(57)【要約】      （修正有）【課題】標的分子と大量のプローブ分子とを含む分子動力学計算を実施する際のプローブ分子の適切な配置を可能にするプローブ分子の配置方法などを提供する。【解決手段】コンピュータを用いて、標的分子の周囲にプローブ分子を配置するプローブ分子の配置方法であって、座標空間において、標的分子の周囲に、複数のプローブ分子を仮配置する工程と、標的分子と仮配置された複数のプローブ分子とを用いて、真空条件下で、分子動力学計算を行う工程と、分子動力学計算により得られる、標的分子と複数のプローブ分子との配置における、標的分子の表面から所定の距離以上離れた少なくとも一つのプローブ分子を、座標空間から除く工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータを用いて、標的分子の周囲にプローブ分子を配置するプローブ分子の配置方法であって、
座標空間において、前記標的分子の周囲に、複数の前記プローブ分子を仮配置する工程と、
前記標的分子と仮配置された複数の前記プローブ分子とを用いて、真空条件下で、分子動力学計算を行う工程と、
前記分子動力学計算により得られる、前記標的分子と複数の前記プローブ分子との配置における、前記標的分子の表面から所定の距離以上離れた少なくとも一つの前記プローブ分子を、前記座標空間から除く工程と、
を含むことを特徴とするプローブ分子の配置方法。
【請求項２】
前記標的分子の表面の水分子３層分の厚み（Ｗ）と、前記プローブ分子の分極率に基づき設定される長さ（Ｐ）とを対比した際の大きい方を前記所定の距離とする請求項１に記載のプローブ分子の配置方法。
【請求項３】
前記分子動力学計算を行う際に、前記標的分子の重原子が拘束される請求項１から２のいずれかに記載のプローブ分子の配置方法。
【請求項４】
前記分子動力学計算を行う際に、前記プローブ分子同士に不自然な反発力が付加されていない請求項１から３のいずれかに記載のプローブ分子の配置方法。
【請求項５】
コンピュータを用いて、標的分子の結合サイトを探索する標的分子の結合サイトの探索方法であって、
請求項１から４のいずれかに記載のプローブ分子の配置方法により決定された、前記座標空間における前記標的分子と複数の前記ブローブ分子との配置を用いて、水分子存在下で、分子動力学計算を行う工程を含むことを特徴とする標的分子の結合サイトの探索方法。
【請求項６】
更に、前記水分子存在下での前記分子動力学計算の結果から、前記座標空間における前記標的分子の近傍において前記プローブ分子の存在確率が高い箇所を求める工程を含む、請求項５に記載の標的分子の結合サイトの探索方法。
【請求項７】
座標空間において、標的分子の周囲に、複数のプローブ分子を仮配置する仮配置部と、
前記標的分子と仮配置された複数の前記プローブ分子とを用いて、真空条件下で、分子動力学計算を行う計算部と、
前記分子動力学計算により得られる、前記標的分子と複数の前記プローブ分子との配置における、前記標的分子の表面から所定の距離以上離れた少なくとも一つの前記プローブ分子を、前記座標空間から除く除去部と、
を備えることを特徴とするプローブ分子の配置装置。
【請求項８】
請求項７に記載のプローブ分子の配置装置と、
前記プローブ分子の配置装置により決定された、前記座標空間における前記標的分子と複数の前記ブローブ分子との配置を用いて、水分子存在下で、分子動力学計算を行う計算部と、
を備えることを特徴とする標的分子の結合サイトの探索装置。
【請求項９】
プローブ分子を配置するプログラムであって、
コンピュータに、
座標空間において、標的分子の周囲に、複数のプローブ分子を仮配置する工程と、
前記標的分子と仮配置された複数の前記プローブ分子とを用いて、真空条件下で、分子動力学計算を行う工程と、
前記分子動力学計算により得られる、前記標的分子と複数の前記プローブ分子との配置における、前記標的分子の表面から所定の距離以上離れた少なくとも一つの前記プローブ分子を、前記座標空間から除く工程と、
を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１０】
標的分子の結合サイトを探索するプログラムであって、
コンピュータに、
請求項１から４のいずれかに記載のプローブ分子の配置方法により決定された、前記座標空間における前記標的分子と複数の前記ブローブ分子との配置を用いて、水分子存在下で、分子動力学計算を行う工程、
を実行させること特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、座標空間における標的分子の周囲へのプローブ分子の配置方法、及び配置装置、前記配置方法を用いた標的分子の結合サイトの探索方法、及び探索装置、並びに前記配置方法又は前記探索方法を実行するプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
あるタンパク質などの標的分子が体に悪影響を及ぼす機能部位を持つ場合、前記標的分子をターゲットとする創薬では、前記標的分子の前記機能部位と安定に結合するリガンドを設計することが必要である。前記リガンドが前記標的分子に安定に結合することより、前記標的分子の前記機能部位が塞がれる。その結果として、前記標的分子による体への悪影響が抑制される。
【０００３】
標的分子にリガンドが結合する部位（以下、「結合サイト」と称することがある）を探索する際に、標的分子とリガンド又はリガンドのフラグメントであるプロープ分子との間の結合効率を高めるために、標的分子と大量のリガンド又はプロープ分子とを含む分子動力学（ＭＤ）計算を実施する技術が報告されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、大量のリガンド又はプローブ分子は凝集が起こすことで、標的分子と分離してしまい、狙った結合が得られないことがある。
【０００４】
そこで、リガンド同士又はプローブ分子同士の凝集を防止する方法として、リガンド間又はプローブ分子間に反発ポテンシャルを追加する技術が報告されている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、リガンド又はプローブ分子が複数結合可能な、広いポケットが標的分子に存在する場合に、リガンド同士又はプローブ分子同士が反発することにより、狙った複数のリガンド結合又はプローブ結合が得られない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２０９７６４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｊ．  Ｃｈｅｍ．  Ｉｎｆ．  Ｍｏｄｅｌ．，  （２０１１）  ５１，  ８７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記問題を解決するためには、プローブ分子間には反発ポテンシャルを加えることなく、かつＭＤ計算を行う際にプローブ分子を適量に配置することが有効と考えられる。
【０００８】
本件は、標的分子と大量のプローブ分子とを含む分子動力学計算を実施する際のプローブ分子の適切な配置を可能にするプローブ分子の配置方法、及び配置装置、並びに、前記配置方法を用い、適切に標的分子の結合サイトを探索できる標的分子の結合サイトの探索方法、及び探索装置、並びに、前記配置方法又は前記探索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】
【０００９】
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、
開示のプローブ分子の配置方法は、コンピュータを用いて、標的分子の周囲にプローブ分子を配置するプローブ分子の配置方法であって、
座標空間において、前記標的分子の周囲に、複数の前記プローブ分子を仮配置する工程と、
前記標的分子と仮配置された複数の前記プローブ分子とを用いて、真空条件下で、分子動力学計算を行う工程と、
前記分子動力学計算により得られる、前記標的分子と複数の前記プローブ分子との配置における、前記標的分子の表面から所定の距離以上離れた少なくとも一つの前記プローブ分子を、前記座標空間から除く工程と、
を含む。
【００１０】
開示の標的分子の結合サイトの探索方法は、コンピュータを用いて、標的分子の結合サイトを探索する標的分子の結合サイトの探索方法であって、
開示の前記プローブ分子の配置方法により決定された、前記座標空間における前記標的分子と複数の前記ブローブ分子との配置を用いて、水分子存在下で、分子動力学計算を行う工程を含む。
【００１１】
開示のプローブ分子の配置装置は、
座標空間において、標的分子の周囲に、複数のプローブ分子を仮配置する仮配置部と、
前記標的分子と仮配置された複数の前記プローブ分子とを用いて、真空条件下で、分子動力学計算を行う計算部と、
前記分子動力学計算により得られる、前記標的分子と複数の前記プローブ分子との配置における、前記標的分子の表面から所定の距離以上離れた少なくとも一つの前記プローブ分子を、前記座標空間から除く除去部と、
を備える。
【００１２】
開示の標的分子の結合サイトの探索装置は、
開示の前記プローブ分子の配置装置と、
前記プローブ分子の配置装置により決定された、前記座標空間における前記標的分子と複数の前記ブローブ分子との配置を用いて、水分子存在下で、分子動力学計算を行う計算部と、
を備える。
【００１３】
開示のプログラムは、プローブ分子を配置するプログラムであって、
コンピュータに、
座標空間において、標的分子の周囲に、複数のプローブ分子を仮配置する工程と、
前記標的分子と仮配置された複数の前記プローブ分子とを用いて、真空条件下で、分子動力学計算を行う工程と、
前記分子動力学計算により得られる、前記標的分子と複数の前記プローブ分子との配置における、前記標的分子の表面から所定の距離以上離れた少なくとも一つの前記プローブ分子を、前記座標空間から除く工程と、
を実行させる。
【００１４】
開示のプログラムは、標的分子の結合サイトを探索するプログラムであって、
コンピュータに、
開示のプローブ分子の配置方法により決定された、前記座標空間における前記標的分子と複数の前記ブローブ分子との配置を用いて、水分子存在下で、分子動力学計算を行う工程、
を実行させる。
【発明の効果】
【００１５】
開示のプローブ分子の配置方法によると、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、標的分子と大量のプローブ分子とを含む分子動力学計算を実施する際のプローブ分子の適切な配置を可能にするプローブ分子の配置方法を提供できる。
開示のプローブ分子の配置装置によると、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、標的分子と大量のプローブ分子とを含む分子動力学計算を実施する際のプローブ分子の適切な配置を可能にするプローブ分子の配置装置を提供できる。
プローブ分子を配置する開示のプログラムによると、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、標的分子と大量のプローブ分子とを含む分子動力学計算を実施する際のプローブ分子の適切な配置を可能にするプログラムを提供できる。
開示の標的分子の結合サイトの探索方法によると、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、適切に標的分子の結合サイトを探索できる標的分子の結合サイトの探索方法を提供できる。
開示の標的分子の結合サイトの探索装置によると、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、適切に標的分子の結合サイトを探索できる標的分子の結合サイトの探索装置を提供できる。
標的分子の結合サイトを探索する開示のプログラムによると、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、適切に標的分子の結合サイトを探索できるプログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、開示のプローブ分子の配置方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図２】図２は、開示のプローブ分子の配置方法における除去工程の一例を説明するためのフローチャートである。
【図３】図３は、開示の標的分子の結合サイトの探索方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図４】図４は、開示のプローブ分子の配置装置の構成例である。
【図５】図５は、開示のプローブ分子の配置装置の他の構成例である。
【図６】図６は、開示のプローブ分子の配置装置の他の構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
創薬とは、医薬品を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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
（プローブ分子の配置方法）
開示のプローブ分子の配置方法は、コンピュータを用いて、標的分子の周囲にプローブ分子を配置する、プローブ分子の配置方法である。
前記プローブ分子の配置方法は、仮配置工程と、ＭＤ計算工程と、除去工程とを含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
【００２１】
前記プローブ分子の配置方法は、コンピュータを用いて行われる。前記プローブ分子の配置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プローブ分子の配置方法を分散させて実行させてもよい。
【００２２】
プローブ分子の凝集や、狙った複数のリガンド結合が得られないという従来技術の問題を解決するためには、プローブ分子間には反発ポテンシャルを加えることなく、かつＭＤ計算を行う際にプローブ分子を適量に配置することが有効と、本発明者は、考えた。
【００２３】
そこで、本発明者は、鋭意検討した結果、標的分子とプローブ分子との分子動力学計算を行う際のプローブ分子の初期配置を設定する際に、標的分子の表面から所定の距離以上離れたプローブ分子を排除することで、プローブ分子の適切な配置を可能にできることを見出し、開示の技術の完成に至った。
【００２４】
標的分子とプローブ分子との分子動力学計算を行う際のプローブ分子の初期配置を設定する際に、過剰なプローブ分子を排除すれば、プローブ分子同士の凝集を抑制できる。しかし、プローブ分子を無作為に排除すると、標的分子の結合サイトの探索への寄与が大きいプローブ分子も排除される結果、標的分子の結合サイトの探索の妥当性が低下する。そこで、標的分子の表面から所定の距離以上離れたプローブ分子を排除することで、過剰なプローブ分子として、標的分子の結合サイトの探索への寄与が小さいプローブ分子が排除される。そのようなプローブ分子を排除しても、標的分子の結合サイトの探索の妥当性は低下しない上に、プローブ分子同士の凝集を抑制することができる。そのため、適切な配置が得られる。
【００２５】
＜仮配置工程＞
前記仮配置工程は、座標空間において、標的分子の周囲に、複数のプローブ分子を仮配置する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記座標空間に前記標的分子及び前記プローブ分子を仮配置する方法としては、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、標的分子の立体構造データ、及びブローブ分子の立体構造データを用いて、３次元座標空間に、標的分子の立体構造、及びプローブ分子の立体構造を構築することなどが挙げられる。
立体構造データは、例えば、原子情報データ、座標情報データ及び結合情報データを有する。
これらのデータの形式は、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、テキストデータであってもよいし、ＳＤＦ（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｄａｔａ  Ｆｉｌｅ）形式であってもよいし、ＭＯＬファイル形式であってもよい。
【００２６】
３次元座標空間に、標的分子の立体構造、及びプローブ分子の立体構造を構築する方法としては、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、以下の方法が挙げられる。
まず、標的分子の立体構造データを用いて、３次元座標空間に、標的分子の立体構造を構築する。続いて、同３次元座標空間に、プローブ分子の立体構造データを用いて、ブローブ分子の立体構造を構築する。ここでは、実空間を再現するために、通常、３次元座標空間においてプローブ分子の立体構造が標的分子の立体構造と重ならないようにする。
ブローブ分子の立体構造を構築は、１分子ずつ行ってもよいし、複数の分子をまとめて行ってもよい。
【００２７】
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】
前記プローブ分子とは、結合サイトを探索する際に用いられる小分子であり、薬候補分子のフラグメントとなりうる。
プローブ分子を用いた結合サイトの探索は、例えば、以下のようにして行われる。
標的分子と、複数のプローブ分子を用いて、分子動力学計算を行う。そして、分子動力学計算におけるスナップショットを重ねることで、標的分子近傍においてプローブ分子の存在確率が高い箇所を求める。そして、プローブ分子の存在確率が高いが、標的分子の結合サイトと推定される。
【００２９】
前記仮配置工程において仮配置される前記プローブ分子の数としては、特に制限はなく、例えば、前記標的分子の大きさ、及び種類、並びに、仮配置された際の前記標的分子の周囲における前記プローブ分子の濃度などを考慮して適宜選択される。
【００３０】
＜ＭＤ計算工程＞
前記ＭＤ計算工程としては、前記標的分子と仮配置された複数の前記プローブ分子とを用いて、真空条件下で、分子動力学計算を行う工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記ＭＤ計算工程においては、通常のＭＤ計算において前記ブローブ分子同士に作用させる相互作用を考慮する。そのような相互作用としては、例えば、水素結合、ファンデルワールス相互作用、疎水性相互作用などが挙げられる。
他方、前記ＭＤ計算工程においては、前記ブローブ分子同士に不自然な反発力を付加させないことが好ましい。そうすることで、標的分子の結合サイトを探索する際に、結合サイト内にプローブ分子が多量体を構成する場合が排除されることを防ぐことができる。
前記不自然な反発力とは、現実においてブローブ分子同士において通常生じる相互作用以外の反発力を意味する。
【００３１】
前記分子動力学計算を真空条件下で行うことで、前記標的分子の表面に、前記プローブ分子を適度に凝集させることができる。
【００３２】
前記分子動力学計算を行う際には、前記標的分子の重原子が拘束されていることが好ましい。ここで、前記重原子とは、水素原子以外の原子を指す。
重原子を拘束することで、前記標的分子が必要以上に移動、又は変形することを防ぐことができる。
前記拘束の方法としては、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、バネによる拘束などが挙げられる。
【００３３】
前記分子動力学計算は、分子動力学計算プログラムを用いて行うことができる。前記分子動力学計算プログラムとしては、例えば、ＡＭＢＥＲ、ＣＨＡＲＭｍ、ＧＲＯＭＡＣＳ、ＧＲＯＭＯＳ、ＮＡＭＤ、ｍｙＰｒｅｓｔｏなどが挙げられる。
【００３４】
前記分子動力学計算の時間としては、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、２００ｐｓ程度が挙げられる。
【００３５】
＜除去工程＞
前記除去工程としては、前記標的分子と複数の前記プローブ分子との配置における、前記標的分子の表面から所定の距離以上離れた少なくとも一つの前記プローブ分子を、前記座標空間から除く工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記標的分子と複数の前記プローブ分子との前記配置は、前記分子動力学計算により得られる配置である。
【００３６】
前記所定の距離としては、特に制限はなく、前記標的分子の大きさ、種類、及び前記プローブ分子の大きさ、種類などに応じて適宜選択することができるが、前記標的分子の表面の水分子３層分の厚み（Ｗ）と、前記プローブ分子の分極率に基づき設定される長さ（Ｐ）とを対比した際の大きい方を前記所定の距離とすることが好ましい。
前記水分子３層分の厚み（Ｗ）とは、水分子における２つのＨ−Ｏ結合を含む面に直交する方向に３つの水分子が並んだ際の３つの水分子の厚みを意味し、約６〜８Åである。
一般的に、標的分子の表面の水分子は、３層までが、標的分子に影響を与えると言われている。その影響としては、例えば、静電遮蔽効果などが挙げられる。
他方、前記プローブ分子の凝集には、分極率が影響する。
ここで、水分子３層分の厚み（Ｗ）より前記所定の距離が大きいと、排除されず残るプローブ分子が余計に多くなりがちになる。他方、前記プローブ分子の分極率を考慮せず、水分子３層分の厚み（Ｗ）を前記所定の距離と設定すると、プローブ分子を多く排除してしまうこともある。
そこで、前記所定の距離としては、特に制限はなく、前記標的分子の大きさ、種類、及び前記プローブ分子の大きさ、種類などに応じて適宜選択することができるが、前記標的分子の表面の水分子３層分の厚み（Ｗ）と、前記プローブ分子の分極率に基づき設定される長さ（Ｐ）とを対比した際の大きい方を前記所定の距離とすることが好ましい。
前記Ｐとしては、前記ブローブ分子の分極率テンソルを計算して得られる３番目の主軸方向の長さに基づき設定される長さであることが、前記プローブ分子の凝集をより考慮できる点で、好ましい。そのような長さとしては、例えば、前記ブローブ分子の分極率テンソルを計算して得られる３番目の主軸方向の長さの整数倍（例えば、２倍〜５倍）の長さなどが挙げられる。
前記分極率テンソルは、古典力学計算、量子化学計算などにより計算できる。
【００３７】
前記プローブ分子の配置方法は、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。
【００３８】
続いて、フローチャートを用いて、開示のプローブ分子の配置方法の一例を説明する。
図１は、前記プローブ分子の配置方法の一例を説明するためのフローチャートである。
〔仮配置工程〕
まず、前記仮配置工程を行う。この工程では、座標空間において、標的分子の周囲に、複数のプローブ分子を仮配置する。例えば、まず、座標空間に、標的分子を配置する。続いて、標的分子の周囲に複数のプローブ分子を配置することを繰返し行う。そうすることで、大量のプローブ分子が、標的分子の周囲に仮配置される。
プローブ分子の配置は、例えば、ランダムに行う。その際、標的分子が占める空間と重なる場合には、その配置は行わず、他のランダムな配置を行う。それを繰り返すことで、大量のプローブ分子が、標的分子の周囲に仮配置される。
仮配置の終点としては、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、所定数のプローブ分子が配置された時を終点としてもよいし、所定の繰り返し数のランダムな配置が行われた時を終点としてもよい。
繰返し数としては、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。
【００３９】
〔ＭＤ計算工程〕
次に、前記ＭＤ計算工程を行う。この工程では、前記標的分子と仮配置された複数の前記プローブ分子とを用いて、真空条件下で、分子動力学計算を行う。分子動力学計算は、例えば、ＧＲＯＭＡＣＳなどの公知の分子動力学計算プログラムを用いて行う。この例では、分子動力学計算を行う際に、前記ブローブ分子同士に不自然な反発力を付加させない。
前記ＭＤ工程を行うことで、前記標的分子の周囲に前記プローブ分子が適度に凝集した状態が得られる。
【００４０】
〔除去工程〕
次に、前記除去工程を行う。この工程では、前記分子動力学計算により得られる、前記標的分子と複数の前記プローブ分子との配置における、前記標的分子の表面から所定の距離以上離れた少なくとも一つの前記プローブ分子を、前記座標空間から除く。
前記除去工程を行うことで、過剰なプローブ分子として、標的分子の結合サイトの探索への寄与が小さいプローブ分子が排除される。その結果、例えば、標的分子の結合サイトの探索に適した配置が得られる。
【００４１】
続いて、フローチャートを用いて、前記除去工程の一例を説明する。
図２は、前記除去工程の一例を説明するためのフローチャートである。
この例の前記除去工程では、前記標的分子の表面の水分子３層分の厚み（Ｗ）と、前記プローブ分子の分極率に基づき設定される長さ（Ｐ）とを対比した際の大きい方を前記所定の距離として、前記除去工程を行う。
前記ＭＤ計算工程の後、予め計算された前記標的分子の表面の水分子３層分の厚み（Ｗ）と、前記プローブ分子の分極率に基づき設定される長さ（Ｐ）とを対比する。そして、大きい方を、前記所定の距離として、前記標的分子の表面から前記所定の距離以上離れた前記プローブ分子を、座標空間から除く。
前記Ｐは、例えば、ブローブ分子の分極率テンソルを計算して得られる３番目の主軸方向の長さの２倍とする。
前記３番目の主軸方向の長さは、例えば、以下の方法で求められる。
まず、前記プローブ分子の分極率を計算する。続いて、前記分極率テンソルの３つの固有ベクトル方向を法線に持ち、前記プローブ分子を覆う直方体の３辺を求める。そして、固有値の最も小さい固有ベクトルの方向の直方体の辺の半分の長さを、前記３番目の主軸方向の長さとする。なお、半分の長さとしているのは、プローブ分子と接する距離として考えるためである。
【００４２】
（標的分子の結合サイトの探索方法）
開示の標的分子の結合サイトの探索方法は、コンピュータを用いて、標的分子の結合サイトを探索する標的分子の結合サイトの探索方法である。
前記標的分子の結合サイトの探索方法は、ＭＤ計算工程を少なくとも含み、更に必要に応じて、存在確率探索工程などのその他の工程を含む。
【００４３】
＜ＭＤ計算工程＞
前記ＭＤ計算工程としては、開示の前記プローブ分子の配置方法により決定された、前記座標空間における前記標的分子と複数の前記ブローブ分子との配置を用いて、水分子存在下で、分子動力学計算を行う工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００４４】
前記分子動力学計算は、分子動力学計算プログラムを用いて行うことができる。前記分子動力学計算プログラムとしては、例えば、ＡＭＢＥＲ、ＣＨＡＲＭｍ、ＧＲＯＭＡＣＳ、ＧＲＯＭＯＳ、ＮＡＭＤ、ｍｙＰｒｅｓｔｏなどが挙げられる。
【００４５】
＜存在確率探索工程＞
前記存在確率探索工程としては、前記水分子存在下での前記分子動力学計算の結果から、前記座標空間における前記標的分子の近傍において前記プローブ分子の存在確率が高い箇所を求める工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記分子動力学計算におけるスナップショットを重ねることで、前記標的分子近傍において前記プローブ分子の存在確率が高い箇所を求める方法などが挙げられる。例えば、その結果、前記プローブ分子の存在確率が高いが、前記標的分子の結合サイトと推定される。
【００４６】
続いて、フローチャートを用いて、開示の前記標的分子の結合サイトの探索方法の一例を説明する。
図３は、前記標的分子の結合サイトの探索方法の一例を説明するためのフローチャートである。
まず、ＭＤ計算を行う前に、開示の前記プローブ分子の配置方法により、前記座標空間における前記標的分子と複数の前記ブローブ分子との配置を決定する。
そして、前記プローブ分子の配置方法により決定された、前記座標空間における前記標的分子と複数の前記ブローブ分子との配置を用いて、水分子存在下で、分子動力学計算を行う。
【００４７】
（プログラム）
プローブ分子を配置する開示のプログラムは、コンピュータに、開示の前記プローブ分子の配置方法を実行させるプログラムである。
標的分子の結合サイトを探索する開示のプログラムは、コンピュータに、開示の前記標的分子の結合サイトの探索方法を実行させるプログラムである。
プローブ分子を配置する前記プログラムにおいて、前記プローブ分子の配置方法の実行における好適な態様は、開示の前記プローブ分子の配置方法における好適な態様と同じである。
標的分子の結合サイトを探索する前記プログラムにおいて、前記標的分子の結合サイトの探索方法の実行における好適な態様は、開示の前記標的分子の結合サイトの探索方法における好適な態様と同じである。
【００４８】
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。
【００４９】
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録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〕などの記録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メモリなどの記録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録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。
前記プログラムは、複数の記録媒体に、任意の処理毎に分割されて記録されていてもよい。
【００５０】
（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。
前記記録媒体は、前記プログラムが任意の処理毎に分割されて記録された複数の記録媒体であってもよい。
【００５１】
（プローブ分子の配置装置）
開示のプローブ分子の配置装置は、仮配置部と、計算部と、除去部とを少なくとも備え、更に必要に応じて、その他の部を備える。
前記仮配置部は、座標空間において、標的分子の周囲に、複数のプローブ分子を仮配置する。
前記計算部は、前記標的分子と仮配置された複数の前記プローブ分子とを用いて、真空条件下で、分子動力学計算を行う。
前記除去部は、前記分子動力学計算により得られる、前記標的分子と複数の前記プローブ分子との配置における、前記標的分子の表面から所定の距離以上離れた少なくとも一つの前記プローブ分子を、前記座標空間から除く。
【００５２】
前記プローブ分子の配置装置における各部の処理方法の好適な態様は、前記プローブ分子の配置方法における各工程の好適な態様と同じである。
前記プローブ分子の配置装置は、前記プログラムが任意の処理毎に分割されて記録された複数の記録媒体をそれぞれに備える複数のプローブ分子の配置装置であってもよい。
【００５３】
（標的分子の結合サイトの探索装置）
開示の標的分子の結合サイトの探索装置は、開示の前記プローブ分子の配置装置と、第２の計算部とを少なくとも備え、更に必要に応じて、存在確率探索部などのその他の部を備える。
前記第２の計算部は、前記プローブ分子の配置装置により決定された、前記座標空間における前記標的分子と複数の前記ブローブ分子との配置を用いて、水分子存在下で、分子動力学計算を行う。
前記存在確率探索部は、前記水分子存在下での前記分子動力学計算の結果から、前記座標空間における前記標的分子の近傍において前記プローブ分子の存在確率が高い箇所を求める。
【００５４】
前記標的分子の結合サイトの探索装置における各部の処理方法の好適な態様は、前記標的分子の結合サイトの探索方法における各工程の好適な態様と同じである。
前記標的分子の結合サイトの探索装置は、前記プログラムが任意の処理毎に分割されて記録された複数の記録媒体をそれぞれに備える複数の標的分子の結合サイトの探索装置であってもよい。
【００５５】
図４に、開示のプローブ分子の配置装置の構成例を示す。開示の標的分子の結合サイトの探索装置の構成例も同様である。
プローブ分子の配置装置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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
図５に、開示のプローブ分子の配置装置の他の構成例を示す。
図５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エアである。
【００６１】
図６に、開示のプローブ分子の配置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、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等を格納するコンピュータ３０と、記憶部１３を格納するコンピュータ４０とが接続される。
【実施例】
【００６２】
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。
【００６３】
（実施例１）
開示のプローブ分子の配置方法を、図１及び図２に示すフローに従って、実施した。具体的には、以下のように実施した。
標的分子として、タンパク質である血液凝固因子Ｘａを用いた。
プローブ分子として、クロロベンゾチオフェン−２−オールを用いた。
ここで、水分子３層分の厚み（Ｗ）を、６Åとした。また、クロロベンゾチオフェン−２−オールの分極率テンソルを計算して得られる３番目の主軸方向の長さ（ａ）は、２Åである。そして、前記Ｗと、２倍の前記ａ〔２ａ〕とを対比して、大きい方である、６Åを、所定の距離とした。
【００６４】
座標空間において、標的分子の周囲に、８２９個（４ｍｏｌ／Ｌ）のプローブ分子をランダムに配置した。
続いて、ＧＲＯＭＡＣＳを用いて、真空条件下で分子動力学計算を行った。シミュレーション時間は２００ｐｓとした。
続いて、計算結果の配置において、標的分子の表面から６Å以上離れたプローブ分子を除去した。
その結果、標的分子の周囲には、２７５個のプローブ分子が残った。
【００６５】
得られた配置を用いて、水存在下での分子動力学計算を行った。シミュレーション時間は１０ｎｓとした。そして、分子動力学計算により、標的分子−プローブ分子間の相互作用エネルギーの平均、及びプローブ分子−プローブ分子間の相互作用エネルギーの平均を計算した。
その結果は、以下の通りであった。
・標的分子−プローブ分子間の相互作用エネルギーの平均：約−４６ｋＪ／ｍｏｌ
・プローブ分子−プローブ分子間の相互作用エネルギーの平均：約−１５ｋＪ／ｍｏｌ
すなわち、標的分子−プローブ分子間の相互作用の方が、プローブ分子−プローブ分子間の相互作用よりも安定であった。
【００６６】
（比較例１）
標的分子として、タンパク質である血液凝固因子Ｘａを用いた。
プローブ分子として、クロロベンゾチオフェン−２−オールを用いた。
実施例１と同様の方法で、座標空間において、標的分子の周囲に、８２９個（４ｍｏｌ／Ｌ）のプローブ分子をランダムに配置した。
得られた配置を用いて、実施例１と同様の方法で、水存在下での分子動力学計算を行った。そして、分子動力学計算により、標的分子−プローブ分子間の相互作用エネルギーの平均、及びプローブ分子−プローブ分子間の相互作用エネルギーの平均を計算した。
その結果は、以下の通りであった。
・標的分子−プローブ分子間の相互作用エネルギーの平均：約−１５ｋＪ／ｍｏｌ
・プローブ分子−プローブ分子間の相互作用エネルギーの平均：約−３２ｋＪ／ｍｏｌ
すなわち、プローブ分子−プローブ分子間の相互作用の方が、標的分子−プローブ分子間の相互作用よりも安定であった。
【００６７】
従来の方法で標的分子の周囲にプローブ分子を配置した後にＭＤ計算を行った比較例１では、プローブ分子−プローブ分子間の相互作用の方が、標的分子−プローブ分子間の相互作用よりも安定であった。一方、開示の配置方法を用いて標的分子の周囲にプローブ分子を配置した後にＭＤ計算を行った場合には、標的分子−プローブ分子間の相互作用の方が、プローブ分子−プローブ分子間の相互作用よりも安定であった。このことは、開示の配置方法を行った場合に、標的分子へのプローブ分子の吸着が促進されていることを示している。更に、このことは、開示の配置方法は、効率的な結合サイト探索が可能であることを示している。
【００６８】
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て、標的分子の周囲にプローブ分子を配置するプローブ分子の配置方法であって、
座標空間において、前記標的分子の周囲に、複数の前記プローブ分子を仮配置する工程と、
前記標的分子と仮配置された複数の前記プローブ分子とを用いて、真空条件下で、分子動力学計算を行う工程と、
前記分子動力学計算により得られる、前記標的分子と複数の前記プローブ分子との配置における、前記標的分子の表面から所定の距離以上離れた少なくとも一つの前記プローブ分子を、前記座標空間から除く工程と、
を含むことを特徴とするプローブ分子の配置方法。
（付記２）
前記標的分子の表面の水分子３層分の厚み（Ｗ）と、前記プローブ分子の分極率に基づき設定される長さ（Ｐ）とを対比した際の大きい方を前記所定の距離とする付記１に記載のプローブ分子の配置方法。
（付記３）
前記分子動力学計算を行う際に、前記標的分子の重原子が拘束される付記１から２のいずれかに記載のプローブ分子の配置方法。
（付記４）
前記分子動力学計算を行う際に、前記プローブ分子同士に不自然な反発力が付加されていない付記１から３のいずれかに記載のプローブ分子の配置方法。
（付記５）
コンピュータを用いて、標的分子の結合サイトを探索する標的分子の結合サイトの探索方法であって、
付記１から４のいずれかに記載のプローブ分子の配置方法により決定された、前記座標空間における前記標的分子と複数の前記ブローブ分子との配置を用いて、水分子存在下で、分子動力学計算を行う工程を含むことを特徴とする標的分子の結合サイトの探索方法。
（付記６）
更に、前記水分子存在下での前記分子動力学計算の結果から、前記座標空間における前記標的分子の近傍において前記プローブ分子の存在確率が高い箇所を求める工程を含む、付記５に記載の標的分子の結合サイトの探索方法。
（付記７）
座標空間において、標的分子の周囲に、複数のプローブ分子を仮配置する仮配置部と、
前記標的分子と仮配置された複数の前記プローブ分子とを用いて、真空条件下で、分子動力学計算を行う計算部と、
前記分子動力学計算により得られる、前記標的分子と複数の前記プローブ分子との配置における、前記標的分子の表面から所定の距離以上離れた少なくとも一つの前記プローブ分子を、前記座標空間から除く除去部と、
を備えることを特徴とするプローブ分子の配置装置。
（付記８）
付記７に記載のプローブ分子の配置装置と、
前記プローブ分子の配置装置により決定された、前記座標空間における前記標的分子と複数の前記ブローブ分子との配置を用いて、水分子存在下で、分子動力学計算を行う計算部と、
を備えることを特徴とする標的分子の結合サイトの探索装置。
（付記９）
プローブ分子を配置するプログラムであって、
コンピュータに、
座標空間において、標的分子の周囲に、複数のプローブ分子を仮配置する工程と、
前記標的分子と仮配置された複数の前記プローブ分子とを用いて、真空条件下で、分子動力学計算を行う工程と、
前記分子動力学計算により得られる、前記標的分子と複数の前記プローブ分子との配置における、前記標的分子の表面から所定の距離以上離れた少なくとも一つの前記プローブ分子を、前記座標空間から除く工程と、
を実行させることを特徴とするプログラム。
（付記１０）
標的分子の結合サイトを探索するプログラムであって、
コンピュータに、
付記１から４のいずれかに記載のプローブ分子の配置方法により決定された、前記座標空間における前記標的分子と複数の前記ブローブ分子との配置を用いて、水分子存在下で、分子動力学計算を行う工程、
を実行させること特徴とするプログラム。
【符号の説明】
【００６９】
１０    プローブ分子の配置装置
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
【図１】
2018205973.tif 000003
【図２】
2018205973.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018205973.tif 000007
【図６】
2018205973.tif 000008