(57)【要約】本発明は、分子系のコンピュータモデリングの確認のための方法を提供する。この方法は、該分子系のモデルパラメータを選択する工程；該分子系の評価手段を選択する工程；該選択されたモデルパラメータを用いて該コンピュータモデリングによって該分子系をシミュレートする工程；次いで、該シミュレートする工程から該分子系の該評価手段の値を決定する工程；ならびに、該評価手段の該値が所定の範囲内にあるかどうかを試験して該コンピュータモデリングを評価する工程、を包含する。この方法は、連続的にモデルパラメータを変動させること（例えば、温度モデルパラメータを変動させること）によって、あるいは、離散的に変動させること（例えば、タンパク質の異なる残基を置換させること）によって反復して実施され得る。
2004534289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子系においてコンピュータモデリングを評価するための方法であって、該方法は：
該分子系のモデルパラメータを選択する工程；
該分子系の評価手段を選択する工程；
該選択されたモデルパラメータを用いて該コンピュータモデリングによって該分子系をシミュレートする工程；
次いで、該シミュレートする工程から該分子系の該評価手段の値を決定する工程；ならびに、
該評価手段の該値が所定の範囲内にあるかどうかを試験して該コンピュータモデリングを評価する工程、
を包含する、方法。
【請求項２】
前記モデルパラメータは、前記分子系における２つの原子の間に形成される結合の剛性である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記モデルパラメータは、前記モデル系における２つの原子の間の結合長さまたは結合角である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記モデルパラメータは、前記分子系の温度または圧力である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記モデルパラメータは、前記分子系における原子または原子の群の同一性である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記モデルパラメータは、前記分子系における原子上の電荷である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記評価手段は、前記分子系における原子間力、該分子系の原子の間の結合長さまたは結合角、該分子系の形状、該分子系の成分の間の結合親和性、および該分子系の原子速度からなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記モデルパラメータは、前記分子系における原子間の結合の剛性であり、前記評価手段は該原子上に作用する力であり、そして前記所定の範囲は、該原子の間の剛性結合に匹敵する力の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
さらに、前記分子系の化合物成分を合成する工程、該合成された化合物についての評価手段の値を決定する工程、および該分子系についての該評価手段の該値に対して該合成された化合物についての値を比較する工程、を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
さらに、
前記分子系の前記モデルパラメータを変動する工程；
該変動したモデルパラメータを用いて前記コンピュータモデリングによって前記分子系をシミュレートする工程；
次いで、前記シミュレート工程から該分子系の前記評価手段の前記値を再決定する工程；ならびに
該評価手段の再決定された該値が所定の範囲にあるかどうかを再試験して該コンピュータモデリングを評価する工程、
を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
モデルパラメータは、前記分子系の原子の電荷であり、前記評価手段は、前記分子系の化合物と標的成分との間の結合親和性であり、該成分のひとつは、原子を含み、前期所定の範囲は、結合親和性の範囲であり、そして前記変動する工程は、該原子上の該電荷の程度を変動させる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記モデルパラメータは、温度であり、前記評価手段は、前記分子系の原子の速度であり、前記所定の範囲は、速度の範囲であり、そして前記変動する工程は、前記モデル系の前記温度を変動する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記モデルパラメータは、前記分子系のタンパク質成分におけるアミノ酸の同一性であり、前記評価手段は、該分子系の標的成分に対する該タンパク質成分の結合親和性であり、前記所定の範囲は、結合親和性の一定の範囲であり、そして前記変動する工程は、前記アミノ酸の同一性を変動する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記変動する工程は、保存的置換によって前記アミノ酸の同一性を変動させる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記変動する工程は、非保存的置換によって前記アミノ酸の同一性を変動させる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記変動する工程、シミュレートする工程、再決定する工程および再試験する工程は、反復して実施される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記変動する工程において、前記モデルパラメータは、別々に変動する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記変動する工程において、前記モデルパラメータは、連続して変動する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
分子系のコンピュータモデリングを評価する方法であって、該方法は以下の工程：
該分子系のモデルパラメータを選択する工程；
該分子系の評価手段を選択する工程；
該選択されたモデルパラメータを用いて該コンピュータモデリングによって該分子系をシミュレートする工程；
次いで、該シミュレートする工程から該分子系の該評価手段の値を決定する工程；
該分子系の該モデルパラメータを変動させる工程；
該変動したモデルパラメータを用いて該コンピュータモデリングによって該分子系を再シミュレートする工程；
次いで、該シミュレートする工程から該分子系の該評価手段の値を再決定する工程
該モデルパラメータにおける変化に関して該評価手段における変化からの導関数を計算する工程；
該導関数が所定の範囲にあるかどうかを試験して該コンピュータモデリングを評価する工程、
を包含する、方法。
【請求項２０】
分子系のコンピュータモデリングを評価する方法であって、該方法は：
該分子系のモデルパラメータを選択する工程；
該分子系の評価手段を選択する工程；
該選択されたモデルパラメータを用いて該コンピュータモデリングによって該分子系をシミュレートする工程；
次いで、該シミュレートする工程から該分子系の該評価手段の第一の結果を決定する工程；ならびに、
該分子系の該モデルパラメータを変動する工程；
該変動したモデルパラメータを用いて該コンピュータモデリングによって該分子系をシミュレートする工程；
該シミュレート工程から該分子系の該評価手段の該第二の結果を決定する工程；ならびに
該第一の結果と第二の結果との間の相違が該評価手段における偏差から予測されるかどうかを決定する工程、
を包含する、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（関連出願への参照）
本願は、仮特許出願Ｎｏ．６０／２４５，７３４（２０００年１１月２日出願）、ならびにさらに、同時係属中の仮特許出願Ｎｏ．６０／２４５，７３０（２０００年１１月２日出願）、仮特許出願Ｎｏ．６０／２４５，７３１（２０００年１１月２日出願）および仮特許出願Ｎｏ．６０／２４５，６８８（２０００年１１月２日出願）の出願日に対する優先権の利益を享受する。これらのすべては、本明細書において参考として、すべての目的でその全体が援用される。
【０００２】
（発明の背景）
本発明は、分子モデリングの分野に関し、そしてより詳細には、大分子の動力学的モデリングおよび静的分析のための、コンピュータにより実行される方法に関する。
【０００３】
物体（ｂｏｄｙ）の運動は、ニュートンの運動法則によって決定される。力に供される物体にとって、ニュートンの第二法則状態：
Ｆ＝ｍａ
すなわち質量のある物体の加速度は、物体に適用される力の合計に等しい。この単純な方程式は、大きな分子の動的なモデリングおよび静的な分析の大いなる複雑性を隠す。物体の加速度は、その物体の速度の時間微分であり、その物体の速度を決定するものであり、その加速度は時間に関して積分されなければならない。同様に、物体の速度は、その物体の位置の時間微分であり、その物体の位置を決定するものであり、その速度は時間に関して積分されなければならない。従って、物体に対する力の知見をもって、積分演算を行って、所定の時間におけるその物体の速度および位置を決定しなければならない。
【０００４】
分子において、その運動が考慮されねばならない複数の物体が存在する。分子の各々の物体は、すなわち原子は、複数かつ複雑な力に供される。従って、運動および分子の形状の計算は、その分子の各原子の位置および運動の決定を必要とする。ここで、分子（数千〜数十万もの原子を含む複雑な分子）の構造、力学および熱力学のコンピュータによる計算は、完全な解答であるようである。
【０００５】
実際、分子モデリングの分野は、運動（分子力学、またはＭＤ）および多くの複雑な分子系の静かな状態（静的分析）をコンピュータにより首尾よくシミュレートしてきた。代表的な分子モデリングの適用には、酵素リガンド結合、分子拡散、反応経路、相転移、およびタンパク質折りたたみ研究が包含されている。生物科学および医薬産業、ポリマー産業および化学産業における研究者は、これらの技術を用いて複雑な分子における化学プロセスの性質を理解し、それに従って新たな薬物および物質を設計することを始めている。当然、これらのツールの受け入れられるかどうかは、いくつかの因子に基づいており、これらには、現実を表すにおける結果の正確性、モデリングされ得る分子系の大きさ、および解が得られる速度が包含される。解の正確性は一般的に受け入れられる。
【０００６】
しかし、このモデルの確実性は、試験されるべきであり、そしてそのモデルは、なんらかのモデリング近似が不適切である場合精密化されるべきである。現在の状況において、計算された結果は、研究室において測定された経験的な結果と比較される。本発明は、研究室へ頼ることなく、計算方法から直接一定の評価を得るために内部で一貫した必要性を探求し得る。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の要旨）
本発明は、分子系のコンピュータモデリングを評価するための方法を提供する。この方法は、その分子系のモデルパラメータを選択する工程；その分子系の評価手段を選択する工程；その選択されたモデルパラメータを用いてそのコンピュータモデリングによってその分子系をシミュレートする工程；次いで、そのシミュレートする工程からその分子系のその評価手段の値を決定する工程；ならびに、その評価手段のその値が所定の範囲内にあるかどうかを試験してそのコンピュータモデリングを評価する工程、を有する。この方法は、モデルパラメータを連続的に変動させること（例えば、温度モデルパラメータを変動させること）によって、または不連続に変動させること（例えば、タンパク質における異なる残基を置換すること）によって反復して実行され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（特定の実施形態の説明）
コンピュータ分子モデリングは、本発明に従って自己評価され得る。分子モデリングおよびシミュレーションは、特定の近似（例えば、原子クラスターの剛体多体近似）ならびに力場、溶媒、初期条件のモデルならびに他の環境モデルおよび内部モデルのパラメータをもってなされる。本発明は、同時係属中の米国特許出願番号＿＿＿（発明の名称：METHOD  FOR  LARGE  TIMESTEPS  IN  MOLECULAR  MODELING）（これは、上述の仮特許出願Ｎｏ．６０／２４５，６８８、米国特許出願番号＿＿＿（発明の名称：Method for Residual Form in Molecular Modeling）に対する優先権を主張し、そして上述の仮特許出願Ｎｏ．６０／２４５，７３１に対して優先権主張をし；ならびに米国特許出願＿＿＿（発明の名称：）に対して優先権を主張し、そして上述の仮特許出願Ｎｏ．６０／２４５，７３０に対して優先権を主張する。これらの特許出願は、同日に出願されており、本譲受人に譲渡され、そしてそれら全体が参考として援用される。そこで教示される得られる高速分子モデリングは、本発明の有利な点を利用する際に特に有用である。
【０００９】
図１は、本発明の分子モデリング自己評価の一般工程のフローチャートを例示する。初期工程１００では、分子動力学（ＭＤ）シミュレーションがモデルパラメータＰおよび評価手段Ｍを用いて作成される。パラメータＰは特定のモデリング仮定または近似（例えば、上述の同時係属中の出願において議論される剛体モデリング仮定）、原子力場または溶媒モデルの定数、またはモデル自体の構造でさえ（特定のアミノ酸配列）を試験するように選択される。手段Ｍは、ＭＤシミュレーションの結果物であり、そしてモデリング仮定または近似を評価するために選択される。
【００１０】
モデリングパラメータＰは、工程１０２における初期値に設定される。ＭＤシミュレーションは、Ｐの現在の設定について工程１０４において実行され、そして手段Ｍが計算される。工程１０６は、Ｐのすべての設定が実行されたかどうかを試験する。そうでない場合、Ｐは工程１０８によってあらなた値へと設定され、そしてシミュレーションが再実行される。Ｐのすべての設定が試験されるとき、評価手段の試験は工程１１０にて生じる。この方法を用いて、異なる型のパラメータＰが試験され得る。特定のパラメータＰは、どれだけのＰの設定が評価方法に必要であるかを決定し、どのようにして手段Ｍが試験Ｐへと導かれるかを決定し、そして正確にどのように評価試験が実施されるかを決定する。
【００１１】
評価試験には２つの一般的な型が使用され得る。第一の型において、分子モデルは、モデリングパラメータＰ：Ｐ１、Ｐ２、．．．Ｐｉ．．．Ｐｎの１つ以上の設定または置換を用いて実行される。ついで、評価手段Ｍを試験して
【００１２】
【数１】
2004534289.tif 000003
という特定の範囲内にそれが存在するかどうかを決定する。Ｍが有効範囲の外側にある場合、そのモデルは改変されるべきであり、そして評価試験は、Ｍがその所望の範囲内に入るまで再実行される。
【００１３】
第二の型の評価試験において、シミュレーション試験は、Ｐの２つの設定、すなわちＰ１およびＰ２を用いて実行される。ここで、Ｍの２つの得られた手段Ｍ１およびＭ２が伴う。ついで、Ｐに関してＭの偏微分を試験して、以下の特定の範囲内に偏微分があるかどうかを決定する
【００１４】
【数２】
2004534289.tif 000004
、
【００１５】
【数３】
2004534289.tif 000005
が有効範囲の外側にある場合、そのモデルは改変されるべきであり、その評価試験は、
【００１６】
【数４】
2004534289.tif 000006
がその所望の範囲内に入るまで再実行される。
【００１７】
第一の評価試験について、パラメータＰは離散しておよび連続して変動し得る。しかし、第二の評価試験について、パラメータＰは、Ｐに関する導関数をとる必要があることから連続的にのみ変動し得る。分子モデリングについての連続的に変動するパラメータの例としては、温度、圧力および特定の力場または溶媒モデルにおける変数が挙げられる。モデルにおいて離散的に変動するパラメータの例としては、分子のうちどの原子が剛体サブユニットとして最もよくモデリングされるか、どの完全な溶媒または力場モデルが分子モデル系について使用されるべきかどうか、および他の分子（例えば、タンパク質フォールディングシミュレーションの場合におけるシャペロン）の存在／不存在が挙げられる。
【００１８】
分子モデルの有効性を試験するために用いられ得る手段Ｍの例としては、分子のポテンシャルエネルギー、反応力および原子の集合をモデリングするために用いられる剛体におけるモーメント、ならびにフォールディングされたタンパク質の静的構造におけるＲＭＳ（根二乗平均）偏差誤差が挙げられるがそれらに限定されない。
【００１９】
以前に言及されるように、本発明は、結果の計算における顕著な高速化を有するモデリングおよびシミュレーション技術を用いて完全に有利に使用され得る（例えば、上述の同時係属中の米国出願において開示されるようなもの）。このことは、以下の例示的な自己評価試験の説明から明らかなはずである。
【実施例】
【００２０】
（自己評価試験の実施例）
シミュレーションにおいて有用な分子モデルは、その分子の構成原子の異なる群に対して多数の剛体を用いるモデルである。以前に参照される同時係属中の特許出願は、次元（Ｎ）ねじれ角、剛体多体系を記載し、これらは、複雑な分子をシミュレートし得る。この特定のモデルにおける１つの仮定は、共有結合であるペプチド結合およびその分子の残差側鎖への共有結合はその分子の運動挙動も形状も無効にするに十分な量でストレッチもしないし曲がりもしないということである。これらの結合が顕著にストレッチしないかどうかを評価するために、初期反応力および全体の動力学的シミュレーションの間のまたは静的な溶液での結合位置におけるねじれが計算され得る。これらの反応のいずれかが受容可能な程度の少量結合をストレッチするに必要なレベルを超える場合、特定の分子モデル溶液は無効であり得る。
【００２１】
（剛体モデルを評価する試験）
図２は、上記の剛体モデルにおいて、２つの残基アラニンジペプチドを有するタンパク質フラグメントの構造を例示する。アラニンジペプチドは、Ａｌａ−Ａｌａのアミノ酸式を有し、そして以下の化学式を有する
【００２２】
【化１】
2004534289.tif 000007
ここで、Ｃαは、各残基におけるα炭素であり、そしてＣＯＮＨは各残基の間の剛性ペプチド体１５４である。多体系の記載は、７つの物体１５１〜１５７を含み、ここでは、１つの物体あたりいくつかの原子が伴う。各々の物体は１つ以上の原子からなり、それら原子は、互いに堅く結合すると考えられる。７つの物体は、合計で２３の原子を表し、そして剛体同士の間の接続は、ピンジョイントとして表される共有結合であり、これは、互いに関して物体が回転することを可能にするが他の方向にストレッチもせず曲がりもしない。ペプチド体１５１のいずれかの側におけるピンジョイントのうち２つは、φ１５６およびΨ１５８の立体配置角である。
【００２３】
図３Ａは、反応モーメント
【００２４】
【数５】
2004534289.tif 000008
および反応力
【００２５】
【数６】
2004534289.tif 000009
を例示し、そしてペプチド体１５１の角度φについてピンジョイントにおいて作用する。実際、このペプチド体１５１は、これらの反応が大きすぎる場合、炭素原子（Ｃ）１６１と窒素原子（Ｎ）１６３との間の角度θＣ−Ｎにおいてねじれ得るか、または窒素原子（Ｎ）１６３とα炭素（Ｃα）１６５との間の変位ｒＮ−Ｃαによってストレッチする。第一の型の自己評価試験が使用され得る。なぜなら、各々の剛体においてアセンブルする原子の集合は離散しており、連続していないからである。
【００２６】
図３Ｂは、反応モーメント
【００２７】
【数７】
2004534289.tif 000010
がモデルで許容される最大を超える場合、剛体モデルを精密化する方法を例示する。ここでは、離散モデリングパラメータＰは、反応モーメントＭの手段が与えられたときに、ペプチド１５１が２つの剛体へとねじれるとみなされるべきかどうかである。この試験において、ペプチド体１５１は、より小さな２つの物体１５１Ａおよび１５１Ｂへと分けられ、ここで新たなピンジョイントがこの２つの物体をθＣ−Ｎ１６６で結合する。反応モーメント
【００２８】
【数８】
2004534289.tif 000011
は、角度θＣ−Ｎでピンジョイントに対して整列される軸に投影され、そして投影されたモーメント
【００２９】
【数９】
2004534289.tif 000012
である。投影されたモーメントの程度が最大許容可能なモーメントの程度
【００３０】
【数１０】
2004534289.tif 000013
を超える場合、角度θＣ−Ｎ１６６のピンジョイントが適切な回復モーメントに沿ってモデルに加えられ、そしてシミュレーションが再実行される。
【００３１】
図３Ｃは、反応力
【００３２】
【数１１】
2004534289.tif 000014
がモデルについて許容される最大値を超える場合、剛体モデルを再精密化するための方法を例示する。この例において、離散モデリングパラメータは、反応力の手段Ｍが与えられるとき、ペプチド体１５１および隣接体１５２が変位するかどうかである。この試験について、２つの物体１５１および１５２を接続する新たなスライダージョイントが変位１７２ｒＮ−Ｃαとともに作成される。反応力
【００３３】
【数１２】
2004534289.tif 000015
が変位１７２ｒＮ−Ｃαについてのスライダージョイントに対して整列される軸に対して投影され、そして投影力
【００３４】
【数１３】
2004534289.tif 000016
である。投影された力の程度が最大許容可能な力の程度
【００３５】
【数１４】
2004534289.tif 000017
を超える場合、変位１７２ｒＮ−Ｃαについてのスライダージョイントが適切な回復力とともにモデルに加えられ、そしてシミュレーションが再実行される。
【００３６】
図４は、以前に引用した同時係属する特許出願において記載されるモデルの運動の方程式についてのモデルおよび積分器を用いたアラニンジペプチドのシミュレーションについてプロットされたような反応力の例示グラフである。最終時刻に分子モデルが決定された後、その反応が許容可能な最大時間を超える場合、そのモデルは再精密化および再実行され得る。これは、本発明の自己確認方法の別の例である。
【００３７】
（力場および溶媒モデルを確認するための試験）
分子およびその挙動のシミュレーションは、天然において分子を実際に移動させる力（溶媒力を含む）の種々の近似を含む。原子間力の極端に複雑な量子力学公式はしばしば、実験観察によって選択されるパラメータを用いて単純化された数学関数または短縮された一連の展開式として近似される。種々の力モデルが利用可能であり、例えば、「Ａｍｂｅｒ」、「Ｃｈａｒｍｍ」、および「ＭＭ３」であり、これらは、すべて天然において同じ力の異なる近似である。これらの力は、精確に知られ得ないことから、特定の計算結果がこれらのモデルに関して非現実的な精度に過度に依存するかどうかを決定することが重要である。
【００３８】
これらの力モデルにおけるパラメータは変動され得、そして分子シミュレーションのすべてまたは一部を再実行して内部における一貫性を試験することができる。特定のスカラー関数または関数のセットであって、２つの異なる解の間の偏差が特定される手段（例えば、２つの計算されるタンパク質構造における原子の位置の間のＲＭＳ偏差）がある。２つの解が単一のパラメータのみを変動させることによって提供されるとき、この関数の数値は、偏微分を与えるか、またはそのパラメータに関して解の感度を与える。このいわゆる「感度解析」は、フォールディング経路、最終構造および最終のポテンシャルエネルギーが力モデルにおける力モデルまたは他のパラメータにおける変化に対してどれだけ強靱かまたは感度が高いかの決定を可能にする。ついで、この知見を使用して、再精密化のための特定のパラメータを分離することができ、または特定の計算が信頼性のないものであると決定することができる。
【００３９】
これらの感度解析はまた、溶媒モデル、温度およびｐＨのような分子のシミュレーションにおいて使用される任意の他のパラメータ化されたモデルに適用される。測定関数または測定関数のセットを用いて、シミュレーションの実行の反復により、「連続して」個々のモデリングパラメータを変化させることに関して、その測定関数の感度を評価する。例えば、感度分析は、タンパク質フォールディングおよびリガンド結合（ｄｏｃｋｉｎｇ）の分子動力学的および静的シミュレーションに適用され得る。
【００４０】
図５は、そのような連続感度解析を例示する。このモデルは、図２のアラニンジペプチドタンパク質フラグメント１５０である。変動されるパラメータは、シミュレーションの開始時のΨ角度１５８の初期値である。プロットされる手段は、残りのポテンシャルエネルギー状態を見いだすために静的解析を実行した後の、その分析の最終のポテンシャルエネルギーの程度である。この感度解析において、そのパラメータは、-１８０°から＋１８０°まで変動する。この自己確認試験において、特定の力場および溶媒モデルは、その分子の最終ポテンシャルエネルギーがその分子の原子の初期開始位置にかかわらず同じようにとどまるべきかどうかを確認するために試験される。初期開始角度が連続的に変動し得ることから、自己確認試験の第一および第二の型の両方が実施され得る。Ψの値＝０に近いこと以外は、ポテンシャルエネルギーの程度がほぼ同じにとどまることに留意されたい。従って、確認試験の第一の型は、そのモデルが、ポテンシャルエネルギーＥを、Ψのすべての開始値についてプロットすることによって分けられることを示す。第二の確認試験は、Ψ＝０の付近でΨに関するＥの変化が大きすぎること、すなわち、
【００４１】
【数１５】
2004534289.tif 000018
であることを示す。このプロットから得られる情報を使用して、力場および溶媒モデルを再精密化する。
【００４２】
（構造上感受性のないことを確認する試験）
本発明はまた、構造上感受性のないことについて分子モデルを試験するために用いられ得る。例えば、フォールディングされたタンパク質構造またはそのリガンド結合に対する応答は、しばしば、アミノ酸配列の特定の領域における残基の実際の配列には感受性がない。従って、アミノ酸配列におけるわずかな遺伝的変動は、そのタンパク質の形態にも機能にも変化を与えない。本発明に従って、分子モデルの運動のシミュレーションは、残基のバリエーションが、残基配列における変化に対する、フォールディング経路、最終構造、リガンド結合、およびポテンシャルエネルギーの感度を決定することを可能にする。本発明のこの実施形態において、変動されるパラメータは、離散的である（例えば、連続的な力場でも他のモデリングパラメータでもなく、アミノ酸配列である）。
【００４３】
図６は、このような離散感度解析を例示する。このモデルは、図２のアラニンジペプチドタンパク質フラグメント１５０に関連する。変動されるパラメータは、このジペプチドにおける第二の残基である。すなわち、この第二のアラニンは、アルギニンに置換され、ついで、アスパラギン酸に置換される、等。プロットされる手段は、静的解析を実行して最小ポテンシャルエネルギー状態を見いだした後の分子の最終ポテンシャルエネルギーである。この感度解析において、パラメータは、あるアミノ酸残基から別のアミノ酸残基に対して離散的に変動する。この例示的な自己確認の場合において、各々の場合についての最終のポテンシャルエネルギーＥは、使用されるモデルＥｍｉｎ＜Ｅ＜Ｅｍａｘについての許容範囲内にある。
【００４４】
（結論）
当然、分子モデルを試験する１つの方法は、既知のネイティブタンパク質構造または薬物リガンド結合（Ｘ線結晶学またはＮＭＲ（核磁気共鳴）技術によって実験的に決定されるようなもの）に対してシミュレーション解を比較することである。本発明はまた、シミュレーションによって決定されるが、まだ実験的に解析されていないタンパク質構造およびリガンド結合の確認を可能にする。本発明は、高速のシミュレーション方法の特性を用いてモデリングプロセスにおいて用いられる特定の近似（すなわち、剛体仮定、力および溶媒モデル）、ならびに特定される特定のアミノ酸配列を有するタンパク質の有効性を試験する。本発明の他の局面に従って、特定のアミノ酸配列における変化に対する分子モデルの感度は、タンパク質設計の分野において適用され得る。例えば、特定のパラメータ（例えば、温度またはｐＨ）に対して感受性がないタンパク質をモデリングすることによって、実際のタンパク質は、界面活性剤酵素のような特定の適用における安定性について改変され得る。
【００４５】
自己確認のさらなる例として、本発明は、分子系の原子に存在する部分荷電の見積もりの有意性を評価することを可能にする。例えば、原子における特定の荷電は、０．５電子単位±０．１と見積もられ得る。この分子系は、この選択されるパラメータに基づいてシミュレートされ、そして結合親和性のような確認手段の値が得られるモデルから決定される。ついで、このシミュレーションは、誤差のマージン（例えば、０．６電子単位）内の原子における電荷について異なる値を用いて反復され、そして確認手段の第二の値が決定される。この確認手段が有意に変化しない場合、そのモデルが信頼性があると判断し、同様に結合親和性が結合される。しかし、結合親和性が有意に（例えば、２倍）変化するとき、決定された結合親和性は、有意な誤差があり得、そしてそのモデルが再精密化を要すると判断する。
【００４６】
さらなる例として、モデルパラメータは、分子系の分子内の原子または原子群の同一性であり得る。例えば、このモデルパラメータは、アミノ酸の同一性であり得る。分子系は、異なるアミノ酸についてシミュレートされ得る。モデルが精確である場合、アミノ酸の間の保存的変化（例えば、Ｓｔｒｙｅｒ、Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（Ｆｒｅｅｍａｎ，ＮＹ，４ｔｈ  Ｅｄ  １９９５を参照）が期待され、確認手段の比較的マイナーな変化が生じ、そして非保存的な変化が頼大きな変化を生じたことが期待される。そのような手段において、確認手段は、定量値（例えば、標的についてのそのタンパク質の結合親和性）または定性的な結果（例えば、フォールディングされたタンパク質の形状）であり得る。単一の位置の試験が必ずしも最終結論でなくても、一般に、保存的な置換は、確認手段において非保存的な置換よりも小さな変化を生じる場合、分子シミュレーションのコンピュータモデリングが精確であると考える理由がある。
【００４７】
さらなる例として、モデルパラメータは、分子系の温度であり得る。この分子系は、異なる温度に対してシミュレートされ得、そして異なる温度での確認測定値が得られる。この場合、適切な確認手段は、分子系における原子の速度である。このモデルが精確である場合、原子の速度は、温度が上昇するとともに増大する。同様に、このモデルパラメータが圧力である場合、原子の速度はまた、圧力が増大するとともに増大する。
【００４８】
モデルが自己確認試験を生き延びると、そのモデルの自己確認手段は、さらなるチェックとして、同じ系の実験的に決定された手段と比較され得る。しかし、自己確認を最初に実行することによって、化学合成および化学的または生化学的なアッセイを行って確認する必要は少なくとも減少する。
【００４９】
ついで、確認された分子モデリング系は、背景の節において議論されるように、標的との相互作用について化合物のライブラリーをスクリーニングすることを包含する種々の適用において使用され得る。ついで、分子モデリングによって同定される標的と所望の相互作用を有するようである化合物が化学的に合成されそして生化学的アッセイで試験され得る。
【００５０】
従って、上記は本発明の実施形態の完全な説明であるが、種々の改変、変更および等価物が作成および使用され得ることは明白であるべきである。従って、上述の説明は、本発明の発明の範囲を限定すると解釈されるべきではなく、その範囲は、添付の特許請求の範囲の境界によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明に従う分子モデルの自己評価方法のフローチャートである。
【図２】図２は、本発明に従うアラニンジペプチドの例示的な剛体多体系の代表図である。
【図３】図３Ａは、アラニンジペプチドのペプチド結合において実行される結合反応を例示するための図１のモデルの詳細を示す。図３Ｂは、本発明に従うアラニンジペプチドのペプチド結合モデルを精密化するためのピンジョイントの付加を例示する。図３Ｃは、本発明に従うアラニンジペプチドのペプチド結合モデルを精密化するためのスライダージョイントの付加を例示する。
【図４】図４は、ポリペプチド剛体多体系モデルについてのトルクの大きさ度対シミュレーション時間のプロットである。
【図５】図５は、アラニンジペプチド剛性多体モデルの計算上の最低ポテンシャルエネルギー対出発角Ψのプロットである。
【図６】図６は、ジペプチドアラニン−Ｒの計算上の最小ポテンシャルエネルギーのグラフであり、ここでＲは、種々の離散したペプチド残基が相互転座している。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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