(57)【要約】特定のレセプタとの提案リガンドの相互作用を表す値（ＶＲＩ）を計算するためのコンピュータ処理方法。リガンド原子１つ以上とレセプタ原子１つ以上の間の疎水性相互作用は、レセプタによる該１つ以上のリガンド原子の疎水性囲いの存在に対してボーナスを授与する方法により採点される。また、リガンドとレセプタの間の荷電−荷電水素結合は、荷電−荷電水素結合に対するデフォルト値を設定すること、及び、１つ以上の特殊化され予め決定された荷電−荷電水素結合基準が満足された場合にデフォルト値を超えるボーナスを授与することにより採点される。種々の荷電−荷電水素結合基準を用いる。両性イオン、電荷、溶媒和、幾何構造及び静電的エネルギーを考慮する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定のレセプタとの提案リガンドの相互作用を表す値（ＶＲＩ）を計算するためのコンピュータ処理方法であって、該方法は、１つ以上のリガンド原子と１つ以上のレセプタ原子との間の疎水性相互作用を、前記レセプタによる前記１つ以上のリガンド原子の疎水性囲いの存在に対してボーナスを授与することを含む方法により採点することを備え、前記ボーナスは前記リガンドと前記レセプタとの間の増強された結合親和性を示すＶＲＩをもたらすものである、前記方法。
【請求項２】
ＶＲＩの計算が自由エネルギー、エンタルピー及びエントロピーのうちの少なくとも１つを表す少なくとも１つの項を含む請求項１の方法。
【請求項３】
疎水性相互作用の採点が、リガンド原子とレセプタ原子との間の疎水性−疎水性接触の表面積の関数として変化する表面積採点成分（ＳＡＳＣ）を計算することを含み、
疎水性囲いの存在に対する前記ボーナスが、ボーナスではなくＳＡＳＣを用いて得られる仮説的ＶＲＩと比べて、ＶＲＩの増加をもたらす請求項１の方法。
【請求項４】
疎水性相互作用の採点が、原子−原子対エネルギー項を計算することを含み、疎水性囲いの存在に対する前記ボーナスが、ボーナスではなく原子−原子対エネルギー項の合計を用いて得られる仮説的ＶＲＩと比べてＶＲＩの増加をもたらす請求項１の方法。
【請求項５】
疎水性相互作用の採点が、更に、原子−原子対エネルギー項を計算することを含み、疎水性囲いの存在に対する前記ボーナスが、ボーナスではなく原子−原子対エネルギー項の合計＋ＳＡＳＣ項を用いて得られる仮説的ＶＲＩと比べてＶＲＩの増加をもたらす請求項３の方法。
【請求項６】
前記ＶＲＩ値はコンピュータプログラムによって使用され、前記方法は、レセプタ−リガンド複合体の構造をもたらす、レセプタへのリガンドのドッキングシミュレーションに用いられる、請求項１乃至５のいずれか一項の方法。
【請求項７】
前記方法はレセプタ−リガンド複合体への構造の割り当て支援に用いられる請求項６の方法。
【請求項８】
前記ＶＲＩはドッキングプログラムにより形成されるタンパク質−リガンド複合体構造に対するリガンドの結合親和性を判断するのに使用される請求項６の方法。
【請求項９】
前記ＶＲＩ値の計算は、所定のレセプタ−リガンド構造におけるレセプタ−リガンド相互作用を表す値を割り当てることを含む請求項１乃至４のいずれか一項の方法。
【請求項１０】
前記所定のレセプタ−リガンド構造は、分子力学的シミュレーションから、又は、連続体溶媒和モデルを使用する最小化からのドッキングプログラムから得られる請求項９の方法。
【請求項１１】
疎水性相互作用の前記採点が疎水性囲いの存在を示す場合、疎水性囲いによるＶＲＩの増強に寄与するレセプタ−リガンド複合体の構造的特徴のグラフィック表示を形成することを更に備える請求項１乃至４の何れか一項の方法。
【請求項１２】
１つ以上のリガンド原子からなる疎水性囲いに寄与するレセプタ原子がグラフィック的にハイライトされて前記囲いの物理的画像を与える前記複合体のコンピュータ作成グラフィカル表示を作成することを更に備える請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記リガンドの疎水性囲いに関与する前記レセプタの表面が前記表示においてハイライトされる請求項１１の方法。
【請求項１４】
前記方法は実験的に試験すべき化合物の選択に用いられる請求項１乃至４の何れか一項の方法。
【請求項１５】
前記方法が、
ａ）疎水性囲いを表す項を計算する工程；
ｂ）静電的リワードを表す項を計算する工程；
ｃ）疎水性領域における水素（Ｈ）結合に関するＶＲＩを増強する項を計算する工程；
ｄ）Ｈ結合対を表す項を計算する工程；
ｅ）π−カチオン及びπスタッキングを表す項を計算する工程；
ｆ）標準的親油性対を表す項を計算する工程；及び、
ｇ）項の合計から評点を計算する工程；
のうちの１つ以上を任意の順序で（ただし工程（ｇ）は最後に実施）で備える請求項１の方法。
【請求項１６】
疎水性囲いの存在が、少なくとも
ａ）リガンドの疎水性原子の特定のカットオフ距離内にある親油性レセプタ原子を位置決定する工程；
ｂ）疎水性リガンド原子の周囲の親油性レセプタ原子の空間的及び角度的分布を決定する工程；
ｃ）疎水性リガンド原子の周囲の親油性レセプタ原子の空間的及び角度的分布に基づいてボーナスを授与する工程；
を実施することにより決定される請求項１の方法。
【請求項１７】
疎水性囲いの存在及び大きさが、
ａ）リガンドの親油性原子を、共有結合により連結された原子からなる複数の原子団に分割する工程；
ｂ）各原子団に疎水性囲いの評点を割り当て、原子団の大きさが予め特定された閾値未満であれば囲い評点をゼロに設定する工程；
ｃ）連結原子団の疎水性囲い評点の合計として疎水性囲いに関して授与すべき総ボーナスを計算する工程；
を少なくとも実施することにより決定される請求項１の方法。
【請求項１８】
カットオフ閾値より高い各原子団の疎水性囲い評点は、その原子団における各リガンド原子の疎水性囲い評点を決定し、次に、各リガンド原子に関する値を加算してその原子団の評点を得ることにより割り当てられる請求項１７の方法。
【請求項１９】
適切な連結原子団におけるリガンド原子に関する疎水性囲い評点の値が、
ａ）リガンド原子とレセプタの親油性原子との間の距離を計算する工程；
ｂ）原子の囲いの程度を判断するために数学式を使用する工程、ここでその式は親油性レセプタ原子の角度的分布及びリガンド原子からのその距離を考慮するものである前記使用する工程；
を少なくとも実施することにより決定される請求項１８の方法。
【請求項２０】
リガンド原子の特定のカットオフ距離内にあるレセプタ原子の角度的分布が大きいほど、前記式を使用した場合のより高い囲い評点をもたらし、適切に短い距離において親油性レセプタ原子により囲われているリガンド原子は、前記式を用いた場合にノンゼロ値の囲い評点をもたらす、請求項１９の方法。
【請求項２１】
前記原子団内の各リガンド原子の疎水性囲い評点が、
ａ）リガンド原子に最も近い親油性レセプタ原子であるアンカー原子を指定する工程；
ｂ）リガンド原子とアンカー原子との間に参照ベクトルを構築する工程；
ｃ）リガンド原子と特定の距離カットオフ内の残存する親油性レセプタ原子との間にベクトルを構築する工程；
ｄ）前記ｃ）で定義されたベクトルの各々と参照ベクトルとの間に形成された角度を計算する工程；
ｅ）囲い評点へのｃ）のベクトルを形成する親油性レセプタ原子の寄与を、リガンド原子とレセプタ原子の距離により、及び、ｄ）において定義された角度により決定する工程であって、前記距離が減少するほど、前記角度が増加するほど前記寄与が増加する関数を用いながら、前記寄与を決定する工程；
を含む方法により決定される請求項１８の方法。
【請求項２２】
各親油性レセプタ原子に関する囲いへの寄与が前記角度の評点と前記距離の評点との積である請求項２１の方法。
【請求項２３】
前記角度が所定の角度より小さい場合に角度の評点をゼロに設定する請求項２１の方法。
【請求項２４】
最小角度未満の角度評点が０に設定され、前記最小角度が前記リガンド原子と前記アンカー原子との間の距離が増加するほど増加する関数として変化する請求項２１の方法。
【請求項２５】
工程（ａ）において、リガンド原子は、極性原子に連結された炭素原子を除き、極性原子連結により中断されない連結した炭素原子のセットを含む親油性基に帰属させる請求項１７の方法。
【請求項２６】
工程（ａ）において、親油性原子は、少なくとも３つの原子を含む複数の原子団に分割される請求項１７の方法。
【請求項２７】
ノンゼロの囲い評点を受ける親油性レセプタ原子は、ある定数と前記リガンドと前記レセプタのファンデルワールス半径の合計との合計である距離内になければならない請求項２１の方法。
【請求項２８】
前記定数は約３Å±０．１Åである請求項２７の方法。
【請求項２９】
工程（ａ）におけるリガンド原子の連結原子団への原子の分割は、各原子及びその近隣体の結合連結性と化学的同一性の関数である数学的処理を含む請求項１７の方法。
【請求項３０】
前記リガンドが中性の原子の原子団を含み、前記方法が、
ａ）距離及び角度の基準を用いることにより中性リガンド原子とレセプタとの間の水素結合１つ以上を同定する工程；
ｂ）水素結合の単一および複数の原子団に連結されたリガンドの原子を決定する工程；
ｃ）前記（ａ）水素結合に関与するリガンド原子及び水素結合原子団に連結されたリガンド原子の疎水性囲いがあるかどうか、前記（ｂ）（ａ）で同定されたリガンド原子が、（ｉ）リガンド原子が親油性であるか、又は（ｉｉ）リガンド原子が囲いを伴うことなく水素結合のその完全な補完を形成していることにおいて、囲いによる利益を受けているどうか、に基づいて水素結合にボーナスを割り当てる工程；
を含む請求項１の方法。
【請求項３１】
前記レセプタと前記リガンドとの単水素結合を検出し、前記水素結合とその環境が、
（ａ）前記リガンドの水素結合ドナー及びアクセプタ原子がｉ）窒素であるか；ｉｉ）環内にあるか又はｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）の両方であること；
（ｂ）リガンド原子が水素結合ドナー原子の原子団の一部を形成し、原子団の全ドナーがレセプタに結合した水素であること；
（ｃ）レセプタがタンパク質であり、水素結合に参加するレセプタ原子がタンパク質骨格の部分であること；
（ｄ）適切な構造における関連レセプタドナー又はアクセプタ原子が貧しく溶媒和していること；
（ｅ）水素結合に関与するリガンドの重原子及びこの原子に結合した何れかの炭素原子に関する囲い項内の角度ファクターの合計を計算し、合計が特定の閾値を超えることが必要であること；
のうちの１つ以上の条件を満足する場合に特別単水素結合ボーナスを授与する請求項３０の方法。
【請求項３２】
前記条件（ａ）〜（ｅ）の全てが満足される場合にのみ単水素結合ボーナスが授与される請求項３１の方法。
【請求項３３】
前記レセプタと前記リガンドとの単水素結合が検出され、その水素結合及びその環境が以下の条件、すなわち、前記水素結合に関与するリガンド重原子及びこの原子に結合した何れかの炭素原子に関する囲い項内の角度ファクターの合計を計算し、その合計が特定の閾値を超超えること、を満足する場合に特別単水素結合ボーナスが授与される請求項３０の方法。
【請求項３４】
工程（ｄ）は、前記レセプタのアポタンパク質構造内のドナー及びアクセプタ原子の溶媒和を判断するためにグリッドベース水添加プログラムを用いることを含む請求項３１の方法。
【請求項３５】
前記特別水素結合ボーナスの資格を得るために、原子は３未満の水と接触状態にあることが必要とされる請求項３４の方法。
【請求項３６】
（ｅ）のパートは、前記リガンドを小摂動させ、その摂動が前記閾値を超超えるように囲い評点を向上させるかどうかを判断することを含む、請求項３１の方法。
【請求項３７】
基準（ａ）〜（ｅ）の全てが満足される場合に約−１．５±０．３ｋｃａｌ／モルの特別単水素結合ボーナスを割り当てる請求項３１の方法。
【請求項３８】
以下の基準、すなわち、
（ａ）多重の水素結合の対は、結合原子が１つより多い回転可能な結合により分離されている場合には特別対水素結合ボーナスのための資格を有さないこと、ここでＯＨ基はこの計算においては非回転可能として計数すること；
（ｂ）リガンドレセプタ水素結合の対の以下の種類のうちの１つ以上が特別対水素結合ボーナスのための資格を有さないこと；
【表１】
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（ｃ）対のリガンド原子が個別にゼロ正味形式電荷を有する対に関して、水素結合は、該疎水的相互作用を採点することが水素結合対に関して最適化される場合に、該疎水性囲いに対するボーナスを授与されること；
のうちの１つ以上を用いて、リガンド−レセプタ水素結合対を指定し、特別対水素結合ボーナスを授与することを備える請求項３０の方法。
【請求項３９】
水素結合対が水素結合対ボーナスを受けるようなカットオフ評点を超える疎水性囲い評点を有するかどうかを決定するために請求項３５の工程（ｃ）を実施する場合に、以下の条件、即ち、
ａ）対内のリガンド原子が同じ環の部分でなければならない、又は、非環リガンド原子の場合、リガンド原子は同じ環に直接連結していなければならないこと；および、
ｂ）水素結合領域の疎水性を検出し、囲い項に関して角度ファクターを加算し、合計は、水素結合リガンド原子の対及び水素結合に参加しているリガンド原子に直接連結されたリガンド環原子を用いた場合に、特定の閾値を超えていること；及び、
ｃ）対のリガンド原子は環原子ではないが、環に連結している場合、合計が非環リガンド原子の次の近隣体である環の原子を含むこと；
を用いる請求項３８の方法。
【請求項４０】
対および単独の特別水素結合の二重計数は、まず対を探し、単Ｈ結合リワードリストから対リスト中に存在する何れのリワード付与された水素結合を除外することにより、回避される請求項３８の方法。
【請求項４１】
列挙した基準ａ）ｂ）及びｃ）の各々が適用され、追加的に、以下の基準、すなわち、
ｄ）対内のリガンド原子が同じ環の部分でなければならないか、又は、非環リガンド原子の場合、リガンド原子は同じ環に直接連結していなければならないこと；
ｅ）水素結合領域の疎水性を検出し、囲い項に関して角度ファクターを請求項３１の（ｅ）のパートに記載の通り、水素結合リガンド原子の対及び水素結合に参加しているリガンド原子に直接連結されたリガンド環原子を用いながら加算すること；
ｆ）対のリガンド原子は環原子ではないが、環に連結している場合、合計が非環リガンド原子の次の近隣体である環の原子を含むこと；及び、
ｇ）水素結合対に授与されるボーナスは−３ｋｃａｌ／モルであること；
の各々が適用される請求項３８の方法。
【請求項４２】
疎水性囲いに対する前記ボーナスの大きさは、少なくとも
シングレットの水素結合、相関付けられた水素結合の対、及び、トリプレットの水素結合の存在を決定する工程；及び
水素結合のシングレット、対、およびトリプレットに異なる結合前値を割り当てる工程；
により評価される請求項３０の方法。
【請求項４３】
レセプタの溶媒和の程度を判断する工程と、レセプタの溶媒和の程度に応じて中性−中性水素結合リワードを授与する工程とを含む方法によって、リガンド中性原子の原子団とレセプタとの間の水素結合に関する値を割り当てる請求項３０の方法。
【請求項４４】
水素結合の２つの対がボーナスを授与するための基準を満足し、その２つの対が一原子を共有している請求項３０の方法。
【請求項４５】
第２の対に対するボーナスは−２ｋｃａｌ／モルである請求項４４の方法。
【請求項４６】
水素結合の対に割り当てられるボーナス（以降「基本リワード」と呼ぶ）は、以下の公式、すなわち、
・  θｍ＜θ＜θ０であれば、Ｓ（θ）＝（θ−θｍ）／（θ０−θｍ）、
式中、θ０は最大角度であり、θｍはパラメーター化において許容される最小角度であり、θ≧θ０であれば、Ｓ（θ）＝１．０であり、θ＜θｍであれば、Ｓ（θ）＝０．０であるという角度関数を用いて基本リワードをスケールダウンすること；
・  対の各結合に角度スケールファクターＳ１、Ｓ２を割り当てること；及び、
・  対の各結合Ｓ１＊Ｓ２に関する角度スケールファクターの積（Ｅｈｂ＿ｓｐｅｃ）を式Ｅｈｂ＿ｓｐｅｃ＝Ｓ１＊Ｓ２＊Ｅｂａｓｅに従って基本リワード（Ｅｂａｓｅ）に適用すること、
に従って低減される請求項３８の方法。
【請求項４７】
θ０が１３５°±５°であり、θｍが１２０°±５°である請求項４６の方法。
【請求項４８】
中性−中性水素結合におけるタンパク質の水素結合相手の溶媒和は、エクスプリシット水を添加するためのグリッドベースアルゴリズムを適用し、問題となるタンパク質原子団の周囲の第１及び第２殻内のこのような水の数を計数することにより評価される請求項４３の方法。
【請求項４９】
疎水性囲いによる特別ボーナスを受ける水素結合がグラフィック表示中でハイライトされている複合体のコンピュータ作成描写を作成することを更に備える請求項３０の方法。
【請求項５０】
疎水性囲いによる特別ボーナスを受ける水素結合の囲いがコンピュータ作成グラフィック表示においてハイライトされる請求項３０の方法。
【請求項５１】
ボーナスを受ける水素結合の疎水性囲いに参加しているレセプタ原子がグラフィック表示においてハイライトされる請求項５０の方法。
【請求項５２】
ボーナスを受ける水素結合の疎水性囲いに参加しているレセプタ原子がレセプタの疎水性表面の表示を介してハイライトされる請求項５０の方法。
【請求項５３】
疎水性囲いによる特別ボーナスを受ける水素結合に連結したリガンド原子がグラフィック表示中でハイライトされる複合体のコンピュータ作成描写を作成することを更に備える請求項３０の方法。
【請求項５４】
適切なリガンド原子団に疎水性囲いを提供することが可能なレセプタの領域は、分子力学的シミュレーションを実施し、水分子が好ましくない化学的電位を有する領域を同定することにより検出される、請求項１又は３０の方法。
【請求項５５】
適切なリガンド原子団に疎水性囲いを提供することが可能なレセプタの領域は、レセプタを囲むように水分子を位置させ、これらの水分子の囲われた環境を検出することにより検出される、請求項１又は３０の方法。
【請求項５６】
リガンド／レセプタ相互作用（ＶＲＩ）の成分を表す値を確立するための方法であって、
荷電−荷電水素結合に対するデフォルト値を設定する工程と、
１つ以上の特殊化された所定の荷電−荷電水素結合基準が満足された場合にデフォルト値を超えるボーナスを授与する工程と、
によりリガンドとレセプタとの間の荷電−荷電水素結合を採点することを備える、前記方法。
【請求項５７】
前記荷電−荷電水素結合の基準が、
ボーナスを授与するかを決定する場合、ボーナスの値を決定する場合、又は両方において、リガンドが正味電荷を有するかどうか、又は、両性イオンであるかどうかを決定すること、
リガンドが両性イオンである場合に逆に荷電している基の間の距離を決定すること、
水素結合に関与するレセプタ原子団の溶媒和の程度を決定すること、
前記荷電−荷電水素結合の詳細な幾何構造を決定すること、及び、
前記荷電−荷電水素結合の静電的エネルギーを決定すること
のうちの１つ以上を含む請求項５６の方法。
【請求項５８】
両性イオンにおける正及び負の原子団の両方が荷電−荷電水素結合を形成する場合、及び、原子団間の距離が所定の距離を超えない場合に、追加的な荷電−荷電ボーナスが両性イオンに割り当てられる請求項５７の方法。
【請求項５９】
レセプタと両性イオンにより形成される前記荷電−荷電水素結合の静電的相互作用が増加するほど前記ボーナスが増加する請求項５８の方法。
【請求項６０】
静電的相互作用の大きさが増加するに従ってボーナスが３．０±０．５ｋｃａｌ／モルから４．７±０．５ｋｃａｌ／モルに増加する請求項５９の方法。
【請求項６１】
レセプタの溶媒和を判断し、レセプタ溶媒が所定の値より小さい場合に荷電−荷電水素結合リワードを割り当てる請求項５７の方法。
【請求項６２】
前記所定の値は、グリッドベース水添加コードにより決定した場合、前記荷電−荷電水素結合に関与する荷電レセプタ原子の周囲に約９の第２殻水である請求項６１の方法。
【請求項６３】
レセプタの溶媒和を判断し、レセプタ及びリガンドの静電的エネルギーが特定の閾値を超えている場合に追加的荷電−荷電水素結合リワードを割り当てる請求項５６の方法。
【請求項６４】
前記荷電−荷電水素結合内の正荷電及び負荷電の原子団の相互作用が二座又は一座であるかを決定すること、及び、二座結合に対して追加的な荷電−荷電水素結合リワードを割り当てることを備える請求項５６の方法。
【請求項６５】
レセプタの多重荷電原子団が前記構造に関与しているかどうかの決定を行うこと、及び、多重荷電原子団が前記構造に関与している場合に特別ボーナスを割り当てることを備える請求項５６又は６４の方法。
【請求項６６】
前記リガンド基がカルボキシル基であり、多重正荷電レセプタ原子団との相互作用に対して割り当てられるボーナスが１．０±０．３ｋｃａｌ／モルである請求項６５の方法。
【請求項６７】
両性イオンリワードが、
レセプタとリガンドを架橋する荷電原子のレセプタ成分を囲む水の数を決定し、電荷が完全に水和されている場合には荷電−荷電リワードを除外又は低減すること；及び、
水素結合をａ）一座；ｂ）リガンド原子団内で二座；又はｃ）１つのリガンドを２つの異なるタンパク質原子団に架橋する二座に分類し、その分類に基づいて荷電−荷電リワードを調節すること；
により決定される請求項５８の方法。
【請求項６８】
前記方法は、リガンドの非存在下において前記荷電−荷電水素結合のレセプタ相手の溶媒和を判断するためにグリッドベース水添加コードを使用することを含む請求項６１の方法。
【請求項６９】
特定のカットオフを超える値を有する静電的環境内の荷電原子が特別ボーナスを与えられる請求項５６の方法。
【請求項７０】
前記特別ボーナスの値が１．５±０．３ｋｃａｌ／モルである請求項６９の方法。
【請求項７１】
ＶＲＩの成分が荷電−荷電の水素結合又は相互作用を表し、その成分は、前記レセプタに結合した前記リガンドの総自由エネルギーを計算するために、他の採点成分に加算される請求項５６の方法。
【請求項７２】
前記特別ボーナスを受ける荷電−荷電水素結合はグラフィック表示中でハイライトされる請求項５６の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる２００５年３月１１日出願の米国仮出願第６０／６６０，８２２号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は結合親和性を推定するための予測的スコア関数に関する。
【背景技術】
【０００３】
薬学的に活性な化合物の大部分は、タンパク質（糖タンパク質及びリポタンパク質を含む用語）である場合がしばしばである標的レセプタへの結合から薬効を導き出している。約５０年前、タンパク質の最初の高解像度構造がエックス線結晶学によって決定された。公共の蛋白質構造データバンク（ＰＤＢ）は現在１０，０００超のそのような構造を保有しており、医薬品及びバイオテクノロジー企業はそれより一桁多い独自製品の構造を保有している。これらの構造の多くは、それらに結合している小分子と共に共結晶化されている。新しくより強力でより特異的な阻害剤を設計するためのそのような構造の検討とそれにより獲得された知識の発展は、構造に基づいた薬剤設計と呼ばれている。
【０００４】
コンピュータモデリングは構造に基づいた薬剤設計を容易にする。高解像度のタンパク質構造があれば、コンピュータソフトウエアは、小分子リガンドをタンパク質内の正しい位置に「ドッキング」させ、それをタンパク質の活性部位のキャビティー内で方向付けし、この構造が存在する場合のリガンドの結合親和性を計算するために使用される。このタスクを実施するコンピュータソフトウエアプログラムは「ドッキング」プログラムと呼ばれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ドッキングプログラムは典型的にはタンパク質−リガンド結合をモデル化するための２つの異なるタスクを実行する。第１に、タンパク質−リガンド複合体の構造を予測する。高スループットのドッキングにおいては、レセプタ（例えばタンパク質）は通常は剛体と仮定される。この仮定が失敗した場合、出発点として異なる構造のレセプタの使用が必要である。レセプタの立体配座のかなりの変化（誘導されたフィット）を必要とする、リガンドを受領するために変更された代替レセプタ構造を構築することの問題点は、極めて重要なものである。我々は剛体レセプタ内へのリガンドのドッキングが実験データと妥当に合致する構造をもたらす場合に着目する。これに該当する例は、ドッキングされた構造において、ドッキングされた構造におけるリガンドが、実験データと良好に合致するタンパク質とのキーとなる水素結合及び疎水性接触を形成する場合である。
【０００６】
ドッキングプログラムの第２のタスクは、インプットとしてドッキングされた構造がある場合、タンパク質−リガンド結合親和性を計算することである。結合親和性を計算するために使用される数学的関数は「スコア関数」と呼ばれる。数十年間にわたる集中的研究にも関わらず、多くの状況において、現在使用可能なスコア関数は所望の正確さ及びロバスト性に関して満足できるものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明には２つの側面があり、その両方とも提案リガンドの特定のレセプタとの相互作用を表す値（ＶＲＩ）を計算するためのコンピュータ処理方法を採用する。
一般的に論じれば、第１の側面では、１つ以上のリガンド原子と１つ以上のレセプタ原子との間の疎水性相互作用を、前記レセプタによる前記１つ以上のリガンド原子の疎水性囲いの存在に対してボーナスを授与することを含む方法により採点することを備え、前記ボーナスは前記リガンドと前記レセプタとの間の増強された結合親和性を示すＶＲＩをもたらす。
【０００８】
本発明の第１の側面の好ましい実施形態においては、ＶＲＩの計算は自由エネルギー、エンタルピー又はエントロピー又はそれらの組み合わせを表す少なくとも１つの項を含む。疎水性相互作用の採点が、リガンド原子とレセプタ原子との間の疎水性−疎水性接触の表面積の関数として変化する表面積採点成分（ＳＡＳＣ）を計算することを含み、疎水性囲いの存在に対する前記ボーナスが、ボーナスではなくＳＡＳＣを用いて得られる仮説的ＶＲＩと比べてＶＲＩの増加をもたらす。前記採点は、原子−原子対エネルギー項を計算することを含み、これにより、疎水性囲いの存在に対する前記ボーナスが、ボーナスではなく原子−原子対エネルギー項の合計を用いて得られる仮説的ＶＲＩと比べてＶＲＩの増加をもたらす。疎水性相互作用の採点は更に、原子−原子対エネルギー項を計算することを含むことができ、疎水性囲いの存在に対する前記ボーナスが、ボーナスではなく原子−原子対エネルギー項の合計＋ＳＡＳＣを用いて得られる仮説的ＶＲＩと比べてＶＲＩの増加をもたらす。
【０００９】
計算されたＶＲＩ値は、種々の態様において、例えば、コンピュータプログラムにより、レセプタ−リガンド複合体の構造をもたらすレセプタへのリガンドのドッキングをシミュレーションするため、例えばレセプタ−リガンド複合体への構造の割付において支援するため、又は、ドッキングプログラムにより形成されるタンパク質−リガンド複合体構造に対するリガンドの結合親和性を判断するための方法において、使用され得る。
【００１０】
或いは、ＶＲＩ値は所定のレセプタ−リガンド構造、例えば分子力学的シミュレーションから、又は、連続体溶媒和モデルを使用する最小化からのドッキングプログラムより得られた所定のレセプタ−リガンド構造におけるレセプタ−リガンド相互作用を表す値を割り当てる方法において計算され得る。
【００１１】
好ましくは、採点が疎水性囲いの存在を示す場合に、疎水性囲いによる増強されたＶＲＩに寄与するレセプタ−リガンド複合体の構造的特徴のグラフィック表示が形成され、リガンド原子１つ以上の疎水性囲いに寄与するレセプタ原子がグラフィック的にハイライトされてよく、囲いの物理的画像を与える。リガンドの疎水性囲いに関与するレセプタの表面もまた表示においてハイライトされ得る。
【００１２】
本発明の第１の側面を用いて実験的に試験すべき化合物を選択してもよい。
本発明の第１の側面の好ましい実施形態は、ａ）疎水性囲いを表す項を計算すること；ｂ）静電的リワードを表す項を計算すること；ｃ）疎水性領域における水素（Ｈ）結合に関するＶＲＩを増強する項を計算すること；ｄ）Ｈ結合対を表す項を計算すること；ｅ）π−カチオン及びπスタッキングを表す項を計算すること；ｆ）標準的親油性対を表す項を計算すること；及び、ｇ）項の合計から評点を計算すること；のうちの１つ以上を何れかの順序（ただし工程（ｇ）は最後に実施する）で含むことができる。疎水性囲いの存在は、少なくとも、ａ）リガンドの疎水性原子の特定のカットオフ距離内にある親油性レセプタ原子を位置決定すること；ｂ）疎水性リガンド原子の周囲の親油性レセプタ原子の空間的及び角度的分布を決定すること；ｃ）疎水性リガンド原子の周囲の親油性レセプタ原子の空間的及び角度的分布に基づいてボーナスを授与すること；を実施することにより決定してもよい。疎水性囲いの存在及び大きさは、少なくとも、ａ）共有結合により連結された原子の原子団にリガンドの親油性原子を分割すること；及びｂ）各原子団に疎水性囲いの評点を割り当てること、原子団の大きさが予め特定された閾値未満であれば囲い評点をゼロに設定すること（例えば原子団における各リガンド原子に対して疎水性囲い評点を決定すること、及び、原子団の評点を得るために各リガンド原子に対して値を加算することによる）；ｃ）連結された原子団の疎水性囲い評点の合計として疎水性囲いに関して授与すべき総ボーナスを計算すること；を実施することにより決定してもよい。適切な連結原子団におけるリガンド原子に関する疎水性囲い評点の値は、少なくとも、ａ）リガンド原子とレセプタの親油性原子との間の距離を計算すること；ｂ）原子の囲いの程度を判断するために数学式を使用すること、ここでその式は親油性レセプタ原子の角度的分布及びリガンド原子からのその距離を考慮するものであること；を実施することにより決定してもよい。リガンド原子の特定のカットオフ距離内にあるレセプタ原子のより大きい角度的分布は、該式を使用した場合のより高い囲い評点をもたらし、適切に短い距離において親油性レセプタ原子により囲われているリガンド原子が該式を用いた場合にノンゼロ値の囲い評点をもたらすことになる。更に又、原子団内の各リガンド原子の疎水性囲い評点は、ａ）リガンド原子に最も近い親油性レセプタ原子であるアンカー原子を指定すること；ｂ）リガンド原子とアンカー原子との間に参照ベクトルを構築すること；ｃ）リガンド原子と特定の距離カットオフ内の残存する親油性レセプタ原子との間にベクトルを構築すること；ｄ）ｃ）で定義されたベクトルの各々と参照ベクトルとの間に形成された角度を計算すること；ｅ）距離の減少に従って、また、角度の増加に従って、寄与が増加する関数を用いながら、リガンド原子へのレセプタ原子の距離により、ｄ）において定義された角度により、囲い評点へのｃ）においてベクトルを形成する親油性レセプタ原子の寄与を決定すること；を含む方法により決定される。各親油性レセプタ原子に関する囲いへの寄与は角度の評点と距離の評点との積である。角度が所定の角度より小さい場合に角度の評点はゼロに設定さ��、これは必須ではないが最小角度がリガンド原子とアンカー原子との間の距離が増加するほど増加する関数として変化してもよい。リガンド原子は、極性原子に連結された炭素原子は除き、極性原子連結により中断されない連結炭素原子のセットを含む親油性原子団に帰属させる。原子団は最少数の原子（例えば少なくとも３原子）を含むことができる。条件は、ノンゼロの囲い評点を受ける親油性レセプタ原子が、ある定数（例えば約３Å±０．１Å）とリガンド及びレセプタのファンデルワールス半径の合計との合計である距離内になければならない。リガンド原子の連結原子団への原子の分割は、各原子及びその近隣体の結合連結性（bonding connectivity）の、また、化学的同一性の関数である数学的処理を含んでよい。
【００１３】
好ましい実施形態においては、リガンドは中性の原子の原子団を含み、以下の方法、すなわち、距離及び角度の基準を用いることにより中性リガンド原子とレセプタとの間の水素結合１つ以上を同定すること；水素結合の単数及び複数の原子団に連結されたリガンドの原子を決定すること；（ａ）水素結合に関与するリガンド原子及び水素結合原子団に連結されたリガンド原子の疎水性囲いがあるかどうか、（ｂ）（ａ）で同定されたリガンド原子が（ｉ）リガンド原子が親油性であるか、又は（ｉｉ）リガンド原子が囲いを伴うことなく水素結合のその完全な補完を形成していることにおいて、囲いによる利益を被っているかどうか、に基づいて水素結合にボーナスを割り当てること；を含む。レセプタとのリガンドの単水素結合を検出し、水素結合及びその環境が以下の条件、すなわち、（ａ）リガンドの水素結合ドナー又はアクセプタ原子がｉ）窒素であるか；ｉｉ）環内にあるか又はｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）の両方であること；（ｂ）リガンド原子が水素結合ドナー原子の原子団の一部を形成し、原子団の全ドナーがレセプタに結合した水素であること；（ｃ）レセプタがタンパク質であり、水素結合に参加するレセプタ原子がタンパク質骨格の部分であること；（ｄ）適切な構造（即ちリガンドが存在しない場合のレセプタの構造）における関連レセプタドナー又はアクセプタ原子が貧しく溶媒和している（例えばレセプタのアポタンパク質構造内のドナー及びアクセプタ原子の溶媒和を判断するためにグリッドベース水添加プログラムを用いた場合）こと；（ｅ）水素結合に関与するリガンドの重原子及びこの原子に結合した何れかの炭素原子に関する囲い項内の角度ファクターの合計を計算し、その合計が特定の閾値を超えることが必要であること（例えばリガンドの小摂動を作成すること、及び、摂動が閾値を超えるように囲い評点を向上させるかどうか判断することによる）；のうちの１つ以上（最も好ましくは全て）を満足する場合に特別単水素結合ボーナスが授与される。例えば、基準（ａ）〜（ｅ）の全てが満足される場合に約−１．５±０．３ｋｃａｌ／モル）の特別単水素結合ボーナスを割り当ててもよい。基準（ｅ）は上記した通り、又はそれ自体を実施してもよい。特別水素結合ボーナスのための資格を得るためには、原子が３未満の水を接触状態で有することが必要とされてもよい。特別対水素結合ボーナスを授与するための他の可能な基準は、（ａ）多重の水素結合の対は、結合原子が１つより多い回転可能な結合により分離されている場合には特別対水素結合ボーナスのための資格を有さないこと、ここでＯＨ基はこの計算においては非回転可能として計数すること；及び／又は（ｂ）リガンドレセプタ水素結合の対の以下の種類のうちの１つ以上が特別対水素結合ボーナスのための資格を有さないこと；
【００１４】
【表２】
2008518369.tif 000003
（ｃ）対のリガンド原子が個別にゼロ正味形式電荷を有する対に関して、水素結合は、該疎水的相互作用を採点することが水素結合対に関して最適化される場合に、該疎水性囲いに対するボーナスを授与されること；のうちの１つ以上を含む。水素結合対が水素結合対ボーナスを受けるようなカットオフ評点を超えた疎水性囲い評点を有するかどうかを決定するために上記工程（ｃ）を実施する場合に、以下の条件、即ち、ａ）対内のリガンド原子が同じ環の部分でなければならないか、又は、非環リガンド原子の場合、リガンド原子は同じ環に直接連結していなければならないこと；および、ｂ）水素結合領域の疎水性を検出し、囲い項に関して角度ファクターを加算し、その合計は、水素結合リガンド原子の対及び水素結合に参加しているリガンド原子に直接連結されたリガンド環原子を用いた場合に、特定の閾値を超えていること；及び、ｃ）対のリガンド原子は環原子ではないが、環に連結している場合、上記合計が非環リガンド原子の次の近隣体である環の原子を含むこと；を用いる。対および単独の特別水素結合の二重計数はまず対を探すこと、及び、単Ｈ結合リワードリストから対リスト中に存在する何れのリワード付与された水素結合を除外することにより回避してもよい。追加的基準は、ｄ）対内のリガンド原子が同じ環の部分でなければならないか、又は、非環リガンド原子の場合、リガンド原子は同じ環に直接連結していなければならないこと；及びｅ）水素結合領域の疎水性を検出し、水素結合に関与するリガンド重原子及び水素結合に参加しているリガンド原子に直接連結しているリガンド環原子を、囲い項内の角度ファクターの合計項とし、ここで合計は特定の閾値を超えることが必要とされること；ｆ）対のリガンド原子は環原子ではないが、環に連結している場合、合計が非環リガンド原子の次の近隣体である環の原子を含むこと；及び、ｇ）水素結合対に授与されるボーナスは約−３ｋｃａｌ／モルであること；である。
【００１５】
疎水性囲いに対するボーナスの大きさを評価するための工程は、シングレットの水素結合、相関付けられた水素結合の対、及び、トリプレットの水素結合の存在を決定する工程；及び水素結合のシングレット、対、およびトリプレットに異なる結合前値を割り当てる工程である。リガンド中性原子の原子団とレセプタとの間の水素結合に関する値は、以下の工程、すなわち、レセプタの溶媒和の程度を判断すること；及び、レセプタの溶媒和の程度に応じて中性−中性水素結合リワードを授与すること；を含む方法により割り当ててもよい。ある原子を共有している水素結合の２つの対がボーナスを授与するための基準を満足してよく、第２の対に対するボーナスは例えば約−２ｋｃａｌ／モルに特定的に設定してもよい。水素結合の対に割り当てられるボーナス（以降「基本リワード」と呼ぶ）は、以下の公式、すなわち、
・  θｍ＜θ＜θ０であれば、Ｓ（θ）＝（θ−θｍ）／（θ０−θｍ）、
式中、θ０は最大角度であり、θｍはパラメーター化において許容される最小角度であり、θ≧θ０であれば、Ｓ（θ）＝１．０であり、θ＜θｍであれば、Ｓ（θ）＝０．０であるという角度関数を用いて基本リワードをスケールダウンすること；
・  対の各結合に角度スケールファクターＳ１、Ｓ２を割り当てること；及び、
・  対の各結合Ｓ１＊Ｓ２に関する角度スケールファクターの積（Ｅｈｂ＿ｓｐｅｃ）を式Ｅｈｂ＿ｓｐｅｃ＝Ｓ１＊Ｓ２＊Ｅｂａｓｅに従って基本リワード（Ｅｂａｓｅ）に適用すること；
に従って低減される。
【００１６】
例えば、θ０は１３５°±５°であり、θｍが１２０°±５°であってもよい。エクスプリシット水を添加するためのグリッドベースアルゴリズムを適用し、問題となるタンパク質原子団の周囲の第１及び第２殻内のこのような水の数を計数することにより中性−中性水素結合におけるタンパク質の水素結合相手の溶媒和を評価してもよい。
【００１７】
疎水性囲いによる特別ボーナスを受ける水素結合がグラフィック表示中でハイライトされる複合体のコンピュータ作成描写を作成してもよい。疎水性囲いによる特別ボーナスを受ける水素結合の囲いは、コンピュータ作成グラフィック表示においてハイライトされてよく、例えば、ボーナスを受ける水素結合の疎水性囲いに参加しているレセプタ原子がグラフィック表示においてハイライトされる。ボーナスを受ける水素結合の疎水性囲いに参加しているレセプタ原子もまたレセプタの疎水性表面の表示を介してハイライトされてもよい。疎水性囲いによる特別ボーナスを受ける水素結合に連結したリガンド原子もまたグラフィック表示中でハイライトされてもよい。
【００１８】
適切なリガンド原子団に疎水性囲いを提供することが可能なレセプタの領域は、分子力学的シミュレーションを実施すること、及び、水分子が好ましくない化学的電位を有する領域を同定することにより検出してもよい。
【００１９】
適切なリガンド原子団に疎水性囲いを提供することが可能なレセプタの領域は、レセプタを囲むように水分子を位置させること、及び、これらの水分子の囲われた環境を検出することにより検出してもよい。
【００２０】
本発明の第２の側面においては、リガンドとレセプタとの間の荷電−荷電水素結合は、荷電−荷電水素結合に対するデフォルト値を設定すること、及び、１つ以上の特殊化され予め決定された荷電−荷電水素結合基準が満足された場合にデフォルト値を超えたボーナスを授与することにより、採点される。荷電−荷電水素結合の基準は、ボーナスを授与するかを決定する場合、ボーナスの値を決定する場合、又は両方において、リガンドが正味電荷を有するかどうか、又は、両性イオンであるかどうかを決定すること、リガンドが両性イオンである場合に逆に荷電している基の間の距離を決定すること、水素結合に関与するレセプタ原子団の溶媒和の程度を決定すること、荷電−荷電水素結合の詳細な幾何構造を決定すること、及び、荷電−荷電水素結合の静電的エネルギーを決定すること、のうちの１つ以上を含む。例えば、両性イオンにおける正及び負の原子団の両方が荷電−荷電水素結合を形成する場合、原子団間の距離が所定の距離を超えない場合に、追加的な荷電−荷電ボーナスが両性イオンに割り当てられてもよい。ボーナスはレセプタとの両性イオンにより形成される荷電−荷電水素結合の静電的相互作用が増加するに従って増加してもよい。ボーナスは又静電的相互作用の大きさが増加するに従って（例えば３．０±０．５ｋｃａｌ／モルから４．７±０．５ｋｃａｌ／モルに）増加してもよい。
【００２１】
レセプタの溶媒和を判断し、レセプタ溶媒が所定の値、グリッドベース水添加コードにより決定した場合、例えば荷電−荷電水素結合に関与する荷電レセプタ原子の周囲に約９の第２殻水より小さい場合に荷電−荷電水素結合リワードを割り当ててもよい。更に又、追加的荷電−荷電水素結合リワードは、レセプタ及びリガンドの静電的エネルギーが特定の閾値を超えている場合に割り当ててもよい。
【００２２】
好ましくは、本発明の第２の側面は、荷電−荷電水素結合内の正荷電及び負荷電の原子団の相互作用が二座又は一座であるかを決定すること、及び、二座結合に対して追加的な荷電−荷電水素結合リワードを割り当てることを含む。即ち、レセプタの多重荷電原子団が構造に関与しているかどうかの決定を行い、多重荷電原子団が構造に関与している場合に特別ボーナスを割り当てる。リガンド基がカルボキシル基である場合、多重正荷電レセプタ原子団との相互作用に対して割り当てられるボーナスは１．０±０．３ｋｃａｌ／モルであってもよい。
【００２３】
両性イオン荷電−荷電リワードが、レセプタとリガンドを架橋する荷電原子のレセプタ成分を囲む水の数を決定すること、及び、電荷が完全に水和されている場合に荷電−荷電リワードを除外又は低減すること；及び、水素結合をａ）一座；ｂ）リガンド原子団内で二座；又はｃ）１つのリガンドを２つの異なるタンパク質原子団に架橋する二座に分類すること、及び、その分類に基づいて荷電−荷電リワードを調節すること；により決定されることにより、一座水素結合が内在する二座の水素結合よりも低い値を有し、後者は架橋二座水素結合よりも低い値を有することが認識される。
【００２４】
好ましくは、方法はリガンド非存在下において荷電−荷電水素結合のレセプタ相手の溶媒和を判断するためにグリッドベース水添加コードを使用することを含む。
又好ましくは、特定のカットオフを超える値を有する静電的環境内の荷電原子が特別ボーナス、例えば１．５±０．３ｋｃａｌ／モルを与えられる。
【００２５】
別の好ましい実施形態においては、ＶＲＩの成分は荷電−荷電の水素結合又は相互作用を表し、その成分が、レセプタに結合したリガンドの総自由エネルギーを計算するために、他の採点成分に加算される。
【００２６】
最後に、特別ボーナスを受ける荷電−荷電水素結合はグラフィック表示中でハイライトされてもよい。
本発明の第２の側面において、水素結合を評価する場合、原子におけるリガンド上の電荷を評価することが重要である場合がある。あるリガンドに対して、「部分的電荷」は、分子モデリング計算のために使用されている力場に基づいて各原子に割り当ててもよい。１つの適切な力の場は、液体状態に関する最適化電位（ＯＰＬＳ）ＯＰＬＳであり、他の力場は一般的に原子に部分的電荷を割り当てるための充分定義されたアルゴリズムを有する。
【００２７】
部分的電荷は、代替としては、「結合電荷漸増分」及び「正味電荷」として表示できる。結合電荷漸増分は特定の結合を横切って拡張している等しく逆の電荷である。結合電荷漸増分は等しく逆の電荷よりなり、定義によれば、中性である。結合電荷漸増分が定義されると（ＯＰＬＳにおいては、これらの漸増分は実際に部分的電荷を構築するために使用される）、それらは合算されて正味電荷がない場合に得られる電荷である各原子上の部分電荷を与えることができる。次に正味電荷は、結合電荷漸増分の合算により得られる電荷と実際の部分的電荷との間の差である。
【００２８】
中性−中性水素結合は相手原子の何れも上記した何れかの正味電荷を有さないものである。荷電−荷電水素結合は水素結合に関与するリガンド原子及びレセプタの両方が正味電荷（逆記号の）を有するものである。
【００２９】
本発明は以下の利点のうちの１つ以上を実現することを意図している。
スコア関数の改良項目は、タンパク質−リガンド複合体における結合は、タンパク質内に誤って位置する水分子を見つけること、及び、それらを適切な態様においてリガンドと置き換えることにより主に駆動される、と推定することによりもたらされる。
【００３０】
本明細書に記載した方法はタンパク質レセプタの特定の立体配座に結合する提案リガンドの能力を半定量的に順位付けできるようにする。新しい項を用いたスコア関数の〜１２０ＰＤＢ複合体の結合親和性を計算する場合の二乗平均平方根（ＲＭＳ）誤差は１．８ｋｃａｌ／モルであり、これとは対照的に、性能が典型的に文献記載程度である代替法のスコア関数では３．３ｋｃａｌ／モルである。絶対結合親和性予測においてほぼ２倍であるこの改善は、化合物を順位付けする定量的により良好な能力と解釈できる。
【００３１】
本明細書に記載した方法は大きい化合物のライブラリ（１０００〜１００万化合物）に対して仮想スクリーニング計算を可能にするものであり、実質的にライブラリの上位評点成分における活性化合物の区分を増強し、これにより、これらの化合物が実験的評価のために選択可能となるようにし、活性がはるかに低いより低順位の化合物の実験的評価を回避できるようにする。新しいスコア関数を用いて得られる増強ファクターは本明細書に記載した方法を用いずに得られるものよりも〜１０倍高いことが頻繁である。
【００３２】
本明細書に記載した方法は化学的に接触可能な代替物で化合物の１つの官能基を置き換えることにより損失又は獲得される結合親和性を予測することにより、活性化合物のリード化合物最適化を実施できるようにする。得られる結合親和性予測における改善された正確さはリード化合物最適化の研究にとって重要である。誤差が大きすぎる場合、スコア関数に基づいて向上された分子が得られる確率は、実際でのその使用を正当化するには不十分な大きさとなる。
【００３３】
本明細書に記載した方法は２つの異なるタンパク質標的に対する分子の結合の選択性の判断を可能にする。分子を両方の標的にドッキングさせることができ、リガンドが一方の標的又は他方に優先的に結合するかどうかを推定するために評点を比較することができる。
【００３４】
本明細書に記載した方法はグラフィックユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）を提供することにより、リガンドのキー特徴及びタンパク質活性部位及びその相互作用を視覚化する。疎水性囲いの領域及び特別な中性−中止及び荷電−荷電の水素結合を、色、テクスチャー、分子表面及びＧＵＩにおいて使用可能な他の特徴を用いてハイライトすることができる。増強された結合親和性の根拠となるこれらの領域及び構造的モチーフの視覚化は、結合親和性の増強に関して、分子の他の特徴を最適化しつつ結合親和性を維持することに関して、新しく、改良された化合物の設計を容易にするものである。
【００３５】
本明細書に記載した方法はアルゴリズムのサンプルと祭典関数が共に最適化される場合において、単一で明解なアプローチを可能にする。
本明細書に記載した方法は上記利点の全てを提供する。
【００３６】
本発明の他の特徴及び利点は図面の説明及び請求項から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
図面中の同じ参照番号と標記は同じ要素を示す。
図１に示すように、分子相互作用の幾何構造例のブロック図は第１の分子エンティティ２０及び第２の分子エンティティ２２を含む。場合によって、第１の分子エンティティ２０は薬剤候補分子（即ちリガンド）であることができ、第２の分子エンティティ２２はタンパク質であることができる。第１の分子エンティティ２０は原子２４、２８、３０及び３２を含み、それらの静電的電荷（又は部分的電荷）はそれぞれ正、正、正及び負である。第２の分子エンティティ２２は原子３４、３６及び３８を含み、それらの静電的電荷（又は部分的電荷）はそれぞれ正、負及び負である。エンティティ２０はエンティティ２２にドッキングされていると見なすことができる。タンパク質２２−リガンド２０結合親和性は、図１に示すドッキングされた構造がインプットとして与えられた場合、スコア関数を用いて計算することができる。充分に正確な複合体の構造が与えられた場合、スコア関数はタンパク質レセプタにおけるリガンドの結合親和性を計算するための手法を提供する。計算された親和性はリガンドの順位付けに使用することもできる。
【００３８】
高精度のスコア関数を有効に使用するには、典型的には増強されたサンプリング方法論を必要とし、さもなければ、得られるドッキングされた構造は大きな脱溶媒和ペナルティーを回避できないか、又は、増強された結合親和性に寄与していると同定された特定構造モチーフの位置を特定できない。ここで我々は、スコア関数を効果的に適用するために、この品質の構造を生成した。
【００３９】
我々のスコア関数はタンパク質レセプタの特定の立体配座に結合する提案リガンドの能力を半定量的に順位付けする。かなりの立体衝突のためにレセプタに「フィット」しないリガンドは、それらが同じレセプタの別の立体配座に対して効果的に結合するとしても、良好な評点を得ることは期待できない。
【００４０】
レセプタの「立体配座」と「フィット」の定義はヒューリスティック成分を含む。そこにドッキングされる剛体レセプタからリガンドによって誘導される真の立体配座の逸脱のいくつかのレベルは、ドッキングに使用されるポテンシャルエネルギー関数により許容されるべきであり；さもなければ、モデルは仮想スクリーニングのために有用とはならないであろう。タンパク質−リガンド複合体の構造を生成するために使用されるドッキングアルゴリズムは、中程度の「誘導されたフィット」作用を組み入れた、タンパク質及び／又はリガンド原子のファンデルワールス半径のスケーリングを必要とする。妥当な程度のスケーリングがリガンドを正しくドッキングさせることができない多くの場合がある（例えば、側鎖が、ネイティブのタンパク質−リガンド複合体のものとは非常に異なっている回転異性体の状態にあり、リガンド原子が結合ポケット内のその好ましい位置を占有するのをブロックしているような場合）。境界線上にある状況が常時存在するであろうが、実際には我々は、大多数の例のクロスドッキングを「フィッティング」又は「非フィッティング」のいずれかに帰属することが可能であることを明らかにした。
【００４１】
本明細書は、キーとなる水素結合及び疎水性接触を形成する能力により判定した場合に、レセプタ内にリガンドが適切にフィットする複合体に着目し、ネイティブの複合体に比べて（又は関連するリガンドのネイティブ複合体との類似によって得られるものとして）妥当な二乗平均平方根距離（ＲＭＳＤ）が得られる。
【００４２】
タンパク質−リガンド結合親和性に寄与する潜在的因子は以下の５つの寄与因子を含む。
第１に、タンパク質の活性部位の「疎水性領域」からの、リガンドによる水の移動を表す項は一つの潜在的な寄与因子である。これらの水の溶液中への放出は全体の自由エネルギーを低下させる結果をもたらすことがある。このような領域にある水は、溶液中において入手可能であろう水素結合を完全に補完することはできないことがある。またエントロピーの検討も存在することがある。ある水が運動を制限された状態でタンパク質のキャビティー内にあれば、溶液中への放出はエントロピー増加をもたらすであろう。１つのリガンドは多数の水分子を放出するため、この項は自由エネルギーに対して好ましく寄与するであろう。
【００４３】
第２に、リガンドとタンパク質との間の水素結合を表す項は一つの潜在的な寄与因子である。リガンドとタンパク質により形成された水素結合が、各部分と水との間に形成されたものよりも、いくつかの態様において「より良い」場合には、自由エネルギーの増加がもたらされるであろう。そのような置き換えが好ましい１つの理由は、タンパク質又はリガンドに結合している水は、追加の水素結合を形成するには不都合な位置にあるためである。この項は、タンパク質活性部位の「疎水性領域」からのリガンドによる水の移動を表す項と部分的に重複している。それでもなお、少なくとも我々が本明細書において検討したタイプの実験的スコア関数においては、水素結合相互作用は特に取り扱うべきである。
【００４４】
第３に、脱溶媒和を表す項は潜在的な寄与因子となり得る。かつて水に露出したリガンド又はタンパク質の何れかの基は、それらが水素結合できない基の隣に配置されることによって、脱溶媒和することがある。このような作用は、上記した２つの項とは対照的に、結合親和性を低減させる働きだけである。
【００４５】
第４に、柔軟なタンパク質又はリガンド基の運動の結合時の拘束によるエントロピーの作用を表す項は一つの潜在的な寄与因子となり得る。脱溶媒和項の場合と同様、このような作用は、結合親和性を低減させる働きだけである。
【００４６】
第５に、リガンドの金属イオンとの相互作用を記述するための特殊項が必要である。この項は、タンパク質内に金属原子が存在する場合に、スコア関数中の他の項に加算することができる。本明細書では、我々は金属イオンを考慮していない。本発明の実施形態は金属含有タンパク質にも適用されるが、最終の完全なスコア関数は、上記した金属に関する特殊項により補足されるべきである。
【００４７】
多数の実験的スコア関数がこれまでに提示されている。それらは詳細には互いに異なっているが、これらの過去のスコア関数は互いに類似性を有している。我々のスコア関数との比較のために例として我々が使用するこのような過去のスコア関数の１つはＣｈｅｍＳｃｏｒｅである。ＣｈｅｍＳｃｏｒｅスコア関数は親油性原子間の、水素結合ドナーとアクセプタ間の、及び水素結合アクセプタと金属間の相互作用と、リガンドの制限された回転可能な結合の数に基づいた追加的な寄与とを含む。ＣｈｅｍＳｃｏｒｅを使用する場合、水素結合に関与する水素の位置が水素結合エネルギーに関して最適化される（これはタンパク質及びリガンドドナーの両方に対して行う）。
【００４８】
ＣｈｅｍＳｃｏｒｅは上記した４つの項（金属原子に特定された項を除く）の各々を取り扱う。
ＣｈｅｍＳｃｏｒｅは、下記形式の疎水原子−原子対エネルギーＥｐｈ項を含む：
【００４９】
【数１】
2008518369.tif 000004
ここで、「ｉ」及び「ｊ」は（親油性）炭素原子を指し、「ｆ（ｒｉｊ）」は原子間距離「ｒｉｊ」の一次関数である。原子ファンデルワールス（Ｖｄｗ）半径＋０．５オングストロームの和より小さいｒｉｊについては、「ｆ」は１．０である。より大きい距離についてはｆは３Ａ向こう側においてゼロになるように直線的に減少する。
【００５０】
このＥｐｈの項は親油性リガンド原子を介して最も容易に達成される、疎水性領域からの水の移動をヒューリスティックに表す。親油性リガンドとタンパク質原子との間の多数の密接は、以前に水に露出して、不十分に溶媒和した水が、リガンドの親油性原子によって良好に移動されたことを示す。その結果生じる親油性原子の隔絶及び同時に起こる活性部位からバルクへの水の放出は、上記したスコア関数によって近似的に捕捉される、疎水性作用を介した自由エネルギーを低下させる。タンパク質の疎水性表面とリガンドとの間の接触が関与する項は、詳細は異なるものの、本質的には極めて類似した形式の近似を介して同じ自由エネルギーの変化を測定しようとするものである。
【００５１】
ＣｈｅｍＳｃｏｒｅは幾何学的基準に基づいてタンパク質−リガンド水素結合品質を評価するが、水素結合のタイプの違いの区別や、タンパク質環境の違いの区別は行わない。
ＣｈｅｍＳｃｏｒｅは脱溶媒和作用を取り扱わない。
【００５２】
ＣｈｅｍＳｃｏｒｅはリガンドに対する立体配座エントロピー作用を取り扱うために単純な回転可能結合項を使用する。
我々のスコア関数は上記したＣｈｅｍＳｃｏｒｅにおいて使用されている項から始まるが、その詳細なパラメーター化は我々のスコア関数に固有なものである。我々のスコア関数は疎水性項と水素結合項とを定性的に修正する。我々は脱溶媒和項も開発した。脱溶媒和項は、総結合親和性を計算するために含まれるにちがいない。
【００５３】
我々のスコア関数は、我々が「疎水性囲い（hydrophobic enclosure）」と呼ぶ疎水性相互作用の改良モデルを含む。我々の出発点であるＣｈｅｍＳｃｏｒｅに示される「標準的な」原子−原子の対の関数ＥＰＨは、親油性タンパク質原子近隣の距離分布に基づいて親油性リガンド原子に評点を割り当てる。これは明らかに、リガンド結合の疎水性成分の物理学的の重要な成分を捕捉している。近傍に多くの親油性タンパク質原子を伴う区域からの水の移動は、そのような原子がより少ない区域からの移動よりも自由エネルギーにおいてより価値があると考えられる。一例として、リガンドが活性部位キャビティー内に配置されている場合、タンパク質表面上の場合とは反対に、リガンドの親油性原子はより良好な評点を受けると考えられる。それらがタンパク質の「疎水性ポケット」内に位置すれば、評点は極性又は荷電した原子団により主に囲まれている位置にある場合よりも良好になるはずである。しかしながら、距離分布にのみ依存しているスコア関数は、問題となっているリガンド親油性原子に比較してタンパク質原子の局所的幾何構造の詳細に対する感受性がない。
【００５４】
一例として、図２に示す２つのモデル分布を考える。場合（Ａ）において、リガンド原子５０は疎水性「壁」に配置されている。親油性タンパク質原子５２は疎水性原子の一方の「側」上にのみある。第２の場合（Ｂ）においては、親油性リガンド原子５４がタイトなポケット中に配置されており、親油性タンパク質原子５６はリガンド原子５６の２つの（又は３つの）「側」上にある。距離パラメーター及び対応するタンパク質原子の数を調節することにより、構造Ａ及びＢに関する何れかの原子−原子対項（係数に関わらない）に対して同じ評点をもたらす２つのモデルを構築することが可能となる。問題は、構築物Ａ及びＢにおける結合の自由エネルギーへの原子の寄与度が、規定された条件下で同一であるかどうかである。
【００５５】
その答は、タンパク質キャビティー内の所定の位置における水分子を移動することにより獲得される自由エネルギーに主に依存しており、それは、その水がその位置におけるその水素結合条件をどの程度良好に満足することができるかに依存している。単一の水分子が、僅か１つの水のみを収容できるタンパク質キャビティー内に配置されて、水素結合を形成できない親油性原子により全ての側を囲まれているような究極的な例においては、疎水性リガンド原子団による移動を介したバルクへの転移の自由エネルギーは明らかに有利である、しかし、水分子が占有に有利な統計学的な項であるにも関わらず真空を残すよりも優先してそのようなキャビティーを占有することになるかについては不明である。これは極めて稀有な状況であり、大型リガンドに結合することには特に関係しないが、図２に示す例は極めて一般的である。
【００５６】
我々は異なる幾何学的タンパク質環境を判別するために設計された（我々のスコア関数の）疎水性評点項の変更を含む多数のコンピュータ実験を実施した。これらの実験を成功させるための基準は、広範な実験的結合自由エネルギーデータにフィットさせ、リッチ化された研究のための良好な予測をもたらすための、何れかの提案された疎水性評点項の能力である。我々の結果は以下のパラグラフにおいて後述する。
【００５７】
リガンドの親油性原子は個々にではなく、原子団として考慮しなければならない。タンパク質キャビティー内の水分子の自由エネルギーは、主に数個の原子の寸法を超えて伸長する疎水性ミクロ環境に置かれた場合に、正常状態を超えて悪影響を被る。個別に分離した複数の疎水性接触がある場合、水は典型的にはこれらの接触を回避すること、及び、相手として近隣の水を使用することにより何らかの態様で自身の水素結合の補完を形成することが可能である。我々は連結された親油性リガンド原子の最小原子団のサイズを３に設定した。
【００５８】
親油性リガンド原子の原子団が親油性タンパク質原子によって２つの側で（１８０度の角度で）囲われている場合、我々の方法は、この形式の構造が、何が原子−原子対項においてエンコードされるかを超えて、結合自由エネルギーに寄与すると仮定する。我々はこの状況をリガンドの「疎水性囲い」と呼ぶ。原子−原子対項は、巨大な異種データセットに対してフィットされ、タンパク質の特別に配置された疎水性領域内に居留する原子団内ではなく、「平均的」環境において、個々の親油性リガンド原子が優勢となる。我々のスコア関数の項は、特定の分子認識モチーフを表す、この平均からの有利なずれを捕捉するように設計されている。即ち、特定のタンパク質領域内に適切な疎水性リガンド基を置くことは、医薬品化学の最適化プログラムの典型的な標的であるタイプの、そのような原子団に関する平均を超えた薬効の実質的増加をもたらすのである。
【００５９】
図３に示すように、疎水性パッキング評点プロセス１００は、親油性原子を連結原子団に分割すること（１０２）を含む。
連結原子団中の各原子につき、プロセス１００は種々の距離における親油性タンパク質原子を列挙（１０４）する。プロセス１００は最近傍にある親油性タンパク質原子を選択（１０６）し、それとリガンド原子との間にベクトルを描く（１０８）。これを「アンカー」原子と呼ぶ。
【００６０】
リスト上のその他の全ての原子は、一回に１つ取られ、各々の原子につきプロセス１００はリガンド原子へのベクトルを描き（１１０）、単純なドットプロダクトアルゴリズムによりリガンドへのベクトルとアンカー原子との間の角度を計算する（１１２）。アンカー原子の「反対の側」において考慮するために、ベクトル間の角度はある値（これは距離に依存しており、遠隔となるほど、角度は１８０度に近づくはずである）を超えなければならない。この角度が０度である場合、ベクトルは平行となり、原子は「同じ側」にある。この角度が９０度であれば、ベクトルは直角となり、原子はアンカーに対して「直角」となる。角度が１８０度である場合、原子はちょうど「反対の側」にあり、これは水に対する特に不良な環境をもたらすものである。このことは曲率の変動する疎水性表面における水の分子力学的シミュレーションにより、常識的な幾何学的議論により裏付けられている。
【００６１】
プロセス１００は各原子に総親油性接触の数（距離カットオフによる）、標記接触評点及び角度項に依存した重みに基づく評点を割り当てる。例えばアンカーから９０度より離れた原子がない場合、角度項はゼロとなり、その原子は原子団「特別疎水性」項にゼロの寄与をする。プロセス１００はその原子団中の原子の全ての評点を加算し、その合計がその原子団の評点となる。プロセス１００の詳細な数学的説明は付録Ｉに示す。
【００６２】
評点が４．５ｋｃａｌ／モルより高ければ、プロセス１００はこの値において項をキャップする。これは多くの異なる試験例を分析して結果を実験データと比較したことに基づいた実験的な決定である。このタイプの１つの領域が極めて大きく、４．５より高い評点となる場合には、水分子が自身の相互作用により補償する能力がある程度存在し、より小さい領域はこれを行うことがより困難となり、キャッピング項はその作用を補償する。
【００６３】
図４は、ポケットの両側に親油性タンパク質原子が存在するポケット内に大きい疎水性原子団（両場合において環）が置かれた場合の結合親和性の増加の１つの特定の実験的説明を示す。この極めてタイトなバインダーであるナフチル基は単なるフェニル基と比べて２１倍だけ結合を向上させることが示されている。ナフチル基６０は図４に示す疎水性ポケット６２を完全に占有するために必要である。
【００６４】
上記した通り、我々は親油性タンパク質原子による親油性原子又はリガンドの原子団の囲い状態を「疎水性囲い」と呼ぶ。疎水性囲いの適切な取り扱いは、結合モチーフや化合物の薬効の高低を判別するキーとなる。疎水性囲いを認識するため、及び、各モチーフについて結合親和性への特定の寄与を割り当てるための数的基準の詳細な最適化は、人が予測能力のある方法を開発することを望む位場合に重要であり、我々は多数の実験データのセットを用いて我々のスコア関数の項をチューニングした。
【００６５】
上記はタンパク質−リガンド複合体の予測構造から出発して、疎水性囲いを検出するための特定方法を説明した。他の方法は、結合親和性に対する囲いの寄与をコンピュータ計算することに関して、概ね同様の結果を達成するように構築され得る。
【００６６】
疎水性囲いの検出に関して上記した方法は囲いの計算のための出発点としてドッキングしたタンパク質−リガンド複合体を用いることに基づいている。別の方策は、アポタンパク質構造、即ち何れかのリガンドの非存在下のタンパク質を用いて出発するものであり、エクスプリシット（explicit）水分子を溶媒として使用するタンパク質のシミュレーションを実施する。水分子がタンパク質による疎水性囲いの存在のために水素結合のその完全な補完を形成することが困難である位置が系内に存在するかどうかを検出することができ、これらの領域を適切なリガンド原子団による占有のために望ましいものとして標識化することができる。この方策は囲いを検出するために特定の位置における水分子の水素結合特性を使用しており、これはドッキングされたタンパク質−リガンド複合体のそのような特性を妨害することとは反対である。このようなシミュレーションに基づいて、適切なタンパク質領域の占有にリワードを与えるスコア関数の項を構築することができる（例えばグリッドベーススキームにおいて）。
【００６７】
我々のスコア関数はタンパク質−リガンド水素結合の改良モデルを表す項を含む。水素結合の精査されたモデルを開発する場合、我々は水素結合を３つのタイプ、即ち、中性−中性；中性−荷電；及び荷電−荷電に分割した。水素結合の各タイプの分析は、荷電した原子団の長いレンジの溶媒和エネルギー（Ｂｏｒｎエネルギー）に関わる問題のため、異なっている。初期工程は水素結合のこれらの３つの異なるタイプの各々に異なるデフォルト値を割り当てることである（最適幾何構造と仮定）。我々が割り当てたデフォルト値は、中性−中性が１ｋｃａｌ／モル；中性−荷電が０．５ｋｃａｌ／モル；荷電−荷電が０．０ｋｃａｌ／モルとした。これらの割り当ては実験的観察（蛋白質構造データバンク（ＰＤＢ））複合体の広範囲にわたって報告された結合親和性への最良フィッティング）及び物理的妥当性の組み合わせに基づいている。
【００６８】
タンパク質−リガンド水素結合にリワード付与する根拠は全く繊細である。なぜならいかなるそのような水素結合もタンパク質及びリガンドが水と共に形成している水素結合を置き換えるためである。総水素結合の正味数は平均では溶液と比べて結合複合体において同様のままとなる。しかしながら、バルクへの水の放出はエントロピーの増加をもたらし、極性基の周囲の水の放出はタンパク質−リガンド水素結合を必要とする。この分析は両方の原子団が中性である場合に最も適合性を示す。タンパク質とリガンドとの間の塩の形成は、溶液中にあるものとは全く異なる種々のタイプの水素結合を含む。塩架橋形成の熱力学はタンパク質において研究されており、溶媒曝露の程度のような多くの要因に依存している。我々が割り当てたゼロのデフォルト値は塩架橋が形成される極めて低い結合親和性を有するＰＤＢ中の多くのタンパク質−リガンド複合体の存在に基づいている。塩架橋の特定の特徴は、我々のスコア関数において結合親和性に寄与するためには、このタイプの構造にとって必要である。最後に、荷電−中性デフォルト値は中性−中性及び荷電−荷電の値の間の補間を示しており、これは実験データと整合していると思われる。
【００６９】
水素結合評点は、幾何構造が理想的な水素結合の幾何構造からずれるに伴って、ドナー及びアクセプタ原子間の角度と距離の両方に基づいて、デフォルト値から減少する。詳細な説明は付録ＩＩに示す。我々は、デフォルト値よりかなり過剰である結合親和性の追加的増量分（「リワード」と標記）を水素結合に割り当てる特殊化された構造を以下に説明する。これらの状況は中性−中性又は荷電−荷電の水素結合では生じるが、荷電−中性水素結合では生じない。荷電−中性水素結合特別リワードの除外は実験データとのより良好な合致をもたらすことができるこのタイプのモチーフを同定することの失敗により導き出された。
【００７０】
我々は、論理的及び実験的考察の両方に基づいて同定済みの中性−中性水素結合の特定のタイプについて、結合親和性への例外的寄与を行いながら、説明する。このような「特殊な」水素結合は、キーとなる分子認識モチーフを表し、かなりの医薬品標的において観察される。このようなモチーフの標的化は、医薬品化学の薬効及び特異性を増加させる場合の中心的戦略である。このタイプの構造への結合親和性を適切に判断することが（各々の個々の標的における「重要な」水素結合の事後正当化とは逆に）可能な自動化スコア関数の開発は実験的スコア関数の開発において主要な目標であり、定性的及び定量的な予測能力の両方における劇的な改善を可能にする。
【００７１】
重要な水素結合に関するキーとなる考えは、極性基と水素結合を形成している水が追加的水素結合という通常の補完を形成することが特に困難であるところの、タンパク質キャビティー内の位置を特定することである。タンパク質原子と水素結合を形成することは、水分子に些細とは言えない幾何学的拘束を与える。これはデフォルト水素結合評点の根拠である。しかしながらそのような拘束は、水分子の残りの環境が追加的水素結合の形成に関して難しい場合に更に問題となる。
【００７２】
疎水性相互作用の我々の分析では、水分子が２つの側に（１つのみとは対照的に）疎水性タンパク質原子を有する場合に、また、タンパク質−リガンド水素結合の拘束された幾何構造に自身を再適合させる能力を有する近隣水がほとんどない場合には、環境は定性的に更に難しくなることが示唆された。我々は疎水性囲いを検出するための上記した方法の変形を使用してこのタイプの幾何構造を同定する。このような水をリガンドによって置き換えることは、リガンドのドナー又はアクセプタ原子が、標的となっているタンパク質の原子団と単一のターゲティングされた水素結合を形成することにより、水素結合のその完全な補完を達成する場合に特に有利であり、それにより追加的水素結合の満足が問題とならなくなる。
【００７３】
適切な原子団の例は、例えばタンパク質Ｎ−Ｈ骨格基に結合している、芳香環内の平面窒素である。実験的に高い薬効を得るために必須であると観察されている、このタイプの構造を説明するための例が図５に示されており、ここに図示した系はｐ３８ＭＡＰキナーゼに結合しているＳＢ２２００２５である。Ｍｅｔ１０９の水素結合は他のキナーゼの類似の水素結合の場合と同様、薬効に重要であることが知られている。上記したスコア関数の項はこのような水素結合を自動的にそして実験測定よりも前に検出できるようにするものである。等しく重要な点として、表面上は必要な構造モチーフの一部の特性を共有しているがキーとなる成分を欠いている偽陽性も同様に自動的に棄却となる。偽陽性の棄却は、スコア関数の所定の変形例を実行し、既知活性物質には観察されない位置における特別な水素結合を有する高採点データベースリガンドを同定し、得られた構造を調査し、問題としている特定の試験例に対するリワードを除外するためにパラメーターを変更することにより、最適化される。
【００７４】
疎水性環境における単水素結合を検出するための方法２００は以下を含む。ドナー又はアクセプタ原子は、非環原子であってもよい窒素を除き、環内になければならない。リガンド原子がドナー基である場合、その基の全ての他のドナー（例えばＮＨ２の２つの水素）はタンパク質とＨ結合していなければならない。骨格タンパク質原子のみがこのタイプの特別Ｈ結合に参加することができる。アポタンパク質構造（即ちリガンドが存在しない構造）における対応するタンパク質ドナー又はアクセプタ原子は、３未満の第１殻溶媒和水を有さなければならない。第１殻内の水の数はタンパク質の構造又はタンパク質−リガンド複合体への水を添加するためのグリッドベースプログラムを用いて決定する（水添加コード）。これらの基準が満たされた場合、疎水性パッキング評点の角度ファクターの合計がリガンドＨ結合した重原子及びこのリガンド原子に結合した炭素原子にわたって合算することにより作成される。この合計において使用される特殊化疎水性パッキング項は、プロセス１００で説明した疎水性パッキング評点の角度のウエイトのみを含むが、接触のウエイトは含まない。絶対的疎性パッキング合計（absolute phobic packing sum）がカットオフより上の場合、Ｈ結合は疎水的に拘束された環境内にあると考えられて、このＨ結合に−１．５ｋｃａｌ／モルの特別Ｈ結合リワードを付与する。場合によっては、リガンドの小摂動が特殊化された疎水性パッキング項をカットオフより上に動かすことがあると知られている。従って、この項が初期にカットオフ未満である場合、リガンドの小剛体摂動を０．３Ａの規模で行う。各摂動後の幾何構造において、この項を再計算し、ある幾何構造においてこの項がカットオフを超える場合、リワードを適用する。これによりカットオフの使用において固有の非連続性を回避しやすくなる。
【００７５】
方法２００は、「特別」リワードを割り当てなければならない単水素結合のある構造を同定する。第２の状況はタンパク質とリガンドとの間に複数の相関水素結合がある場合に生じる。活性部位の狭小な幾何構造におけるこのタイプの構造を効果的に溶媒和するための水分子の組織化は、上記した状況よりも更に問題である。これはそのような溶媒和に関与する水が両側に疎水性原子団を有する難関疎水性環境にある場合にのみ生じる。特別水素結合の同定と疎水性囲いモチーフのカップリングは偽陽性が棄却される場合には重要である。相関水素結合は通常、例えば高度に溶媒に露出した骨格対とのドッキングにおいて形成されるが、このような構造が既知の何れかの医薬品化学系の薬効を向上させるのに寄与するという実験データからの証拠はない。２又は３つの相関水素結合を有する系に関する特別リワードの割り当ての詳細を付録ＩＩに記載する。
【００７６】
多重の水素結合は、１を超えない回転可能な結合（ＯＨ基はこの計算においては非回転可能と計数される）により分離された原子の、ドナー／アクセプタ、ドナー／ドナー、又はアクセプタ／アクセプタの対（「リガンド原子対」と呼ぶ）としてリガンドに関して定義される。考慮することができる対の方に関する幾つかの制約事項は以下の表に示す通である。
【００７７】
【表３】
2008518369.tif 000005
対のリガンド原子が個々にゼロ正味形式電荷を有する場合、それらは以下の疎水性チェック及び特別Ｈ結合リワードを得るための基準を満足しなければならない。第１にリガンド原子は同じ環の部分でなければならないか、又は同じ環に直接連結されている場合のみ非環原子であってもよい。これらの条件を対が満足すると仮定すれば、Ｈ結合領域の疎水性は単Ｈ結合の場合と同様に検出される。上記した疎水性パッキング評点の合計はＨ結合リガンド重原子及びリガンド対原子に直接連結している環原子の対を用いて得る。対のリガンド原子が環原子ではないが環に連結されている場合、合計は非環リガンド原子の次の近隣体である環の原子を含む。説明した絶対的疎性の合計がカットオフを超えている場合、そのＨ結合対に３ｋｃａｌ／モルの特別リワードが与えられる。まず対を探し、単Ｈ結合リワードリストから対リスト中に存在するリワード付与されたＨ結合を除外することにより、対および単独の特別Ｈ結合の二重計数が回避される。
【００７８】
特別Ｈ結合リワードはＨ結合品質により直線的に減少される。Ｈ結合品質はドナー／アクセプタの距離及びドナー−重原子−ＨのベクトルとＨ−アクセプタのベクトルにより形成される角度を用いることにより、対Ｈ結合評点の意味において測定される。環内のリガンドアクセプタ原子については、アクセプタの孤立対のベクトルがドナー−重原子−Ｈのベクトルと整列されている程度に関してチェックする。我々の現時点での実施においてこれをどのようにして数学的に達成するかに関する詳細な説明は付録２に示す。
【００７９】
我々は、上記基準（必要な疎水性囲いを含む）を満足する２又は３つの相関水素結合を含有するモチーフが存在するかなり多くのタンパク質−リガンド複合体を同定した。いくつかの例を以下に示す。第１のものは図６に示した、ＣＤＫ２に結合したスタウロスポリンである。このタイプの相関対は同様に他のキナーゼの多くにも観察される。ＣＤＫ２活性物質の一部、例えばｃｇｐ６０４７４は、図７に示す３つの相関水素結合を形成する。
【００８０】
図８は第２例であり、ビオチンに結合したストレプトアビジンを示す。ここでは３つの相関水素結合が疎水性囲い領域内に生じている。現時点で、ビオチンにおけるストレプトアビジンの例外的に大きい結合親和性を説明する実験的スコア関数はひとつもない。一旦、三重の、囲われた水素結合モチーフが認識されて適切な評点を割り当てられれば、結合親和性の計算値と実測地の間のずれは、ドッキング構造を用いた場合、僅か１．５ｋｃａｌ／モルである。
【００８１】
第３の、別の例は、図９に示したアルドース還元酵素のｌｅｆ３構造に結合したフィデレスタット阻害剤であり、ここにもまた三重の相関水素結合が示されている。この水素結合に関連する大きな追加的評点は、ｌｅｆ３ネイティブ複合体の高度な疎水性ポケット内に大きい疎水性評点（仮想スクリーニング実験において）を得る多数のリガンドのなかからこの化合物が突出している（実験的に低ナノモル値の結合親和性）ことを説明するために必要である。
【００８２】
１〜３つの正しく位置決めされた水素結合による疎水性囲いの組み合わせは、種々の薬学的に対応する標的の我々の試験において我々が同定した各「特別」中性−中性水素結合の特性がある。しかしながら、偽陽性を除去するためには追加的特性が必要である。特に、タンパク質中の水素結合相手が溶媒に高度に露出している場合、問題の原子団を溶媒和させつつ、関与する水がなお適切な数の追加的水素結合を形成できるようにすることができる構造の形成がより容易になる。即ち我々は特別な水素結合に関与するタンパク質の原子団が第１又は第２殻内に限られた数の水を有することを必要とする。このような水の数は上述した水添加法を用いて決定される。
【００８３】
特別水素結合に関連するリワードの大きさは、各タイプの構造のかなり多数の例を含む大きな実験データベースに対する最適化より決定される。値は以下の表に示す。
【００８４】
【表４】
2008518369.tif 000006
我々は荷電−荷電結合の増強を合図する以下の特徴を同定した。
【００８５】
（１）塩架橋のタンパク質成分を囲む水の数。溶媒に完全に露出した荷電原子団は増強された荷電−荷電水素結合に参加するとは考えられない。溶媒を移動するためのコストも大きすぎる。
【００８６】
（２）荷電したリガンド原子団により形成される荷電−荷電水素結合の数。我々は形成された塩架橋構造には以下の３種の異なるタイプが存在することを観察した。
（ａ）リガンド原子団と１つのタンパク質原子団との間の単座（１つの水素結合）。
【００８７】
（ｂ）リガンド原子団と１つのタンパク質原子団との間の二座（２つの水素結合）。正荷電アミン基及び対応する特異性ポケット内の陥没カルボキシレートの間のトロンビン内二座塩架橋の例を図１０に示す。
【００８８】
（ｃ）１つのリガンド原子団から２つの別のタンパク質原子団への水素結合。これは近接部に２つの同じく荷電したタンパク質原子団を有することを必要とする。タンパク質内に歪エネルギーを生じさせる可能性のあるこのタイプの構造は頻繁に生じる。進化的圧力を介して進化した特殊なタイプの分子認識モチーフと考えられる。
【００８９】
図１１はノイラミジダーゼ（neuramididase）レセプタのトリＮ９インフルエンザウィルスバージョン（ｐｄｂコード１ｂｊｉ）に結合しているリガンドＧｒ２１７０２９を示す例である。カルボキシレート酸素の間の距離はこの場合僅か４．５Åである。
【００９０】
実験的データ及び物理化学的理由付けの両方は、上記したタイプ（ｃ）の水素結合は（ｂ）のものより高い安定化エネルギーを与え、後者は（ａ）のものより高い安定化エネルギーを与えることを示唆している。条件（１）が適切に満足されない限り、３つの構造の何れも自由エネルギーの観点から有利とならないと考えられる。分子認識モチーフを生じさせるのは、タンパク質原子団に対する制約された水の接触性及びリガンドとタンパク質原子団の間の例外的に強力な静電的相互作用の組み合わせである。
【００９１】
（３）両性イオンに関しては、荷電−荷電水素結合に関するデフォルト値がゼロに設定されているという第１の理由は、塩架橋形成において、タンパク質とリガンドの両方がＢｏｒｎエネルギーに対して長いレンジの寄与を余儀なくされることである（すなわち、第１殻の向こう側に）。水素結合の第１殻補完を満足させることは塩架橋を形成する場合には極めて可能であるが、タンパク質又は結合水によるバルクの水の置き換えは、イオンに対する可能な誘電応答を明らかに低下させる。１価のイオンについては、レンジ作用（少なくとも外側の第２殻まで）が全溶媒和自由エネルギーへの無視できない寄与をもたらす限り、クーロン場は約１／ｒ低下する。しかしながら両性イオンについては、正電荷及び負電荷からの場はある程度まで長いレンジではキャンセルされ（どの程度かは２つの荷電された原子団の分離による）、双極子場をもたらし、これに対し、溶媒和自由エネルギーへの第２（及び高）殻の寄与は大きく低下する。即ち、両性イオンによる２つの塩架橋の形成は、特に２つの荷電した部分が空間的に接近していれば、単一のイオンの結合よりも、更に有利となるはずである。このような様式における両性イオン結合の例を図１１に示す。
【００９２】
（４）我々は、リガンドが正荷電しており、タンパク質が負荷電している場合とその逆の場合とを識別する。
（５）リガンドにおける静電場の強度。塩架橋に関して増強された結合親和性を受けるためには、リガンド電荷が置かれる部位は静電的に有利なものでなければならない。我々はリガンド部位における静電場をスクリーニングし、我々の一連の試験例にわたる実験的最適化に基づいてリワードを割り当てるためのカットオフを設定した。これらのカットオフにより特別荷電−荷電リワードを受ける偽陽性の数が低減されやすくなる。
【００９３】
以下の表は、種々の特別荷電−荷電リワードを列挙したものであり、基準（上記した５つの範疇に基づく）とリワードに割り当てられた数値の両方に関している。後者は我々の試験一式全体へのフィッティングに基づいて最適化されたものである。
【００９４】
【表５】
2008518369.tif 000007
以下の表は実験的結合エネルギーと比較した場合の一連のＧｌｕｒ２レセプタに関するスコア関数の活性物の評点を示す。
【００９５】
【表６】
2008518369.tif 000008
Ｇｌｕ２レセプタは、ノイラミジダーゼを伴った、静電的相互作用が特に重要な系であり、従って、これらのタイプの相互作用のためのトレーニングセットへの重要な寄与をもたらす。
【００９６】
リガンドが大きいほど大部分の採点アルゴリズムによって好まれる傾向があることが実験的に観察されている。我々はこれらの観察に基づいて２つの項を具体化した。
（１）リワードはより小さいリガンドに対してはその嵩に基づいて割り当てる。我々が使用した項は一次的であり、３００〜４５０の嵩の範囲を対象とする。３００未満においては、全てのリガンドは最大リワード（１ｋｃａｌ／モル）を受け；４５０超では全リガンドが０を受ける。
【００９７】
（２）モチーフの一方又は両方を保有する特定の複合体に対するタンパク質−リガンド結合親和性において顕著な役割を果たすという長年にわたって仮定されている、芳香族スタッキング及びパイ−カチオン相互作用を認識する項。我々は我々のデータセットにおいてこの範疇の幾つかの系を含み（例えばｆｘａ、アセチルコリンエステラーゼ）、活性化合物が包含され、偽陽性が除外されるように最適化された相互作用の各タイプの幾何構造を開発した。種々の相互作用に関する値はリッチ化及び結合親和性試験の仮定において割り当てた。
【００９８】
更に２つの採点項目をタンパク質の疎性／極性表面「部位マップ」から導出する。第１の有力な「極性疎性」項は活性部位マップの疎水性領域における極性原子にリワードを付与する。疎性領域はこの方法においては、有利なｖｄＷ相互作用及び低いタンパク質由来電場を有するグリッド上の点として決定される。極性原子は非炭素非アクセプタ非ドナー原子である。この有力な項は典型的には０．５ｋｃａｌ／モルのオーダーにあり、従って平均には大きく寄与しない。反発性の部位マップ「疎性反発」評点は高い電場を有するタンパク質の領域に存在する疎性リガンド原子にペナルティーを与える。これらの領域は本方法においては水により占有されていると推定される。この項も平均で０．３ｋｃａｌ／モルのレベルで、極性疎性項よりも低頻度に寄与する。
【００９９】
以下の等式は結合に有利な我々のスコア関数の成分を計算するために使用される全ての項を組み込んでいる。我々は実験的結合親和性及び結晶構造に基づいてこれらの項を最適化している。
【０１００】
【数２】
2008518369.tif 000009
式中、Ｅｐｈｏ＿ｐａｃｋは疎性パッキング／囲い項であり、Ｅｅｌｅｃｔｒｏは静電的リワードのいずれかを含み、ＥＨＢ＿ｓｐｅｃは疎性領域におけるＨ結合に対するリワードを含み、ＥＨＢ＿ｐｒは標準的なＨ結合対項であり、ＥＰＩはパイ−カチオン及びパイスタッキング項であり、最後にＥｐｈｏ＿ｐｒは標準的な親油性対項である。上記した通り、この項は、以下に報告する結合親和性に関する最終評点を計算するためには、脱溶媒和及びエントロピー項により補われなければならない。我々の方法の有効性はドッキングした姿勢を用いたＰＤＢ中のタンパク質−リガンド複合体の組に関する結合親和性の計算に基づいている（即ち結合親和性の予測の良好な結果が実験的構造とは逆にドッキングした姿勢を用いて得ることができることを示している）。以下の表は本明細書において考察した種々の複合体の結合親和性に由来する構造的ＲＭＳＤに関する我々のスコア関数に関する結果を示しており、ここで「ＸＰ評点」は我々のスコア関数から得られた結果を指し、「ＳＰ評点」は比較のための古いスコア関数を用いた場合の評点を表す。実験的結合親和性は入手可能な場合には表中に記載した。
【０１０１】
【表７】
2008518369.tif 000010
2008518369.tif 000011
2008518369.tif 000012
2008518369.tif 000013
2008518369.tif 000014
2008518369.tif 000015
我々のスコア関数を用いた場合の実験的結合親和性から計算されたＸＰ評点の平均ＲＭＳＤは１．８ｋｃａｌ／モルであり、これは同じデータセットに関する３．３ｋｃａｌ／モルのＳＰ採点ＲＭＳＤよりも概算で２倍の向上を示している。我々は上記したＲＭＳＤ計算がレセプタの歪エネルギーの推定を組み込んでいることを注記するが、これは数例に関しては上記表から計算されることになる誤差の僅かな変更をもたらすものである。我々のスコア関数を用いた場合に３ｋｃａｌ／モルより高い誤差を有する例は極めて少なく、このことは、本スコア関数が弱い（ミリモル）、中等度（マイクロモル）及び強力（ナノモル）な結合物質を識別する優れた能力、即ち、仮想スクリーニングにおける主要な作業、従来のスコア関数には殆ど備わっていなかった能力を有することを意味している。精度に関してこの水準を超えて向上するためには、我々は、レセプタの柔軟性を導入することが必要であり、タンパク質−リガンド相互作用に関する詳細事項の追加的な水準を組み込まなければならないと考える。
【０１０２】
我々の方法の有効性はまた特定のレセプタに対する既知活性化合物のセットをそのレセプタにドッキングさせること、更に、比較セットとして１０００個の無作為に選択された薬剤状分子のデータベースをドッキングさせることに基づいている。我々はデータベースリガンドと比較した場合の我々の新しいスコア関数（上記）による活性化合物の「リッチ化」を計算しており、幾つかの古く有効性の低いスコア関数と結果を比較している。
【０１０３】
我々の試験セットは試験中の特定のバージョンのレセプタ内にフィットするリガンドのみを含む。レセプタの形態はフィットするリガンドの数を最大限にするためには比較的「オープン」であるものを選択する。我々は、我々が検討した初期のデータセットから保有し続けているフィッティングリガンドの一部を報告する。リガンドはポケットへの接触をブロックしている立体衝突に主に基づいて廃棄される。妥当な結合様式を達成している（実験的構造との直接比較を介するか、又は、既知構造との類似性により判断）何れのリガンドもそれが割り当てられている評点とは無関係に保持されている。
【０１０４】
１０μＭより良好な実験的結合親和性を有するリガンドのみをリッチ化評点を計算する場合に使用する。これより弱く結合する一部のリガンドの結合親和性は弱結合及び強結合のリガンドを判別する我々のスコア関数の能力に対するチェックとして計算する。１０μＭのカットオフはこれが高スループットのスクリーニング実験において「活性」化合物を定義するために典型的に使用されているものであることから、選択している。このレンジの活性において有能であることが期待されるランダムデータベースリガンドのパーセント（結合親和性の完全なコンピュータ処理及び実験による判断と過程）は典型的には０．１〜１．９％のオーダー（これらの数値はレセプタによってかなり高く又は低くなりえる）である、すなわち、無作為選択した１０００の化合物のデータベース中１〜１０化合物である。従ってランダムデータベースにおける真の陽性は我々のリッチ化データ内に比較的小さいノイズを導入することが期待される。以下の表は１０μＭ又は各スクリーニングの選択レセプタ内にフィットしてドッキングするものの合計と比較してより良好な結合親和性を有する活性物質の合計を示す。
【０１０５】
【表８】
2008518369.tif 000016
リッチ化の標準的定義は、ランダムデータベースのサイズと比較して多数のリガンドを試験セットにおいて使用する場合に問題点に遭遇する。我々は試験セット中の活性物質の数とは独立した定義を使用するが、その理由は、それが各活性物質よりも良好に採点されたランダムデータベースリガンドの数によってのみ決定されるためである（従って、互いに相対的な活性物質の順位は一要素として除外される）。
【０１０６】
以下の表は、３種の異なるスコア関数、即ち、上記した我々の方法により可能となった項を含有する新しいスコア関数、及び文献記載の他の手法と競合できることが知られている２つの古いスコア関数について、我々が試験したレセプタに関する既知活性化合物のセットより高順位となるデータベースリガンドの平均数を示す。活性物質は少なくとも１０ｕＭ活性を有する。必要とされる平均は各活性物質より高順位となるダタベースリガンドの数を測定すること、次にこれらの値を相互に加算すること、及び、活性物質の数で割ることにより計算される。即ち、以下の表に記入されているゼロ値は完全な評点を表しており、その場合、活性物質の全てがデータベースリガンド全てより高順位となる。この手段によれば、現在のスコア関数は１０倍以上の（殆どのレセプタでない場合）多くのものについて古いスコア関数よりも定性的に良好であることがわかる。
【０１０７】
【表９】
2008518369.tif 000017
上記した方法は多くの態様で使用できる。１つの特定の例においては、説明した通り、方法は結合親和性への種々の項の寄与に関する数値を計算するために使用できる。他の特定の例においては、各項へのキーとなる寄与はグラフィックユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）において視覚化して説明できる。このような項の視覚化は新しい分子の設計において有用であり、タンパク質の活性部位キャビティー（例えば前述の通り水が疎水的に囲われている部位）のキーとなる特徴を良好に利用することになる。視覚化は又タンパク質へのタイトな結合を達成することのためには重要ではない活性化合物の領域を確認するために使用できる。次にそのような領域は、インビボにおける薬学的有効性のために必要な他の特性、例えば消化器系を通過する良好な吸収、毒性の回避、増加した溶解度、及び望ましくない代謝反応の軽減等を分子に与えるために、医薬品化学専門家により変更されることができる。
【０１０８】
疎水性囲いは、囲われているリガンド内の疎水性原子の原子団を同定すること、囲いに参加することがアルゴリズムにより検出されるタンパク質原子又は残基を同定すること、及び対応するリガンド及びタンパク質の原子の表示の形状、色及びテクスチャーを使用してこれらの領域をハイライトすることにより、視覚化できる。
【０１０９】
この視覚化により、医薬品専門家はリガンドのどの部分が疎水性のまま残存すべき（即ち親水性の原子団を取り込むように変更されてはならない）か、タンパク質のどの残基／原子が囲いの形成に関与しているかを理解することができるようになる。更にまた有利な囲い項をもたらすことができるタンパク質の領域の完全な地図を作成するために複数のリガンドから得たデータを使用することが可能となる。その後、これらの領域の可能な限り多くを利用する新しいリガンドを設計し、各領域を完全に利用できるようになる。
【０１１０】
リワードを得る特別中性−中性水素結合は標的となる水素結合を形成するタンパク質及びリガンドドナー及びアクセプタの原子団、並びに、水素結合の必要な疎水性囲いに寄与するタンパク質原子団をハイライトすることにより視覚化することができる。その様な視覚化は同じ特別リワードを達成することができる他の原子団により置き換えられるべきのみであるリガンド上のキーとなる原子団を示すことになる。
【０１１１】
特別荷電−荷電水素結合は標的となる水素結合を形成するタンパク質及びリガンドドナー及びアクセプタの原子団をハイライトすることにより視覚化できる。
中性−中性及び荷電−荷電の水素結合の両方に関して、タンパク質における対応する原子団の溶媒和の程度を判断することを含むリワードの割り当てのための基準が存在する。これは対応する原子団を囲むエクスプリシット水を表示することにより視覚化することができる。
【０１１２】
視覚化は、結合親和性への数的寄与が計算されない場合であっても有用であることができる。視覚化は新規化合物の設計への特定の寄与を行い、活性化合物が薬効を維持しつつ広範な特性を向上させるべく変更される最適化過程をもたらすことができる。
【０１１３】
本発明の実施形態はデジタル電子回路（又はコンピュータのハードウエア、ファームウエア、ソフトウエア）において、又は、これらの組み合わせにおいて実施することができる。本発明の実施形態は、データプロセシング装置（例えばプログラム可能なプロセッサ、コンピュータ又はマルチコンピュータ）による実行のための、又はその処理を制御するためのコンピュータプログラム製品、即ち情報キャリアにおいてタンジブルに実施されるコンピュータプログラム（例えばマシン読み取り可能記憶装置中の又は伝送信号中の）として実行できる。コンピュータプログラムはコンパイル又はインタープリト言語を含むプログラム可能な言語の何れかの形式において記述でき、それはスアンドアローンのプログラムとして、又は、モジュール、サブルーチン又はコンピュータ環境における使用に適する他のユニットを含む何れかの形式に構成することができる。コンピュータプログラムは１つのコンピュータ上で、又は、１箇所又は複数の箇所にわたって分布され通信ネットワークにより相互に接続された複数のコンピュータ上で実行されるように構成することができる。
【０１１４】
本発明の実施形態の方法の工程は、入力データを処理して出力を生成することにより本発明の機能を実現するためのコンピュータプログラムを実行する１つ以上のプログラム可能プロセッサにより実行することができる。方法の工程は専用の論理回路（例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路））により実行することもでき、その様なものとして本発明の装置を実施することもできる。
【０１１５】
コンピュータプログラムの実行に適するプロセッサは例えば汎用や専用マイクロプロセッサ、及びデジタルコンピュータの何れかの種類の１つ以上のプロセッサを含む。一般的に、プロセッサはリードオンリーメモリ又はランダムアクセスメモリ又は両方から指示とデータを受け取る。コンピュータの必須要素は、指示を実行するプロセッサと、指示およびデータを保存する１つ以上の記憶装置である。一般的にコンピュータはデータ格納のための大容量記憶装置（例えば磁気、磁気光ディスク、又は光ディスク）１つ以上を含むか、データを受け取ったり転送したりするためにそれと作動可能に接続されている。コンピュータプログラムの指示及びデータを具現化するために適する情報キャリアは全ての形式の非揮発メモリ、例えば半導体メモリデバイス（例えばＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ及びフラッシュメモリデバイス；磁気ディスク（例えば内臓ハードディスク又はリムーバブルディスク；磁気光ディスク；及びＣＤＲＯＭ及びＤＶＤ−ＲＯＭディスク））を含む。プロセッサ及びメモリは特別目的用の論理回路を補足するか、これに組み込むことができる。
【０１１６】
本発明はバックエンド装置（例えばデータサーバ）を含むか、又は、ミドルウエア装置（例えばアプリケーションサーバ）を含むか、又は、フロントエンド装置（例えば本発明の実施に関わる際にユーザーが経由するグラフィックユーザーインターフェイス又はＷｅｂブラウザを有するクライアントコンピュータ）又はこのようなバックエンド、ミドルウエア又はフロントエンド装置の何れかの組み合わせを含むコンピュータシステムにおいて実施することができる。システムの装置はデジタルデータ通信（例えば通信ネットワーク）の何れかの形式又は媒体により相互に連結することができる。通信ネットワークの例はローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）及び広域ネットワーク（ＷＡＮ）（例えばインターネット）を含む。
【０１１７】
コンピュータシステムはクライアント及びサーバを包含できる。クライアント及びサーバは一般的に相互に遠隔であり、典型的には通信ネットワークを介して相互に作用する。クライアントとサーバの関係はそれぞれのコンピュータ上で実施されており、相互にクライアント−サーバの関係を有するコンピュータプログラムにより生じるものである。
【０１１８】
上記記載は説明を意図しており、添付する特許請求の範囲により定義される本発明の範囲を限定するものではないと理解されるべきであり、他の実施形態は特許請求の範囲内に包含される。
【０１１９】
＜付録Ｉ＞
疎水性パッキング採点
１）リガンド疎水性原子団の割り当て
リガンド原子は各々が原子｛ｊ｝のセットを伴うＮｇ「疎性原子団」に割り当てられる。各疎性原子団は極性原子の連結部により中断されない連結された炭素原子のセットにより定義される。極性原子に連結された炭素原子は原子団に包含されない。サイズ１の原子団は評点に寄与しない。
【０１２０】
この時点からは、採点は各原子団に対して行い、正味評点は各原子団の評点の合計となる。以下（工程２〜６）は何れかの特定の原子団に関する採点を説明している。
２）疎性タンパク質原子との接触の計算
疎性原子団内にある各リガンド原子につき、３．０Ａ＋リガンド（ｖｄｗ＿ｊ）及びタンパク質原子（ｖｄｗ＿ｋ）のｖｄｗ半径の合計の距離内にある疎性タンパク質原子を有する接触、ｃｏｎｔ（ｊ）の総数を計算する（合計の合計は典型的なリガンド及びタンパク質原子については約６Ａ超となる）。原子対（ｊ，ｋ）に相当する各接触対ｃｊｋにつき、接触距離ｒ＿（ｊ，ｃｊｋ）及び接触リガンドとタンパク質原子との間のベクトルｖ（ｊ，ｃｊｋ）＝ｒｋ−ｒｉを格納する。上記した通り、ｒ＿ｊｋ≦３．０＋ｖｄｗ＿ｉ＋ｖｄｗ＿ｊである。この過程において、最小の接触距離ｒ＿ｊｋを有する接触対ｊｋ＿ｍｉｎを追跡し続ける。最小接触対のベクトルｖ０を標識する。このベクトルを「参照ベクトル」と呼ぶ。
【０１２１】
３）参照ベクトルで角度を計算する。
原子団内の各リガンド原子ｊ及びその接触ｃｊｋ＝（１，ｃｏｎｔ（ｊ））の全てについてベクトルｖ（ｊ，ｃｊｋ）と参照ベクトルｖ０との間の角度ａｎｇ（ｊ，ｃｊｋ）を計算する。
【０１２２】
４）半径方向接触評点を計算する。
ある原子団のある原子につき、半径方向接触評点Ｓｊ（ｒ）は、リガンドが作る総接触ｃｏｎｔ（ｊ）から以下の通り導出された０〜１の間にある一次ランプ関数である。
【０１２３】
ｃｏｎｔ（ｊ）≦２０である場合にＳｊ（ｒ）＝０．０
ｃｏｎｔ（ｊ）≧３２である場合にＳｊ（ｒ）＝１．０          
２０＜ｃｏｎｔ（ｊ）＜３２である場合にＳｊ（ｒ）＝（ｃｏｎｔ（ｊ）−２０．０）／１２．０                                        …（Ａ１）
５）角度評点の計算
原子団のある原子及びその原子が作る各接触ｃｊｋ（ｃｊｋ＝１，ｃｏｎｔ（ｊ））について、角度評点Ｓｊｋ（ａ）を計算する。この評点を計算するためには、まず実値距離の単純な整数トランケーションにより整数値ｍ＝１〜６に接触距離ｒ＿（ｊ，ｃｊｋ）をビニングすることが必要である。これにより角度評点は角度ａｎｇ（ｊ，ｃｊｋ）の一次ランプ関数となり、境界は接触ビンｍにより決定される。
【０１２４】
ａｎｇ（ｊ，ｃｊｋ）＜ａｍｉｎ（ｍ）の場合、Ｓｊｋ（ａ）＝０．０
ａｎｇ（ｊ，ｃｊｋ）＞ａｍａｘ（ｍ）の場合、Ｓｊｋ（ａ）＝１．０
Ｓｊｋ（ａ）＝ｗｔ（ｍ）＊（ａｎｇ（ｊ，ｃｊｋ−ａｍｉｎ（ｍ））／（ａｍａｘ（ｍ）−ａｍｉｎ（ｍ））                              …（Ａ２）
ここでａｍａｘ（ｍ）及びａｍｉｎ（ｍ）は以下の通りビン当たりの最大及び最小の角度である（単位は度）。
【０１２５】
ｍ＝１〜３：ａｍｉｎ＝１２０、ａｍａｘ＝１４０
ｍ＝４  ａｍｉｎ＝１２０、ａｍａｘ＝１４０
ｍ＝５  ａｍｉｎ＝１４０、ａｍａｘ＝１８０
ｍ＝６  ａｍｉｎ＝１５０、ａｍａｘ＝１８０
ここでｗｔ（ｍ）は以下の通り各角度レンジに関するウエイトファクターである。
【０１２６】
ｍ＝１〜４：ｗｔ＝１．０
ｍ＝５  ｗｔ＝０．７
ｍ＝６  ｗｔ＝０．６
次に原子ｊに関する総角度評点Ｓｊ（ａ）を全てのＳｊｋ（ａ）の単なる合計として計算する。
【０１２７】
【数３】
2008518369.tif 000018
６）総原子団評点、総パッキング評点を計算する。
【０１２８】
ｉ番目の原子団Ｓｇ（ｉ）に関する総原子団パッキング評点は接触評点Ｓｊ（ｒ）をかけた角度評点Ｓｊ（ａ）の単なる合計である。
【０１２９】
【数４】
2008518369.tif 000019
総疎水性パッキング評点Ｅｐｈｏ＿ｐａｃｋは以下の通り原子団の評点の負の合計である。
【０１３０】
【数５】
2008518369.tif 000020
＜付録ＩＩ＞
特別Ｈ結合リワードのスケーリング
幾何構造が理想から異なることに伴う特別Ｈ結合評点のスケーリングを以下に説明する。
【０１３１】
典型的なＨ結合は水素「ドナー」（例えばＮＨ結合）と「水素アクセプタ」（カルボニルのＯ原子）との間にある。Ｈ結合品質はＮ−Ｈ結合ベクトルとＨ−Ｏベクトルの間の角度θが共直線性から異なる程度により測定する（１８０度が共直線）。更に又Ｈ及びＯ原子の距離ＲＯＨは理想的には約１．８Ａのレンジにある。典型的なＨ結合のスコア関数は以下の通りＨ結合品質にＥｈｂを割り当てるためにパラメーターθ及びＲＯＨの一次関数を使用する。
【０１３２】
【数６】
2008518369.tif 000021
式中、Ａは定数であり、Ｓ（ｒ）は「最適」距離ｒ０からのずれの尺度であり；
ＲＯＨ≦ｒ０である場合Ｓ（ｒ）＝１．０
ｒ０＜ＲＯＨ＜ｒｍである場合Ｓ（ｒ）＝（ＲＯＨ−ｒ０）／（ｒｍ−ｒ０）
ＲＯＨ≧ｒｍである場合Ｓ（ｒ）＝０．０                    …（Ａ１０）
ここでｒｍは最大許容Ｈ結合距離である。角度関数は以下の通り同様の形式である。
【０１３３】
θ≧θ＿０である場合はＳ（θ）＝１．０
θｍ＜θ＜θ０である場合はＳ（θ）＝（θ−θｍ）／（θ０−θｍ）
θ＜θｍである場合はＳ（θ）＝０．０                  …（Ａ１１）
式中、θ０は最大角度であり、θｍは最小角度であり、パラメーター化で許容されるものである。
【０１３４】
特別Ｈ結合対の一つとしての資格を有するＨ結合については、それはＧｌｉｄｅにおいてパラメーター化されている通り−０．０５より高いＥｈｂ値を有さなければならない。特別Ｈ結合が更にＳｅｃ．Ｃに記載した基準の全てを満足するものとして宣言された場合、−３又は−２の基本リワードＥｂａｓｅが割り当てられる（同じ原子を共有している２対が存在する場合は１つの対に対しては−３、第２の対に対しては−２）。この基本リワードを次に、１３５°としてのθ０及び１２０°のθｍを有する式（Ａ１１）の形式の角度関数を用いてスケールダウンする。対の各結合は角度スケールファクターＳ１、Ｓ２を割り当てられる。対の各結合に関する角度スケールファクターの積Ｓ１＊Ｓ２は基本リワードに適用される正味スケールファクターである。
【０１３５】
【数７】
2008518369.tif 000022
リガンド原子が正式に荷電していない場合、スケールファクターは適用しない。
【０１３６】
第２のクラスのＨ結合はＨ原子と共に環内にアクセプタ原子（典型的にはＮ原子）を含む。この場合、Ｈ結合品質は、ドナーの軸が環ドナー孤立対方向に平行である場合に最適となる。孤立対の方向は、Ｒ１及びＲ２が環アクセプタ原子Ａに連結している環原子であれば、ベクトルの合計が原子Ｒ１をＡに、Ｒ２をＡに連結するに従い近似していく。孤立対ベクトル及びＮ−Ｈドナー軸の間の角度θを計算する。式（Ａ１１）の形式のスケールファクターＳｊｐをθ０＝１３０°及びθｍ＝１００°で計算する。これらの場合、スケールファクターＳ１又はＳ２にＳｊｐを掛け、即ち２つの角度関数が対の所定のＨ結合スケールをスケール化することになる。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】ブロック図である。
【図２】２つの異なる疎水性環境と相互作用するリガンド原子団の図である。
【図３】フロー図である。
【図４】ｐ３８ＭＡＰキナーゼ（ｐｄｂ  １ｋｖ２）のＤＦＧ−ｏｕｔ立体配座に結合しているベーリンガー活性リガンドＢＩＲＢ７９６を示す。
【図５】ｐ３８ＭＡＰキナーゼに結合しているＳＢ２２００２５を示す。
【図６】ＣＤＫ−２（ｐｄｂ  １ａｑ１）のスタウロスポリン阻害剤が特別の疎水的に囲まれたＨ結合対によって骨格（ＸＰリワード３ｋｃ／ｍ）に結合し、疎水性ポケットを縮合環（リワード４．５ｋｃ／ｍ）で充填していることを示す。
【図７】ｐｄｂ内にクロスドッキングしたＣＤＫ−２阻害剤ｃｇｐ６０４７がｌａｑ１に進入することを示す。
【図８】ビオチン（ｐｄｂ  １ｓｔｐ）におけるストレプトアビジンを示す。この複合体における両方の特別水素結合及び水素結合領域の疎水性囲いを示す。
【図９】骨格（１．５ｋｃ／ｍリワード）とリガンド芳香環の疎水性パッキング（４．５ｋｃ／ｍリワード）に対して、特別な疎水的に囲まれたＨ結合を介して阻害剤とともに結合したＨＩＶ−ＲＴポケット（ｐｄｂ  １ｒｔ１）を示す。
【図１０】凹部を有するＡＳＰ＿１８９に塩架橋を介して結合したトロンビン阻害剤（ｐｄｂ  １ｅｔｔ）を示す。
【図１１】ノイラミジダーゼタンパク質（ｐｄｂ  １ｂｊｉ）に結合したリガンドを示す。
【図１】
2008518369.tif 000024
【図２Ａ】
2008518369.tif 000025
【図２Ｂ】
2008518369.tif 000026
【図３】
2008518369.tif 000027
【図４】
2008518369.tif 000028
【図５】
2008518369.tif 000029
【図６】
2008518369.tif 000030
【図７】
2008518369.tif 000031
【図８】
2008518369.tif 000032
【図９】
2008518369.tif 000033
【図１０】
2008518369.tif 000034
【図１１】
2008518369.tif 000035