(57)【要約】      （修正有）【課題】巨大分子の結合部位を評価するためのシステム、方法、及び装置を開示し、そこで該結合部位が同定され、かつ該結合部位の結合部位ボリュームマップが構築される。【解決手段】該結合部位ボリュームマップは、複数の領域をもつ表面を有する。表面の複数の領域におけるそれぞれの各領域は、該各領域に最も近い一部の巨大分子の第2の特徴に対して相補的である第1の特徴に基づいて分類され、これにより相互作用マップを作成する。また、巨大分子の比較のためのシステム、方法及び装置を開示し、そこで結合部位ボリュームマップが巨大分子内に構築される。次いで、該結合部位ボリュームマップのそれぞれの体積組み合わせを含む複合結合部位ボリュームマップが構築される。相互作用マップは、該複合結合部位ボリュームマップから構築することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
巨大分子の結合部位を評価する方法であって：
（A）巨大分子の結合部位を同定する工程であって、該結合部位は、複数の残基によって裏打ちされており、かつ該結合部位にはリガンドが無い、前記工程；
（B）結合部の結合部位ボリュームマップを決定する工程であって、該結合部位ボリュームマップは、複数の領域を有する表面を含む、前記工程；及び、
（C）該結合部位ボリュームマップの表面の複数の領域におけるそれぞれの各領域を、それぞれの領域に最も近い巨大分子の一部の第2の特徴に対して相補的である第1の特徴に基づいて分類し、これにより相互作用マップを作成する工程、
を含む、前記方法。
【請求項２】
前記巨大分子がタンパク質である、請求項1記載の方法。
【請求項３】
前記巨大分子が核酸、ペプチド、タンパク質-タンパク質複合体又はタンパク質-核酸複合体である、請求項1記載の方法。
【請求項４】
前記同定する工程（A）が、エネルギー関数、格子に基づいたアルゴリズム、幾何学的アルゴリズム、分類法又は直接法を使用して巨大分子のモデルを結合部位に関して検索することを含む、請求項1記載の方法。
【請求項５】
前記結合部位ボリュームマップの表面の複数の領域におけるそれぞれの領域に最も近い巨大分子のそれぞれの部分の第2の特徴が：
該巨大分子のそれぞれの部分に最も近い複数の残基の残基における1つ以上の原子の疎水性；
該巨大分子のそれぞれの部分に最も近い複数の残基の残基における1つ以上の原子の溶媒曝露の量；又は、
該巨大分子のそれぞれの部分に最も近い複数の残基の残基におけるそれぞれの1つ以上の原子の、酸性、塩基性、疎水性又は曝露される溶媒としての分類である、
請求項1記載の方法。
【請求項６】
前記それぞれの領域の分類が、該それぞれの領域に割り当てられた第1の特徴に基づいてそれぞれの領域を着色することを含む、請求項1記載の方法。
【請求項７】
前記第1の特徴が塩基性であり、かつ前記第2の特徴が酸性である、請求項1記載の方法。
【請求項８】
前記第1の特徴が酸性であり、かつ前記第2の特徴が塩基性である、請求項1記載の方法。
【請求項９】
前記第1の特徴が親水性であり、かつ前記第2の特徴が疎水性である、請求項1記載の方法。
【請求項１０】
前記第1の特徴が疎水性であり、かつ前記第2の特徴が親水性である、請求項1記載の方法。
【請求項１１】
前記同定する工程（A）が：
（i）巨大分子のそれぞれの原子のボロノイ領域を決定し、これにより複数のボロノイ領域を決定する工程；
（ii）該複数のボロノイ領域におけるそれぞれのボロノイ頂点を決定し、これにより複数のボロノイ頂点を決定する工程；
（iii）該複数のボロノイ頂点におけるそれぞれのボロノイ頂点にアルファ球を割り当て、これにより複数のアルファ球を決定する工程；
（iv）該複数のアルファ球におけるそれぞれの各球を、該各球が巨大分子の原子と水素結合を形成する能力に基づいて、親水性球又は疎水性球に分類する工程；
（v）該複数のアルファ球をクラスタリングし、これにより複数の候補結合部位を形成する工程であって、複数の候補結合部位におけるそれぞれの各候補結合部位には、複数のアルファ球に3つ以上のアルファ球を含み、3つ以上のアルファ球における少なくとも１つのアルファ球は、疎水性である、前記工程；
（vi）該複数の候補結合部位におけるそれぞれの各候補結合部位を、該各候補結合部位によってなされる巨大分子に対する多数の疎水性接触によって順位付けし、これにより順位付けした候補結合部位のセットを形成する工程；及び、
（vii）該順位付けした候補結合部位のセットから結合部位を決定する工程、
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１２】
前記方法が、前記クラスタリング工程（v）の前に前記複数のアルファ球における近くの重複したアルファ球を除去することを更に含む、請求項11記載の方法。
【請求項１３】
前記決定する工程（vii）が、
使用者から前記複数の候補結合部位における候補結合部位の選択を受ける工程であって、使用者によって選択される候補結合部位を結合部位であるとみなす工程か、又は、
前記巨大分子と最大数の疎水性接触を有する順位付けした候補結合部位のセットにおける候補結合部位を結合部位であるとみなす工程、
を含む、請求項11記載の方法。
【請求項１４】
前記クラスタリング工程（v）が、前記複数のアルファ球の単結合クラスタリングを含む、請求項11記載の方法。
【請求項１５】
前記決定する工程（B）が：
（i）前記結合部位におけるアルファ球上に格子を置く工程であって、該格子は、複数の格子点を含む、前記工程；及び、
（ii）結合部位ボリュームマップを、（a）前記結合部位マップのアルファ球内部に位置し、かつ（b）前記巨大分子の少なくとも１つの原子の予め定められた距離内にある格子における全ての格子点として同定する工程、
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１６】
前記予め定められた距離が、1.2オングストローム〜2.0オングストロームの間の距離である請求項15記載の方法。
【請求項１７】
前記予め定められた距離が、1.35オングストローム〜1.85オングストロームの間である、請求項15記載の方法。
【請求項１８】
第1の巨大分子の第1の結合部位を第2の巨大分子の第2の結合部位と比較する方法であって：
（A）第1の巨大分子の第1の結合部位を同定する工程であって、第1の結合部位は、リガンドが無い、該工程；
（B）第2の巨大分子の第2の結合部位を同定する工程であって、第2の結合部位は、リガンドが無い、該工程；
（C）第1の結合部位ボリュームマップを、該第1の結合部位に基づいて決定する工程；
（D）第2の結合部位ボリュームマップを、該第2の結合部位に基づいて決定する工程；及び、
（E）該第1の結合部位ボリュームマップと該第2の結合部位ボリュームマップとの体積の組み合わせを含む第3の結合部位ボリュームマップを作成する工程、
を含む、前記方法。
【請求項１９】
前記第1の巨大分子が第1のタンパク質であり、かつ前記第2の巨大分子が第2のタンパク質である、請求項18記載の方法。
【請求項２０】
前記第1の巨大分子が核酸、ペプチド、タンパク質-タンパク質複合体又はタンパク質-核酸複合体であり、かつ前記第2の巨大分子が核酸、ペプチド、タンパク質-タンパク質複合体又はタンパク質-核酸複合体である、請求項18記載の方法。
【請求項２１】
前記同定する工程（A）が、エネルギー関数、格子に基づいたアルゴリズム、幾何学的アルゴリズム、分類法又は直接法を使用して、前記第1の巨大分子の第1のモデルを前記第1の結合部位に関して検索することを含む、請求項18記載の方法。
【請求項２２】
前記同定する工程（B）が、エネルギー関数、格子に基づいたアルゴリズム、幾何学的アルゴリズム、分類法又は直接法を使用して、前記第2の巨大分子の第2のモデルを前記第2の結合部位に関して検索することを含む、請求項18記載の方法。
【請求項２３】
前記体積の組み合わせが：
（a）前記第1の結合部位ボリュームマップと前記第2の結合部位ボリュームマップの和集合、
（b）前記第1の結合部位ボリュームマップと前記第2の結合部位ボリュームマップの差、
（c）前記第1の結合部位ボリュームマップと前記第2の結合部位ボリュームマップの共通部分、又は、
（d）前記第1の結合部位ボリュームマップと前記第2の結合部位ボリュームマップの平均、
である、請求項18記載の方法。
【請求項２４】
前記体積の組み合わせが、独自性関数であり、かつ前記第3の結合部位ボリュームマップが、（i）前記第2の結合部位ボリュームマップによって共有されていない第1の結合部位ボリュームマップの一部；及び（ii）前記第1の結合部位ボリュームマップによって共有されていない第2の結合部位ボリュームマップの一部からなる、請求項18記載の方法。
【請求項２５】
前記同定する工程（A）が：
（i）前記第1の巨大分子のそれぞれの原子のボロノイ領域を決定し、これにより複数のボロノイ領域を決定する工程；
（ii）該複数のボロノイ領域におけるそれぞれのボロノイ頂点を決定し、これにより複数のボロノイ頂点を決定する工程；
（iii）該複数のボロノイ頂点におけるそれぞれのボロノイ頂点にアルファに球を割り当て、これにより複数のアルファ球を決定する工程；
（iv）該複数のアルファ球におけるそれぞれの各球を、該各球が巨大分子の原子と水素結合を形成する能力に基づいて、親水性球又は疎水性球に分類する工程；
（v）該複数のアルファ球をクラスタリングし、これにより複数の候補結合部位を形成する工程であって、該複数の候補結合部位におけるそれぞれの各候補結合部位には、複数のアルファ球に3つ以上のアルファ球を含み、該3つ以上のアルファ球における少なくとも１つのアルファ球は、疎水性である、前記工程；
（vi）該複数の候補結合部位におけるそれぞれの各候補結合部位を、該各候補結合部位によってなされる巨大分子に対する多数の疎水性接触によって順位付けし、これにより順位付けした候補結合部位のセットを形成する工程；及び、
（vii）該順位付けした候補結合部位のセットから第1の結合部位を決定する工程、
を含む、請求項18記載の方法。
【請求項２６】
前記方法が、前記クラスタリング工程（v）の前に複数のアルファ球における近くの重複したアルファ球を除去することを更に含む、請求項25記載の方法。
【請求項２７】
前記決定する工程（vii）が：
（a）使用者から複数の候補結合部位における候補結合部位の選択を受ける工程であって、該使用者によって選択される候補結合部位を第1の結合部位であるとみなす前記工程か、又は、
（b）巨大分子と最大数の疎水性接触を有する順位付けした候補結合部位のセットにおける候補結合部位を第1の結合部位であるとみなす工程、
を含む、請求項25記載の方法。
【請求項２８】
前記クラスタリング工程（v）が、複数のアルファ球の単結合クラスタリングを含む、請求項25記載の方法。
【請求項２９】
前記決定する工程（C）が：
（i）前記第1の結合部位におけるアルファ球に格子を置く工程であって、該格子は、複数の格子点を含む、前記工程；及び、
（ii）前記第1の結合部位ボリュームマップを、（a）該結合部位マップのアルファ球内部に位置し、かつ（b）第1の巨大分子の少なくとも１つの原子の予め定められた距離内にある格子における全ての格子点として同定する工程、
を含む、請求項18記載の方法。
【請求項３０】
前記予め定められた距離が、1.2オングストローム〜2.0オングストロームの間の距離である、請求項29記載の方法。
【請求項３１】
前記予め定められた距離が、1.35オングストローム〜1.85オングストロームの間である、請求項29記載の方法。
【請求項３２】
前記方法が、前記第3の結合部位ボリュームマップの表面の複数の領域におけるそれぞれの各領域を、該各領域に最も近い第1の巨大分子の一部の第2の特徴に対して相補的である第1の特徴に基づいて分類し、これにより相互作用マップを作成する工程、
を更に含む、請求項18記載の方法。
【請求項３３】
前記第3の結合部位ボリュームマップが、2つを超える巨大分子の結合部位ボリュームマップの体積の組み合わせを含む、請求項18記載の方法。
【請求項３４】
前記第3の結合部位ボリュームマップが、5つを超える巨大分子の結合部位ボリュームマップの体積の組み合わせを含む、請求項18記載の方法。
【請求項３５】
前記第3の結合部位ボリュームマップが、15を超える巨大分子の結合部位ボリュームマップの体積の組み合わせを含む、請求項18記載の方法。
【請求項３６】
前記方法が、
（D）相互作用マップをユーザインタフェースデバイス、モニター、コンピュータ可読記憶媒体、コンピュータ可読メモリ、又はローカル若しくはリモートコンピュータシステムに出力すること；又は結合部位ボリュームマップを表示すること；を更に含む、請求項1記載の方法。
【請求項３７】
前記方法が、
（F）第3の結合部位ボリュームマップをユーザインタフェースデバイス、モニター、コンピュータ可読記憶媒体、コンピュータ可読メモリ、又はローカル若しくはリモートコンピュータシステムに出力すること；又は第3の結合部位ボリュームマップを表示すること；を更に含む、請求項18記載の方法。
【請求項３８】
巨大分子の結合部位を評価するための、コンピュータによって実行可能なコンピュータプログラム製品を格納するコンピュータ可読媒体であって、コンピュータプログラム製品には、請求項1〜37のいずれか1項記載の方法を実施するための命令を含む、前記コンピュータ可読媒体。
【請求項３９】
巨大分子の結合部位を評価するための装置であって：
プロセッサ；及び
プロセッサに結合されたメモリであって、請求項1〜37のいずれか1項記載の方法を実施するための命令を含むモジュールを格納する、前記メモリ、
を含む、前記装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、2007年6月27日に出願された米国特許出願第11/823,697号に対する優先権を主張し、その全体が本明細書において引用として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（1.発明の分野）
本発明は、タンパク質及び核酸などの巨大分子における結合ポケットボリュームをマッピングするための方法、装置、媒体及びシグナルに関する。
【背景技術】
【０００３】
（2.関連技術の説明）
ブルックヘブンタンパク質データバンク1（Brookhaven Protein Databank1：PDB）に寄託されたいくつかの高解像度巨大分子の構造の出現により、構造に基づいたドラッグデザインが、より実現性を帯びている。構造に基づいたデザイン技術の適用の例には、新規ヒト免疫不全症ウイルス1（HIV-1）プロテアーゼ阻害剤の開発がある。Rutenberらの論文、1993、J. Biol. Chem. 268：15343-15346；Ghoshらの論文、1994、J. Med. Chem. 37：2506-2508；及びLamらの論文、1994、Science 263：380-384を参照されたい。小分子リガンドのドッキングのための必要条件は、リガンドがタンパク質と相互作用する部位を決定することである。小分子リガンドに対するこのような結合部位は、一般にタンパク質及び核酸などの巨大分子の表面の近くに位置するポケット（代わりに、及び同義的に、間隙、溝、活性部位とも命名される）である。本出願において、「結合部位」という用語は、リガンドが結合するか、又は潜在的に結合することができる、このような巨大分子のポケットをいうために使用される。結合部位の決定は、合理的デザイン及び新規リガンドの発見に向けた重要な工程である。また、公知の巨大分子の構造の表面上の結合部位の詳細な解析及び分類により、リガンド結合及び選択性に関与するプロセスの理解が改善するかもしれない。
【０００４】
結合部位の手作業での規定は、いくつかの理由のために面倒である。ほとんどの場合、どこで結合部位が終わって、自由空間が開始するかを正確に規定することは、困難である。巨大分子は、種々のサイズの表面窪みを有するであろうし、手作業での検査では、最も大きなもの以外の全ての関連した結合部位を見いだすことができないであろう。また、手作業での規定は、巨大分子の構造の大きなセットを処理しなければならないときには、非実用的である（例えば、ポケット特徴の統計的研究のため）。結合部位の同定を自動化するいくつかの試みが長年にわたってなされれてきた。例えば、Levittらの論文、1992、J. Mol. Graphics 10：229 234；Voorintholdらの論文、1989、J. Mol. Graphics 7、243 245；Delaneyらの論文、1992、J. Mol. Graphics 10：174 177；Del Carpioらの論文、1993、J. Mol. Graphics 11：23 29、Kisljukらの論文、1994、J. Mol. Graphics 12：305 307；Masuyaらの論文、1995、J. Mol. Graphics 13：331 336；Laskowskiらの論文、1995、J. Mol. Graphics 13：323 330；及びHendlichらの論文、1998、J. Mol. Graphics 15：359-363を参照されたい。
【０００５】
構造に基づいたドラッグデザインにおける重要な態様は、リガンド特異性及びリガンド選択性である。標的巨大分子の結合部位に特異的に結合するリガンドが望まれる。典型的には、標的巨大分子の結合部位に対するリガンドの特異的結合により、所望の方法で巨大分子の特性を変化させる。例えば、巨大分子は、酵素であってもよく、酵素の酵素活性は、酵素の結合部位におけるリガンドの特異的結合により、阻害され、又は増強されうる。しかし、リガンドは、標的巨大分子の結合部位に特異的に結合すると共に、リガンドも結合部位に選択的に結合することが望ましい。例えば、標的巨大分子が標的キナーゼ（例えば、P38Aキナーゼ）である場合を考えると、結合部位は、天然リガンドアデノシン三リン酸が結合する標的キナーゼの活性部位である。例において、標的キナーゼを阻害する（例えば、P38Aの酵素活性を阻害する）ことが望ましい。従って、標的キナーゼの活性部位（結合部位）に特異的に結合するリガンドが望ましい。しかし、このリガンドが、標的キナーゼ以外のキナーゼ（例えば、キナーゼCDK2など）の多くのその他のタイプの活性部位にも結合する場合、リガンドは、それがこれらのその他のキナーゼによって調節される細胞の多数の分子経路を妨げるであろうことにより、有毒である可能性が高い。このように多くの異なる巨大分子に特異的に結合するリガンドは、所望の選択性を有さない。一方、リガンドが標的キナーゼの結合部位にのみ特異的に結合し、その他のキナーゼに結合しない場合、リガンドは、望ましい選択性を有する。
【０００６】
巨大分子の結合部位を同定し、及び解析するための既存のプログラムは、かなりの有用性を有する。しかし、このような公知のプログラムがもつ1つの欠陥は、これらがリガンド選択性を解析するための便利な方法を提供しないことである。更にまた、潜在的リガンドが、巨大分子の結合部位によって示される特性に対して相補的であるために有するべきである特性（例えば、酸性、塩基性、極性、無極性など）を視覚化するために、巨大分子の結合部位の解析の改善が必要である。従って、当該技術分野において、巨大分子のポケットを同定し、及び解析するためのシステム、並びに方法を改善することが必要である。
【発明の開示】
【０００７】
（発明の概要）
本発明は、リガンドデザイン、リガンド選択性仮説の迅速な生成、及び複数の標的に対処するための異なる巨大分子の結合ポケットにおける共通のボリュームの同定のためのベクトルを同定することを含むが限定されない、多くの有用な適用を有する方法、装置、媒体並びにシグナルを提供する。一つの実施態様において、アルファ球を使用する巨大分子結合部位の迅速な同定は、視覚的に、並び数値的に結合部位ボリュームのマッピングすることによって行われる。視覚的ボリュームマップは、巨大分子結合部位において潜在的にリガンドが利用できるボリュームを規定する。このボリュームマップは、例えばリガンド原子が巨大分子の結合部位との相補性を達成するために採用する必要がある予想される相互作用タイプ（例えば、疎水性、静電性など）を規定する相互作用マップを形成するためのカラーコーディングを介して増強することができる。関連した巨大分子のボリュームマップの共通部分により、選択性を達成するために利用することができる独特の領域を同定することができる。
【０００８】
特に、本発明の一つの態様は、結合部位が複数の残基によって裏打ちされており、かつ結合部位には好ましくはリガンドが無い、巨大分子の結合部位を評価するための改良された方法、装置、媒体及びシグナルを提供する。最初に、巨大分子の結合部位が同定され、次いで、結合部位の結合部位ボリュームマップが決定される。結合部位ボリュームマップは、複数の領域を有する表面を含む。相互作用マップは、結合部位ボリュームマップの表面の複数の領域におけるそれぞれの各領域を、各領域に最も近い巨大分子の一部の第2の特徴に対して相補的である第1の特徴に基づいて分類し、これにより相互作用マップを作成する。相互作用マップは、ユーザインタフェースデバイス、モニター、コンピュータ可読記憶媒体、コンピュータ可読メモリ、又はローカル若しくはリモートコンピュータシステムに出力される。或いは、結合部位ボリュームマップは、表示される。
【０００９】
一部の実施態様において、巨大分子は、タンパク質であるが、その他の実施態様において、巨大分子は、核酸である。一部の実施態様において、同定する工程は、エネルギー関数、格子に基づいたアルゴリズム、幾何学的アルゴリズム、分類法又は直接法を使用して巨大分子のモデルを結合部位に関して検索することを含む。もちろん、巨大分子は、複数の結合部位を有してもよく、これらのそれぞれを本発明のシステム及び方法を使用して個々に解析することができる。一部の実施態様において、同定する工程は、結合部位を同定するための幾何学的方法の1つのタイプであるアルファ球を使用して巨大分子のモデルを結合部位に関して検索することを含む。
【００１０】
一部の実施態様において、結合部位ボリュームマップの表面の複数の領域におけるそれぞれの領域に最も近い巨大分子のそれぞれの部分の第2の特徴は、巨大分子のそれぞれの部分に最も近い複数の残基の残基における1つ以上の原子の疎水性である。一部の実施態様において、結合部位ボリュームマップの表面の複数の領域におけるそれぞれの領域に最も近い巨大分子のそれぞれの部分の第2の特徴は、巨大分子のそれぞれの部分に最も近い複数の残基の残基における1つ以上の原子の溶媒曝露の量である。一部の実施態様において、結合部位ボリュームマップの表面の複数の領域におけるそれぞれの領域に最も近い巨大分子のそれぞれの部分の第2の特徴は、巨大分子のそれぞれの部分に最も近い複数の残基の残基におけるそれぞれの1つ以上の原子の、酸性、塩基性、疎水性又は曝露される溶媒としての分類である。一部の実施態様において、結合部位（ポケット）ボリュームマップの表面の複数の領域におけるそれぞれの領域の分類は、それぞれの領域に最も近い1つ以上の原子の特徴に基づいてそれぞれの領域を着色することを含む。
【００１１】
一部の実施態様において、同定する工程は、アルファ球の生成のための以下の工程を含む。工程（i）において、巨大分子のそれぞれの原子のボロノイ領域を決定し、これにより複数のボロノイ領域を決定する。工程（ii）において、複数のボロノイ領域におけるそれぞれのボロノイ頂点を決定し、これにより複数のボロノイ頂点を決定する。工程（iii）において、複数のボロノイ頂点におけるそれぞれのボロノイ頂点にアルファ球を割り当て、これにより第1の複数のアルファ球を決定する。随意の工程（iv）において、第1の閾値を下回る直径を有する第1の複数のアルファ球におけるアルファ球と、第2の閾値を上回る直径を有する複数のアルファ球におけるアルファ球とを除去し、これによりフィルターをかけた第2の複数のアルファ球を同定する。工程（v）において、第2の複数の球におけるそれぞれの各球を、各球が巨大分子の原子と水素結合を形成する能力に基づいて、親水性球又は疎水性球に分類する。工程（vi）において、第2の複数のアルファ球におけるアルファ球をクラスタリングし、これにより複数の候補結合部位を形成し、複数の候補結合部位におけるそれぞれの各候補結合部位には、複数のアルファ球に3つ以上のアルファ球を含み、かつ3つ以上のアルファ球における少なくとも１つのアルファ球は、疎水性である。工程（vii）において、複数の候補結合部位におけるそれぞれの各候補結合部位を、巨大分子に対する各候補結合部位によってなされる多数の疎水性接触によって順位付けし、これにより順位付けした候補結合部位のセットを形成する。工程（viii）において、順位付けした候補結合部位のセットから結合部位を決定する。一部の実施態様において、本方法は、クラスタリング工程（vi）の前に、第2の複数のアルファ球における近くの重複したアルファ球を除去することを更に含む。一部の実施態様において、決定する工程（viii）には、使用者から複数の候補結合部位における候補結合部位の選択を受けることを含み、使用者によって選択される候補結合部位は、結合部位であるとみなされる。一部の実施態様において、決定する工程（viii）には、巨大分子と最大数の疎水性接触を有する順位付けした候補結合部位のセットにおける候補結合部位を結合部位であるとみなすことを含む。一部の実施態様において、クラスタリング工程（vi）には、第2の複数のアルファ球の複数の単結合クラスタリングを含む。
【００１２】
一部の実施態様において、結合部位の結合部位ボリュームマップは、結合部位におけるアルファ球に格子を置くことによって決定され、格子には、複数の格子点を含む。結合部位ボリュームマップは、（a）結合部位マップのアルファ球内部に位置すること、及び（b）巨大分子の少なくとも１つの原子の予め定められた距離内にあることの基準を満たす格子の全ての格子点として同定される。一部の実施態様において、予め定められた距離は、1.2オングストローム〜2.0オングストロームの間の距離である。一部の実施態様において、予め定められた距離は、1.35オングストローム〜1.85オングストロームの間である。一部の実施態様において、結合部位ボリュームマップの表面の複数の領域におけるそれぞれの各領域は、上で同定した格子点の1つであり、かつそれぞれの格子点に最も近い一部の巨大分子の第2の特徴は、格子点に最も近いアミノ酸における残基の1つ以上の分子特性（例えば、下記の表1に記載したアミノ酸の分子特性）である。
【００１３】
本発明の別の態様は、第1の巨大分子の第1の結合部位を第2の巨大分子の第2の結合部位と比較する方法を提供し、該第1の結合部位及び該第2の結合部位は、好ましくはリガンドが無い。本方法は、第1の巨大分子の第1の結合部位、並びに第2の巨大分子の第2の結合部位を同定することを含む。本方法は、第1の結合部位に基づいて第1の結合部位ボリュームマップを決定すること、並びに第2の結合部位に基づいて第2の結合部位ボリュームマップを決定することを更に含む。次いで、第1の結合部位ボリュームマップと第2の結合部位ボリュームマップとの体積の組み合わせを含む第3の結合部位ボリュームマップを作成する。第3の結合部位ボリュームマップは、ユーザインタフェースデバイス、モニター、コンピュータ可読記憶媒体、コンピュータ可読メモリ、又はローカル若しくはリモートコンピュータシステムに出力され、あるいは第3の結合部位ボリュームマップは、表示される。一部の実施態様において、第1の巨大分子は、第1のタンパク質であり、かつ第2の巨大分子は、第2のタンパク質である。一部の実施態様において、第1の巨大分子は、第1の核酸であり、かつ第2の巨大分子は、第2の核酸である。
【００１４】
一部の実施態様において、第1の巨大分子の第1の結合部位の同定は、第1の巨大分子の第1のモデルを、エネルギー関数、格子に基づいたアルゴリズム、幾何学的アルゴリズム、分類法又は直接法を使用して第1の結合部位に関して検索することを含む。一部の実施態様において、第1の巨大分子の第1の結合部位の同定は、第1の巨大分子の第1のモデルを、幾何学的方法の1つの形態であるアルファ球使用して第1の結合部位に関して検索することを含む。一部の実施態様において、第2の巨大分子の第2の結合部位の同定は、第2の巨大分子の第2のモデルを、エネルギー関数、格子に基づいたアルゴリズム、幾何学的アルゴリズム、分類法又は直接法を使用して第2の結合部位に関して検索することを含む。一部の実施態様において、第2の巨大分子の第2の結合部位の同定は、第2の巨大分子の第2のモデルを、アルファ球を使用して第2の結合部位に関して検索することを含む。
【００１５】
一部の実施態様において、体積の組み合わせは、第1の結合部位ボリュームマップと第2の結合部位ボリュームマップの和集合である。一部の実施態様において、体積の組み合わせは、第1の結合部位ボリュームマップと第2の結合部位ボリュームマップの差である。一部の実施態様において、体積の組み合わせは、第1の結合部位ボリュームマップと第2の結合部位ボリュームマップの共通部分である。一部の実施態様において、体積の組み合わせは、第1の結合部位ボリュームマップと第2の結合部位ボリュームマップの平均である。一部の実施態様において、体積の組み合わせは、独自性関数であり、かつ第3の結合部位ボリュームマップが、（i）第2の結合部位ボリュームマップによって共有されていない第1の結合部位ボリュームマップの一部及び（ii）第1の結合部位ボリュームマップによって共有されていない第2の結合部位ボリュームマップの一部からなる。
【００１６】
一部の実施態様において、第1の結合部位の同定は、以下の工程を含む。工程（i）において、第1の巨大分子のそれぞれの原子のボロノイ領域を決定し、これにより複数のボロノイ領域を決定する。工程（ii）において、複数のボロノイ領域におけるそれぞれのボロノイ頂点を決定し、これにより複数のボロノイ頂点を決定する。工程（iii）において、複数のボロノイ頂点におけるそれぞれのボロノイ頂点にアルファに球を割り当て、これにより複数のアルファ球を決定する。随意の工程（iv）において、第1の閾値を下回る直径を有する第1の複数のアルファ球におけるアルファ球と、第2の閾値を上回る直径を有する複数のアルファ球におけるアルファ球とを除去し、これによりフィルターをかけた第2の複数のアルファ球を同定する。工程（v）において、第2の複数の球におけるそれぞれの各球を、各球が巨大分子の原子と水素結合を形成する能力に基づいて、親水性球又は疎水性球に分類する。工程（vi）において、第2の複数のアルファ球におけるアルファ球をクラスタリングし、これにより複数の候補結合部位を形成し、複数の候補結合部位におけるそれぞれの各候補結合部位には、複数のアルファ球に3つ以上のアルファ球を含み、かつ3つ以上のアルファ球における少なくとも１つのアルファ球は、疎水性である。工程（vii）において、各複数の候補結合部位におけるそれぞれの各候補結合部位を、巨大分子に対する候補結合部位によってなされる多数の疎水性接触によって順位付けし、これにより順位付けした候補結合部位のセットを形成する。工程（viii）において、順位付けした候補結合部位のセットから結合部位の決定がなされる。一部の実施態様において、クラスタリング工程（vi）より前に、第2の複数のアルファ球における近い重複したアルファ球。一部の実施態様において、決定する工程（viii）には、使用者から複数の候補結合部位における候補結合部位の選択を受けることを含み、該使用者によって選択される候補結合部位が、結合部位であるとみなされる。一部の実施態様において、決定する工程（viii）は、巨大分子と最大数の疎水性接触を有する順位付けした候補結合部位のセットにおける候補結合部位を結合部位とみなすことを含む。一部の実施態様において、クラスタリング工程（vi）は、第2の複数のアルファ球の複数の単結合クラスタリングを含む。
【００１７】
一部の実施態様において、第1の結合部位ボリュームマップの決定は、第1の結合部位におけるアルファ球に格子を置くことを含み、格子には、複数の格子点を含む。次いで、第1の結合部位ボリュームマップは、（i）結合部位マップのアルファ球内部に位置すること、及び（ii）第1の巨大分子の少なくとも１つの原子の予め定められた距離であることの基準を満たす格子の全ての格子点として同定される（格子点は、（i）及び（ii）の両方の基準を満たさなければならないことを意味する）。一部の実施態様において、予め定められた距離は、1.2オングストローム〜2.0オングストロームの間の距離である。一部の実施態様において、予め定められた距離は、1.35オングストローム〜1.85オングストロームの間である。一部の実施態様において、相互作用マップは、結合部位ボリュームマップにおけるそれぞれの格子点に、それぞれの格子点に最も近い巨大分子の一部の第2の特徴に相補的である第1の特徴が割り当てられている、第3の結合部位ボリュームマップ（複合結合部位ボリュームマップ）から作成される。一部の実施態様において、それぞれの格子点に最も近い巨大分子の部分は、残基であり、かつ第2の特徴は、残基の1つ以上の分子特性（例えば、下記の表1に記載したアミノ酸の分子特性）である。
【００１８】
本発明の別の態様は、巨大分子の結合部位を評価するための、コンピュータによって実行可能である、コンピュータプログラム製品を格納するコンピュータ可読媒体を提供する。コンピュータプログラム製品は、巨大分子の結合部位を同定するための命令を含み、該結合部位は、複数の残基によって裏打ちされており、かつ結合部位には、任意に、しかし好ましくは、リガンドが無い。コンピュータプログラム製品は、第1の結合部位の結合部位ボリュームマップを決定するための命令を更に含み、該結合部位ボリュームマップには、複数の領域を有する表面を含む。コンピュータプログラム製品は、結合部位ボリュームマップの表面の複数の領域におけるそれぞれの各領域（例えば、結合部位ボリュームマップにおけるそれぞれの格子点）を、各領域に最も近い巨大分子の一部の第2の特徴に相補的である第1の特徴に基づいて分類し、これにより相互作用マップを作成するための命令を更に含む。一部の実施態様において、コンピュータプログラム製品は、ユーザインタフェースデバイス、モニター、コンピュータ可読メモリ媒体、コンピュータ可読メモリ又はローカル若しくはリモートコンピュータシステムに相互作用マップを出力するための命令を更に含む。或いは、又は加えて、一部の実施態様において、コンピュータプログラム製品は、結合部位ボリュームマップを表示するための命令を含む。
【００１９】
本発明の別の態様は、巨大分子の結合部位を評価するための装置であって、プロセッサ及びプロセッサに結合されたメモリを含む、前記装置を含む。メモリは、巨大分子の結合部位を同定するための命令を含むモジュールを記憶し、該結合部位は、複数の残基によって裏打ちされており、かつ結合部位には、任意に、しかし好ましくはリガンドが無い。モジュールは、第1の結合部位の結合部位ボリュームマップを決定するための命令から更に含み、該結合部位ボリュームマップには、複数の領域を有する表面（例えば、格子点）を含む。モジュールは、結合部位ボリュームマップの表面の複数の領域におけるそれぞれの各領域を、該各領域に最も近い巨大分子の一部（例えば、巨大分子上の最も近い残基）の第2の特徴に相補的である第1の特徴に基づいて分類し、これにより相互作用マップを作成するための命令を更に含む。一部の随意の実施態様において、モジュールは、ユーザインタフェースデバイス、モニター、コンピュータ可読メモリ媒体、コンピュータ可読メモリ、又はローカル若しくはリモートコンピュータシステムに相互作用マップを出力するための命令を更に含む。一部の随意の実施態様において、モジュールは、結合部位ボリュームマップを表示するための命令を含む。
【００２０】
本発明の更に別の態様は、第1の巨大分子の第1の結合部位を第2の巨大分子の第2の結合部位と比較するための、コンピュータによって実行可能なコンピュータプログラム製品を格納するコンピュータ可読媒体であって、該第1の結合部位及び該第2の結合部位は、任意に、しかし好ましくはリガンドが無い、前記コンピュータ可読媒体を含む。コンピュータプログラム製品は、第1の巨大分子の第1の結合部位、並びに第2の巨大分子の第2の結合部位を同定するための命令を含む。コンピュータプログラム製品は、第1の結合部位に基づいて第1の結合部位ボリュームマップを、並びに第2の結合部位に基づいて第2の結合部位ボリュームマップを決定するための命令を更に含む。コンピュータプログラム製品は、第1の結合部位ボリュームマップと第2の結合部位ボリュームマップとの体積の組み合わせである第3の結合部位ボリュームマップを作成するための命令を更に含む。コンピュータプログラム製品は、任意に、ユーザインタフェースデバイス、モニター、コンピュータ可読メモリ媒体、コンピュータ可読メモリ、又はローカル若しくはリモートコンピュータシステムに第3の結合部位ボリュームマップを出力するための命令を含む。コンピュータプログラム製品は、任意に、第3の結合部位ボリュームマップを表示するための命令を含む。
【００２１】
本発明の別の態様は、第1の巨大分子の第1の結合部位を第2の巨大分子の第2の結合部位と比較するための装置であって、該第1及び第2の結合部位には、任意に、しかし好ましくはリガンドが無い、前記装置を提供する。装置は、プロセッサ及びプロセッサに結合されたメモリを含む。メモリは、第1の巨大分子の第1の結合部位、並びに第2の巨大分子の第2の結合部位を同定するための命令を含むモジュールを記憶する。メモリは、第1の結合部位に基づいて第1の結合部位ボリュームマップを、並びに第2の結合部位に基づいて第2の結合部位ボリュームマップを決定するためのさらなる命令を記憶する。メモリは、第1の結合部位ボリュームマップと第2の結合部位ボリュームマップとの体積の組み合わせである第3の結合部位ボリュームマップを作成するためさらなる命令を記憶する。メモリは、任意に、ユーザインタフェースデバイス、モニター、コンピュータ可読メモリ媒体、コンピュータ可読メモリ、又はローカル若しくはリモートコンピュータシステムに第3の結合部位ボリュームマップを出力するためのさらなる命令を記憶する。メモリは、更に任意に第3の結合部位ボリュームマップを表示するための命令を記憶する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（詳細な説明）
巨大分子折り畳み内の結合部位を裏打ちする残基は、リガンド結合部位の独特のボリュームを規定する。タンパク結合部位を単独でマッピングすることは、予想される形状及び潜在的阻害剤の相互作用の「巨大分子遠近画」を提供する。次いで、関連した分子の結合部位における変異を探索して、ターゲティング選択性のための領域を同定することができる。従って、本発明は、巨大分子の結合部位を評価するためのシステム及び方法を提供する。本システム及び方法は、リガンド設計の分野において有利な用途を有する。例えば、本発明のシステム及び方法を使用して、結合部位において、利用できるスペース及び予想されるリガンド-巨大分子の分子間相互作用の可視化を可能にする相互作用マップを作成することができる。更にまた、本システム及び方法は、新規の、リガンド交差反応性を解析する能力を提供する。これは、2つ以上巨大分子の結合部位ボリュームマップに対してセット操作（共通部分、独自性）を行うことによって達成される。このようなセット操作により、2つ以上巨大分子の結合部位との間の共通性又は差を可視化することができる。
【００２３】
コンピュータシステム例。図1は、本明細書に開示した任意の方法を行うための例示的なシステムを詳述する。本システムは、好ましくは：
・中央処理装置22；
・ソフトウェア及びデータを記憶するための、主要不揮発性記憶装置ユニット14、例えばハードディスク装置、記憶装置14は、記憶コントローラ12によって制御される；
・不揮発性記憶装置ユニット14からロードしたプログラム及びデータを含むシステム制御プログラム、データ及びアプリケーションプログラムを記憶するための、システムメモリ36、好ましくは高速ランダムアクセスメモリ（RAM）；また、システムメモリ36は、読出し専用記憶（ROM）を含んでいてもよい；
・1つ以上の入力装置（例えば、キーボード28）及びディスプレイ26又はその他の出力装置を含むユーザインタフェース32；
・任意の有線又は無線通信ネットワーク34（例えば、インターネットなどの広域ネットワーク）に接続するための、ネットワークインターフェイスカード又はその他の通信回路20；
・上述したシステムのエレメントを相互接続するための内部バス30；及び
・上述したエレメントに電力を供給するための、電源24
を有するコンピュータシステム10である。
【００２４】
コンピュータ10の操作は、オペレーティングシステム40によって主に制御され、これは中央処理装置22によって実行される。オペレーティングシステム40は、システムメモリ36に記憶させることができる。オペレーティングシステム40に加えて、典型的な実施において、システムメモリ36には、以下を含む：
・開示されたシステム及び方法によって使用される種々のファイル及びデータ構造へのアクセスを制御するためのファイルシステム42；
・巨大分子46の複数のモデル（例えば、X線結晶学、核磁気共鳴、相同性モデリング、又はその他の分光学的方法若しくはモデリング法によって決定される）を含むモデル保管所44、それぞれのモデルは、巨大分子についての複数の原子座標を含む；
・巨大分子の1つ以上の候補結合部位を決定するための、及び任意に候補結合部位の1つを巨大分子の結合部位50として同定するための、結合部位同定モジュール48；
・巨大分子46のモデルの結合部位50の結合部位ボリュームマップ56を決定するための結合部位ボリュームマップ決定モジュール54；
・巨大分子46のモデルの結合部位ボリュームマップ56の表面の複数の領域におけるそれぞれ各領域を、該各領域に最も近い巨大分子における複数の残基における1つ以上の残基の特徴に基づいて分類し、これにより巨大分子46の結合部位50についての相互作用マップ60を作成するための、相互作用マップ構築モジュール58；及び、
・少なくとも第1の結合部位ボリュームマップ56と第2の結合部位ボリュームマップ56の体積の組み合わせである複合結合部位ボリュームマップ64を作成するための体積組み合わせモジュール62。
【００２５】
図1に図示したように、コンピュータ10は、ソフトウェアプログラムモジュール及びデータ構造を含む。コンピュータ10に記憶されたデータ構造は、モデル保管所44、モデル46、結合部位50、結合部位ボリュームマップ56、相互作用マップ60及び複合結合部位ボリュームマップ64を含む。これらのデータ構造のそれぞれは、ASCII又はバイナリファイル、Excelスプレッドシート、リレーショナルデータベース（SQL）又はオンライン解析プロセシング（OLAP）データベース（MDX及び／又はその変形）を含むが、限定されない任意の形態のデータ構造を含むことができる。更に、ASCII又はバイナリファイルの形態のときは、データ構造は、当該技術分野の従来法で公知の任意のファイル形式又はその他であることができる。
【００２６】
一部の実施態様において、上述したデータ構造のそれぞれは、単一のデータ構造である。その他の実施態様において、このようなデータ構造は、実際に、同じコンピュータ10がホストであっても、又はホストでなくてもよい複数のデータ構造（例えば、データベース、ファイル、アーカイブ）の全てを含む。例えば、一部の実施態様において、モデル保管所44及び保管所におけるモデル46は、コンピュータ10に、及び／又は広域ネットワーク34を越えてコンピュータ10によってアドレス指定可能であるコンピュータのいずれかに記憶されている。従って、一部の実施態様において、任意の上述したデータ構造は、（i）コンピュータ10に記憶すること、（ii）コンピュータ10と例えば広域ネットワーク34を越えてコンピュータ10によってアドレス指定可能であるその他のコンピュータと（図1に図示されていない）の組み合わせに記憶すること、又は（iii）例えば広域ネットワーク又はインターネット34を越えてコンピュータ10によってアドレス指定可能である1つ以上のその他のコンピュータ（図1に図示されていない）上にこれらの全体を遠隔で記憶することができる。
【００２７】
データ構造の場合、図1に図示したモジュールの多くが、1つ以上のリモートコンピュータ上に位置することもできることが認識されるであろう。例えば、一部の実施態様において、開示された方法は、ウェブサービスサービスとして実行される。このような実施態様において、結合ポケット同定モジュール48、結合部位ボリュームマップ決定モジュール54、相互作用マップ構築モジュール58及び／又は体積組み合わせモジュール62は、ネットワーク34を介してコンピュータ10と通信するクライアントコンピュータ上にあることができる。一部の実施態様において、例えば、結合ポケット同定モジュール48、結合部位ボリュームマップ決定モジュール54、相互作用マップ構築モジュール58及び体積組み合わせモジュール62の任意の組み合わせが、双方向ウェブページであることができる。
【００２８】
前述の観点から、1つ以上のコンピュータ上の図1に図示されたデータ構造及びソフトウェアモジュールのいずれの配置も、これらのデータ構造及びソフトウェアモジュールがネットワーク34を越えて、又はその他の電子手段によって互いに関してアドレス指定可能な限り、本発明の範囲内である。従って、本発明は、広範なコンピュータシステムのアレイを完全に包含する。
巨大分子結合部位の評価。コンピュータシステム例を今回開示した。図2に移って、タンパク質又は核酸などの巨大分子46の結合部位50を評価する方法を開示してある。
【００２９】
工程202。本方法では、工程202にて、巨大分子46の結合部位50が同定される。本明細書に使用される「巨大分子」及び「巨大分子のためのモデル」という用語は、同義的に使用される。結合部位は、複数の残基によって裏打ちされており、かつ典型的には結合部位同定相の間に、リガンドが無い。巨大分子46は、例えばタンパク質、ペプチド、タンパク質-タンパク質複合体、タンパク質-核酸複合体、又は核酸であることができる。巨大分子46の結合部位は、生物学的機能を達成するために基質又はリガンドと特異的に会合する巨大分子の表面上の部位である。例えば、タンパク質の場合、この生物学的機能は、例えば酵素活性などのタンパク質活性であってもよい。結合部位を裏打ちするタンパク質における複数の残基を同定することは、阻害剤がこのような残基と相互作用するようにデザインされる合理的なドラッグデザインを促進する。結合部位を裏打ちする残基と密接に相互作用する阻害剤（巨大分子結合部位に特異的に結合する阻害剤）は、該タンパク質と関連する酵素活性を含むが、限定されないタンパク質のいくつかの特徴を阻害するであろうと予想される。従って、タンパク質及びその他の巨大分子の結合部位を予測することは、計算分子生物学におけるインポート（import）チャレンジである。Irvingらの論文、2001、Proteins 42、378-382を参照されたい。これは、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる。
【００３０】
一部の実施態様において、結合部位同定モジュール48は、巨大分子46の結合部位50を同定するために使用される。任意の空洞ファインダプロトコルを使用して、工程202において巨大分子上の結合部位を見いだしてもよい。従って、このような空洞ファインダプロトコルは、結合部位同定モジュール48として役立つであろう。結合部位を見いだすための例示的プロトコルは、下記の「巨大分子において結合部位を同定するための例示的方法」の表題の節に記載されている。
【００３１】
一つの実施態様において、巨大分子の結合部位は、結合ポケットを見いだすための幾何学的（非エネルギーベースの）方法の1つの形態であるアルファ球を使用して同定される。アルファ球を使用するタンパク質構造における結合部位の位置は、Chemical Computing GroupのLabute及びSantavy（Montreal、Quebec Canada H3A 2R7）よって記述されており、Chemical Computing Groupプログラムサイトファインダ（Site Finder）で実行される。アルファ球（また、Edelsbrunnerらの論文、1995、199, Proc. of the 28th Annual Hawaii Intl. Conf. on Systems Science 256-264を参照されたい。これは、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる）は、その境界上の受容体の4原子に触れなければならず、かつ任意の内部原子を含まない、異なる半径の球である。
4原子に接触する球は、独特であり：同じ4原子に接触するその他の球はないことに注意されたい。アルファ球の特別な場合は、3つの原子に接触する空の半空間（面によって残り半分から分離された半分の空間）である。このような半空間は、本明細書において、無限の第4の接触点をもつ無限の半径のアルファ球であるとみなされる。
【００３２】
アルファ球は、以下の方法を使用して同定される。最初に、タンパク質のそれぞれの原子のボロノイ領域を決定する。これは、空間のボロノイ分解と呼ばれる。三次元では、4つのボロノイ領域が交差する位置をボロノイ頂点と呼ぶ。これらのボロノイ頂点は、アルファ球の中心を形成する。従って、アルファ球を見いだす問題は、巨大分子を構成する原子のセットを示す空間のボロノイ分解を見いだす問題に変換することができる。分子操作環境（Molecular Operating Environment：MOE）は、タンパク質あたり分の代わりに数秒で、ボロノイ頂点内にこれらのアルファ球の収集することができる迅速な方法を使用する。サイトファインダで実行されるMOEアプローチでは、原子を表す球までの距離を、これに対する接線と原子を表す球の交差までの距離として定義する「垂直」距離定義が使用される：
距離2（位置A, 球B）=距離2（位置A, 中心B）-半径2B
これは、直鎖状の境界をもつ計算的に扱いやすいが、生じるアルファ球の位置に著しい影響を及ぼさないボロノイ領域を導く。
【００３３】
図3は、二次元における0-半径原子のセットのボロノイ分解を示す。原子は、十分に大きな円として示してある。ボロノイ領域の境界は、線として示してある。ボロノイ頂点は、これらの線の頂点である。二次元におけるボロノイ頂点は、ちょうど3つで、4つではないボロノイ領域の交差である。大きな細い円は、アルファ球の1つを示す。好ましくは、アルファ球は、サイズに基づいてフィルターにかけられる。到達できない密に結合している領域を表すより小さな球、並びに溶媒露出領域を表す非常に大きな球は、除去されるが、一方で、リガンドが占有することができる領域を表す中間の球を保持する。MOEサイトファインダプログラムでは、四面体内部の球としてアルファ球が作成される。四面体の中心は、アルファ球の中心であり、かつ四面体の中心から描かれる線は、アルファ球の「軸」である。以下の基準のそれぞれを満たすアルファ球が保持される：（i）球半径が5Å未満であり、四面体軸が40Åを上回らず、及び1つの四面体軸のみが6Åを上回る。一部の実施態様において、深いポケット内のアルファポケットが保存されることを保証するために、さらなる基準が課される。従って、あまりに大きなアルファ球の領域におけるポケットサイズを増加させることなく密なサブポケットを保存するために、1オングストロームまでアルファ球半径を増加させる緩衝液を、1.1オングストローム以下の半径をもつアルファ球のみに添加する。
【００３４】
それぞれのアルファ球は、親水性又は疎水性に分類される。アルファ球が巨大分子の原子と水素結合を形成することができるように位置するアルファ球は、親水性と分類される。従って、水素結合ドナー（例えば、酸素又は窒素などの陰性原子に付着した水素）又は水素結合アクセプター（例えば、フッ素、酸素又は窒素）の水素結合距離の範囲内に位置するアルファ球は、親水性と分類される。巨大分子の原子と水素結合形成することができないように位置するアルファ球は、疎水性と分類する。一部の実施態様において、プローブ半径は、親水性アルファ球について1.3オングストローム及び疎水性アルファ球について1.7オングストロームにセットされる。
【００３５】
次に、近くの重複したアルファ球が除去される。例えば、その半径が互いに重なるアルファ球が除去される。更にまた、一部の実施態様において、疎水性球の近くにない親水性球は、このような部位が一般に水部位に対応するので、除去される。次いで、巨大分子の結合部位を、例えば単結合クラスタリングアルゴリズムを使用して、アルファ球をクラスタリングすることによって同定する。それぞれの候補結合部位は、3つ以上の球からなり、そのうちの少なくとも１つが、疎水性である。一部の実施態様において、候補結合部位は、受容体に対してなされる疎水性接触の数によって順位付けされ、最高のものが最大疎水性接触を有する。一部の実施態様において、複数の候補結合部位を示し、及び選択に利用できるようになった。また、候補結合部位は、巨大分子結合ポケットの理解に基づいて、使用者によって連結することができる。最後に、典型的な実施態様において、巨大分子は、いくつかの候補結合部位を有してもよいが、単一の候補結合部位が解析のために選択される。
【００３６】
工程204。結合部位ボリュームマップの作成。工程204において、巨大分子46の結合部位ボリュームマップ56が決定される。一部の実施態様において、結合部位ボリュームマップ56は、結合部位ボリュームマップ決定モジュール54によって決定される。一部の実施態様において、ボリュームマップ決定モジュール54は、結合部位ボリュームマップ56を算出するための分子操作環境（Molecular Operating Environment：MOE）として使用するためのカスタムSvlスクリプトを含む。
【００３７】
一部の実施態様において、結合部位ボリュームマップ56は、結合部位同定モジュール48によって同定された結合部位50における三次元ボックスのフィッティングによって決定される。例えば、アルファ球が巨大分子の結合部位50を同定するために使用された場合を考える。三次元ボックスをアルファ球上にフィットさせる。三次元ボックスのそれぞれの次元は、アルファ球によって囲むか、又はダミー原子を選択する。一部の実施態様において、例えば三次元ボックスの最小x次元は、結合部位を構成する任意のアルファ球の任意の部分によって占有されるx次元での最小値によって規定され、三次元ボックスの最大x次元は、結合部位を構成する任意のアルファ球の任意の部分によって占有されるx次元についての最大値によって規定され、三次元ボックスの最小y次元は、結合部位を構成する任意のアルファ球の任意の部分によって占有されるy次元についての最小値によって規定され、三次元ボックスの最大y次元は、結合部位を構成する任意のアルファ球の任意の部分によって占有されるy次元についての最大値によって規定され、三次元ボックスの最小z次元は、結合部位を構成する任意のアルファ球の任意の部分によって占有されるz-次元についての最小値によって規定され、及び三次元ボックスの最大z次元は、結合部位を構成する任意のアルファ球の任意の部分によって占有されるz次元についての最大値によって規定される。三次元格子ボックスは必要とされないことが認識されるであろう。これは、単に計算的に便利な、アルファ球のそれぞれの中の格子点が一様な様式で間隔をあけることを保証するための方法を提供するだけである。結合部位50を構成する複数のアルファ球を介して全ての格子点の一様な間隔を保証するためのその他の方法を使用してもよい。
【００３８】
一部の実施態様において、アルファ球を満たすために使用される格子点は、1.0Åの間隔である。或いは、1.0Åより小さな、又はより大きな一様な間隔を使用することもあり得る。例えば、格子点は、3つのデカルト座標のそれぞれに0.5Å間隔で一様に間隔を開けることもあり得る。別の例において、格子点は、3つのデカルト座標のそれぞれに1.5Å間隔で一様に間隔を開けることもあり得る。三次元において格子点の間隔を開けるために使用することがあり得るその他の可能な一様な間隔値は、0.1Å、0.2Å、0.3Å、0.4Å、0.5Å、0.6Å、0.7Å、0.8Å、0.9Å、1.OÅ、1.1Å、1.2Å、1.3Å、1.4Å及び1.5Å、又は0.01Å〜3.0Åの間の任意の値を含むが、限定されない。
【００３９】
一旦三次元ボックスが格子点上にフィットされれば、アルファ球内に入り、かつ巨大分子46の任意の原子の予め定められた距離の範囲内にもある全ての格子点が保持される。一部の実施態様において、この予め定められた距離は、1.2オングストローム〜2.0オングストロームの間である。一部の実施態様において、この予め定められた距離は、1.35オングストローム〜1.85オングストロームの間である。一部の実施態様において、この予め定められた距離は、1.4Åである。一部の実施態様において、この予め定められた距離は、1.8Åである。
【００４０】
これらの基準形態の両方を満たす格子点は、巨大分子46の結合部位ボリュームマップ50を形成する。一部の実施態様において、これらの格子点は、結合部位ボリュームマップを作成するために使用される。一部の実施態様において、ダミー原子を保持された格子点のそれぞれに置き、三次元表面（例えば、コノリー表面、ファンデルワールス表面又は溶媒が到達できる表面）を格子点上に描く。このような表面の計算については、例えば、Connollyの論文、1983, J. Appl. Cryst. 16: 548-558を参照されたい。これは、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる。一部の実施態様において、結合部位ボリュームマップの表面は、MOE等値面（Isosurface）として計算され、及び示される。一部の実施態様において、結合部位ボリュームマップの表面は、Pymol（DeLanoの論文、「PyMOL分子グラフィックスシステム（PyMOL Molecular Graphics System）」、DeLano Scientific LLC、Palo Alto、California）ガウシアン表面として計算され、及び示される。結合ポケットを満たす両方の格子点及びこのような格子点上に描かれた任意の三次元表面は、本明細書において、同義的に、結合ボリュームマップ56といい得る。更にまた、結合部位50の任意のその他の三次元表現も、結合部位ボリュームマップ56であるとみなされる。一つの具体的実施態様において、結合ボリュームマップ56は、分子操作環境からの出力として規則的な格子上の点のセットとしてPyMOL（DeLanoの論文、2007、DeLano Scientific LLC、Palo Alto、California）などのプログラムに読み込むことができる格子点を含む。この具体的実施態様において、点は、次いでb PyMOLバージョン1.0（「map_new」コマンド）によって提供される電子密度マップ予測過程を使用して、ガウシアン総和法を介して体積ポテンシャルに変換される。本過程は、3工程で生じ：最初に、それぞれの格子点は、単位占有及び一様な等温係数（isotropic temperature factor）をもつ水素原子にマップされる。次いで、第2に、偽電子密度ポテンシャルマップが、Cromer及びMannによって公式化された原子散乱因子に従って水素原子位置から計算され（Cromer及びMannの論文、1968、「数的ハートリー‐フォック波動関数から計算されるX線散乱因子（X-ray scattering factors computed from numerical Hartree-Fock wave functions）」、Acta Cryst、A28、321-324、これは、その全体が本明細書において引用として本明細書に組み込まれる）、及びX-PLORから適応される数的方法（Brungerの文献、1993、X-PLOR Version 3.1：X線結晶学及びNMRのためのシステム（A System for X-ray Crystallography and NMR）、Yale University出版、New Haven、Connecticut、U.S.A.、これは、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる）を使用して、（Wilsonの文献、1992、結晶学のための国際的な表（y （Wilson, 1992, International Tables for Crystallography）、C巻：Mathematical, Physical, and Chemical Tables, Kluwer Academic Publishers, London）によって作表される。第3に、等値面空間が、計算されたマップにおいて一定ポテンシャルレベルで描かれる。
【００４１】
上で同定した上記偽電子密度算出は、PyMOLなどの分子モデリング内で容易に示すこと、及び操作することができる形態に、格子上の点のセットを作り直す方法である。従って、使用される原子散乱因子、温度要因及び等値面ポテンシャルレベルは、物理的有意性を有しておらず、単に表示の目的のために調整されたパラメーターである。従って、試行錯誤を介して、30オングストローム-二乗の温度係数で計算される1.0オングストローム格子上の1.75ポテンシャル単位の空間レベルが入力格子点のものと密接にマッチする形状をもつ平滑なボリュームエンベロープを生じることが決定される。しかし、使用者は、一部の実施態様において、示される空間レベルを、必要に応じて、特定の制限内にボリュームを拡大又は縮小するように調整することができる。
【００４２】
工程206。工程206において、結合ボリュームマップは、巨大分子の結合部位についての相互作用マップ60を作成することによって、更に増強される。相互作用マップ60により、結合部位における利用できる空間及びリガンドと結合部位との間で行われる潜在的相互作用の簡単な可視化が可能になる。典型的な実施態様において、相互作用マップは、相互作用マップ構築モジュール58によって構築される。相互作用マップ60は、リガンドが巨大分子との相補性を達成するために採用することが予想される相互作用タイプによって、結合ボリュームマップ56の領域を特徴づけることによって作成される。これは、結合ボリュームマップに対する結合部位の「投射」とみなすることができ、結合部位の特性が、これらの相補的形態で、結合ボリュームマップに投影される。
【００４３】
結合部位ボリュームマップ56は、複数の領域を有する表面を含む。従って、工程206では、結合部位ボリュームマップの表面の複数の領域におけるそれぞれの各領域を、巨大分子の対応する部分の特徴の相補的である特徴に基づいて分類し、これにより相互作用マップを作成する。一部の実施態様において、このような割り当ては、それぞれの各格子点をそれぞれの格子に対する結合ボリュームマップの表面に行うこと、及び（i）格子点に最も近いアルファ球の特性付け（例えば、アルファ球が、上記のように疎水性又は親水性の分類を割り当てられた場合）、（ii）それぞれの格子点に最も近い結合部位における残基の特性（例えば、酸性、塩基性、疎水性、親水性又は曝露）に対する相補性又は（iii）それはそれぞれの格子点に最も近い表面の特性（例えば、静電ポテンシャル、疎水性、酸性度など）に基づいて各格子点に対して性状を割り当てることによって行われる。一つの例において、巨大分子の対応する部分が塩基性である場合、結合部位ボリュームマップの表面の対応する領域は、酸性と分類される。このような特性は、巨大分子の対応する部分の塩基性の特性に対して相補的であるためである。別の例において、巨大分子の対応する部分が酸性である場合、結合部位ボリュームマップの表面の対応する領域は、このような特性が、巨大分子の対応する部分の酸性の特性に対して相補的であるため、塩基性と分類される。更に別の例巨大分子の対応する部分が疎水性である場合、結合部位ボリュームマップの表面の対応する領域は、このような特性が、巨大分子の対応する部分の疎水性に対して相補的であるため、親水性と分類される。更に別の例において、巨大分子の対応する部分が親水性である場合、結合部位ボリュームマップの表面の対応する領域は、このような特性が巨大分子の対応する部分の親水性に対して相補的であるため、疎水性と分類される。
【００４４】
一部の実施態様において、アミノ酸ヒスチジン、リジン及びアルギニンは、塩基性であるとみなされる。従って、一部の実施態様において、このようなアミノ酸の残基が相互作用マップにおける格子点に最も近い残基であるときに、その格子点は、塩基性残基に対して相補的であるために、酸性であるよう割り当てられるだろう。一部の実施態様において、アミノ酸アスパラギン酸及びグルタミン酸は、酸性であるとみなされる。従って、一部の実施態様において、このようなアミノ酸の残基が相互作用マップにおける格子点に最も近い残基であるときに、その格子点は、酸性残基に対して相補的であるために、塩基性であるよう割り当てられるだろう。下記の表Iには、20個の天然に存在するアミノ酸の特性を収載してある。一部の実施態様において、結合ボリュームマップの表面上のそれぞれの格子点には、巨大分子におけるアミノ酸で最も近い残基の1つ以上の特性に対して相補的である特性が割り当てられる。
【００４５】
【表１】
2009058499.tif 000002
【００４６】
更に、本発明において、結合部位ボリュームマップの表面のそれぞれの各領域の特性付けは、厳密に分類根拠（例えば、親水性対疎水性、塩基性対酸性）で分類される必要はない。一部の実施態様において、結合部位ボリュームマップの表面のそれぞれの各領域（例えば、それぞれの格子点）は、程度（例えば、酸性度の程度、疎水性の程度など）によって特徴づけられる。例えば、表面上の所与の領域は、所与の領域に最も近い巨大分子の領域が塩基性であるので、酸性と割り当てられてもよい。更に、所与の領域は、所与領域がに最も近い巨大分子の領域の塩基性度の程度に基づいて、酸性度の程度（pH）が割り当てられる。更に、このような程度（例えば、酸性度の程度）は、相互作用マップ上に示されるそれぞれの領域の、コードされる色及び色であることができる。
【００４７】
一部の実施態様において、結合部位ボリュームマップの表面のそれぞれの領域に対応する巨大分子の部分（及び従って、それぞれの領域に割り当てられる特徴を決定する）は、所与の領域に最も近い巨大分子の残基における1つ以上の原子である。一部の実施態様において、結合部位ボリュームマップの表面のそれぞれの領域に対応する巨大分子の部分は、所与の領域に最も近い巨大分子の残基における原子である。
相互作用マップを作成するために結合部位ボリュームマップの表面の領域に割り当てることができる特徴のいくつかの例を供した。好都合には、相互作用マップのそれぞれの各領域は、各領域に最も近い巨大分子の部分の特性に対して相補的である特性に基づいて特徴づけられる。このようにして、相互作用マップは、巨大分子の結合ポケットの、理想とされるリガンドの遠近画から独特の図を提供する。
【００４８】
一部の実施態様において、結合部位ボリュームマップの表面のそれぞれの領域に対応する巨大分子の部分（及び従って、それぞれの領域に割り当てられる特徴を決定する）は、所与の領域に最も近い巨大分子の残基における1つ以上の原子である。一部の実施態様において、結合部位ボリュームマップの表面のそれぞれの領域に対応する巨大分子の部分は、所与の領域に最も近い巨大分子の残基における原子である。
一部の実施態様において、結合部位ボリュームマップのそれぞれの領域は、巨大分子の対応する部分の特性に対して相補的である任意の生理化学的特性、分子特性又は構造的特性に基づいて特徴づけられる。このような生理化学的特性、分子特性又は構造的特性の例には、静電ポテンシャル、親水性、酸性度及び溶媒の到達性、並びに曲率修正（cuvature corrected）溶媒到達性を含むが、限定されない。これらの特性の計算のための方法は、例えばHonigらの論文、2003, Methods Enzymol 374, 492-509に記述されており、これは、その全体が本明細書において引用として本明細書に組み込まれる。
【００４９】
一部の実施態様において、結合部位ボリュームマップのそれぞれの領域には、巨大分子の対応する部分の対応する特性に対して相補的である任意の生理化学的特性、分子特性又は構造的特性に基づいて複数の特性が割り当てられる。例えば、結合部位ボリュームマップのそれぞれの領域は、それぞれの領域の疎水性を表す疎水性値、静電ポテンシャル値、酸性度（例えば、pHスケールで）及び結合部位ボリュームマップのそれぞれの領域の溶媒到達性を表す溶媒到達性値の任意の組み合わせを割り当て、これにより相互作用マップを作成することができる。次いで、使用者は、相互作用マップ（及び相互作用マップの特性に近い、又はマッチする任意のリガンド）と巨大分子の結合ポケットとの間の相補性をよりよく理解するために、相互作用マップのための種々のタイプの特性付け間を選択することができる。
【００５０】
一部の実施態様において、上記の工程204と組み合わせて記述した格子に基づいた方法が結合部位ボリュームマップを構築するために使用される場合、相互作用マップを形成するために特徴づけられる結合部位ボリュームマップのそれぞれの各部分は、結合部位ボリュームマップの表面の上の、又は表面の近くの格子点である。更に、一部の実施態様において、三次元表面を結合部位ボリュームにオーバレイして、三次元表面のそれぞれの各領域を、各領域に最も近い格子点の根底にある特性に基づいて着色する。この三次元表面は、例えば上記の工程204において記述した表面であることができる。
【００５１】
工程208。工程208において、相互作用マップが、例えばユーザインタフェースデバイス、モニター、コンピュータ可読メモリ媒体、コンピュータ可読メモリ、又はローカル若しくはリモートコンピュータシステムに出力される。或いは、又は更に、結合部位ボリュームマップが表示される。
巨大分子の結合部位の比較。図4に移って、第1の巨大分子の第1の結合部位を第2の巨大分子の第2の結合部位と比較するための例示的処理を開示してある。本発明の概念を導入することの容易さに関して、本方法は、第1の巨大分子の第2の巨大分子に対する比較について記述してある。しかし、実際には、開示された技術を使用して、同時に比較することができる巨大分子の数に制限があるというわけではない。
【００５２】
工程402及び404において、第1の巨大分子の第1の結合部位及び第2の巨大分子の第2の結合部位を、任意の上に開示した技術を図2の工程202と組み合わせて、及び／又は「巨大分子における結合部位を同定するための例示的な方法」の表題の節において下記に開示したもの使用して同定する。さらなる巨大分子が比較される場合、このような巨大分子の結合部位ボリュームマップも同様に同定される。
工程404及び406において、第1の結合部位に基づいた第1の結合部位ボリュームマップ及び第2の結合部位に基づいた第2の結合部位ボリュームマップは、任意の上で開示した技術を図2の工程204と組み合わせて使用して決定される。さらなる巨大分子が比較される場合、このような巨大分子の結合部位ボリュームマップも同様に同定される。
【００５３】
工程408において、第1の結合部位ボュームマップと第2の結合部位ボリュームマップとの体積の組み合わせを含む第3の結合部位ボリュームマップが作成される。一部の実施態様において、このような体積の組み合わせは、複合結合部位ボリュームマップ64によって行われる。さらなる巨大分子が比較される場合、第3の結合部位ボリュームマップは、比較される巨大分子の結合部位ボリュームマップのそれぞれの体積の組み合わせである。このようにして、異なる巨大分子の結合部位ボリュームマップを、例えば結合ポケットの和集合、共通部分、差、独自及び平均領域を同定するために比較することができる。このような操作又はこのような操作の組み合わせによって形成される結合部位ボリュームマップは、本明細書において、複合結合部位マップという。また、このような結合部位ボリュームマップは、このような結合部位ボリュームマップを作成するために使用される場合に2つ以上の結合部位ボリュームマップで場合であっても、同義的に、本明細書において「第3の結合部位ボリュームマップ」という。
【００５４】
一部の実施態様において、和集合ボリュームは、選択した巨大分子のいずれかのボリュームマップに当てはまる全ての格子点を決定するために使用することができる。一部の実施態様において、和集合操作により、それぞれの点が任意の入力結合部位ボリュームマップにおいてその同じ位置に見いだされる最大ポテンシャルレベル値を含むポテンシャルマップを与える。従って、任意の固定された空間レベルについて、このマップは、入力結合部位ボリュームマップにわたって等高線を記したボリュームの和集合からなる等値面ボリュームを生じるであろう。和集合操作により、このように複数のマップを共に結合することができる。
【００５５】
一部の実施態様において、共通部分ボリュームは、選択される巨大分子のボリュームマップにおいて共通である格子点によって規定される。一部の実施態様において、共通部分操作は、それぞれの点が任意の入力結合部位ボリュームマップのその同じ点にて見いだされる最小値を含む複合結合部位ボリュームマップを与える。同様に、任意の固定された等高線レベルについて、この共通部分マップは、入力結合部位ボリュームマップにわたって等高線を記したボリュームの共通部分からなる等値面ボリュームを生じるであろう。
【００５６】
一部の実施態様において、差ボリュームは、第1の巨大分子の結合ボリュームサイトマップにおけるそれぞれの点におけるポテンシャルを、第1の巨大分子と比較されるその他の巨大分子の結合部位ボリュームマップのそれぞれのその同じ点にて見いだされるポテンシャルレベルによって減じた複合結合部位マップである。このような「差」結合部位ボリュームマップを示すときは、正及び負の両方の等高線が示される。一部の実施態様において、「独自性」操作は、独自性複合結合部位ボリュームマップにおける全ての負の値をゼロに切り捨てて、正の等値面等高線のみが示されるということを除いて、上記の「差」操作と同じマップを示す。一部の実施態様において、平均結合部位ボリュームマップは、それぞれの点におけるポテンシャル値が、入力結合部位ボリュームマップの全てにわたって見いだされる平均値を表すマップを示す。
【００５７】
典型的には、体積の組み合わせをおこない得る前に、結合部位ボリュームマップを互いに重ね合わせなければならない。適当な重ね合わせを保証するために、一つの実施態様において、また、典型的には第1及び第2の巨大分子を互いの上に重ね合わせるであろう重ね合わせマトリックスを使用して、互いの上に第1及び第2のボリュームマップを重ね合わせる。一部の実施態様において、第1及び第2の結合部位周辺の領域を重ね合わせるであろう重ね合わせマトリックスを使用して、第1及び第2の結合部位ボリュームマップを重ね合わせる。一部の実施態様において、2つを超える巨大分子の結合部位が比較される場合において、巨大分子の全てを互いの上に重ね合わせるマトリックスを、対応する結合部位ボリュームマップに対して、これらも互いの上に適切に重ね合わされるように、適用する。
【００５８】
第1及び第2の結合部位ボリュームマップに対して適切な重ね合わせマトリックスを提供するために、第1及び第2の巨大分子が重ね合わせられるであろう多数の方法があり、全てのこのような方法は本発明の範囲内である。このような原理は、同様に2つを越える巨大分子の整列に拡張されるが、それぞれの考察について、このような技術は、本明細書において、単に2つの巨大分子が重ねあわされる場合について記述してある。一部の実施態様において、少なくとも第1及び第2の巨大分子の第1及び第2の結合部位を裏打ちする残基のバックボーン原子は、互いの上に重ね合わされ、このような重ね合わせに由来する重ね合わせマトリックスも、これらも互いの上に重ね合わされように、第1及び第2の結合部位ボリュームマップに適用される。このような重ね合わせには、典型的には、第2の巨大分子の残基と共に第1の巨大分子の残基を整列することが必要である。このような整列は、手作業での検査によって、又は多数の一般公開されているソフトウェアプログラムにおいて実行されてきた、局所的（例えば、スミス-ウォーターマンアルゴリズム、Smith及びWatermanの文献, 1981, Journal of Molecular Biology 147: 195-197、これは、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる）若しくは全体的（例えば、ニードルマン-ウンシュ（Wunsch）アルゴリズム、Needleman及びWunschの文献, 1970, Journal of Molecular Biology. 48: 443-53、これは、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる）整列などの自動化された方法によって行うことができる。また、複数の巨大分子が重ね合わされる場合には、複数の配列整列プログラムを利用することができる。例えば、Lassmann及びSonnhammerの論文、2005、BMC Bioinformatics 6、298；及びHigginsらの論文、1994、Nucleic Acids Res. 22：4673-4680を参照されたい。これらのそれぞれは、その全体が本明細書において引用として本明細書に組み込まれる。
【００５９】
一旦巨大分子のそれぞれを一次配列レベルで整列させたら、巨大分子のモデルにおける対応する原子間の距離を最小化させる。このような極小化技術は、Kabsch最小二乗法（Kabschの文献 1978、Acta Crystallogr A 34、827-828、これは、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる）を使用する、対応する原子（例えば、第1及び第2の結合部位を裏打ちする残基のバックボーンを形成する対応する原子）の根平均二乗偏差（RMSD）の極小化である。第1及び第2の巨大分子からの対応する原子を整列に使用してもよいであろう選択には、広範な選択がある。例えば、第1及び第2の巨大分子の全てのバックボーン原子を整列に使用してもよく、第2の巨大分子に対応する原子を有する第1の巨大分子における全ての原子を整列に使用してもよい、などがある。好ましいアプローチにおいて、10オングストロームのシェルを整列させる結合部位のそれぞれの周辺に描き、10オングストロームシェルのそれぞれにおける巨大分子のそれぞれからの残基（例えば、このような残基のバックボーン原子又は両分子モデルに対応物を有するこのような残基の全ての原子）が整列のための基礎として使用される。その他の実施態様において、5オングストローム〜40オングストローム間の範囲のシェルが、解析される結合ポケットのサイズに基づいて選択され、このシェルにおける全ての対応する原子又は全てのバックボーン原子が、重ね合わせの基礎として使用される。
更にまた、Dammらの論文、2006、Biophysical Journal 90、48-473（これは本明細書において引用として本明細書に組み込まれる）の方法を使用するガウシアン加重RMSFフィットなど、対応する原子の選ばれたセットの重ね合わせのために使用してもよい広範囲な整列アルゴリズムがある。また、複数の巨大分子を重ね合わせるためのソフトウェアも利用できる。例えば、Petrey及びHonigの文献、2003、Enzymology 374：492-509の方法を参照されたい。これは、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる。
【００６０】
一旦結合部位ボリュームマップを重ね合わせたら、該マップの体積の組み合わせを達成することができる。一部の実施態様において、ボリュームの組み合わせは、結合部位ボリュームマップのそれぞれの和集合である。このような実施態様において、第3の結合部位ボリュームマップが、第1及び第2の結合マップの組み合わせである場合には、複合結合部位ボリュームマップは、第1及び第2の結合部位ボリュームマップにおける点のそれぞれの空間的に等価なセットの最大の値を構成するであろう。従って、これらの格子点に描かれた表面は、第1及び第2の結合部位ボリュームマップの複合を反映するであろう。一部の実施態様において、第3の結合部位ボリュームマップが第1、第2及び第3の結合マップの組み合わせであり、かつこのようなマップが格子点を含む場合、複合結合部位ボリュームマップは、第1、第2及び第3の結合部位ボリュームの点のそれぞれの空間的に等価なセットの最大の値を構成する。従って、これらの格子点上に描かれた表面は、第1、第2及び第3の結合部位ボリュームマップの複合体を反映するであろう。当業者であれば、このような体積組み合わせマップを任意の数の結合部位ボリュームマップ（例えば、3以上、4以上、10以上、2〜100など）の組み合わせに拡張することができることを認識するであろう。このような複合体の結合マップは、例えばアミノ酸側鎖の柔軟性によって利用可能なボリュームを含む標的結合部位において利用可能な領域を規定する際に有用である。
【００６１】
一部の実施態様において、ボリューム組み合わせは、第1の結合部位ボリュームマップ及び第2の結合部位ボリュームマップの差である。このような実施態様の例において、第3の結合部位ボリュームマップ（複合結合部位ボリュームマップ）におけるそれぞれの点は、残りの結合部位ボリュームマップのそれぞれのその同じ点において見いだされるポテンシャル値により減じた第1の結合部位ボリュームマップにおける同じ点の値であろう。好都合には、第3の結合部位ボリュームマップ（複合結合部位ボリュームマップ）の検査により、他方の巨大分子の結合部位ボリュームマップにおいて見いだされない第1の巨大分子に対応する第1の結合部位ボリュームマップの部分が明らかになるであろう。このような目視検査は、例えば第3の結合部位ボリュームマップの格子点上に半透明又は非透明な表面を描くことに行うことができる。第1の例では、このようなマップを上で議論した任意の技術を工程204と組み合わせて描くことができるであろう。このようなマップは、酵素基質選択性及び構造に基づいたドラッグデザインを理解するなどの、広範囲にわたる適用に対して非常に有利である。例えば、第1の巨大分子は、第1の結合ポケットに特異的に結合する阻害剤によって阻害される酵素であり得るが、第2の巨大分子（及びその後の巨大分子）は、該阻害剤の特異的結合が望まれない酵素であり得る。第3の結合部位ボリュームマップは、第2の結合ポケット（及びその後の結合ポケット）によって共有されない第1の結合ポケットの領域を決定するために使用することができる。
【００６２】
一部の実施態様において、ボリューム組み合わせは、第1の結合部位ボリュームマップと第2の結合部位ボリュームマップとの共通部分である。このような実施態様の例において、複合結合部位ボリュームマップにおけるそれぞれの点は、複合結合部位ボリュームマップを形成するように組み合わされた任意の結合部位ボリュームマップに相当する点において見いだされる最小値であろう。好都合には、第3の結合部位ボリュームマップにおける格子点の検査により、第2の結合部位ボリュームマップにおいても見いだされる第1の結合部位ボリュームマップの部分が明らかになるであろう。このような目視検査は、例えば第3の結合部位ボリュームマップの格子点上に半透明又は非透明な表面を描くことによって行うことができる。このようなマップは、工程204において上記の技術を使用して描くことができる。共通部分複合結合部位ボリュームマップは、結合ポケットのどの領域が選択性を与えないかを理解するなどの、広範囲にわたる適用のために非常に有利である。例えば、第1の巨大分子は、第1の結合ポケットに特異的に結合する阻害剤によって阻害される酵素であり得るが、第2の巨大分子（及びその後の巨大分子）は、該阻害剤の特異的結合が望まれない酵素であり得る。複合結合部位ボリュームマップは、第2の結合ポケットによって共有され、従って酵素選択性を与えるためのポテンシャルを提供しない第1の結合ポケットの領域を決定するために使用することができる。
【００６３】
第1の結合部位ボリュームマップのその他の体積の組み合わせも可能性である。例えば、体積の組み合わせは、2つ以上の結合部位ボリュームマップの平均であることができる。別の例において、体積の組み合わせは、第3の結合部位ボリュームマップが（i）第2の結合部位ボリュームマップによって共有されない第1の結合部位ボリュームマップの部分；及び（ii）第1の結合部位ボリュームマップによって共有されない第2の結合部位ボリュームマップの部分からなる独自性関数である。一部の実施態様において、第1及び第2の結合部位ボリュームマップは、格子点を構成し、かつ上述の部分は、それぞれの各結合部位ボリュームマップにおけるそれぞれの格子点について、他方の結合部位ボリュームマップの格子空間内に相当する格子点があるかどうかを決定することによって同定される。このような例において、複合結合ボリュームマップは、第1の結合部位に独特の領域を強調する。この領域の一部又は全体を占めているリガンドは、第1の結合部位に対して選択的であることが予想される。
【００６４】
更にその他のマップの体積の組み合わせも可能性である。例えば、一部の実施態様において、体積の組み合わせは、（i）第1及び第2の結合部位ボリュームマップの和集合と（ii）第3の第2の結合部位ボリュームマップとの間の差であることができる。別の例において、一部の実施態様において、体積の組み合わせは、（i）第1及び第2の結合部位ボリュームマップの共通部分及び（ii）第3の第2の結合部位ボリュームマップとの間の差であることができる。本明細書の開示を考慮することにより、当業者であれば、体積の組み合わせモジュール62によって作成される複合結合部位ボリュームマップが、2つ以上の結合部位ボリュームマップの任意の論理的組み合わせであることができることを認識するであろう。更にまた、例えば、このような複合結合部位ボリュームマップは、結合演算子、共通部分演算子、差演算子などを使用してそれ自体を論理的に組み合わせることができる。更にまた、結合部位ボリュームマップは、後で使用及び解析するために、コンピュータ10に、又はコンピュータ10によってアドレス指定可能なコンピュータに記憶させることができる。
【００６５】
工程412において、第3の結合部位ボリュームマップ（複合結合部位ボリュームマップ）の表面の複数の領域におけるそれぞれの各領域（例えば、それぞれの格子点）を、該各領域に最も近い第1の巨大分子の一部（例えば、それぞれの格子点に最も近い第1の巨大分子における残基）の第2の特徴に対して相補的である第1の特徴に基づいて、任意に分類し、これにより第3の結合部位ボリュームマップのための相互作用マップを作成する。任意の上記の分類手法を図2の工程206と組み合わせて、このような分類に使用することができる。一部の実施態様において、都合よくは、このような相互作用マップは、2つの巨大分子に共有されるか、又は独特の結合ポケットの部分を強調するだけでなく、これは、リガンドがこの特徴を利用するために有するべきである分子特性を視覚化するためにも便利な手段を提供する。例えば、相互作用マップが、第1の巨大分子と第2巨大分子との間の差を強調する場合には、相互作用マップは、選択性についてリガンドによって利用することができる領域を視覚的に強調するだけでなく、どのような分子特性をこのようなリガンドが有するべきであるかも図示する。
【００６６】
工程414において、第3の結合部位ボリュームマップ（複合結合部位ボリュームマップ）及び／又は相互作用マップが、ユーザインタフェースデバイス、モニター、コンピュータ可読メモリ媒体、コンピュータ可読メモリ、又はローカル若しくはリモートコンピュータシステムに出力される。或いは、第3の結合部位ボリュームマップ及び／又は相互作用マップが表示される。
本発明の結合部位ボリュームマップ及び相互作用マップは、ガウシアン92（Frisch, Gaussian社、 Pittsburgh, Pennsylvania）AMBER（San FranciscoのCaliforniaのコールマン大学）、QUANTA/CHARMM （Molecular Simulations社、Burlington, Massachusetts）、Insight II/Discover （Biosym Technologies社, San Diego, California）、MOE Isosurface又はPymol （DeLanoの論文、「PyMOL分子グラフィックスシステム（The PyMOL Molecular Graphics System）」DeLano Scientific LLC, Palo Alto, California）ガウス曲線表面を含むが、限定されない、多くの市販の、及び公共に利用できるソフトウェアプログラムによって視覚化することができる。結合ポケットを満たす格子点及びこのような格子点上に描かれた任意の三次元表面は、本明細書において、同義的に、結合ボリュームマップ56といい得る。更にまた、結合部位50の任意のその他の三次元表現も、結合部位ボリュームマップ56であるとみなされる。結合ポケットを満たす特徴づけられた格子点及びこのような格子上点に描かれた任意の三次元表面は、本明細書において、同義的に、相互作用マップ60といい得る。
【００６７】
（巨大分子における結合部位を同定するための例示的方法）
巨大分子の結合部位を同定するための方法には、以下のアプローチを含むが、限定されない：エネルギーに基づいた方法、格子に基づいた方法、幾何学的方法、分類法及び直接法、並びに任意のこれらの組み合わせ。このような方法の非限定的例を下記に開示してある。
エネルギー的方法。Goodfordの論文、1985, J. Med. Chem. 28, 849-857及びMirankerの論文、991, Proteins: Structure, Function, and Genetics 11, 29-34（これらのそれぞれは、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる）などの方法では、エネルギー的に好ましい部位の位置を決める試みにおいて、標的タンパク質と異なるプローブとの間の相互作用エネルギーが計算される。このようなエネルギー的手順は、典型的には受容体原子に対してプロトン位置及び部分電荷を割当てることが必要である。
格子に基づいた方法。格子に基づいた方法の１つの例は、Ligsite（Hendlichらの論文、1997, Journal of Molecular Graphics and Modeling 1, 359-363、本明細書により、引用として本明細書に組み込まれる）である。ポケットは、立方格子上の一連の操作で同定される。
【００６８】
幾何学的方法。巨大分子の結合部位を同定するための更に別のアプローチは、幾何学的方法の使用である。幾何学的方法には、標的巨大分子の三次元座標が必要である。このような方法では、エネルギーモデルを用いずに標的巨大分子の表面を探索する。多数の異なるタイプの幾何学的方法がある。幾何学的方法には、Chemical Computing Group（Montreal、Quebec Canada H3A 2R7）によって分配されるMolecular Operating Environment（MOE）（例えば、Version 200.06、及び後期のもの）、ProShape（Edelsbrunner及びKoehlの論文、2003, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100: 2203-2208、これは、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる）、CAST（Prompanasらの論文、2000 Bioinformatics 16：91-922、これは、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる）及びDel Carpioらの論文、1992、J. Mol. Graphics 11、23-29（これは本明細書において引用として本明細書に組み込まれる）の分析的幾何学的アルゴリズムにおいて見いだされる実施を含むが、限定されない。さらなる幾何学的方法には、Kuntzらの論文、1982、J. Mol. Biol. 161、269-288、Ho及びMarshallの論文、1990、J. Comput.-Aided Mol. Design 4、337-34、並びにBardfordらの論文、1988、Biochemistry 27、6733-6741によって開示されたものを含み、これらのそれぞれは、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる。巨大分子の結合部位を決定するための更に別のアプローチでは、ニューラルネットワークに基づいたプロトコルを使用して、標的配列の表面上の空洞を同定する。これらの空洞は、ポテンシャル結合部位とみなされる（Stahl及びSchneiderの文献、2000、Protein Engineering、13、83-99、これは、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる）。ニューラルネットワークアプローチは、176の亜鉛メタロプロテイナーゼのセットに適用されてきた。全例ではないがほとんどにおいて、標的巨大分子の実際の結合部位は、該分子の表面上の5つの最大空洞の1つによって表された。標的配列に対応する三次元表現から活性部位残基を予測するために使用される同様の方法において、「あいまいな機能的形態」（FFF）と名付けられたタンパク質活性部位の記述子が定義された（Fetrow & Skolnickの論文、1998, Journal of Molecular Biology 281, 949-968、これは、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる）。FFFは、タンパク質の公知のX線結晶構造におけるタンパク質活性部位の形状、残基同一性及び高次構造に由来する。FFFは、初めにab又は種々の巨大分子のスレッディングモデルにおいて、巨大分子の結合部位を同定するために使用される。タンパク質の場合、1つのアプローチでは、標的配列の酵素クラスを予測するために、標的配列の構造を使用するためのアルゴリズムが開発されてきた。例えば、TESSと呼ばれるアルゴリズムは、タンパク質データバンク（Protein Data Bank：PDB）において使用者が規定した原子の空間的組み合わせを捜すために開発された（Wallaceらの論文、1997、Protein Science 6、2308-2323、これは、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる）。PDBは、二次元及び三次元核磁気共鳴、並びにX線結晶学などの技術に由来したタンパク質の三次元表現の一般公開されているデータベースである。TESSは、PDBにおいて蓄積された三次元表現から三次元テンプレートを引き出す。TESSを使用して、標的配列に対応する新たな構造を、これらの三次元テンプレートに対して走査して、新たな構造の結合部位を決定する。
【００６９】
分類法。分類法の例には、SURFNET（Laskowskiの論文、1995, Journal of Molecular Graphics 13, 323-330）、PocketPicker（Weiselらの論文、2007, Chemistry Central Journal 1:7）、POCKET（Levittの論文, 1992, J. Mol. Graphics 10, 229-234）及びDelaney（Delaneyの論文、1992、J. Mol. Graphics 10、174-177）の細胞論理演算子を含むが、限定されない。更に別の分類法は、PASSと呼ばれる計算ツールである（Laguninらの論文、1999、Bioinformatics 16：747-748）。PASSは、Stahl & Schneider （Brady & Stoutenの論文、2000, Journal of Computer-Aided Molecular Design 14, 383）のニューラルネットワークアプローチと同様のアプローチに従って、標的配列に埋設されたボリュームの領域を特徴づける。標的巨大分子の結合部位を決定するための更に別のアプローチは、三次元クラスター分析（Landgrafらの論文、2001, Journal of Molecular Biology 307, 1487）である。三次元クラスター分析は、標的配列内の空間的に規定された残基クラスターの保存を、全体として標的配列と比較して考慮することによって、活性部位残基を同定する。
【００７０】
直接法。巨大分子の結合部位を決定するための直接法は、タンパク質の結合部位に結合するリガンドと複合体を形成した配列に対応するタンパク質の三次元構造を解析することである。多数のタンパク質が、X線結晶学的又は核磁気共鳴技術を使用して、このような複合体において決定されてきた。特定のタンパク質において結合部位を形成する残基の同一性は、どの残基が別のタンパク質の結合部位を形成するであろうかを予測するために使用することができる情報源を提供するような技術によって、解析される。この形態の情報を利用するために、Stuartら（Stuartの論文、2001、LigBase：公知のタンパク質配列及び構造における整列させたリガンド結合部位のファミリーのデータベース、Bioinformatics 17、1-2）は、公知の構造の全ての結合部位を含むデータベースを開発した。更に、公知の構造のそれぞれのタンパク質について、本データベースは、全ての関連したタンパク質配列及び構造との整列を提供する。LigBase配列整列を使用して、公知の複合体構造を有するタンパク質と同様のタンパク質の結合部位残基を予測することができる。
【００７１】
（例示的配列整列プログラム）
処理工程410（図4）の一部の実施態様に使用される既存の配列比較処理は、2つの主なクラス：全体的比較法及び局部的比較法に分けてもよい。全体的比較法では、配列を、それらの全体を整列させ、単一操作で記録する（Needleman及びWunschの論文、1970、Molecular Biology 48、443）。局部的比較法では、2つの配列の高度に類似するセグメントのみを整列させて記録し、合成得点を個々のセグメントスコア、例えばFASTA法（Pearson及びLipmanの論文、1988、Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85：2444-2448）、BLAST法（Altschulらの論文、1990, Journal of Molecular Biology 215, 403-410；Altschulらの論文、1997, Nucleic Acids Research 2, 3389-3402）及びBLAZE法（Brutlagらの論文、1993, Computational Chemistry 17,203-207）を組み合わせることによって計算する。
【００７２】
一部の実施態様において、巨大分子の配列整列は、ベーシックローカルアライメントサーチツール（Basic Local Alignment Search Tool（BLAST））、PSI-BLAST、PHI-BLAST、WU-BLAST-2及び／又はMEGABLASTなどのアルゴリズムを使用して行われる。Altschulらの論文、1990、J. Mol. Biol. 215,403-410；Altschulらの論文、1996, Methods in Enzymology 266, 460-480；及びKarlinらの論文、1993, PNAS USA 90, 5873-5787を参照されたい。巨大分子を整列させるために使用してもよいさらなるアルゴリズムには、FASTA（Pearson、1995, Protein Science 4, 1145-1160）、ClustalW（Higginらの論文、1996, Methods Enzymol. 266, 383-402）、DbClustal（Thompsonらの論文、2000, Nucl. Acids Res. 28, 2910-2926）及び分子操作環境（化学物質を計算する基、Montreal、Quebec Canada H3A 2R7）を含む。
種々の複数の配列整列プログラムには、FASTA（Pearsonの論文、1995, Protein Science 4, 1145-1160）、ClustalW（Higginらの論文、1996, Methods Enzymol. 266, 383-402）、MSF（European Molecular Biology Laboratory, Meyerhofstr. 1, 69117 Heidelberg, Germany）並びにモデラーのPIR形式（Sali及びSanchezの論文、2000, Methods Mol. Biol. 143, 97-129）を含むが、限定されない。
【００７３】
一部の実施態様において、整列される配列がタンパク質である場合、このような配列整列には、アミノ酸置換マトリックス（例えば、整列スコアリング表）を使用した対での整列を含む。アミノ酸置換マトリックスは、整列において個々の残基位置において見いだすことができる可能性のある対形成又は置換のそれぞれについての数値スコアを提供する。一つの実施態様において、アミノ酸置換マトリックスは、20×20マトリックスであり、マトリックスのエレメントは、天然に存在するアミノ酸の1つを別の天然に存在するアミノ酸と置換するためのスコアを表すことが認識されるであろう。一部の実施態様において、BLOSUM62マトリックスは、整列モジュールアルゴリズムによって使用されるアミノ酸置換マトリックスである。BLOSUM62マトリックスは、Dayhoffスコアリングマトリックスの派生物である。Dayhoffマトリックスは、20個の天然に存在するアミノ酸のいずれか1つから別のアミノ酸への置換のための数値を提供する。（Henikoff及びHenikoffの論文、1993, Proteins 17, 49-61, 1993を参照されたい）。任意のアミノ酸置換マトリックスを使用することができるが、さらなる例示的マトリックスを本明細書に示してある。例えば、WACマトリックス（Pac. Symp. Biocomput., 465-76, 1997）を使用することができる。WACマトリックスは、20個の天然に存在するアミノ酸を囲む微小環境の包括的解析の結果である。この解析には、ランダムな対照環境と、並びに各々のその他のアミノ酸環境と、アミノ酸環境の比較を含む。これらの環境は、原子、化学基、残基及び二次構造特色の概要を示す21個の特色のセットで記述される。環境は、アミノ酸Cα原子からの特色の距離を表すために、1オングストローム厚の半径のシェルに分けられる。更に別のアミノ酸置換マトリックスは、Rislerマトリックス（Rislerらの論文、11988, J. Mol. Biol. 204, 1019-29）である。Rislerマトリックスの展開において、タンパク質PIにおけるアミノ酸aは、2つの構造の重ね合わせ後に、a1及びa2 Cα原子が1.2オングストローム未満離れている場合に、構造的に類似するタンパク質P2のアミノ酸a2により置換されたとみなす。この基準を使用して、種々の構造からのアミノ酸対（置換）を統計的方法によって解析してRislerマトリックスを作成した。
【００７４】
巨大分子の配列を比較するために使用することができる整列プログラムの別の非限定的例は、Myers及びMiller（Myers & Millerの論文、CABIOS 4, 11-17,1988）のアルゴリズムである。このようなアルゴリズムは、GCG配列整列ソフトウェアパッケージの一部であるALIGNプログラム（バージョン2.0）に組み込まれている。一部の例において、アミノ酸配列を比較するためにALIGNプログラムを利用するときに、PAM120整列スコアリング表（Henikoff & Henikoff, の論文1992, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89, 10915）、12のギャップ長さペナルティー、及び4のギャップペナルティーを使用することができる。配列分析のためのさらなるアルゴリズムが当該技術分野において公知であり、ADVANCE及びADAMを含むが、限定されない（Torellis及びRobottiの論文、Comput. Appl. Biosci., 10:3-5）。多くのその他のアミノ酸置換マトリックスを使用することができる。このような表には、PAM250マトリックス（Henikoff及びHenikoffの論文、1992, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, p.10915）を含むが、限定されない。
【００７５】
（コンピュータ及びコンピュータプログラム製品実行）
本発明は、コンピュータ可読メモリ媒体に包埋されたコンピュータプログラムメカニズムを含むコンピュータプログラム製品として実行することができる。更に、本発明の任意の方法を1つ以上のコンピュータにおいて実行することができる。更に、本発明の任意の方法を1つ以上のコンピュータプログラム製品において実行することができる。本発明の一部の実施態様は、本明細書に開示された方法のいずれか又は全てをコードするコンピュータプログラム製品を提供する。このような方法は、CD-ROM、DVD、磁気ディスク記憶製品又はその他の任意のコンピュータ可読データ若しくはプログラム記憶製品に記憶させることができる。また、このような方法は、ROM、1つ以上のプログラム可能なチップ又は1つ以上の特定用途向け集積回路（ASIC）などの永続記憶装置に包埋することができる。このような永続記憶装置は、サーバ、802.11アクセスポイント、802.11無線ブリッジ／ステーション、リピータ、ルータ、移動電話又はその他の電子装置に局在させることができる。また、コンピュータプログラム製品にコードされるこのような方法は、インターネットを介して電子的に、コンピュータデータシグナル（その中に、ソフトウェアモジュールが包埋されている）の伝達によって、デジタル的に又は搬送波で配布することができる。
【００７６】
本発明の一部の実施態様は、図1に示したプログラムモジュールのいずれか又は全てを含むコンピュータプログラム製品を提供する。これらのプログラムモジュールは、CD-ROM、DVD、磁気ディスク記憶製品又はその他の任意のコンピュータ可読データ若しくはプログラム記憶製品に記憶させることができる。プログラムモジュールは、ROM、1つ以上のプログラム可能なチップ又は1つ以上の特定用途向け集積回路（ASIC）などの永続記憶装置に包埋することができる。このような永続記憶装置は、サーバ、802.11アクセスポイント、802.11無線ブリッジ／ステーション、リピータ、ルータ、移動電話又はその他の電子装置に局在させることができる。また、コンピュータプログラム製品のソフトウェアモジュールは、インターネットを介して電子的に、コンピュータデータシグナル（その中に、ソフトウェアモジュールが包埋されている）の伝達によって、デジタル的に、又は搬送波で配布することができる。
【実施例】
【００７７】
図5Aを参照し、P38Aキナーゼの結合部位（Trejoらの論文、2003, J. Med. Chem 46, 4702-4713参照されたい。これは、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる）をJNK3キナーゼの結合部位（Weston及びDavisの論文、2002, Curr. Opin. Genet. Dev. 12, 14-21。これは、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる）と比較した。P38A及びJNK3の活性部位（アデノシン三リン酸結合部位）は、改編MOEアルファサイトファインダを使用して同定した。次いで、結合部位ボリュームマップを、上記のシステム及び方法を使用して、P38A及びJNK3について構築した。次に、P38Aの結合部位ボリュームマップ及びJNK3の結合部位ボリュームマップの体積の組み合わせを作成した。具体的には、P38Aの結合部位ボリュームマップ及びJNK3の結合部位ボリュームマップの共通部分を作成して、図5Aに図示してある。図5Aに図示した共通部分ボリュームは、P38A及びJNK3結合部位の両方をターゲットするための共通の許容し得るボリュームを規定する。図5Bは、この共通部分ボリュームにおける阻害剤R1487（図5Bのエレメント502）を図示する。図5Cは、R1487の分子構造を提供する。図5Bにて図示したように、阻害剤は、共通部分ボリューム内に完全に含まれている。従って、この阻害剤は、P38A及びJNK3の両方に対して特異的に結合するが、2つのキナーゼ間に選択性を示さないであろうことが予想される。実際に、この場合、P38A及びJNK2についてのR1487のIC50は、それぞれ0.010μM及び0.200μMである。
【００７８】
図6Aを参照し、P38Aキナーゼの結合部位をJNKキナーゼの結合部位と比較した。しかし、ここで、P38A及びJNK3の結合部位ボリュームマップの体積の組み合わせは、差マップとして作成した。図6に図示した差マップは、P38A結合部位ボリュームマップに存在するが、JNK結合部位ボリュームマップに存在しない領域を規定する。図6にて図示したように、阻害剤RO7125は、P38A結合ポケットに独特である領域602内のクロロフェニル基に位置する。従って、RO7125は、P38Aに特異的に結合するが、JNKには結合せず、従って、JNKを超えてP38Aに対する選択性を示すであろうことが予想される。実際に、この場合、P38A及びJNK2についてのRO7125のIC50は、それぞれ0.006μM及び＞20μMである。RO7125の分子構造は、図6Bに示してある。
【００７９】
図7Aを参照し、P38Aキナーゼの結合部位をJNKキナーゼの結合部位と比較した。ここで、P38A及びJNKの結合部位ボリュームマップの体積の組み合わせは、差マップとして作成した。図7Aに図示した差マップは、P38A結合部位ボリュームマップに存在するが、JNK結合部位ボリュームマップに存在しない領域を規定する。図7Aにて図示したように、阻害剤RO9552は、P38A結合ポケットに独特である領域702内のシクロプロピル基に位置する。従って、RO9552は、P38Aに特異的に結合するが、JNKには結合せず、従って、JNKを超えてP38Aに対する選択性を示すであろうことが予想される。実際に、この場合、P38A及びJNK2についてのRO9552のIC50は、それぞれ0.0009μM及び0.05μMである。図7Bは、RO9552の分子構造を図示する。図7Bにおいて、P38A結合ポケットの領域702を占める分子構造の部分は、エレメント702と同じように同定される。
【００８０】
図8を参照し、P38Aキナーゼの結合部位は、該キナーゼの結合部位を同定すること、次いで上に開示したシステム及び方法を使用して結合部位の結合部位ボリュームマップを決定することによって評価する。図8において、エレメント804は、P38A結合ポケットを裏打ちするP38A残基の一部である。次いで、先に開示したシステム及び方法を使用して、結合部位ボリュームマップの表面の複数の領域におけるそれぞれの各領域を、該各領域に最も近い一部の巨大分子の第2の特徴に対して相補的である第1の特徴に基づいて分類し、これにより相互作用マップ802を作成する。P38A結合部位において、リジン808は、相互作用マップの領域に近く、従って、このリジン808に最も近い相互作用マップ802の領域810は、酸性と特徴づけられる。阻害剤R06257（図8におけるエレメント806）を相互作用マップ802に重ね合わせる。阻害剤R06257は、リジン808と相互作用するための適切な極性原子を有していない。従って、R06257は、P38Aに対してわずか0.25μMのI50を示す。相互作用マップ802から、予想される阻害剤の特異性は、塩基性リジン808と相互作用するであろう1つ以上の極性の原子に位置することによって改善することができる。
【００８１】
参照文献
本明細書において引用した全ての参照文献は、あたかもそれぞれの個々の刊行物又は特許若しくは特許出願が、全ての目的のためにその全体が引用として組み込まれていることを具体的かつ個々に示したのと同じ程度で、これらの全体において、及び全ての目的のために、本明細書において引用として本明細書に組み込まれる。
【００８２】
（改変）
当業者に公知であるように、本発明の多くの修正変更を、その趣旨及び範囲から逸脱することなく行うことができる。本明細書に記述した具体的実施態様は、例示のみの目的であり、本発明は、このような特許請求の範囲が権利を与える均等物の完全な範囲とともに、添付の特許請求の範囲の用語によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本開示の態様に従って、タンパク質及び核酸などの巨大分子における結合部位ボリュームをマッピングするため、並びに巨大分子の結合部位を比較するための装置を図示する。
【図２】本発明の実施態様に従って、巨大分子における結合部位ボリュームをマッピングするための方法を図示する。
【図３】二次元の0-半径原子のセットのボロノイ分解を図示し、原子は、十分に大きな円として示してあり、かつボロノイ領域の境界は線として示してある。
【図４】本発明の実施態様に従って、巨大分子の結合部位を比較するための方法を図示する。
【図５Ａ】本発明の実施態様に従った共通部分ボリュームである巨大分子P38AとJNKとの間の複合結合部位ボリュームを図示する。
【図５Ｂ】本発明の実施態様に従ったP38AA及びJNK3結合部位ボリュームマップの共通部分である結合部位ボリュームマップ上に重ねた阻害剤R1487を図示する。
【図５Ｃ】R1487の分子構造を図示する
【図６Ａ】P38AAキナーゼの結合部位ボリュームマップとJNK3キナーゼの結合部位ボリュームマップの体積の組み合わせであるボリュームマップ上に重ねた阻害剤RO7125を図示しており、P38AA結合部位ボリュームマップに独特な領域のみを体積の組み合わせにおいて保持してある。本発明において、P38AAボリュームマップの性状に基づいて、独特のボリュームの表面をカラーコードすることができる。
【図６Ｂ】RO7125の分子構造を図示する。
【図７Ａ】P38AAキナーゼの結合部位ボリュームマップとJNKキナーゼの結合部位ボリュームマップとの体積の組み合わせであるボリュームマップ上に重ねた阻害剤RO9552を図示しており、P38AA結合部位ボリュームマップに独特な領域のみを体積の組み合わせにおいて保持してある。
【図７Ｂ】RO9552の分子構造を図示する。
【図８】本発明の実施態様に従って、描かれた結合部位の相互作用マップでP38AAキナーゼの結合部位において結合した阻害剤R06257を図示する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【外国語明細書】
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