(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体高分子における相互作用部位をコンピュータにより予測する方法であって、
生体高分子の原子座標情報を読み込む第一工程、
相互作用点情報データベースに基づいて前記生体高分子の相互作用点候補の座標を特定する第二工程であって、前記相互作用点情報データベースは、前記生体高分子の個々の構成単位に対する相互作用点の位置を、前記構成単位に対する相対的な座標系により規定する位置情報を含み、前記生体高分子の構成単位について、前記データベースにアクセスして対応する相互作用点の位置情報を取得し、該情報及び前記生体高分子の構成単位の原子座標情報に基づいて相互作用点候補の位置を特定する前記工程、
第二工程で特定した相互作用点候補のうち、生体高分子の構成原子との相互作用に関与する相互作用点候補を除去する第三工程、
を含む、上記方法。
【請求項２】
前記コンピュータは、前記第三工程において、各相互作用点候補について、該相互作用点候補から４Å以内に生体高分子の構成原子が存在する場合に、前記相互作用点候補を除去する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コンピュータは、第三工程の後に、さらに、
生体高分子の表面と溶媒分子との相互作用に関与する相互作用点候補を除去する第四工程、
を実行する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記コンピュータは、第四工程において、生体高分子の溶媒接触表面またはファンデルワールス表面の外側に存在する相互作用点候補を除去する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記コンピュータは、予測された相互作用点の位置をディスプレイ上に表示する第五工程をさらに実行する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記コンピュータは、第五工程において、相互作用点が、該相互作用点における相互作用エネルギーが電子相関項支配及び静電項支配のいずれであるかを区別し得るように色分けして表示させる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
生体高分子がタンパク質である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
生体高分子における相互作用部位を予測するコンピュータプログラムであって、
生体高分子の原子座標情報を読み込む第一手順、
相互作用点情報データベースを参照して前記生体高分子の相互作用点候補の座標を特定する第二手順であって、前記相互作用点情報データベースは、前記生体高分子の個々の構成単位に対する相互作用点の位置を、前記構成単位に対する相対的な座標系により規定する位置情報を含み、前記生体高分子の構成単位について、前記データベースにアクセスして対応する相互作用点の位置情報を取得し、該情報及び前記生体高分子の構成単位の原子座標情報に基づいて相互作用点候補の位置を特定する第二手順、
第二手順で特定した相互作用点候補について、
該相互作用点候補から所定距離内に生体高分子の構成原子が存在するか否かを判定し、所定距離内に存在するときは、前記相互作用点候補を除去する第三手順、
予測された相互作用点の位置をディスプレイ上に表示する手順
をコンピュータに実行させるための、上記コンピュータプログラム。
【請求項９】
生体高分子における相互作用部位を予測するコンピュータプログラムであって、
生体高分子の原子座標情報を読み込む第一手順、
相互作用点情報データベースを参照して前記生体高分子の相互作用点候補の座標を特定する第二手順であって、前記相互作用点情報データベースは、前記生体高分子の個々の構成単位に対する相互作用点の位置を、前記構成単位に対する相対的な座標系により規定する位置情報を含み、該情報及び前記生体高分子の構成単位の原子座標情報に基づいて相互作用点候補の位置を特定する第二手順、
第二手順で特定した相互作用点候補について、
該相互作用点候補から所定距離内に生体高分子の構成原子が存在するか否かを判定し、所定距離内に存在するときは、前記相互作用点候補を除去する第三手順、
生体高分子の溶媒接触表面またはファンデルワールス表面の外側に存在する相互作用点候補を除去する第四手順、
予測された相互作用点の位置をディスプレイ上に表示する手順
をコンピュータに実行させるための、上記コンピュータプログラム。
【請求項１０】
生体高分子がタンパク質である、請求項８または９に記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体高分子が低分子や高分子などの外部因子と相互作用または複合体形成する相互作用点を予測する方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在はポストゲノム時代といわれ、膨大な数の遺伝子解析がなされた結果、多数の生体高分子が同定あるいはその存在が予測されている。一方で、生体高分子の機能に着目した機能材料、燃料や新素材などのライフサイエンス分野もまた注目されている。
これら生体高分子およびこれを模擬した非天然の高分子のほとんどは単独でその機能を発揮するのではなく、金属原子や低分子あるいは同種や異種の高分子と相互作用あるいは複合体形成して初めて機能を発揮する。また、外部因子と相互作用することで該生体高分子の高次構造に変化が生じ、その結果として自身の遠隔構造との相互作用によって機能発現する場合もある。本来、生体高分子の高次構造自体が外部因子（例えば水など）との相互作用あるいは複合体形成、さらには生体装置と呼ばれる巨大生体分子システムの形成によって維持されている。
しかしながら、これら生体高分子の大部分において相互作用または複合体形成して機能発現に関わる外部因子が不明であり、また、外部因子が既知の場合でも生体高分子との相互作用部位あるいは複合体形成部位を特定できていないことがほとんどである。
生体高分子の機能を効果的、選択的、安全に発揮させるためには、生体高分子における相互作用部位あるいは複合体形成部位を特定し、原子レベルで解析する必要がある。こうした手続きは天然の外部因子の探索のみならず、新規因子の探索や既知因子に対する構造修飾等においても迅速であり、かつ最も論理的といえる。
【０００３】
構造ベース創薬では標的生体高分子の立体構造、厳密には安定立体構造の原子座標が必須であり、これは現在、Ｘ線結晶構造解析、核磁気共鳴（ＮＭＲ）または科学的根拠をもったホモロジーモデリング等の分子モデリングで得られる。
しかしながら、生体高分子の立体構造は、教科書等で表現される明確な「鍵と鍵穴」の形状を持っている訳ではなく、外観からはどの位置が相互作用部位または複合体形成部位であるか一切判断できない。
現在のところ、Ｘ線結晶構造解析の技術を用いることによってリガンドの複合体形成部位（すなわち、リガンド結合部位）および高分子等の複合体形成部位を特定できるが、得られた立体構造中にリガンド等が複合体を形成しているかどうかは偶然に頼らざるを得ず、リガンド結合部位あるいは高分子等の複合体形成部位の特定に至らない場合が大部分である。
その他の技術として、ポイントミューテーションや放射線標識といった化学的手法やＮＭＲや蛍光などの分光学的手法が存在するが、いずれも膨大な実験と労力を必要とする一方で、成功した場合であっても非常に広範囲にわたる大まかな領域を推定できる程度の結果しか得られない。
一方、リガンド結合部位や高分子との複合体形成部位を予測するアルゴリズムもわずかであるが知られている。
例えばリガンド結合部位を予測するアルゴリズムに関して言えば、これらはいずれもプローブ原子やプローブ分子を用いて、必要処理を施した生体高分子全体あるいは一部を一定間隔の立方体の集合（すなわち、グリッド）で分割して、各格子点上に該プローブを配置して相互作用エネルギーを見積もる方法（すなわち、グリッドベース）（例えば、非特許文献１および非特許文献２参照）または非グリッドベースの手法（非特許文献３参照）である。
【０００４】
プローブ原子やプローブ分子を用いたこれら手法は、以下に述べる多くの問題を含んでいる。
すなわち、これら手法では、（１）相互作用エネルギーを概算するために、提供される生体高分子システムのデータから生体高分子以外の分子や金属原子などの成分データを除去しなければならず、これら除去した成分からのエネルギー寄与を無視しなければならないだけでなく、これに伴う余分な作業が生じるとともに、特殊な作業知識が必要になる、（２）プローブ原子やプローブ分子にサイズがある（すなわち、原子半径あるいは分子半径を持っている）ことにより、狭い空間を探索できず、複合体形成部位を見逃すことがある、（３）生体高分子の座標を読み込んだ後に全格子点上あるいは生体高分子表面上をプローブ原子やプローブ分子で走査して相互作用エネルギーを計算しなければならず、これに伴う余分な作業が生じる、（４）プローブ分子を用いた場合には生体高分子内部座標系に対するプローブ分子の配向の問題が生じる、（５）現状において、相互作用エネルギーの概算には力場計算レベルしか利用できないが、力場計算レベルでは電子相関相互作用の寄与が大きい相互作用エネルギーを大幅に過小評価して、複合体形成部位を見逃すことがある、等の問題点を生じる。（５）については、特にリガンド結合部位は疎水的な環境にあることが多いので、この問題は重大である。疎水的なプローブ分子を用いて予測精度が向上したとする非特許文献１および非特許文献２の結果はこのためであり、該プローブ分子を用いた場合には逆に静電相互作用の寄与が大きい相互作用エネルギーを大幅に過小評価して複合体形成部位を見逃すことにつながり、本質的な解決にならない。さらに、グリッドベースのアルゴリズムでは、格子点の周囲に急激に安定化するエネルギー極小点がある場合、複合体形成部位を見逃すことがある他、非特許文献３で述べられるように、同じグリッド距離でもグリッドを作成する始点によって格子点位置がずれてエネルギー値が異なってしまい、その結果として予測位置の再現性を失うというグリッドベース特有の欠点をさらに含んでいる。
【０００５】
また、高分子との複合体形成部位に関しては、現在知られるアルゴリズムは本質的に生体高分子の疎水的な表面を探索して推定する方法程度でしかない。
上記の問題点を克服する方法については、現在、国家プロジェクトとして、全世界で様々な方面から巨額を投じ、しのぎを削って研究されているにもかかわらず、有効な手法は知られていない。
ドッキングシミュレーションやバーチャルスクリーニング等の構造ベース創薬は、いずれもリガンド結合部位が特定された後に使用される技術であり、リガンド結合部位または高分子との複合体形成部位が不明な大部分の生体高分子については、これらの技術を適用できないのは言うまでもない。逆に、リガンド結合部位または高分子との複合体形成部位が正確に予測することが可能となれば、その後の様々な応用が期待される。
【０００６】
【非特許文献１】第２６回情報化学討論会  要旨Ｊ１４、２００３年
【非特許文献２】Ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ、２１、１９０８−１９１６、２００５年
【非特許文献３】第３２回構造活性相関シンポジウム  要旨Ｋ０７、２００４年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、生体高分子における内部遠隔構造あるいは金属原子、低分子や高分子などの外部因子との相互作用部位を探索し、該相互作用部位に親和性のある化学基、化学種または分子種を予測する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、生体高分子全体構造を取り扱う既存の手法とは全く異なった視点、すなわち、生体高分子を構成し、化学的性質を損なわない程度まで最小化した基本フラグメントに生体高分子全体構造を分割し、該基本フラグメントから全体構造を再構築することで、高度に複雑化した生体高分子のエネルギー的性質を基本フラグメントにおけるより単純化されたエネルギー的性質に帰属させるという方法により本課題を解決した。
すなわち、本発明者は、生体高分子構成原子の相互作用点情報をデータベース化し、前記データベースを参照して、任意の生体高分子構成原子の原子座標情報から相互作用点の位置（座標）を算出することによって、前記生体高分子の相互作用部位を予測する方法を開発することに成功した。
【０００９】
即ち、本発明は、
生体高分子における相互作用部位を予測する方法であって、
生体高分子の原子座標情報を準備する第一工程、
相互作用点情報データベースに基づいて前記生体高分子の相互作用点候補の座標を特定する第二工程であって、前記相互作用点情報データベースは生体高分子構成単位の相互作用点の座標を特定するための位置情報を含み、該情報を、与えられた生体高分子の構成単位の原子座標情報に適用することによって相互作用点候補の位置を特定する工程、
第二工程で特定した相互作用点候補のうち、生体高分子の構成原子との相互作用に関与する相互作用点候補を除去する第三工程、
を含む、上記方法を提供する。
【００１０】
また、本発明は、
第三工程の後に、さらに
生体高分子の表面と溶媒分子との相互作用に関与する相互作用点候補を除去する第四工程、
を含む、生体高分子における相互作用部位を予測する方法を提供する。
【００１１】
さらに、本発明は、
生体高分子における相互作用部位を予測するコンピュータプログラムであって、
生体高分子の原子座標情報を読み込む第一手順、
相互作用点情報データベースを参照して前記生体高分子の相互作用点候補の座標を特定する手順であって、前記相互作用点情報データベースは生体高分子構成単位の相互作用点の座標を特定するための位置情報を含み、該情報を、与えられた生体高分子の構成単位の原子座標情報に適用することによって相互作用点候補の位置を特定する第二手順、
第二手順で特定した相互作用点候補について、
該相互作用点候補から所定距離内に生体高分子の構成原子が存在するか否かを判定し、所定距離内に存在するときは、前記相互作用点候補を除去する第三手順、
予測された相互作用点の位置をディスプレイ上に表示する手順
をコンピュータに実行させるための、上記コンピュータプログラムを提供する。
【００１２】
また、本発明は、
生体高分子における相互作用部位を予測するコンピュータプログラムであって、
生体高分子の原子座標情報を読み込む第一手順、
相互作用点情報データベースを参照して前記生体高分子の相互作用点候補の座標を特定する手順であって、前記相互作用点情報データベースは生体高分子構成単位の相互作用点の座標を特定するための位置情報を含み、該情報を、与えられた生体高分子の構成単位の原子座標情報に適用することによって相互作用点候補の位置を特定する第二手順、
第二手順で特定した相互作用点候補について、
該相互作用点候補から所定距離内に生体高分子の構成原子が存在するか否かを判定し、所定距離内に存在するときは前記相互作用点候補を除去する第三手順、
各相互作用点候補について、生体高分子の溶媒接触表面またはファンデルワールス表面の外側に存在する場合に、前記相互作用点候補を除去する第四手順。
予測された相互作用点の位置をディスプレイ上に表示する手順
をコンピュータに実行させるための、上記コンピュータプログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、任意生体高分子システムの全体構造あるいは部分構造のみから自動的かつ正確に外部因子の複合体形成部位を特定できるようになる。また、前記部位の物理化学情報を提供することによって、前記複合体形成部位で複合体を形成しうる外部因子の形状および詳細な化学的要求性を識別することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を詳細に説明する。必要により本発明の工程を示した図１を参照されたい。
本明細書において、「生体高分子」とは、タンパク質、核酸、糖などの生体内に一般に存在する高分子化合物を含む。なお、生体高分子は天然のものである必要はなく、それらを改変したもの、またはそれらを模倣して人工的に合成したものであってもよい。本発明において特に好ましい生体高分子はタンパク質である。また、生体高分子は、水分子、リガンドなどの低分子、金属原子、生体膜の成分等の他の分子が生体内と同じ状態として、あるいはアーティファクトとして結合してもよく、他の分子等が含まれる場合、生体高分子および前記他の分子をまとめて生体高分子システムという用語で表す。
本明細書において、「相互作用点」とは、生体高分子構成原子との間で生じる相互作用エネルギー極小点、またはその周辺の局所的な領域を意味し、例えばファンデルワールス相互作用、静電相互作用などのエネルギー極小点が挙げられる。また、相互作用点を含み、生体高分子において外部因子と相互作用すると認識される領域全体を相互作用部位と表す。外部因子とは、生体高分子に構造的、機能的、または物性的影響を及ぼすか、あるいは情報伝達などに関わる原子や分子を意味し、例えば金属原子、補酵素、活性化因子や抑制因子などの補因子、低分子化合物、核酸や糖などの生体高分子または水分子などが挙げられる。特に、外部因子が生体高分子に特異的な低分子化合物である場合には、リガンドまたは基質という用語を用いる。複合体形成部位とは、該生体高分子に特異的なリガンド、補因子、または生体高分子が結合する特定の相互作用部位を意味する。
【００１５】
また、本明細書において「相互作用形態」とは、ある相互作用に関与している要素（ここでは化学結合環境の異なる原子や原子団）の種類および各要素間の位置関係を意味する。例えば、代表的な相互作用形態として、古典的な水素結合や塩橋、あるいはＣＨ−π相互作用等が挙げられる。
また、ある相互作用形態を構成する個別の原子や原子団を、その化学結合環境や隣接する重原子の種類により分類して表したものを本明細書では「相互作用形態タイプ」と表す。例えば、前述の相互作用形態の１つである古典的な水素結合を構成する相互作用形態タイプとしては酸性プロトン（またはこれを含む原子団）とその受容体である塩基性ヘテロ原子（またはこれを含む原子団）、別の相互作用形態である塩橋を構成する相互作用形態タイプとしてはカルボキシルアニオンとアンモニウムイオン、また別の相互作用形態であるＣＨ−π相互作用を構成する相互作用形態タイプとしては中性炭素に結合した水素原子（またはこれらを含む原子団）とπ結合性炭素原子（またはこれを含む原子団）が挙げられる。各相互作用形態タイプは、原子および原子団の種類から、その化学結合環境や隣接する重原子の種類に基づいて定義されるため、その原子および原子団の関与する相互作用点も各相互作用形態タイプに特有なものとなる。
【００１６】
１、第一工程
本発明の第一工程では、生体高分子の原子座標情報が準備される。この場合、生体高分子に結合した他の分子も含めて一体として扱ってもよい。本明細書において、原子座標情報は、生体高分子の構成原子の位置を特定する情報であればどのような形式のものでもよいが、三次元座標系で特定されることが好ましい。これは、例えばＸ線結晶構造解析やＮＭＲ解析等の手法によって決定されるものであり、本発明に使用し得る原子座標情報として、例えば「プロテインデータバンク（http://pdbj.protein.osaka-u.ac.jp/）」に公開される情報が挙げられる。
通常、生体高分子システムの原子座標を読み込む時点では水素原子は立体構造に付加されていない。これは、生体高分子の水素原子に関する原子座標は一般に実験的に得られないことによる。一般的に、水素原子は文献値の距離、結合する重原子の原子価からその結合角および隣接重原子上の結合情報から二面角が自動的に算出され、該水素原子が回転可能な結合上にある場合は、トランスコンフォメーションで付加することができる。このように、アミノ酸残基の構造から、そのアミノ酸残基に含まれる水素原子の原子座標を計算することは当業者が容易に行い得ることであり、この計算を自動的に行うさまざまなプログラムも存在する（HyperChem(TM) Professional 7.51, Hypercube, Inc., 1115 NW 4th Street, Gainesville, Florida 32601, USA）。例えば、Homology Modeling for HyperChem, Revision A3 (Institute of Molecular Function; Saitama, Japan, http://www.molfunction.com)の水素原子初期座標評価プログラム（http://www.molfunction.com/algorithm.htm) を用いて決定することも可能であるが、いずれの方法、プログラムを採用してもよい。なお、後述するように、水素原子に関わる相互作用点を、該水素原子が結合する重原子から定義し、水素原子との距離を考慮した上で一定の回転角度毎に複数に定義しておけば、水素原子は任意の方向に配置されていてもよい。
【００１７】
２、第二工程
（１）相互作用点情報データベースの内容
本発明の第二工程では、相互作用点情報データベースに基づいて、生体高分子の相互作用点の位置が特定される。相互作用点情報データベースとは、生体高分子の構成単位（例えばタンパク質であれば二十種類のアミノ酸、核酸では五種類の核酸塩基と二種類の糖、多糖では代表的な単糖類）についての相互作用点の情報を予め収集し、参照可能な状態にしたデータベースを意味する。
前記相互作用点情報データベースには、生体高分子の構成単位（例えば二十種類の各アミノ酸）に対する相互作用点の位置を特定するための「位置情報」が少なくとも含まれる。さらには、各相互作用点の「物理化学情報」を含むことが好ましい。
ここで、「位置情報」とは、生体高分子の相互作用点の位置を決定するのに必要な情報を意味し、三次元空間における相互作用点の位置を特定し得る限りいずれの形式で作成されてもよい。例えば、生体高分子構成単位中の３個の原子（アルファ位、ベータ位、ガンマ位）を指定し、それらに対する距離、結合角および二面角を特定することにより、相互作用点の座標を一義的に決定することができるため、これらの情報をマトリクス形式にしたものが一例として挙げられる。
【００１８】
また、相互作用点の「物理化学情報」とは、生体高分子構成原子の物理的または化学的性質に基づいて求められる、該原子に由来する相互作用点の性質を表すための情報を意味する。なお、この情報は相互作用点の位置の決定には関係しない。
本発明においては、例えば、「物理化学情報」として、相互作用点を生成する原子を含む相互作用形態の相互作用エネルギーが、電子相関相互作用エネルギーの寄与を主成分とするか（電子相関項支配）または静電相互作用エネルギーの寄与を主成分とするか（静電項支配）、さらに、静電相互作用エネルギーの寄与を主成分とする場合には該相互作用点を生成する原子が正電荷（すなわち、電子受容性）であるか、負電荷（すなわち、電子供与性）であるかの３種類で分類して、それぞれＣ、Ｐ，およびＮなどとしてデータベースに記録しておくことができる。
また別の態様においては、相互作用点を生成する原子のマリケン原子電荷を情報としてデータベースに加えておくと、電子相関項支配の相互作用点を生成する原子の電荷がゼロに近くなるため、電荷を指標として、潜在的な相互作用相手の重原子上の化学的要求性を判別できるようになる。
【００１９】
ある相互作用形態の安定化（または不安定化）に寄与する全相互作用エネルギー、Ｅtot、は、電子相関、特に、分散力のエネルギー寄与（すなわち、電子相関相互作用エネルギー、Ｅcorr；以下、単に電子相関項と表す）と静電相互作用のエネルギー寄与（すなわち、静電相互作用エネルギー、Ｅes；以下、単に静電項と表す）から規定することが可能であり、複合体計算に対して電子相関を取り扱える理論計算を利用するかぎりにおいて、当業者が任意の方法で計算することができる。例えば、複合体計算に対して電子相関を取り扱える理論計算としてメラー・プレセット２次相関摂動理論を用いる場合には、式１から概算できる。また、他の理論を用いた場合には式１のＥMP2を該理論から得られる相互作用エネルギーに置き換えるだけでよい。但し、本発明を実施する上では、これらの絶対値よりはむしろ相対的な強弱が分かれば十分である。
なお、本明細書では、ある相互作用形態における全相互作用エネルギーの過半数以上の安定化に、電子相関相互作用エネルギーが寄与している場合を電子相関項支配、逆に静電相互作用エネルギーが寄与している場合を静電項支配と表す。
【００２０】
式１
0005142179.tif 000002
【００２１】
相互作用点の物理化学情報としては、前述の通り、相互作用に関与する原子が正電荷であるか、負電荷であるか、またはそれ以外であるかという３種類だけでも情報として有用であるが、さらに詳細に分類しておくことも可能である。
例えば、アラニン、ロイシン、バリン、イソロイシン、およびトレオニン側鎖末端メチル基における水素原子および炭素原子は全体としてはそれぞれの残基上の異なる環境にあるが、化学的環境としては同等であり、したがって、これらが関与する相互作用形態、および該相互作用形態における相互作用の物理化学的性質（例えば相互作用エネルギー、相互作用距離や角度）が同等であるため、一つのタイプ、すなわち一つの相互作用形態タイプとして取り扱うことができる。
ここで、化学的環境として同等とは、化学結合環境や隣接する重原子が同じであるという意味であり、厳密な化学的等価性を意味するものではない。例えば、化学結合環境を反映するＮＭＲや赤外吸収（ＩＲ）などの分光学を用いた場合、遠隔の原子や原子団による遮蔽効果がなければ、プロトンＮＭＲでは前記各末端メチル基のプロトンのエネルギー吸収位置は互いに区別できないし、カーボンＮＭＲでも同様に各メチル基の炭素原子のエネルギー吸収位置は互いに区別が困難なほど近接しているはずである。ＩＲでも同様にこれらの赤外線吸収位置は重なっているはずである。このように、当業者であればタンパク質分子内に見出される相互作用形態タイプを化学結合環境に基づいて設定することは可能である。但し、相互作用形態タイプの設定は化学的性質を大きく損なわなければ様々に可能であり、本発明で利用する相互作用形態タイプはこれらに限定されるものではない。
【００２２】
表１はタンパク質分子についての相互作用形態タイプの例を示すものである。タンパク質については相互作用形態タイプを以下の表から特定して、データベース上に各原子の情報として登録しておくことができる。
表１    相互作用形態タイプの略語表記
0005142179.tif 000003
【００２３】
上記の表において、例えば「メチル、メチレンプロトン」とは、１級炭素上（メチル基）の３つの水素原子および２級炭素上（メチレン基）の２個の水素原子で化学結合環境が同等なタンパク質を構成するアミノ酸の原子団（または原子）を意味する。
各相互作用形態タイプについて、モデル化合物を用いた複合体解析等を行うことによって、後述する相互作用点情報データベースの作成に必要な位置情報を収集することができる。
さらに、実際の相互作用エネルギー値、またはエネルギー的に安定化する相互作用であるか不安定化する相互作用であるかという情報を収集することも可能であり、これらの情報は、具体的な生体高分子とリガンドとの間の相互作用を調べる際、例えば相互作用点の分子重ね合わせを行う際に有用となる。
【００２４】
（２）相互作用点情報データベースの作成
相互作用点情報データベースの作成に必要な位置情報および物理化学情報は、当技術分野に知られる方法、例えば、生体高分子の構成単位（例えばタンパク質分子については二十種類のアミノ酸、核酸では五種類の核酸塩基と二種類の糖、多糖では代表的な単糖類）に含まれる構成フラグメントに対応する低分子モデル化合物間の二体間、または必要に応じて多体間複合体モデルの高レベル量子化学計算、すなわち、十分量の基底関数を持ち、複合体計算で電子相関を取り扱えるレベルの理論計算を網羅的に実施することによって得ることができる。
ここで、フラグメントとは、例えば、タンパク質分子ではプロトン化状態も含む二十種類のアミノ酸側鎖および主鎖アミド、さらには、これらアミノ酸側鎖を構成するさらに分割された少数の原子団を意味する。フラグメントに対応する低分子モデル化合物は、例えば、アラニン側鎖はメタン分子としてモデル化することが可能であり、ロイシン、イソロイシン、バリンやトレオニンの末端メチル基のモデル化合物は同様にメタン分子とすることができる（図２参照）。なお、モデル化合物はタンパク質内に見出される相互作用形態タイプそのものであることも該タイプを部分構造として含んでいる場合もある。このように、化学的性質を大きく損なわない最小単位の構造に分割したフラグメントあるいはフラグメントに対応するモデル化合物から生体高分子全体の電子状態を再構築することができる。但し、フラグメント化の方法は化学的性質を大きく損なわなければ様々に可能であり、本発明で利用するモデル化合物はこれらに限定されるものではない。
【００２５】
なお、モデル化合物はできる限り対称性の高い構造の化合物を利用することが好ましく、二体間の複合体モデルの初期構造も対称性を考慮して作成することが好ましい（図３）。対称性を考慮することで、相互作用解析が単純となり、実際の計算資源も圧倒的に少なくて済む。さらに、対称性の高い幾何学はエネルギー的な極小点あるいは極大点である可能性が高いため、効率的にエネルギー極小点を探索することができるという利点もある。
得られた計算結果を基に、フラグメントに対応する生体高分子の各原子のパラメータとして、モデル化合物間で相互作用に関与している重原子間の距離、角度および相互作用形態に関する「物理化学情報」（例えば相互作用エネルギー、電子相関相互作用エネルギー、静電相互作用エネルギー、マリケン原子電荷など）等の相互作用点情報が収集される。  例えば、以下の文献では、メチルアンモニウムイオンとベンゼン、メチルアンモニウムイオンと酢酸、ベンゼンとメタン、ベンゼンとアンモニア、ベンゼンと水、トルエンとアンモニウムイオン、p-クレゾールとアンモニウムイオン、メチルインドールとアンモニウムイオン、トルエンとグアニジニウムイオン、p-クレゾールとグアニジニウムイオン、メチルインドールとグアニジニウムイオンを使用して相互作用解析を実際に行った事例について示している。
（１）Gallivan, et.al.; J. Am. Chem. Soc, 2000, 122 870-874
（２）Tsuzuki, et.al.; J. Am. Chem. Soc, 2000, 122 3746-3753
（３）Tsuzuki, et.al.; J. Am Am. Chem. Soc, 2000, 122 11450-11458
（４）Tarukeshwar, et.al.; J. Am. Chem. Soc, 2000, 123 3323-3331
（５）Minoux, et.al.; J. Am. Chem. Soc, 1999, 121 10366-10372
【００２６】
本発明の実施に用いられるデータベースの作成においては、例えば、アラニン側鎖のモデル化合物としてメタン、システイン側鎖のモデル化合物としてメタンチオール、アスパラギン酸アニオン側鎖のモデル化合物として酢酸アニオン、フェニルアラニン側鎖のモデル化合物としてトルエン、プロトン化ヒスチジン側鎖のモデル化合物として5-メチル-3H-イミダゾールイオン、リジン側鎖末端アンモニウム基のモデル化合物としてメチルアンモニウムイオン、メチオニン側鎖末端メチル基のモデル化合物としてジメチルチオエーテル、アスパラギン側鎖のモデル化合物としてアセタミド、アルギニン側鎖グアニジニウム基のモデル化合物としてN-メチルグアニジニウムイオン、セリン側鎖のモデル化合物としてメタノール、トリプトファン側鎖のモデル化合物として3-メチル-1H-インドール、チロシン側鎖のモデル化合物としてp-クレゾール、また、主鎖ペプチドのモデル化合物としてN-メチルアセタミドを用いることができる。
【００２７】
前述の通り、原子団についてのエネルギー極小点、すなわち相互作用点となり得る点を探索する方法は、当該技術分野に知られるものである。各アミノ酸残基の側鎖等についても上記のようにモデル化合物を利用して同様にエネルギー極小点を求めることも当業者が通常の方法で行うことが可能であり（Tsuzuki, et.al.; J. Am. Chem. Soc, 2000, 122 3746-3753、Tsuzuki, et.al.; J. Am Am. Chem. Soc, 2000, 122 11450-11458参照）、実際にアミノ酸残基に対して良く知られ、相互作用エネルギーの比較的大きな、いわゆる水素結合や塩橋などに関与する、古典的な相互作用点も多い。以上のように、各アミノ酸に対する相互作用点の情報は、発明を実施する者が、既知の情報から任意に選択、または上記のような計算を行って独自に収集することが可能であり、本発明においてはいずれの方法に収集された情報を含む相互作用点情報データベースを使用し得る。
なお、相互作用点を特定するための位置情報は重原子間の距離と角度を採用することが望ましいが、水素原子が相互作用に関与している場合、該水素原子との距離も考慮して結合している重原子から定義しても、該水素原子から定義してもよい。また、該水素原子が回転可能な場合は、結合している重原子から相互作用点を単一あるいは一定の回転角度毎に複数に定義してもよい。相互作用相手が水素原子の場合にも、該水素原子が結合する重原子までの距離と角度を採用することが好ましい。こうすることで、予測される相互作用点の位置が理想的には相手側重原子の最安定位置に算出されることになるので、予測された複合体形成部位に親和性のある外部因子の形状および相補的に化学的要求性が重原子を基に推定、視覚化されるようになる。
【００２８】
なお、各アミノ酸残基のデータベースに含まれる相互作用点の数は少なくとも１個以上、例えば５個以上、例えば５〜４０個であることが好ましいが、それぞれが相互作用点であると科学的に判断される限り、個数の上限、下限に制約はなく、発明を実施する者が自由に設定することができる。例えば、特定のアミノ酸残基についての相互作用点が設定されていないような状況も許容される。さらには、例えば電子相関項支配の相互作用点だけを予測することを目的とする場合など、状況に応じてデータベースに含まれる相互作用点を予め取捨選択しておくことも当然可能である。データベース上の各相互作用点は、与えられる生体高分子の相互作用点として考えられ得る候補として収集されるものである。従って、データベースに登録された相互作用点の数が多ければ最終的に予測される（即ち候補として最後まで残る）生体高分子の相互作用点の数も多くなることは考えられるものの、本発明が実施可能であるか否かという問題とは本質的に無関係である。
相互作用点情報データベースは、位置情報（すなわち、相互作用点情報における距離と角度）は、生体高分子の内部的な位置情報（例えば、ＰＤＢ形式で与えられる原子の名前）を利用してＺ−マトリクス等の相対的な座標系でデータベース化され、好ましくはこれに相互作用形態タイプや物理化学情報（例えばマリケン原子電荷など）が加えられる。このように相互作用点情報をデータベース化しておくことで、生体高分子システムの原子座標を読み込むと同時に、相互作用点情報データベースの位置情報を参照して生体高分子立体構造上の相互作用点の座標をほぼ瞬時に算出できるようになる。
【００２９】
図４に、アラニン残基に対する相互作用点（本例の場合１１箇所）の相互作用点情報をＺ−マトリクスの形式としてデータベース化した相互作用点情報データベースの一例を示す。また、図５は、その１１個の相互作用点の「位置」および「物理化学情報」を、アラニン残基との関係において図示したものである。
図４のマトリクスでは、１１行の各行がそれぞれ１つの相互作用点の情報を表す。５〜７列で指定したアルファ位、ベータ位およびガンマ位の原子を基準として、２〜４列の（距離、結合角、二面角）の値を適用することにより、相互作用点の位置が一義的に特定される。即ち、２〜７列の情報によってアラニン残基の相互作用点の位置を一義的に決定することが可能であり、この２〜７列の情報が「位置情報」に該当する。９列には「物理化学情報」としてマリケン原子電荷をデータベースに加えており、図５では、マリケン原子電荷の値によって相互作用点を色分けして表示している。また、８列に相互作用形態タイプの表記している。
以上のように、「位置情報」および「物理化学情報」を予めデータベース化して参照可能な状態にしておくことにより、与えられた生体高分子を構成する各アラニン残基に対して、その相互作用点の位置および性質を瞬時に割り出し、必要により視覚化することが可能となる。例えばタンパク質に関して言えば、二十種類のアミノ酸についての相互作用点情報データベースが存在すれば、与えられたタンパク質に含まれる全てのアミノ酸残基に対する相互作用点を瞬時に割り出し、画像表示することができる。
【００３０】
（３）相互作用点候補の位置の特定
前述の通り、本工程においては、入力した生体高分子の原子座標から、相互作用点情報データベースを参照して、そこに含まれる位置情報に基づいて該構成原子に対する相互作用点の座標が特定される。この工程で行われる相互作用点の座標の決定は、データベース化した位置情報を生体高分子の構成単位の原子座標に適用、即ち機械的に当てはめるだけであり、既知の方法により容易に実施し得る。その際、生体高分子全体に含まれる構成原子を対象としてもよいし、例えば目的領域がある場合や、他の分子が結合している場合などには、一部の領域を指定して処理してもよい。
【００３１】
本発明の第二工程の実施態様の一例を以下に示す。
生体高分子（例えばタンパク質）の原子座標を入力する。必要であれば対象範囲を選択する。生体高分子の構成原子を選択する。相互作用点情報データベースにアクセスし、前記構成原子に対応する位置情報を該原子の名前（例えばＰＤＢ形式で与えられる原子の名前）と所属する構成単位の名前（例えばアミノ酸名）のマッチングを用いて取得する。前記位置情報に基づいて、前記生体高分子の相互作用点候補の位置を決定する。他の構成原子が残っている場合は次の構成原子を選択。残っていない場合には終了とする。
【００３２】
この工程によって、従来の技術のように生体高分子全体の特徴（例えばタンパク質であれば疎水性表面領域の分布や、表面凹凸の形状など）を考慮することなく、その座標情報から相互作用点の候補の位置を特定することが可能となり、必要により生体高分子の構造と共に立体表示することもできる。また、相互作用点情報データベースが物理化学情報を含む場合には、物理化学情報を例えば文字表記、色分け等で視覚化して生体高分子と共に立体表示することによって、相互作用点の位置と物理化学情報を同時に参照することが可能となる。
特に、相互作用点候補の物理化学情報にマリケン原子電荷を含む場合には、得られた相互作用点候補を２〜３Å程度の球で表示することで、生体高分子表面における疎水性領域や親水性領域の分布が、生体高分子のファンデルワールス表面に静電ポテンシャルをマッピングするのと同等に情報化される。さらに、三次元座標のクリッピングを適用することで、生体高分子内部の静電的な状態をもスライスしながら確認できるようになる。
なお、この工程で算出された相互作用点を、本明細書において以後、文面に応じて「算出された相互作用点」または「算出相互作用点」または「相互作用点候補」と表現する場合があるが、本工程で算出された相互作用点は、構成原子の相互作用点を、生体高分子（例えばタンパク質）そのものの相互作用点の候補として網羅的に、かつ、機械的に示したものに過ぎず、生体高分子において実際にリガンド等に対する相互作用に関与する点を意味するものではない。
【００３３】
３、第三工程
本発明の第三工程では、第二工程で特定された相互作用点候補のうち、生体高分子の構成原子との相互作用に関与する相互作用点が除去される。
本明細書において、生体高分子システム内部構造とは、生体高分子表面と、その内部を区別するためだけの用語としての意味である。この区別は、生体高分子の内部に埋もれている構成原子はその周囲にある構成原子との相互作用によって安定化しているのに対して、生体高分子表面に張り出している構成原子は溶媒分子などとの相互作用によってもエネルギー的な安定化（溶媒和エネルギー）を獲得しているという大きな違いによるものである。
構成原子との相互作用に寄与すると判断される相互作用点は、既に生体高分子の内部構造の安定化に関与しており、リガンド結合などの他の目的に関与する余地はないと考えられる。従って、本工程においては、第二工程で算出された各相互作用点について、それが生体高分子の構成原子との相互作用に寄与するか否かを一定の基準に従って判定し、寄与すると判断されるものは算出相互作用点から除去される。
構成原子との相互作用に寄与するか否かを判定する基準としては、例えば「相互作用点候補と生体高分子の構成原子との距離」が挙げられる。即ち、生体高分子の構成原子と一定の距離条件（以下、相互作用距離条件ともいう）を満たす相互作用点を排除するとすることができる。即ち、本工程においては、好ましくは、第二工程で特定した各相互作用点候補について、その所定距離内に生体高分子の構成原子が存在する場合に、前記相互作用点候補を除去する。
【００３４】
相互作用距離条件は生体高分子を構成する重原子の非結合性相互作用平衡距離からの相互作用有効距離の平均的な距離から当業者が原子間エネルギー曲線に従って設定することが可能であり、例えば生体高分子システム内の重原子のみに相互作用条件を適用する場合について、例えば２〜４Åの範囲で設定することが可能であり、このうち、生体高分子構成重原子の前記非結合性相互作用の一般的な有効距離である３〜４Åから設定されるのが好ましく、３．５Åが特に好ましい。水素原子にも相互作用条件を適用することが可能であり（図６参照）、その場合に採用し得る相互作用距離条件は前記相互作用有効距離から水素原子のファンデルワールス半径を差し引いた２〜３Åから設定されるのが好ましく、２．５Åが特に好ましい。また、すべての相互作用点候補について同一の距離条件を適用する必要はなく、例えば相互作用点候補の物理化学的性質が判明している場合には、その性質を有する相互作用点について個別に距離条件を設定してもよい。
【００３５】
以下に、重原子の非結合性相互作用平衡距離からの相互作用有効距離の平均的な距離について具体的に説明する。例えば近距離相互作用であるファンデルワールス相互作用（生体高分子内部相互作用の大部分を占める）、軌道相互作用、電荷移動相互作用などはこれら非結合性相互作用に関与する原子のファンデルワールス半径付近を相互作用エネルギー極小点（平衡距離）として、該原子のファンデルワールス半径に依存する相互作用安定化領域（平衡距離からの相互作用有効距離）が存在する。タンパク質分子の主な構成重原子である炭素、窒素、酸素原子のファンデルワールス半径がほぼ等しいことから、必然的にこれら重原子が関与する近距離相互作用の有効距離もほぼ同等となり、該有効距離を平均的な距離として利用できる。なお、静電相互作用、双極子相互作用などは遠距離（１０Å以上）まで有効距離のある相互作用であるが、遠距離相互作用は密にパッキングしている生体高分子内部では近隣との強い相互作用によって相殺されるためにまれであり、また生体高分子表面においては高い誘電率のためにこれら遠距離相互作用の効果がほとんどなくなると考えられ、本明細書では静電相互作用や双極子相互作用などの場合は近距離のみ考慮していることになる。
各相互作用点候補と、生体高分子の構成原子との距離は当業者が任意の方法で計算し得る。生体高分子の構成原子、相互作用点の座標は特定されているため、それらの任意の二点間の距離を容易に算出し得ることは明らかである。
生体高分子の構成原子と算出相互作用点の全組み合わせについて二点間の距離を網羅的に計算してもよいが、例えば空間的範囲を限定するなどして計算速度を向上させることも可能である。一例として、生体高分子の立体構造を扱う場合に三次元空間をグリッドで分割して計算を簡略化することが当技術分野で一般に行われている。
【００３６】
例えば以下の方法を採用し得る。生体高分子システム全体または特定領域を一定間隔のグリッドで分割し、該グリッドを構成する各立方体（以下、セルという）に生体高分子システムの構成原子が含まれているか否かを記録しておき、相互作用点を含むセルと同じセルまたは該セルに隣接するセルに相互作用距離条件を満たす生体高分子システムの原子が含まれている場合、それらの原子と算出相互作用点との距離を計算するとする方法を採用し得る。
なお、グリッドの間隔は、採用する相互作用距離条件との関係において本発明を実施するものが任意に決定することができるが、一般に、相互作用距離条件以上の任意の値であればいいのは明らかである。また、本明細書において、「隣接するセル」とは、特定のセルを中心として、該セルといずれかの面、辺、または頂点を共有する２６の各セルを意味する。
上記方法を採用することにより、相互作用点候補と生体高分子構成原子との全ての組み合わせについて網羅的に計算するよりも圧倒的に高速に計算することが可能となる。
【００３７】
本発明の第三工程の実施態様の一例を以下に示す。
計算が必要な範囲を選択し、グリッドで分割する。相互作用点候補を１つ指定する。該相互作用点候補を含むセルと該セルに隣接するセルに、生体高分子の原子が存在するか調べる。存在しない場合は、次の相互作用点候補を指定する。存在する場合は、前記相互作用点候補と前記生体高分子の原子との距離を計算し、相互作用距離条件を満たすか否か確認する。相互距離条件を満たす原子がある場合、前記相互作用点候補を削除する。満たすものがない場合は、次の相互作用点候補を指定する。相互作用点候補が残っていない場合は、終了する。
【００３８】
４、第四工程
本発明の第四工程では、第三工程後に残存する相互作用点候補のうち、生体高分子システムの表面と溶媒分子との相互作用に関与する相互作用点が除去される。なお、本発明の第四工程を実施する場合には、第二工程で特定された相互作用点候補を対象として第四工程を先に実施し、その後に第三工程を実施するとすることも可能である。
生体高分子は通常、周囲の水分子と相互作用しており、溶液中では溶媒和している。すなわち、常温では溶媒分子は振動しながら生体高分子表面と結合と解離の平衡状態にあり、生体高分子表面に算出された相互作用点の大部分は溶媒分子との溶媒和に関与していると考えられる。従って、溶媒分子との相互作用に関与している相互作用点候補を除去することによって、相互作用点候補の絞込みを行うことができる。
生体高分子の表面と溶媒分子との相互作用に関与する相互作用点とは、生体高分子の溶媒和エネルギーによる安定化（すなわち、生体高分子が溶媒に溶ける）に寄与する相互作用位置を意味する。ある相互作用点候補が溶媒分子との相互作用に関与する相互作用点であるか否かの判断基準は、科学的根拠に基づいて当業者が任意に設定することが可能であり、例えば生体高分子の分子表面構成原子との距離条件を基準に定めることができる。例えば、生体高分子のＸ線結晶解析で得られる結晶水の内、生体高分子と優位に水素結合しているとされるものは、水素原子から２．０〜２．５Åの距離にあり、これは水分子のファンデルワールス半径と生体高分子表面構成原子のファンデルワールス半径の和、すなわち溶媒接触表面、に相当する。
採用し得る分子表面としては、例えば溶媒接触表面およびファンデルワールス表面が挙げられる。即ち、本発明の第四工程においては、好ましくは、生体高分子の溶媒接触表面またはファンデルワールス表面の外側に存在する相互作用点候補を除去する。
【００３９】
ここでファンデルワールス表面とは、分子を構成する各原子のファンデルワールス半径で形成される表面を意味する。また、溶媒接触表面とは、一般に、ファンデルワールス表面を溶媒分子のファンデルワールス半径(水分子では一般に１．４Åが用いられる)を持つ球が自由に移動したときの球の中心の軌跡により表される表面を意味するが、本明細書においては、前記球の半径は必ずしも水分子のファンデルワールス半径である必要は無く、本発明を実施する際に、所望する絞り込みの程度などに応じて発明を実施する者が任意に設定し得る。例えば、外側の相互作用点も残しておきたい場合や、高分子などの外部因子と分子表面の凸部分で複合体を形成するような領域を探索するのであれば、溶媒のファンデルワールス半径に相当する距離条件を大きくし得る（例えば１．５〜２．５Å）。また、水分子との溶媒和に関わる相互作用点を除去するのであれば、水のファンデルワールス半径よりも２〜３割程度小さい半径、例えば１．０Åを用いるべきであるし、タンパク質表面の小さな凹みで複合体を形成するような領域を探索するために、タンパク質表面に算出されるその他の相互作用点と区別したい場合などには、距離条件を小さくし得るし（例えば０．５〜１．０Å）、そもそもこの工程を実施しなくてもよい。
即ち、本工程においては、好ましくは、ここで溶媒接触表面とファンデルワールス表面のいずれを適用するかは発明を実施する者が選択し得る。例えば、生体高分子表面上の浅い凹みにある基質結合部位等の相互作用点を見逃したくない場合には溶媒接触表面を利用し得るし、タンパク質内部の空洞部分にリガンド結合部位があると分かっている場合にはより内側にあるファンデルワールス表面を使用してタンパク質表面外のすべての相互作用点候補を除去し得る。
【００４０】
各相互作用点候補が、生体高分子の溶媒接触表面またはファンデルワールス表面の外側に存在するか否かの判定は、当業者が任意の方法で行い得る。例えば、ConnollyらのMolecular Surface Package（http://www.biohedron.com/）などで得た表面座標を利用して判定してもよい。また、例えば、生体高分子を立方体で覆い、グリッドで分割し、分子表面の境界セルを決定してその内側であるか外側であるかを基準として距離を判定することが可能である（図７参照）。ここで、境界セルは、当業者に知られるいずれの方法により決定してもよい。例えば図７を参照されたい。即ち、第四工程においては、生体高分子をグリッドで分割し、溶媒接触表面またはファンデルワールス表面の境界セルを決定し、該境界セルの外側に含まれる相互作用点候補を除去することにより行うことが可能である。
【００４１】
本発明の第四工程の実施態様の一例を以下に示す。
境界セルを決定する。以下のような方法で決定し得る。
（１）ファンデルワールス表面を用いる場合
(i)生体高分子システム全体を一定間隔のグリッドで分割する。グリッドの間隔は、小さければ小さいほど精度が増すが、計算機資源を考慮すると、１．５Å程度で十分である。
(ii)グリッドを構成する各立方体（以下、セルという）に生体高分子の構成原子が含まれるか否かを記録する。
(iii)ｘ、ｙ、ｚ方向のそれぞれで、セルが一列に並んだ列をすべて両端から走査し、各走査において、生体高分子の構成原子が最初に出現したセルに含まれる原子種のファンデルワールス半径距離分だけ外側にある全セルにフラグを設定する。
(iv)ｘ−ｙ平面、ｙ−ｚ平面、ｚ−ｘ平面すべてに対して再び両端から走査し、最初に出現したフラグ化されたセルを境界セルとして全境界セルを決定する。
【００４２】
（２）溶媒接触表面を用いる場合
(i)生体高分子システム全体を一定間隔のグリッドで分割する。ここで、グリッドの間隔は、所望の距離条件の値、例えば１．４Åとすることができる。
(ii)グリッドを構成する各セルに生体高分子の構成原子が含まれるか否かを記録する。
(iii)ｘ、ｙ、ｚ方向のそれぞれで、セルが一列に並んだ列をすべて両端から走査し、各走査において、生体高分子の構成原子が最初に出現したセルに含まれる原子種のファンデルワールス半径距離分だけ外側にあるセルの全隣接セルにフラグを設定する。
(iv)ｘ−ｙ平面、ｙ−ｚ平面、ｚ−ｘ平面すべてに対して再び両端から走査し、最初に出現したフラグ化されたセルを境界セルとして全境界セルを決定する。
上記（１）または（２）の方法により境界セルを決定した後に、該境界セルの外側に存在する相互作用点候補を削除する。
【００４３】
以上のように本発明の第三工程および第四工程では、算出した相互作用点が生体高分子の内部構造の安定化にすでに利用されているかどうか、および生体高分子システム表面に関しては、溶媒分子との相互作用に関与しているかどうかを判定できるようにした。つまり、相互作用点がいずれにも関与していない場合、これら相互作用点が他の外部因子との相互作用あるいは自身の立体構造不明領域との相互作用に関わっている可能性が非常に高い。利用されていない相互作用点を立体構造可視化プログラム上で生体高分子とともに表示できるようにしたところ、後述の実施例に示すように、これら相互作用点が存在する部位と実際の外部因子の複合体形成部位が完全に一致するだけでなく、予測された相互作用部位における複数の相互作用点を三次元的に結びつけて得られる形状および相互作用点の物理化学情報から、それぞれ潜在的な外部因子の形状および潜在的な外部因子の化学的要求性までもが正確に予測できることが分かった。
【００４４】
また、本発明は、タンパク質のみならず、核酸および糖などの他の生体高分子に対しても実施することが可能である。その場合、前述の通り、各生体高分子を構成する原子団（核酸であれば例えばその構成単位である五種類の核酸塩基と二種類の糖、多糖では代表的な単糖類が好ましい）についての相互作用点の「位置情報」および必要により「物理化学情報」を本明細書に示した方法等に従って収集し、本明細書に示したと同様のデータベースを作成して参照可能な状態にすれば十分である。例えば、各塩基について、置換プリン、置換ピリミジン、D-リボースおよびD-2-デオキシリボースをモデル化合物としてエネルギー極小点を計算することができる。なお、核酸や糖は、タンパク質に比べ圧倒的に親水的であるため、モデル計算には溶媒和効果を加味した反応場モデル計算を利用する必要があり、特に、誘電率に大きく左右される静電相互作用や双極子相互作用のようなタンパク質内部では強力な安定化相互作用がこれら生体高分子ではほとんど寄与してこないという違いはあるものの（Gallivan, et.al.; J. Am. Chem. Soc, 2000, 122 870-874参照）、相互作用自体の本質が変わるわけではなく、該相互作用点データを利用する本手法においてはあらゆる分子が対象となることはいうまでもない。
【００４５】
５、相互作用点の利用
本発明を実施した場合には、相互作用点予測は、比較的大きな生体高分子システムであっても、一般的なパーソナルコンピュータでもわずか数秒で完了する。また、通常のプログラムでは水素原子は自動的に付加されるため、プロテインデータバンクから提供される生体高分子のデータを編集する等の特別の処理も一切必要としない。ただし、より精度良く相互作用点を算出したい場合には自動付加された水素原子、または側鎖に対する構造最適化を実施しても良い。
本発明においては、好ましくは、予測された相互作用点がディスプレイあるいはその他の媒体上に表示される。表示は、生体高分子とともにに、好ましくは立体的に表示される。また、相互作用点情報データベースに物理化学情報が含まれる場合には、それらの情報を分類して、例えばその相互作用点における相互作用エネルギーが電子相関項支配および静電項支配のいずれであるかを区別し得るように色分けして表示することができる。ここで、色分けとは視覚的に判別可能であればよく、広く色彩、模様等により区別された表示を含む。以上のように、生体高分子とともに、予測された相互作用点の位置およびその物理化学情報をコンピュータ画面上に表示することにより、相互作用点の情報を容易に認識することが可能となる。なお、生体高分子および相互作用点の表示には、プロテインデータバンクから提供される座標形式（ＰＤＢ形式）を認識できるものであれば、すべてのプログラム、例えばHyperChem、RasMol、Swiss-PDB Viewerなどを使用することが可能である。
【００４６】
本発明により得られる相互作用点は相互作用相手となる分子や原子の重原子位置に「点」として特定され、場合により該相互作用点の物理化学情報が加わるため、漠然と領域のみを予測する既存方法とは異なり、相互作用相手の形状（スキャッホールド）および化学的要求性（ファーマコホア）までも正確に予測し、かつ構造ベース創薬の中核をなす分子重ね合わせ技術のための最も重要な情報である、科学的に意味を持った「点」の情報を提供することが可能となる。
予測された相互作用点は対象の生体高分子における潜在的な相互作用点であり、相互作用点が複数分布している部位は潜在的な相互作用部位である。すなわち、単発的、局所的に予測された相互作用点は生体高分子システムを構成する金属原子、水分子あるいはリン酸分子などの比較的小さな低分子が相互作用する位置と推測でき、複数の相互作用点が分布している部位はリガンドや補酵素などの低分子化合物の複合体形成部位、コファクターや他の生体高分子の複合体形成部位、または自身の遠隔構造との相互作用部位と推測できる。さらに、リガンドなどの外部因子との複合体に対して本発明を実施した場合、該リガンドの周辺に相互作用点が算出されれば、これがリガンドの親和性向上のための構造修飾に関する指針、さらには、リガンドのアゴニズムとアンタゴニズムの制御に関わる構造要求性などについての指針として役立つ。また、生体高分子の側鎖や主鎖コンフォメーションに関しては、複合体形成に伴う誘導適合効果などの予測に役立つ。その他、生体高分子の全体あるいは部分的なモデリングにおいては、相互作用点情報を利用して安定なコンフォメーションを探索するなど、生体高分子の安定性を評価するのに役立つ。
【００４７】
本発明においては、予測された相互作用部位における個々の相互作用点を生体高分子側の重ね合わせ点として利用し、任意の低分子化合物と重ね合わせを実施することで、前記相互作用点または相互作用部位の安定化に寄与する化学基、化学種あるいは分子種等を推定することが可能である。これにより、任意の分子が該相互作用部位に複合体形成可能かどうかを推定でき、また、重ね合わせに成功した単一あるいは複数の低分子化合物の構造から、個々の相互作用点との相互作用に有効な化学基等を推定することが可能となる。
重ね合わせを行うためには、当技術分野に知られるいずれの方法、アルゴリズム等を用いてもよい。例えば、最小二乗法を用いた重ね合わせが挙げられる。
予測された相互作用部位において、コンピュータの計算処理能力を考慮して例えば３〜５個の相互作用点を重ね合わせに用いるのが最適であるが、予測された全相互作用点あるいは最低１個以上の任意の数の相互作用点を用いてもよい。
【００４８】
また、重ね合わせに用いる化合物の各重原子に、前もって相互作用形態タイプを付加しておくことによって、より効率的な計算を行うことが可能である。
重ね合わせに用いる低分子化合物側の相互作用形態タイプは生体高分子側の重ね合わせ点との重ね合わせに利用するだけであるので、必ずしも全重原子に割り振っておく必要はなく、代表的な重原子だけに割り振っておくだけでもよい。また、該重原子がタンパク質内に見出される相互作用形態タイプと同等の化学結合環境にある場合は同じ物理化学情報が利用できるし、ハロゲン原子やその他医薬化合物等にみられる化学結合環境に対応した相互作用形態タイプを追加しておくこともでき、前記の表１以下に記したマトリクス形式のデータに各組み合わせの相互作用形態の物理化学情報を追加しておくことができる。
なお、重ね合わせの対象となる低分子化合物は安定コンフォメーションをもつ三次元構造で与えられることが好ましいが、座標が与えられていれば任意の二次元構造または三次元構造でもよい。このとき、低分子化合物は市販化合物、自前の化合物または仮想の化合物などのあらゆる化合物でよく、単体であっても複数分子を含んでもよい。
【００４９】
重ね合わせは、生体高分子システム側の重ね合わせ点として選んだ相互作用点の数と低分子化合物の相互作用形態タイプを付加された原子の数から生じる全組み合わせについて実施することになるが、前記マトリクス形式のデータを参照して相互作用形態タイプの可能な組み合わせ（不安定化にならない組み合わせ）が全重ね合わせ点で成立している場合だけを考慮することで、化学的に無駄な重ね合わせを論理的に排除できる。これにより、膨大な数の不要な計算が論理的に省略でき、結果として高精度でかつ高速なドッキングシミュレーションを実現できるようになる。
後述の実施例で述べるように、相互作用点の全体あるいは一部を生体高分子側の重ね合わせ点として利用し、任意の低分子化合物とドッキングシミュレーションを行ったところ、最安定複合体構造が高精度に得られることが分かった。さらには、生体高分子内部構造の動的挙動、外部因子の親和性増強に関する指針までもが得られることが分かった。これにより、任意の生体高分子システムにおけるリガンドなどの外部因子あるいは自身の遠隔構造の認識に関係し、認識に必要な物理化学情報を保持した相互作用点を化学的根拠に基づいて予測し、さらにこれを利用することが可能となった。
【００５０】
また、本発明においては、予測された単一または複数の相互作用点の相互作用点情報を利用し、生体高分子の相互作用部位で直接、医薬候補化合物などの機能低分子を設計する、いわゆるＤｅ  Ｎｏｖｏ設計を行うことも可能である。
相互作用点情報をデータベース化する工程において、相互作用点を相手側重原子の最安定位置に定義している場合、任意の相互作用点上に、相互作用形態タイプの可能な組み合わせを考慮して、重原子あるいは水素原子を付加した重原子を配置し、これら重原子が結合距離範囲内にあれば、結合で結ぶことができ、結合範囲外であれば任意のリンカーを介して結合で結ぶことができる。また、水素原子は生成した結合情報を基に各重原子に後から付加することもできる。
さらに、単一または複数の相互作用点と官能基や原子団との重ね合わせを部分的に実施して、配置された単一または複数の官能基や原子団を使って同様に化合物を設計することもできる。
以下、本発明の実施の実施例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
【実施例１】
【００５１】
本発明の有効性を示すために、プラズマヒトレチノール結合タンパクを一例として、天然リガンドであるレチノール分子と複合体を形成する以前の立体構造中（以下、アポ型と表す）に潜在的なリガンド結合部位を予測できることを示す。
生体高分子システムの前処理は、本願発明者が開発したHomology Modeling for HyperChem (Homology Modeling for HyperChem, Revision A3; Institute of Molecular Function; Saitama, Japan, http://www.molfunction.com) を用いて実施した。また、生体高分子システムの立体構造はプロテインデータバンク（以下、PDBと記す。http://www.pdbj.org/index.html）から提供されるものを使用した。相互作用点情報データベースは、本願発明者の作成したデータベース（２００６年１月１５日作成版）を使用した。
プラズマヒトレチノール結合タンパク質の立体構造は、PDBから提供されるPDB ID: 1BRQ を使用した。このタンパク質のＮ末端とＣ末端はツビッターイオンとして処理し、立体構造に含まれている水分子の水素原子の初期座標は、Homology Modeling for HyperChemの水素原子初期座標評価プログラム（http://www.molfunction.com/algorithm.htm) を用いて決定した。タンパク質システムに含まれる全水素原子に関して、Amber94力場、Polak-Ribiere極小化アルゴリズムを用いてRMS勾配1.0kcal/Åmolを終了条件として構造最適化した。
【００５２】
相互作用点情報データベースに基づいて前記タンパク質上の相互作用点の位置を特定した。この際、水酸基とチオール基の水素原子に関する相互作用点を60度刻みで発生させ、水酸基、チオール基およびチオエーテルの重原子（すなわち酸素原子と硫黄原子）に関する相互作用点を同じく60度刻みで発生させた。生体高分子の構成原子との相互作用要件としては、水素原子との距離も考慮し、グリッドサイズを2.5Å、相互作用距離条件を同じく2.5Åとした（図６）。このとき、タンパク質システムに含まれる水分子は考慮しなかった。溶媒分子と相互作用する相互作用点除去の工程においては、実施例２と比較するため、0.8Åのグリッドによる境界セル条件（図７）とし、溶媒接触表面を用いた。以上の条件で相互作用点予測を行った。
図８に、アポ型レチノール結合タンパク質における相互作用点の予測結果を示す。なお、図中の細かな点は水分子の酸素原子である。得られた相互作用点の数は、タンパク質内部に16点、タンパク質表面上の4ヶ所に計5点の合計21点であった。タンパク質内部に算出された16点の相互作用点は限られた範囲内にまとまって予測されており、この部分が相互作用部位であることは容易に推測できる。また、タンパク質表面に算出された相互作用点は4ヶ所の場所に１点ないし2点ずつあり、これらはいずれも溶媒接触表面処理で完全に除去しきれなかった相互作用点候補か、溶媒分子などとの相互作用点であると判断でき、リガンド結合部位と明確に区別できる。相互作用点の物理化学情報としては、弱く正に荷電した静電項支配の相互作用点が、タンパク質内部に4点、およびタンパク質表面に１点算出された。また、タンパク質表面には強く正に荷電した静電項支配の相互作用点が１点あり（全体図で最も左側にある相互作用点の裏に隠れているため、表示されていない）、残りはいずれも電子相関項支配の相互作用点であった。
なお、各工程における相互作用点の数は、第２工程では3367点、第３工程では644点、第４工程では21点であった。
【００５３】
このタンパクには複数のキャビティーおよび凹凸が存在しているが、本発明を用いた場合には前述の通り１ヶ所の部位のみに集中的に複数の相互作用点が予測される。また、図８には、比較のため、複合体を形成（以下、ホロ型と表す）している同種レチノール結合タンパクの重ね合わせで得たレチノール分子も併せて示している。本発明で予測された該相互作用部位の一部は実際に複合体を形成しているレチノール分子の脂溶性部分と完全に一致していた。
一方、レチノール分子のアルコール部分に対応する相互作用点が予測されないが、その理由は、図８に示すように、アポ型レチノール結合タンパクではレチノール分子のアルコール官能基が相互作用するはずの相互作用点を該タンパク自身のフェニルアラニン側鎖が占有しているためである。言い換えれば、リガンド認識に関わる相互作用点あるいは相互作用部位は、アポ型では、内部構造の安定化に利用されているという重要な化学的考察をもたらす。
このように、本発明を用いた場合には、タンパク質内部あるいは表面に複数のキャビティーや凹凸が存在しても、さらに、内部で安定化してしまっているようなアポ型であっても、極めて正確に外部因子の複合体形成部位を予測できることが分かる。
【実施例２】
【００５４】
次に、ホロ型では、リガンドの複合体形成部位のみならず、リガンド分子の形状およびリガンドの化学的要求性までもが正確に予測できることを示す。
タンパク質の立体構造はPDBから提供されるPDB ID: 1BRP を用いた。タンパク質システムの前処理では、水素原子の構造最適化を実施する直前に、レチノール分子に結合情報、水素原子、Amber94力場原子タイプおよびMNDO/d原子電荷を割り振った。その他の前処理、生体高分子の構成原子との相互作用条件（水分子に加え、レチノール分子も考慮しない）および溶媒分子との相互作用条件はすべて実施例１と同様に実施した。
図９にホロ型のプラズマヒトレチノール結合タンパクに対して相互作用点を予測した結果を示す。なお、図中の細かな点は水分子の酸素原子である。図には、比較のため、同時に複合体を形成しているレチノール分子も示している。得られた相互作用点の数はタンパク質内部に13点とタンパク質表面上の3ヶ所に計3点の合計16点であった。タンパク質表面に算出された相互作用点はいずれも溶媒接触表面処理で完全に除去しきれなかった相互作用点候補か、溶媒分子などとの相互作用点と判断される。これに対して、タンパク質内部に予測された13点を含む領域はリガンド結合部位と完全に一致していた。相互作用点の物理化学情報としては、弱く正に荷電した静電項支配の相互作用点がタンパク質内部に3点、およびタンパク質表面に2点あり、弱く負に荷電した静電項支配の相互作用点がタンパク質内部に１点あった。残りはいずれも電子相関項支配の相互作用点であった。
なお、各工程における相互作用点の数は、第２工程では3367点、第３工程では631点、第４工程では16点であった。
【００５５】
リガンド結合部位に予測された相互作用点を三次元的に結びつけて推測される形状は複合体を形成しているレチノール分子とかなり良く一致することが分かる。また、ホロ型ではフェニルアラニンによる占有がなくなり、レチノール分子のアルコール酸素原子上に、正に荷電した静電項支配の相互作用点、したがって、レチノール分子の負電荷の大きいアルコール酸素と静電相互作用によって安定化する相互作用点が予測されている。
さらに、ホロ型のフェニルアラニンは図８のアポ型で予測された上方の相互作用点上に移動しており、このことは、本発明が誘導適合効果等の生体高分子内部構造の動的挙動までも予測できることを示している。
予測された相互作用点の物理化学情報はレチノールの脂溶性部分に対応する相互作用点ではいずれも電子相関項支配であり、アルコール部分に対応する相互作用点では先に述べたように正に荷電した静電項支配であると正確に予測されている。また、１点の弱く正に荷電した静電項支配の相互作用点が共役オレフィン面上に正しく予測されている。
【実施例３】
【００５６】
次に、大腸菌グルタミンアミドトランスフェラーゼのグルコサミン−６−リン酸シンターゼ領域の相互作用点予測について説明する。この酵素はタンパク質表面のかなり浅い凹みに基質結合部位があり、複数のキャビティーや凹凸が存在していることが特徴である。本発明はこのような場合にも正確に相互作用点を予測し得ることを示す。
この酵素の立体構造は、PDBから提供されるPDB ID: 1MOR を用いた。溶媒分子との相互作用条件として1.0Åの境界セル条件による溶媒接触表面を用いた以外は、実施例２と同様の条件を採用した。
なお、各工程における相互作用点の数は、第２工程では6676点、第３工程では986点、第４工程では21点であった。
図１０には大腸菌グルタミンアミドトランスフェラーゼのグルコサミン−６−リン酸シンターゼ領域に対して相互作用点を予測した結果を示す。なお、図中の細かな点は水分子の酸素原子である。図には、比較のため、同時に複合体を形成しているグルコース−６−リン酸分子も示している。
【００５７】
相互作用点はタンパク質表面上の6ヶ所に計19点、タンパク質内部の2ヶ所に計2点の合計21点であった。タンパク質表面に予測された6ヶ所のうち、4ヶ所が結晶水の座標と完全に一致していた。また、図１０の全体図で最も上に算出されている負に荷電した静電項支配の相互作用点は、溶媒接触表面処理で完全に除去しきれなかった相互作用点候補、または溶媒分子との相互作用点と推測でき、14点の相互作用点がまとまって予測されている残りの１ヶ所は、グルコサミン−６−リン酸シンターゼ領域の基質結合部位と完全に一致した。なお、タンパク質内部には2ヶ所の異なる位置に１点ずつ電子相関項支配の相互作用点が予測されているが（１点は全体図のほぼ中央に、もう１点はグルコース−６−リン酸分子の真下にあり、図では隠れてしまっている）、本酵素はグルコース−６−リン酸が結合している部位とはかなり離れた位置からアンモニア分子が移動してくるためのトンネル機構を有しており、これらタンパク質内部の相互作用点はこのトンネル内に予測されている可能性がある。
グルコサミン−６−リン酸結合部位における14点の各相互作用点の物理化学情報はグルコース−６−リン酸分子のピラノース環上では電子相関項支配の相互作用点と弱く正に荷電した静電項支配の相互作用点が複数ずつ予測されており、また、リン酸部分では正に荷電した静電項支配の相互作用点のみが複数予測されていることから、結合しているグルコース−６−リン酸分子、あるいは既知基質の化学的特長を正確に予測していた。
【実施例４】
【００５８】
次に、別のタンパク質、すなわち、アゴニストコンフォメーションを採用するヒトレチノイン酸レセプターリガンド結合領域（ガンマサブタイプ）と天然リガンドであるレチノイン酸を用いて本発明の有効性を示す。本レセプターはリガンド結合部位をタンパク質内部の空洞（キャビティー）にもつことが特徴である。
前記レセプターの立体構造はPDBから提供されるPDB ID: 2LBD を用いた。採用した条件は、生体高分子の構成原子との相互作用点条件として相互作用距離条件2.4Åを用いた以外は、実施例２と同様であった。
なお、各工程における相互作用点の数は、第２工程では4420点、第３工程では765点、第４工程では26点であった。
図１１および図１２には予測した相互作用点および複合体を形成しているレチノイン酸分子を比較のために同時に示しており、それぞれ前面図（図１１）と側面図（図１２）である。なお、図中の細かな点は水分子の酸素原子である。実施例１から３と同様に、このタンパク質には複数のキャビティーや凹凸が存在しているが、予測された相互作用部位は実際の複合体形成部位と完全に一致する。得られた相互作用点の数は、タンパク質表面の6ヶ所に計8点、タンパク質内部に18点の合計26点であった。タンパク質表面に算出された相互作用点のいくつかは溶媒接触表面処理で完全に除去しきれなかった相互作用点候補か、溶媒分子などとの相互作用点と判断されるが、このうち2ヶ所の3点はＣ末端付近にあり、他の核内レセプターでＦ領域と呼ばれる該Ｃ末端に続く構造が結合している部分と同一の場所にあった。また、もう１ヶ所の１点は活性化因子または抑制因子が結合する部分に予測されていた。相互作用点の物理化学情報としては、弱く正に荷電した静電項支配の相互作用点が3ヶ所のタンパク質表面にそれぞれ１点ずつとリガンド結合部位に2点あり、弱く負に荷電した静電項支配の相互作用点が2ヶ所のタンパク質表面にそれぞれ１点ずつ予測されていた。残りはいずれも電子相関項支配の相互作用点であった。
リガンド結合部位に予測された相互作用点を三次元的に結びつけて推測される形状および各相互作用点の物理化学情報は天然リガンドの候補を膨大な有機化合物の中から絞り込む上で極めて有用な情報となっていることが分かる。すなわち、各相互作用点における物理化学情報がレチノイン酸の脂溶性部分ではいずれも電子相関項支配であり、カルボン酸部分では正に荷電した静電項支配であると予測されており、予測された相互作用点から推測される形状情報とあわせることで、天然リガンドが不明な場合でも、該レセプターの天然リガンドが脂肪酸であることは、これらの情報から容易に推測できる。
【実施例５】
【００５９】
次に、本発明で予測した相互作用点情報が高親和性を目指したリガンドの構造修飾または新規低分子化合物の設計、探索に対して効果的な指針を提供できる実例を示す。
図１３にはアンタゴニストコンフォメーションを採用したマウスレチノイドＸレセプターリガンド結合領域Ｆ３１８Ａミュータント（アルファサブタイプ）のリガンド結合部位とその部位で複合体を形成しているオレイン酸分子を示している。なお、図中の細かな点は水分子の酸素原子である。
このレセプターの立体構造は、PDBから提供されるPDB ID: 1DFK を用いた。1DFKはレチノイン酸レセプターとのヘテロダイマーであるので、前記レセプターから４Å内にある水分子および前記レセプター内部に取り込まれたオレイン酸分子以外の分子を切り離して利用した。また、前記レセプターのへリックス１−へリックス３ループはアゴニストコンフォメーションを採用したヒトレチノイドＸレセプターリガンド結合領域（アルファサブタイプ）の主鎖の座標を鋳型にモデリングした。生体高分子の構成原子との相互作用判定として水分子も考慮した上で相互作用距離条件を2.1Åとし、溶媒分子との相互作用条件として1.5Åのグリッドの境界セル条件によるファンデルワールス表面を用いた以外は実施例２と同様の前処理および条件にて相互作用点予測を実施した。
なお、各工程における相互作用点の数は、第２工程では4234点、第３工程では767点、第４工程では25点であった。
【００６０】
前述までの実施例同様に該タンパク質には複数のキャビティーや凹凸が存在しているが、予測された相互作用部位は実際の複合体形成部位と完全に一致する。得られた相互作用点の数はタンパク質表面の４ヶ所に計４点、タンパク質内部の2ヶ所に計21点の合計25点であった。タンパク質表面に算出された相互作用点はいずれもファンデルワールス表面処理で完全に除去しきれなかった相互作用点候補か、溶媒分子などとの相互作用点と判断される。タンパク質内部の2ヶ所の相互作用部位のうち、リガンド結合部位には19点の相互作用点がまとまって予測されていた。これに対し、タンパク質内部の残り１ヶ所は、アンタゴニストフォームを採用したへリックス12、活性化因子または抑制因子が結合する部分と一致していた。相互作用点の物理化学情報としては、弱く正に荷電した静電項支配の相互作用点がタンパク質表面に2点、リガンド結合部位に１点あり、弱く負に荷電した静電項支配の相互作用点も同様にタンパク質表面に2点、リガンド結合部位のオレイン酸分子に占有されていない部分に１点あった。残りはいずれも電子相関項支配の相互作用点であった。
これらの相互作用点から推測される形状および物理化学情報は前述までの実施例同様にリガンドの形状およびリガンドの構成重原子上の物理化学的性質、言い換えれば、リガンドの化学的要求性を極めて精度良く予測している。つまり、オレイン酸分子の炭素原子上に位置する17点の相互作用点はすべて電子相関項支配であり、カルボン酸酸素原子上に位置する１点の相互作用点だけが正に荷電した静電項支配の相互作用点であった。
【００６１】
複合体形成部位には、さらに、オレイン酸の構造で占有されない１つの弱く負に荷電した静電項支配の相互作用点が予測されている。
すなわち、オレイン酸の任意の位置より、この相互作用点で安定化をもたらす弱く正に荷電した置換基を導入することができれば、さらにこの複合体を安定化できることを示唆している。
また、先のホロ型レチノール結合タンパクにおいても（図９）、レチノールのヨノン環下部に、該リガンドに占有されない弱く正に荷電した静電項支配の相互作用点が予測されており、ヨノン環の対応する位置で酸化されているレチノール誘導体が該タンパク質のリガンドになりうる可能性を示唆している。
【実施例６】
【００６２】
最後に、予測された相互作用点情報を利用して、該生体高分子と任意低分子化合物との間の最安定複合体構造の予測についての実施例を以下に示す。
実施例４で用いたアゴニストコンフォメーションを採用するヒトレチノイン酸レセプターリガンド結合領域（水分子も含む。）に対して、分子動力学計算で別途、単独で安定コンフォメーションを用意した代表的レチノイドであるＡｍ８０をドッキングする一態様の手順を図１４に示す。
実施例４とは異なり、生体高分子の構成原子との相互作用判定に水分子も考慮しているため、タンパク質表面における単発的な相互作用点は予測されず、実際のリガンド結合部位のみに相互作用点が予測される。
予測された相互作用点は合計で16点であるが、今回は図１１においてレチノイン酸のヨノン環メチル基、10位のオレフィン炭素上、14位のカルボキシル基アルファ位炭素上に位置する電子相関項支配の3点の相互作用点をタンパク質側の重ね合わせ点として利用した。
Ａｍ８０の４つのねじれ結合を60度刻みで回転させ（８１個のコンフォメーションを発生）、各相互作用点上の相互作用形態タイプとＡｍ８０を構成する各重原子上に割り振った同情報の可能な組み合わせ（１コンフォメーションあたり9240通り）に関して重ね合わせを実施して、ドッキング可能な組み合わせに対しては、さらにＡｍ８０を構造最適化し、相互作用エネルギーを見積もった。
図１４の右下の図はドッキングシミュレーションで得られたＡｍ８０の最安定複合体構造を示しており、図１４の左下の図は実際のレチノイン酸との複合体構造を示している。
ドッキングシミュレーションで得られたＡｍ８０の最安定複合体構造は実際のレチノイン酸との複合体構造と極めて類似していることが分かり、本発明で予測される相互作用点情報がドッキングシミュレーションで極めて有効であることが示された。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】アゴニストコンフォメーションを採用するヒトレチノイン酸レセプターリガンド結合領域を用いた本発明の一態様についての概念図を示す。
【図２】フラグメント化の概念図を示す。
【図３】アラニン、ロイシン、イソロイシン、バリンおよびトレオニン側鎖末端メチル基の二体間相互作用モデル計算のための初期構造を示す。
【図４】アラニンについての相互作用点情報のデータベース化の方法の一態様である。
【図５】相互作用点情報に基づくアラニン残基上の全相互作用点の位置の特定方法を示す。
【図６】内部構造安定化に関わる相互作用点判定方法を示す。
【図７】グリッドを用いた溶媒接触表面外部相互作用点の判定方法を示す。
【図８】アポ型レチノール結合タンパクにおける相互作用点予測結果を示す。
【図９】ホロ型レチノール結合タンパクにおける相互作用点予測結果を示す。
【図１０】グルタミンアミドトランスフェラーゼのグルコサミン−６−リン酸シンターゼ領域における相互作用点予測結果を示す。
【図１１】アゴニストコンフォメーションを採用するヒトレチノイン酸レセプターリガンド結合領域における相互作用点予測結果の前面図を示す。
【図１２】アゴニストコンフォメーションを採用するヒトレチノイン酸レセプターリガンド結合領域における相互作用点予測結果の側面図を示す。
【図１３】アンタゴニストコンフォメーションを採用したマウスレチノイドＸレセプターリガンド結合領域Ｆ３１８Ａミュータントにおける相互作用点予測結果を示す。
【図１４】本発明で予測された相互作用点情報を利用して、アゴニストコンフォメーションを採用するヒトレチノイン酸レセプターリガンド結合領域とＡｍ８０との間のドッキングシミュレーションを実施する一態様についての概念図を示す。
【図２】
0005142179.tif 000004
【図３】
0005142179.tif 000005
【図４】
0005142179.tif 000006
【図１】
0005142179.tif 000007
【図５】
0005142179.tif 000008
【図６】
0005142179.tif 000009
【図７】
0005142179.tif 000010
【図８】
0005142179.tif 000011
【図９】
0005142179.tif 000012
【図１０】
0005142179.tif 000013
【図１１】
0005142179.tif 000014
【図１２】
0005142179.tif 000015
【図１３】
0005142179.tif 000016
【図１４】
0005142179.tif 000017