれから派生する化合物）の探索においては、多数の薬候補分子の各々と、標的分子との相互作用を精度よく評価することが重要である。
【００１３】
コンピュータを用いて医薬品を設計するプロセスを、ＩＴ創薬と称することがある。ＩＴ創薬の技術は、創薬全般において利用可能である。その中でも、リード化合物等の探索にＩＴ創薬の技術を利用することは、新薬開発の期間及び確率を高める上で有用である。
【００１４】
開示の技術は、例えば、高い薬理活性が期待されるリード化合物等の探索に利用できる。
【００１５】
（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、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である。
【００１６】
シミュレーションを用いて定量的な結合活性予測を行う場合、標的分子（例えば、標的タンパク質）が形成する結合サイトと結合計算対象分子（例えば、薬候補分子）との結合構造を知らなければならない。このことは、結合計算対象分子を設計する場合に特に重要である。しかし、経験的なスコア関数に基づいた結合構造予測では、標的分子及び結合計算対象分子の温度による構造揺らぎを考慮しないため、十分な予測精度がなく、分子動力学計算による構造決定では、初期構造との相関が強くなり、アーティフィシャル（人工的）な結合構造が得られてしまうことが多い。言い換えれば、設計した結合計算対象分子では、想定したような構造をとって結合サイトに結合するとは限らない。その結果、計算される結合自由エネルギーの精度は低い。
本発明者は、標的分子と薬候補分子との安定した結合構造においては、薬候補分子は、標的分子に対して自然な構造（安定構造）をとることが多いことを知見した。
そこで、本発明者は鋭意検討した結果、分子動力学計算を用いて安定な結合構造を探索する際のエネルギー極小化プロセスにおいて、収束の条件に、標的分子と結合計算対象分子とにかかる力の大きさだけではなく、結合計算対象分子における自然な構造との違いを加えることによって、結合自由エネルギー計算（結合構造予測）の精度を高めることができることを見出し、本発明の完成に至った。
【００１７】
開示の技術の概要を、模式図を用いて説明する。
分子動力学計算を用いて安定な結合構造を探索する際のエネルギー極小化プロセスにおいては、まず、標的分子の初期構造Ｐ０と、結合計算対象分子の初期構造Ｔ０とを決定し、初期の結合構造Ｓ０を設定する（図１Ａ）。標的分子の初期構造Ｐ０は、例えば、プロテインデータバンク（ＰＤＢ）などにおいて公知である構造を参考にする。結合計算対象分子の初期構造Ｔ０は、通常、任意に決定される。
次に、標的分子の原子と、結合計算対象分子の原子とにかかる力の大きさが閾値以下になるように、構造最適化計算を行う。その結果、標的分子の構造Ｐ１と結合計算対象分子の構造Ｔ１とを有する、ある安定結合構造Ｓ１が得られる。
しかし、この場合、それぞれの構造Ｐ１、構造Ｔ１は、初期構造との相関が強い。そのため、安定結合構造Ｓ１における構造Ｐ１、構造Ｔ１は、実際の安定結合構造とは大きく違った構造になる場合がある。特に、結合計算対象分子の初期構造Ｔ０は任意に設計されていることが多いため、結合計算対象分子の構造Ｔ１においては構造歪みが解消されていない場合がある。
そうすると、得られる安定結合構造Ｓ１は、実際の安定結合構造とは離れているため、この安定結合構造Ｓ１に基づいて分子軌道計算を行って結合自由エネルギーを求めても、精度の高い結果は得られない。
そのような問題点を踏まえ、開示の技術においては、得られた安定結合構造Ｓ１が適した安定結合構造であるかどうかを判断する際に、結合計算対象分子の構造Ｔ１と、結合計算対象分子における自然な構造（安定構造）との違いを加味する。例えば、計算された結合計算対象分子の構造Ｔ１と、結合計算対象分子の安定構造との平均自乗偏差を計算し、設定した閾値を超える場合には、安定結合構造Ｓ１を最終の安定結合構造とせずに、更に構造最適化計算を続行し、異なる安定結合構造Ｓ２を探索する。そして、安定結合構造Ｓ２における結合計算対象分子の構造Ｔ２と、結合計算対象分子の安定構造との平均自乗偏差を計算し、設定した閾値以下の場合には、安定結合構造Ｓ２を最終の安定結合構造とする。そうすることにより、最終の安定結合構造Ｓ２における結合計算対象分子の構造Ｔ２は、結合計算対象分子の自然な構造を反映しているため、安定結合構造Ｓ２は、実際の安定結合構造に違い構造である可能性が高い。その結果、安定結合構造Ｓ２に基づいて分子軌道計算を行って結合自由エネルギーを求めると、精度の高い結果が得られる。
加えて、最終の安定結合構造を探索する際に、標的分子の構造Ｐ２と、標的分子の安定構造との平均自乗偏差を計算し、設定した閾値以下の場合には、安定結合構造Ｓ２を最終の安定結合構造とすると、より実際の安定結合構造に近い安定結合構造が探索できる。
【００１８】
前記結合自由エネルギーの算出方法においては、分子動力学計算により前記標的分子と前記結合計算対象分子との安定な結合構造を求める際の収束条件に、前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力の他に、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いも加えて、前記安定な結合構造を求める。
【００１９】
計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いは、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との平均自乗偏差に基づく違いであることが好ましい。前記平均自乗偏差は、分子動力学計算のソフトに付属されていることが多く、簡便に使用できるため、計算資源を有効に活用できる。
【００２０】
前記結合自由エネルギーの算出方法においては、前記収束条件に、更に、計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との違いも加えて、前記安定な結合構造を求めることが好ましい。そうすることにより、より結合自由エネルギーの計算精度を向上できる。ただし、計算の負荷が大きくなる場合もあるため、必要に応じて採用すればよい。
【００２１】
計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との違いは、計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との平均自乗偏差に基づく違いであることが好ましい。前記平均自乗偏差は、分子動力学計算のソフトに付属されていることが多く、簡便に使用できるため、計算資源を有効に活用できる。
【００２２】
前記結合自由エネルギーの算出方法においては、前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力が所定の値以下になった際の結合構造であって、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いが所定の範囲内であるときの結合構造を、計算される前記安定な結合構造とすることが好ましい。そうすることで、計算される前記安定な結合構造を、実際の安定結合構造に近づけることができる。
【００２３】
更に、前記結合自由エネルギーの算出方法においては、前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力を小さくしていく際に、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いを拘束条件として付加することが好ましい。そうすることにより、初期構造としての結合計算対象分子の構造が安定構造と大きく離れている場合であっても、実際の安定結合構造に近い安定結合構造を探索できる。
【００２４】
前記結合自由エネルギーの算出方法においては、前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力が所定の値以下になった際の結合構造であって、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違い及び計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との違いが所定の範囲内であるときの結合構造を、計算される前記安定な結合構造とすることが好ましい。そうすることで、計算される前記安定な結合構造を、実際の安定結合構造により近づけることができる。
【００２５】
更に、前記結合自由エネルギーの算出方法においては、前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力を小さくしていく際に、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違い及び計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との違いを拘束条件として付加することが好ましい。そうすることにより、初期構造としての結合計算対象分子の構造が安定構造と大きく離れている場合であっても、実際の安定結合構造に近い安定結合構造を探索できる。
【００２６】
＜エネルギー極小化＞
分子動力学計算により前記標的分子と前記結合計算対象分子との安定な結合構造を求めることを、エネルギー極小化、エネルギー最小化などともいう。エネルギー極小化は、例えば、前記標的分子及び前記結合計算対象分子の個々の原子に働く力を求め、エネルギーが小さくなる方向に原子を移動させることにより行う。
原子に働く力としては、例えば、クーロン力、ファンデルワールス力などが挙げられる。
【００２７】
極小化計算は、例えば、公知のアルゴリズムを用いて実現することができる。公知のアルゴリズムとしては、例えば、最急降下法（Ｓｔｅｅｐｅｓｔ  ｄｅｓｃｅｎｔ  ｍｅｔｈｏｄ）、束縛つき最急降下法（Ｓｔｅｅｐｅｓｔ  ｄｅｓｃｅｎｔ  ｍｅｔｈｏｄ  ｗｉｔｈ  ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ）、共役勾配法（Ｃｏｎｊｕｇａｔｅ  ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｍｅｔｈｏｄ）などが挙げられる。
【００２８】
最急降下法は、数値的に計算されたポテンシャルエネルギー関数の一次微分（つまり力）を利用してエネルギー極小点へ近づけていく方法である。
最急降下法の計算手順の一例を以下に示す。
・初期構造に対しポテンシャルエネルギーと力を計算する。
・構成原子を座標系の軸方向に沿って順番に少しずつ動かし、その都度エネルギーと力を再計算する。
・上記のプロセスを全原子に対して繰り返し、全原子をポテンシャルエネルギー面の下り坂方向の新しい位置まで動かす。
・あらかじめ定めておいた判定条件を満たした時点で操作を打ち切る。
【００２９】
なお、これらのアルゴリズムでは、ポテンシャルエネルギー面上の局所的な極小点（ｌｏｃａｌ  ｍｉｎｉｍｕｍ）を見つけ出すことができるが、必ずしも大域的な極小点（ｇｌｏｂａｌ  ｍｉｎｉｍｕｍ）を見つけ出すことができるわけではない。
【００３０】
＜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。
【００３１】
＜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。
【００３２】
分子動力学計算を開始する際の初期構造としての結合計算対象分子は、例えば、構造ベース薬剤設計方法（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｂａｓｅｄ  Ｄｒｕｇ  Ｄｅｓｉｇｎ，ＳＢＤＤ）を用いて設計される。
前記構造ベース薬剤設計方法（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｂａｓｅｄ  Ｄｒｕｇ  Ｄｅｓｉｇｎ，ＳＢＤＤ）は、タンパク質の立体構造に基づく薬剤設計方法である。
前記ＳＢＤＤを行うためのソフトウエアとしては、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、ＯＰＭＦ（Ｏｐｔｉｍｕｍ  Ｐａｃｋｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｆｒａｇｍｅｎｔｓ、富士通株式会社製）、Ｐｒｉｍｅ（シュレーディンガー社製）、Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ  Ｓｔｕｄｉｏ（アクセラリス社製）、ＳＹＢＹＬ（トライポス社製）などが挙げられる。
【００３３】
＜安定構造＞
本明細書において安定構造とは、構造最適化によって求められた構造を意味する。構造最適化は、例えば、量子化学計算によって求めることができる。
構造最適化は、前記標的分子と、前記結合計算対象分子との結合構造に応じて、最適化する際の条件を設定すればよい。
例えば、前記安定構造は、真空中において、設計した結合計算対象分子を構造最適化したものであってもよいし、水中において、設計した結合対象分子を構造最適化したものであってもよい。
例えば、結合計算対象分子と結合する結合サイトが標的分子の内部に存在する場合には、結合サイトは疎水性が高い。そのような場合には、真空中における構造最適化により求められた安定構造を用いて計算することが適している場合が多い。
他方、結合サイトが標的分子の表面に存在する場合には、結合サイトは親水性が高い。そのような場合には、水中における構造最適化により求められた安定構造を用いて計算することが適している場合が多い。
【００３４】
＜平均自乗偏差＞
前記平均自乗偏差（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ、ＲＭＳＤ）は、タンパク質構造の非類似性や誤りの指標としてよく使われており、対応する２点の距離それぞれを二乗し、その相加平均の平方根として定義される。
前記平均自乗偏差は、汎用的な分子動力学計算のソフトに付属されていることが多いため、前記違いの計算を簡便に行うことができる。前記平均自乗偏差は、例えば、ｇｒｏｍａｃｓのツールであるｇ  ｒｍｓを用いて求めることができる。
【００３５】
計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との平均自乗偏差は、例えば、以下のようにして求めることができる。
計算中の前記結合計算対象分子の構造の重心と、前記結合計算対象分子の安定構造の重心とを重ねて、計算中の前記結合計算対象分子の構造における原子（ただし、水素原子を除く。）と、前記原子に対応する前記結合計算対象分子の安定構造における原子との距離の二乗和を計算することにより求める。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
前記結合自由エネルギーの算出方法は、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方法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方法を分散させて実行させてもよい。
【００４０】
前記結合自由エネルギーの算出方法は、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実現することができる。
【００４１】
ここで、前記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を図２に示す。
まず、標的分子の初期構造Ｐ０と、結合計算対象分子の初期構造Ｔ０とを決定し、初期の結合構造Ｓ０を設定する（Ｓ１）。
次に、標的分子の原子と、結合計算対象分子の原子とにかかる力の大きさが閾値以下になるように、構造最適化計算（エネルギー極小化）を開始する（Ｓ２）。
次に、得られる結合構造Ｓｎにおいて、原子にかかる力が設定値以下であるかどうかを判定する（Ｓ３）。
そして、設定値を超える場合には、構造最適化計算の再計算を行うため、Ｓ１に戻る。
他方、設定値以下の場合には、結合構造Ｓｎにおける結合計算対象分子Ｔｎの構造と、結合計算対象分子の安定構造とのＲＭＳＤを計算し、その値が設定値以下であるかどうかを判定する（Ｓ４）。
そして、設定値を超える場合には、構造最適化計算の再計算を行うため、Ｓ１に戻る。
他方、設定値以下の場合には、結合構造Ｓｎが最安定結合構造であると判定する（Ｓ５）。
次に、最安定結合構造の結合自由エネルギーを計算する（Ｓ６）。
【００４２】
次に、前記結合自由エネルギーの算出方法の他の一例のフローチャートを図３に示す。
まず、標的分子の初期構造Ｐ０と、結合計算対象分子の初期構造Ｔ０とを決定し、初期の結合構造Ｓ０を設定する（Ｓ１１）。
次に、標的分子の原子と、結合計算対象分子の原子とにかかる力の大きさが閾値以下になるように、構造最適化計算（エネルギー極小化）を開始する（Ｓ１２）。
次に、得られる結合構造Ｓｎにおいて、原子にかかる力が設定値以下であるかどうかを判定する（Ｓ１３）。
そして、設定値を超える場合には、構造最適化計算の再計算を行うため、Ｓ１１に戻る。
他方、設定値以下の場合には、結合構造Ｓｎにおける結合計算対象分子Ｔｎの構造と、結合計算対象分子の安定構造とのＲＭＳＤを計算し、更に、結合構造Ｓｎにおける標的分子Ｐｎの構造と、標的分子の安定構造とのＲＭＳＤを計算し、それぞれの値が設定値以下であるかどうかを判定する（Ｓ１４）。
そして、設定値を超える場合には、構造最適化計算の再計算を行うため、Ｓ１１に戻る。
他方、設定値以下の場合には、結合構造Ｓｎが最安定結合構造であると判定する（Ｓ１５）。
次に、最安定結合構造の結合自由エネルギーを計算する（Ｓ１６）。
かかる方法は、結合構造における標的分子の構造の、安定構造との違いを考慮するため、求められる結合自由エネルギーの計算精度はより向上する。
【００４３】
次に、前記結合自由エネルギーの算出方法の他の一例のフローチャートを図４に示す。
まず、標的分子の初期構造Ｐ０と、結合計算対象分子の初期構造Ｔ０とを決定し、初期の結合構造Ｓ０を設定する（Ｓ２１）。
次に、標的分子の原子と、結合計算対象分子の原子とにかかる力の大きさが閾値以下になるように、構造最適化計算（エネルギー極小化）を開始する（Ｓ２２）。
次に、得られる結合構造Ｓｎにおける結合計算対象分子Ｔｎの構造と、結合計算対象分子の安定構造とのＲＭＳＤを計算し、その値が設定値以下であるかどうかを判定する（Ｓ２３）。
そして、設定値を超える場合には、構造最適化計算の再計算を行うため、Ｓ２１に戻る。
他方、設定値以下の場合には、結合構造Ｓｎの原子にかかる力が設定値以下であるかどうかを判定する（Ｓ２４）。
そして、設定値を超える場合には、構造最適化計算の再計算を行うため、Ｓ２１に戻る。
他方、設定値以下の場合には、結合構造Ｓｎが最安定結合構造であると判定する（Ｓ２５）。
次に、最安定結合構造の結合自由エネルギーを計算する（Ｓ２６）。
【００４４】
（プログラム）
開示のプログラムは、開示の前記結合自由エネルギーの算出方法を実行するプログラムである。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
（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。
【００４８】
（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、算出部を有し、更に必要に応じて、その他の部を有する。
前記算出部では、分子動力学計算により標的分子と結合計算対象分子との安定な結合構造を求める。その際、収束条件に、前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力の他に、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いも加えて、前記安定な結合構造を求める。
【００４９】
前記結合自由エネルギーの算出装置は、開示の前記結合自由エネルギーの算出方法を実行する。
【００５０】
図５に、開示の結合自由エネルギー算出装置の構成例を示す。
結合自由エネルギー算出装置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。
【００５１】
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。例えば、ＣＰＵが、前記算出部に対応する。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
図６に、開示の結合自由エネルギー算出装置の他の構成例を示す。
図６の構成例は、クラウド型の構成例であり、ＣＰＵ１１が、記憶部１３等とは独立している。この構成例では、ネットワークインターフェース部１９、２０を介して、記憶部１３等を格納するコンピュータ３０と、ＣＰＵ１１を格納するコンピュータ４０とが接続される。
ネットワークインターフェース部１９、２０は、インターネットを利用して、通信を行うハードウェアである。
【００５６】
図７に、開示の結合自由エネルギー算出装置の他の構成例を示す。
図７の構成例は、クラウド型の構成例であり、記憶部１３が、ＣＰＵ１１等とは独立している。この構成例では、ネットワークインターフェース部１９、２０を介して、ＣＰＵ１１等を格納する。
【実施例】
【００５７】
以下、開示の技術について説明するが、開示の技術は下記実施例に何ら限定されるものではない。
【００５８】
（実施例１）
標的分子としてＲＮＡ、及び結合計算対象分子としてＴｈｅｏｐｈｙｌｌｉｎｅを用いた。これらの結合構造（複合体）の結合自由エネルギーの実験値は、−８．９２ｋｃａｌ／ｍｏｌである（Ｊｅｎｉｓｏｎ，  Ｒ．  Ｄ．；  Ｇｉｌｌ，  Ｓ．  Ｃ．；  Ｐａｒｄｉ，  Ａ．；  Ｐｏｌｉｓｋｙ，  Ｂ．  Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９４，  ２６３，  １４２５−１４２９．）。
ＲＮＡ、及びＴｈｅｏｐｈｙｌｌｉｎｅの結合自由エネルギーを、開示の技術を用いて、図２のフローチャートに従って計算したところ、−９．００ｋｃａｌ／ｍｏｌであり、計算精度が高い結果となった。
なお、Ｓ３における設定値は、５００ｋＪ／ｍｏｌ／ｎｍ２とし、Ｓ４における設定値は、２Åとした。
【００５９】
（比較例１）
実施例１において、図２のフローチャートのＳ４を除いた以外は、実施例１と同様にして、ＲＮＡ、及びＴｈｅｏｐｈｙｌｌｉｎｅの結合自由エネルギーを計算した。その結果、求められた結合自由エネルギーは、−１１．３０ｋｃａｌ／ｍｏｌであり、計算精度が低い結果となった。
【００６０】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
コンピュータを用い、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する結合自由エネルギーの算出方法であって、
分子動力学計算により前記標的分子と前記結合計算対象分子との安定な結合構造を求める際の収束条件に、前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力の他に、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いも加えて、前記安定な結合構造を求めることを特徴とする結合自由エネルギーの算出方法。
（付記２）
計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いが、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との平均自乗偏差に基づく違いである付記１に記載の結合自由エネルギーの算出方法。
（付記３）
前記収束条件に、更に、計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との違いも加えて、前記安定な結合構造を求める付記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。
（付記４）
計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との違いが、計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との平均自乗偏差に基づく違いである付記３に記載の結合自由エネルギーの算出方法。
（付記５）
前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力が所定の値以下になった際の、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いが所定の範囲内であるときの結合構造を、計算される前記安定な結合構造とする付記１から４のいずれかに記載の結合自由エネルギーの算出方法。
（付記６）
前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力が所定の値以下になった際の、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違い及び計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との違いが所定の範囲内であるときの結合構造を、計算される前記安定な結合構造とする付記３から４のいずれかに記載の結合自由エネルギーの算出方法。
（付記７）
コンピュータに、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算出させるプログラムであって、
分子動力学計算により前記標的分子と前記結合計算対象分子との安定な結合構造を求める際の収束条件に、前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力の他に、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いも加えて、前記安定な結合構造を求めることを特徴とするプログラム。
（付記８）
計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いが、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との平均自乗偏差に基づく違いである付記７に記載のプログラム。
（付記９）
前記収束条件に、更に、計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との違いも加えて、前記安定な結合構造を求める付記７から８のいずれかに記載のプログラム。
（付記１０）
計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との違いが、計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との平均自乗偏差に基づく違いである付記９に記載のプログラム。
（付記１１）
前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力が所定の値以下になった際の、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いが所定の範囲内であるときの結合構造を、計算される前記安定な結合構造とする付記７から１０のいずれかに記載のプログラム。
（付記１２）
前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力が所定の値以下になった際の、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違い及び計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との違いが所定の範囲内であるときの結合構造を、計算される前記安定な結合構造とする付記９から１０のいずれかに記載のプログラム。
（付記１３）
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装置であって、
分子動力学計算により前記標的分子と前記結合計算対象分子との安定な結合構造を求める算出部を有し、
前記安定な結合構造を求める際の収束条件に、前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力の他に、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いも加えて、前記安定な結合構造を求めることを特徴とする結合自由エネルギーの算出装置。
（付記１４）
計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いが、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との平均自乗偏差に基づく違いである付記１３に記載の結合自由エネルギーの算出装置。
（付記１５）
前記収束条件に、更に、計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との違いも加えて、前記安定な結合構造を求める付記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。
（付記１６）
計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との違いが、計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との平均自乗偏差に基づく違いである付記１５に記載の結合自由エネルギーの算出装置。
（付記１７）
前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力が所定の値以下になった際の、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違いが所定の範囲内であるときの結合構造を、計算される前記安定な結合構造とする付記１３から１６のいずれかに記載の結合自由エネルギーの算出装置。
（付記１８）
前記標的分子と前記結合計算対象分子とにかかる力が所定の値以下になった際の、計算中の前記結合計算対象分子の構造と前記結合計算対象分子の安定構造との違い及び計算中の前記標的分子の構造と前記標的分子の安定構造との違いが所定の範囲内であるときの結合構造を、計算される前記安定な結合構造とする付記１５から１６のいずれかに記載の結合自由エネルギーの算出装置。
【符号の説明】
【００６１】
１０    結合自由エネルギー算出装置
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
１９    ネットワークインターフェース部
２０    ネットワークインターフェース部
３０    コンピュータ
４０    コンピュータ
Ｐ０    標的分子の初期構造
Ｐ１    標的分子の構造
Ｐ２    標的分子の構造
Ｔ０    結合計算対象分子の初期構造
Ｔ１    結合計算対象分子の構造
Ｔ２    結合計算対象分子の構造
Ｓ０    初期の結合構造
Ｓ１    安定結合構造
Ｓ２    安定結合構造
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2018092414.tif 000008
【図５】
2018092414.tif 000009
【図６】
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【図７】
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