(57)【要約】  本発明は、原子指紋記述子のデータベースを構築する方法を提供する。また、（ｉ）基質の原子指紋記述子（atomic fingerprint descriptor）を計算する段階；（ｉｉ）上記方法で構築されたデータと比較して、シトクロムＰ４５０酵素による代謝反応が可能な原子位置を選別する段階；及び（ｉｉｉ）選別した原子位置に対して原子記述子（atomic descriptor）を用いて活性化エネルギーを予測する段階；を含む、原子指紋記述子及び原子記述子を用いて活性化エネルギーを予測する方法を提供する。また、本発明は、効果的な原子記述子を用いて、ＣＹＰ４５０酵素によりなされる第１段階（Phase Ｉ）の代謝の活性化エネルギーを予測する方法を提供する。具体的には、本発明は、効果的な原子記述子を含んだ方程式を用いて、シトクロムＰ４５０酵素による水素分離反応または芳香族水酸化反応の四面体中間体形成の活性化エネルギーを予測する方法を提供する。本発明による方法は、如何なる追加的なＣＹＰ４５０と基質とのドッキング実験や量子力学的計算を行うことなく、実用的水準まで第１段階（Phase Ｉ）の代謝体について迅速に予測することにより、コンピュータを用いての新薬開発を遥かに容易にし、薬物の代謝反応可能性の分析による代謝体回避設計を通して薬物の生体利用率（bioavailability）を増加させる戦略を提示できる。また、本発明による活性化エネルギー予測を通して、ｉ）代謝産物、ｉｉ）代謝の相対的な速度、ｉｉｉ）代謝の位置選択性、ｉｖ）代謝の阻害、ｖ）薬物間相互作用、及びｖｉ）代謝体の毒性を予測できる。【選択図】図１
2012508922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）下記数学式１で表される基質の原子指紋記述子（atomic fingerprintdescriptor）を計算する段階；
（ｉｉ）原子位置に対して原子記述子（atomic descriptor）を用いて活性化エネルギーを予測する段階； 
（ｉｉｉ）予測された活性化エネルギーを用いてシトクロムＰ４５０酵素による代謝反応を予測する段階；及び
（ｉｖ）予測代謝反応と実験代謝反応とを比較して代謝反応有無を保存する段階；を含む、
原子指紋記述子のデータベースを構築する方法：
［数学式１］
Ｘａｂｃ
上記式で、
Ｘは、原子の化学元素で；
ａは、結合している原子の個数を表す結合次数（bond order）で；
ｂは、リング（ring）を構成しているかを表すリング指標（ring indicator）で；
ｃは、芳香族原子であるかどうかを表す芳香族指標（aromatic indicator）である。
【請求項２】
段階（ｉｉｉ）において、代謝反応は、脂肪族ヒドロキシル化反応（aliphatic hydroxylation）又は芳香族ヒドロキシル化反応（aromatic hydroxylation）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
段階（ｉｉｉ）において、代謝反応は、窒素−脱アルキル化反応（N-dealkylation）、炭素−ヒドロキシル化反応（C-hydroxylation）、窒素−酸化反応（N-oxidation）、又は酸素−脱アルキル化反応（O-dealkylation）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
シトクロムＰ４５０酵素は、ＣＹＰ２Ｅ１、ＣＹＰ３Ａ４、ＣＹＰ２Ｂ６、ＣＹＰ２Ｃ８、ＣＹＰ２Ｃ９、ＣＹＰ１Ａ１、ＣＹＰ１Ａ２、ＣＹＰ２Ｃ１９、ＣＹＰ２Ｄ６、ＣＹＰ１Ｂ１、及びＣＹＰ２Ａ６で構成された群から選択された何れか一つであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
（ｉ）下記数学式１で表される基質の原子指紋記述子（atomic fingerprintdescriptor）を計算する段階；
（ｉｉ）請求項１乃至４のうちの何れか１項の方法により構築されたデータと比較してシトクロムＰ４５０酵素による代謝反応が可能な原子位置を選別する段階；及び
（ｉｉｉ）選別した原子位置に対して原子記述子（atomic descriptor）を用いて活性化エネルギーを予測する段階；を含む、
原子指紋記述子及び原子記述子を用いて活性化エネルギーを予測する方法:
［数学式１］
Ｘａｂｃ
上記式で、
Ｘは、原子の化学元素で；
ａは、結合している原子の個数を表す結合次数（bond order）で；
ｂは、リング（ring）を構成しているかを表すリング指標（ring indicator）で；
ｃは、芳香族原子であるかどうかを表す芳香族指標（aromatic indicator）である。
【請求項６】
段階（ｉｉ）において、代謝反応は、脂肪族ヒドロキシル化反応（aliphatic hydroxylation）または芳香族ヒドロキシル化反応（aromatic  hydroxylation）であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
段階（ｉｉ）において、代謝反応は、窒素−脱アルキル化反応（N-dealkylation）、炭素−ヒドロキシル化反応（C-hydroxylation）、窒素−酸化反応（N-oxidation）、又は酸素−脱アルキル化反応（O-dealkylation）であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
シトクロムＰ４５０酵素は、ＣＹＰ２Ｅ１、ＣＹＰ３Ａ４、ＣＹＰ２Ｂ６、ＣＹＰ２Ｃ８、ＣＹＰ２Ｃ９、ＣＹＰ１Ａ１、ＣＹＰ１Ａ２、ＣＹＰ２Ｃ１９、ＣＹＰ２Ｄ６、ＣＹＰ１Ｂ１、及びＣＹＰ２Ａ６で構成された群から選択された何れか一つであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項９】
段階（ｉｉｉ）において、
原子記述子［δhet］、［max（δheavy ）］、［μC-H］、
【数１】
2012508922.tif 000066
を用いて下記化学式の基質のシトクロムＰ４５０酵素による水素分離反応の活性化エネルギーを予測することを特徴とする請求項５に記載の方法：
【化１】
2012508922.tif 000067
上記化学式で、
Ｆｅ−Ｏと共にある環は、オキシフェリル（oxyferryl）中間体を表し、
［δhet］は、反応中心（reaction center）に隣接したα位置にあるヘテロ原子（heteroatom）の正味原子電荷（net atomic charge）を表し；
［max（δheavy）］は、水素またはヘリウムではないＸ１、Ｘ２、Ｘ３のうち最も高い原子電荷を表し；
［μC-H］は、炭素−水素結合の結合双極子を表し；
【数２】
2012508922.tif 000068
は、原子Ｈ、Ｃ、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の正味原子偏極度（polarizability）の和を表す。
【請求項１０】
下記方程式によって活性化エネルギーを予測することを特徴とする請求項９に記載の方法：
ＥａＨａｂｓ（Ｂ）＝２５．９４＋１．８８×［δｈｅｔ］＋１．０３×［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）］
上記方程式で、
ＥａＨａｂｓ（Ｂ）は、反応中心に隣接したα位置にヘテロ原子を有している炭素に付着した水素が分離されるのに必要な活性化エネルギーを表す。
【請求項１１】
下記方程式によって活性化エネルギーを予測することを特徴とする請求項９に記載の方法：
【数３】
2012508922.tif 000069
上記方程式において、
ＥａＨａｂｓ（Ａ）は、反応中心に隣接したα位置にヘテロ原子を有していない炭素に付着した水素が分離されるのに必要な活性化エネルギーを表す。
【請求項１２】
段階（ｉｉｉ）において、
原子記述子［δH］、［平均（αalpha）］を用いて下記化学式の基質のシトクロムＰ４５０酵素による芳香族水酸化反応の四面体中間体形成の活性化エネルギーを予測することを特徴とする請求項５に記載の方法：
【化２】
2012508922.tif 000070
上記化学式において、
Ｆｅ−Ｏと共にある環は、オキシフェリル（oxyferryl）中間体を表し、
［δH」は、反応水素の正味原子電荷を表し；
［平均（αalpha）」は、隣接炭素の偏極度（polarizability）の平均値を表す。
【請求項１３】
下記方程式によって活性化エネルギーを予測することを特徴とする請求項１２に記載の方法：
Ｅａａｒｏ＿ｏ，ｐ＝２１．３４−０．７５×［δＨ］−１．２４×［平均（αａｌｐｈａ）］
上記方程式において、
Ｅａａｒｏ＿ｏ，ｐは、オルト（ortho）／パラ（para）位置にある１個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表す。
【請求項１４】
下記方程式によって活性化エネルギーを予測することを特徴とする請求項１２に記載の方法：
Ｅａａｒｏ＿ｍ＝２２．１４−０．６８×［δＨ］−０．８３×［平均（αａｌｐｈａ）］
上記方程式で、
Ｅａａｒｏ＿ｍは、メタ（meta）位置にある１個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表す。
【請求項１５】
下記方程式によって活性化エネルギーを予測することを特徴とする請求項１２に記載の方法：
Ｅａａｒｏ＿０，２，３＝２１．０２−１．４９×［δＨ］−０．９２×［平均（αａｌｐｈａ）］
上記方程式で、
Ｅａａｒｏ＿０，２，３は、０個、２個、３個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表す。
【請求項１６】
請求項５の方法によって予測された活性化エネルギーを用いて代謝産物を予測する方法。
【請求項１７】
活性化エネルギーが最も低い原子位置を代謝反応が生じる位置と予測することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
請求項５の方法によって予測された活性化エネルギーを用いて薬物間相互作用（drug-druginteraction）を予測する方法。
【請求項１９】
原子記述子［δhet］、［max（δheavy）］、［μC-H］、
【数４】
2012508922.tif 000071
を用いて下記化学式の基質のシトクロムＰ４５０酵素による水素分離反応の活性化エネルギーを予測する方法：
【化３】
2012508922.tif 000072
上記化学式で、
Ｆｅ−Ｏと共にある環は、オキシフェリル（oxyferryl）中間体を表し、
［δhet」は、反応中心（reaction center）に隣接したα位置にあるヘテロ原子（heteroatom）の正味原子電荷を表し；
［max（δheavy）」は、水素又はヘリウムでないＸ１、Ｘ２、Ｘ３のうち最も高い原子電荷を表し；
［μC-H］は、炭素−水素結合の結合双極子を表し；
【数５】
2012508922.tif 000073
は、原子Ｈ、Ｃ、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の正味原子偏極度（polarizability）の和を表す。
【請求項２０】
シトクロムＰ４５０酵素は、ＣＹＰ２Ｅ１、ＣＹＰ３Ａ４、ＣＹＰ２Ｂ６、ＣＹＰ２Ｃ８、ＣＹＰ２Ｃ９、ＣＹＰ１Ａ１、ＣＹＰ１Ａ２、ＣＹＰ２Ｃ１９、ＣＹＰ２Ｄ６、ＣＹＰ１Ｂ１、及びＣＹＰ２Ａ６で構成された群から選択された何れか一つであることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
対象分子の全てのＣ−Ｈ結合のうち、Ｃが脂肪族炭素（aliphatic carbon）である場合は水素分離反応が生じ得る代謝位置と判断することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
反応中心に隣接したα位置にヘテロ原子がある場合、原子記述子［δhet］及び［max（δheavy）］を計算することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
反応中心に隣接したα位置にヘテロ原子がない場合、原子記述子［μC-H］及び
【数６】
2012508922.tif 000074
を計算することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
下記方程式によって活性化エネルギーを予測することを特徴とする請求項２２に記載の方法：
ＥａＨａｂｓ（Ｂ）＝２５．９４＋１．８８×［δｈｅｔ］＋１．０３×［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）］
上記方程式で、
ＥａＨａｂｓ（Ｂ）は、反応中心に隣接したα位置にヘテロ原子を有している炭素に付着した水素が分離されるのに必要な活性化エネルギーを表す。
【請求項２５】
下記方程式によって活性化エネルギーを予測することを特徴とする請求項２３に記載の方法：
【数７】
2012508922.tif 000075
上記方程式で、
ＥａＨａｂｓ（Ａ）は、反応中心に隣接したα位置にヘテロ原子を有していない炭素に付着した水素が分離されるのに必要な活性化エネルギーを表す。
【請求項２６】
請求項１９乃至２５のうちの何れか１項の方法によって予測された活性化エネルギーを用いて下記のアレニウス式（Arrhenius equation）により代謝の相対的な速度（k）を予測する方法：
【数８】
2012508922.tif 000076
上記数学式で、ｋは反応速度定数、Ａは頻度因子、Ｅａは活性化エネルギー、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度を表す。
【請求項２７】
請求項１９乃至２５のうちの何れか１項の方法によって予測された活性化エネルギーを通して代謝の位置選択性（regioselectivity）を予測する方法。
【請求項２８】
予測された活性化エネルギーを用いてアレニウス式により代謝の相対的な速度を予測し、予測された代謝の相対的な速度を用いて下記反応式及び数学式により代謝の位置選択性（regioselectivity）を予測する請求項２７に記載の方法：
【化４】
2012508922.tif 000077
【数９】
2012508922.tif 000078
上記反応式及び数学式で、Ｐは基質の全ての可能な代謝体のうちの任意の代謝体の形成の相対確率、Ｅは酵素（enzyme）、Ｓは基質（substrate）、ＥＳは酵素と基質との複合体（complex）、［ＥＳ］は酵素と基質との複合体の濃度、ｋは反応速度定数を表す。
【請求項２９】
９  請求項１９乃至２５のうちの何れか１項の方法によって予測された活性化エネルギーを通して代謝の阻害を予測する方法。
【請求項３０】
請求項１９乃至２５のうちの何れか１項の方法によって予測された活性化エネルギーを通して薬物間相互作用（drug-drug interaction）を予測する方法。
【請求項３１】
原子記述子［δH］、［平均（αalpha）］を用いて下記化学式の基質のシトクロムＰ４５０酵素による芳香族水酸化反応の四面体中間体形成の活性化エネルギーを予測する方法：
【化５】
2012508922.tif 000079
上記化学式で、
Ｆｅ−Ｏと共にある環は、オキシフェリル（oxyferryl）中間体を表し、
［δH」は、反応水素の正味原子電荷を表し；
［平均（αalpha）」は、隣接炭素の偏極度（polarizability）の平均値を表す。
【請求項３２】
シトクロムＰ４５０酵素は、ＣＹＰ２Ｅ１、ＣＹＰ３Ａ４、ＣＹＰ２Ｂ６、ＣＹＰ２Ｃ８、ＣＹＰ２Ｃ９、ＣＹＰ１Ａ１、ＣＹＰ１Ａ２、ＣＹＰ２Ｃ１９、ＣＹＰ２Ｄ６、ＣＹＰ１Ｂ１、及びＣＹＰ２Ａ６で構成された群から選択された何れか一つであることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
対象分子の全てのＣ−Ｈ結合のうち、Ｃが芳香族炭素（aromatic carbon）である場合は芳香族水酸化反応が生じ得る代謝位置と判断することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
原子記述子［δH］、［平均（αalpha）］を計算することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
下記方程式によって活性化エネルギーを予測することを特徴とする請求項３４に記載の方法：
Ｅａａｒｏ＿ｏ，ｐ＝２１．３４−０．７５×［δＨ］−１．２４×［平均（αａｌｐｈａ）］
上記方程式で、
Ｅａａｒｏ＿ｏ，ｐは、オルト（ortho）／パラ（para）位置にある１個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表す。
【請求項３６】
下記方程式によって活性化エネルギーを予測することを特徴とする請求項３４に記載の方法：
Ｅａａｒｏ＿ｍ＝２２．１４−０．６８×［δＨ］−０．８３×［平均（αａｌｐｈａ）］
上記方程式で、
Ｅａａｒｏ＿ｍは、メタ（meta）位置にある１個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表す。
【請求項３７】
下記方程式によって活性化エネルギーを予測することを特徴とする請求項３４に記載の方法：
Ｅａａｒｏ＿０，２，３＝２１．０２−１．４９×［δＨ］−０．９２×［平均（αａｌｐｈａ）］
上記方程式で、
Ｅａａｒｏ＿０，２，３は、０個、２個、３個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表す。
【請求項３８】
請求項３１乃至３７のうちの何れか１項の方法によって予測された活性化エネルギーを用いて下記アレニウス式（Arrhenius equation）により代謝の相対的な速度（k）を予測する方法：
【数１０】
2012508922.tif 000080
上記数学式で、ｋは反応速度定数、Ａは頻度因子、Ｅａは活性化エネルギー、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度を表す。
【請求項３９】
請求項３１乃至３７のうちの何れか１項の方法によって予測された活性化エネルギーを通して代謝の位置選択性（regioselectivity）を予測する方法。
【請求項４０】
予測された活性化エネルギーを用いてアレニウス式により代謝の相対的な速度を予測し、予測された代謝の相対的な速度を用いて下記反応式及び数学式により代謝の位置選択性（regioselectivity）を予測する請求項３９に記載の方法：
【化６】
2012508922.tif 000081
【数１１】
2012508922.tif 000082
上記反応式及び数学式で、Ｐは基質の全ての可能な代謝体のうちの任意の代謝体の形成の相対確率、Ｅは酵素（enzyme）、Ｓは基質（substrate）、ＥＳは酵素と基質との複合体（complex）、［ＥＳ］は酵素と基質との複合体の濃度、ｋは反応速度定数を表す。
【請求項４１】
請求項３１乃至３７のうちの何れか１項の方法によって予測された活性化エネルギーを通して代謝の阻害を予測する方法。
【請求項４２】
請求項３１乃至３７のうちの何れか１項の方法によって予測された活性化エネルギーを通して薬物間相互作用（drug-drug interaction）を予測する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、効果的な原子指紋記述子または原子記述子を用いて、ＣＹＰ４５０酵素によりなされる第１段階（Ｐｈａｓｅ  Ｉ）の代謝の活性化エネルギーを予測する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薬物のＡＤＭＥ（吸収、分布、代謝、排泄）性質を予測することは、薬物開発期間の短縮、薬物開発の成功確率向上に非常に重要な技術である。薬物のＡＤＭＥ性質のうち薬物代謝は、代謝安定性、薬物・薬物相互作用、薬物毒性などを含む重要な性質である。
【０００３】
代謝反応は、反応メカニズムによって脂肪族ヒドロキシル化反応（ａｌｉｐｈａｔｉｃ  ｈｙｄｒｏｘｙｌａｔｉｏｎ）と芳香族ヒドロキシル化反応（ａｒｏｍａｔｉｃ  ｈｙｄｒｏｘｙｌａｔｉｏｎ）とに区分でき、反応の種類によって窒素−脱アルキル化反応（Ｎ−ｄｅａｌｋｙｌａｔｉｏｎ）、炭素−ヒドロキシル化反応（Ｃ−ｈｙｄｒｏｘｙｌａｔｉｏｎ）、窒素−酸化反応（Ｎ−ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）、酸素−脱アルキル化反応（Ｏ−ｄｅａｌｋｙｌａｔｉｏｎ）などに区分できる。脂肪族ヒドロキシル化反応は、ＣＹＰ４５０（Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ  Ｐ４５０）の反応作用点にある化合物Ｉの鉄（Ｆｅ）に反応物の水素が置換され、反応物がラジカル（ｒａｄｉｃａｌ）状態を形成した後、反応物に更にヒドロキシ基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ）が結合して代謝体を生成する。芳香族ヒドロキシル化反応は、化合物Ｉの鉄が反応物と四面体中間体（ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ  ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ）を形成した後にヒドロキシ基を反応物に付与しながら代謝体を形成するようになる。
【０００４】
化合物において代謝反応は、水素が結合されている大部分の位置で起こり得る。各位置の反応可能性は、化合物がＣＹＰ４５０にどれくらいよく結合できるか、また結合した位置の反応性がどれくらい良好かによって決定される。結合性（ａｃｃｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ）を決定するためにＣＹＰ４５０に対してドッキングを行なった後、結合親和力（ｂｉｎｄｉｎｇ  ａｆｆｉｎｉｔｙ）を計算できる。
【０００５】
外部物質の代謝予測は新薬開発の初期段階において重要である。特に、第１段階（Ｐｈａｓｅ  Ｉ）代謝の反応速度と位置選択性（ｒｅｇｉｏｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）は物質の主要な薬動力学的特性として非常に重要であり、これを通して代謝体の毒性を予測できる。
【０００６】
このような反応速度と位置選択性は活性化エネルギーから予測できるが、この活性化エネルギーを予測するための現行方法は、多大な時間を要する量子力学的計算又は困難な実験に依存している。例えば、Ｋ．Ｒ．Ｋｏｒｚｅｋｗａ  ｅｔ  ａｌ．（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９９０，１１２，７０４２）は、水素分離反応の活性化エネルギーを量子力学的計算によって予測する方法を報告し、Ｔ．Ｓ．Ｄｏｗｅｒｓ  ｅｔ  ａｌ．（Ｄｒｕｇ  Ｍｅｔａｂ．Ｄｉｓｐｏｓ．２００４，３２，３２８．）は、芳香族水酸化反応の活性化エネルギーを量子力学的計算によって予測する方法を報告している。しかし、かかる量子力学的方法は、分子のいろいろな状態で計算しなければならないことから、状態別の形態学的（ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌ）差による複雑性に因り正確な活性化エネルギーを求めることができない。
【０００７】
従って、本発明者らは原子指紋記述子及び原子記述子を用い外部基質（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）の特性のみをもって第１段階（Ｐｈａｓｅ  Ｉ）代謝の活性化エネルギーを予測できる迅速かつ正確な新規モデル（ｍｏｄｅｌ）を開発することにより、本発明を完成するに至った。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、原子指紋記述子のデータベースを構築する方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、原子指紋記述子及び原子記述子を用いて活性化エネルギーを予測する方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、原子記述子を用いて活性化エネルギーを予測する方法を提供することにある。
【００１１】
本発明のもう一つの目的は、上記方法によって予測された活性化エネルギーを通して、ｉ）代謝産物、ｉｉ）代謝の相対的な速度、ｉｉｉ）代謝の位置選択性、ｉｖ）代謝の阻害、ｖ）薬物間相互作用、及びｖｉ）代謝体の毒性を予測する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的を達成するための本発明は、
（ｉ）下記数学式１で表される基質の原子指紋記述子（ａｔｏｍｉｃ  ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ  ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ）を計算する段階；
（ｉｉ）原子位置に対して原子記述子（ａｔｏｍｉｃ  ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ）を用いて活性化エネルギーを予測する段階；
（ｉｉｉ）予測された活性化エネルギーを用いてシトクロムＰ４５０酵素による代謝反応を予測する段階；及び
（ｉｖ）予測代謝反応と実験代謝反応とを比較して代謝反応有無を保存する段階；を含む、
原子指紋記述子のデータベースを構築する方法を提供する：
［数学式１］
Ｘａｂｃ
上記式で、
Ｘは、原子の化学元素で；
ａは、結合している原子の個数を表す結合次数（ｂｏｎｄ  ｏｒｄｅｒ）で；
ｂは、リング（ｒｉｎｇ）を構成しているかを表すリング指標（ｒｉｎｇ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）で；
ｃは、芳香族原子であるかどうかを表す芳香族指標（ａｒｏｍａｔｉｃ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）である。
【００１３】
上記段階（ｉｉｉ）において、代謝反応は、脂肪族ヒドロキシル化反応（ａｌｉｐｈａｔｉｃ    ｈｙｄｒｏｘｙｌａｔｉｏｎ）又は芳香族ヒドロキシル化反応（ａｒｏｍａｔｉｃ  ｈｙｄｒｏｘｙｌａｔｉｏｎ）である。
【００１４】
また、上記段階（ｉｉｉ）において、代謝反応は、窒素−脱アルキル化反応（Ｎ−ｄｅａｌｋｙｌａｔｉｏｎ）、炭素−ヒドロキシル化反応（Ｃ−ｈｙｄｒｏｘｙｌａｔｉｏｎ）、窒素−酸化反応（Ｎ−ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）、又は酸素−脱アルキル化反応（Ｏ−ｄｅａｌｋｙｌａｔｉｏｎ）である。
【００１５】
本発明は、ＣＹＰ４５０酵素全般に関して説明しており、開示される本発明の全部がヒトのＣＹＰ４５０酵素に応用できることは明らかである。本発明によるシトクロムＰ４５０酵素には、ＣＹＰ２Ｅ１、ＣＹＰ３Ａ４、ＣＹＰ２Ｂ６、ＣＹＰ２Ｃ８、ＣＹＰ２Ｃ９、ＣＹＰ１Ａ１、ＣＹＰ１Ａ２、ＣＹＰ２Ｃ１９、ＣＹＰ２Ｄ６、ＣＹＰ１Ｂ１、又はＣＹＰ２Ａ６が含まれるが、これらに限るものではない。
【００１６】
本発明の他の態様として、本発明は、
（ｉ）下記数学式１で表される基質の原子指紋記述子（ａｔｏｍｉｃ  ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ  ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ）を計算する段階；
（ｉｉ）上記方法により構築されたデータと比較してシトクロムＰ４５０酵素による代謝反応が可能な原子位置を選別する段階；及び
（ｉｉｉ）選別した原子位置に対して原子記述子（ａｔｏｍｉｃ  ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ）を用いて活性化エネルギーを予測する段階；を含む、
原子指紋記述子及び原子記述子を用いて活性化エネルギーを予測する方法を提供する：
［数学式１］
Ｘａｂｃ
上記式で、
Ｘは、原子の化学元素で；
ａは、結合している原子の個数を表す結合次数（ｂｏｎｄ  ｏｒｄｅｒ）で；
ｂは、リング（ｒｉｎｇ）を構成しているかを表すリング指標（ｒｉｎｇ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）で；
ｃは、芳香族原子であるかどうかを表す芳香族指標（ａｒｏｍａｔｉｃ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）である。
【００１７】
上記段階（ｉｉ）において、代謝反応は、脂肪族ヒドロキシル化反応（ａｌｉｐｈａｔｉｃ  ｈｙｄｒｏｘｙｌａｔｉｏｎ）または芳香族ヒドロキシル化反応（ａｒｏｍａｔｉｃ  ｈｙｄｒｏｘｙｌａｔｉｏｎ）である。
【００１８】
また、上記段階（ｉｉ）において、代謝反応は、窒素−脱アルキル化反応（Ｎ−ｄｅａｌｋｙｌａｔｉｏｎ）、炭素−ヒドロキシル化反応（Ｃ−ｈｙｄｒｏｘｙｌａｔｉｏｎ）、窒素−酸化反応（Ｎ−ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）、又は酸素−脱アルキル化反応（Ｏ−ｄｅａｌｋｙｌａｔｉｏｎ）である。
【００１９】
シトクロムＰ４５０酵素には、ＣＹＰ２Ｅ１、ＣＹＰ３Ａ４、ＣＹＰ２Ｂ６、ＣＹＰ２Ｃ８、ＣＹＰ２Ｃ９、ＣＹＰ１Ａ１、ＣＹＰ１Ａ２、ＣＹＰ２Ｃ１９、ＣＹＰ２Ｄ６、ＣＹＰ１Ｂ１、又はＣＹＰ２Ａ６が含まれるが、これらに限るものではない。
【００２０】
上記段階（ｉｉｉ）において、原子記述子［δｈｅｔ］、［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）］、［μＣ−Ｈ］、
【数１】
2012508922.tif 000003
を用いて下記化学式の基質のシトクロムＰ４５０酵素による水素分離反応の活性化エネルギーが予測できる：
［化学式１］
【化１】
2012508922.tif 000004
上記化学式で、
Ｆｅ−Ｏと共にある環は、オキシフェリル（ｏｘｙｆｅｒｒｙｌ）中間体を表し、
［δｈｅｔ］は、反応中心（ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｃｅｎｔｅｒ）に隣接したα位置にあるヘテロ原子（ｈｅｔｅｒｏａｔｏｍ）の正味原子電荷（ｎｅｔ  ａｔｏｍｉｃ  ｃｈａｒｇｅ）を表し；
［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）］は、水素またはヘリウムではないＸ１、Ｘ２、Ｘ３のうち最も高い原子電荷を表し；
［μＣ−Ｈ］は、炭素−水素結合の結合双極子を表し；
【数２】
2012508922.tif 000005
は、原子Ｈ、Ｃ、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の正味原子偏極度（ｐｏｌａｒｉｚａｂｉｌｉｔｙ）の和を表す。
【００２１】
本発明は、原子記述子［δｈｅｔ］及び［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）］を計算し、下記方程式によって活性化エネルギーを予測できる：
［方程式１−１］
ＥａＨａｂｓ（Ｂ）＝２５．９４＋１．８８×［δｈｅｔ］＋１．０３×［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）］
上記方程式で、
ＥａＨａｂｓ（Ｂ）は、反応中心に隣接したα位置にヘテロ原子を有している炭素に付着した水素が分離されるのに必要な活性化エネルギーを表す。
【００２２】
また、本発明は、原子記述子［μＣ−Ｈ］及び
【数３】
2012508922.tif 000006
を計算し、下記方程式によって活性化エネルギーを予測できる：
［方程式１−２］
【数４】
2012508922.tif 000007
上記方程式において、
ＥａＨａｂｓ（Ａ）は、反応中心に隣接したα位置にヘテロ原子を有していない炭素に付着した水素が分離されるのに必要な活性化エネルギーを表す。
【００２３】
また、上記段階（ｉｉｉ）において、原子記述子［δＨ］、［平均（αａｌｐｈａ）］を用いて下記化学式の基質のシトクロムＰ４５０酵素による芳香族水酸化反応の四面体中間体形成の活性化エネルギーを予測できる：
［化学式２］
【化２】
2012508922.tif 000008
上記化学式において、
Ｆｅ−Ｏと共にある環は、オキシフェリル（ｏｘｙｆｅｒｒｙｌ）中間体を表し、
［δＨ」は、反応水素の正味原子電荷を表し；
［平均（αａｌｐｈａ）」は、隣接炭素の偏極度（ｐｏｌａｒｉｚａｂｉｌｉｔｙ）の平均値を表す。
【００２４】
本発明は、原子記述子［δＨ］及び［平均（αａｌｐｈａ）］を計算し、下記方程式によって活性化エネルギーを予測できる：
［方程式２−１］
Ｅａａｒｏ＿ｏ，ｐ＝２１．３４−０．７５×［δＨ］−１．２４×［平均（αａｌｐｈａ）］
［方程式２−２］
Ｅａａｒｏ＿ｍ＝２２．１４−０．６８×［δＨ］−０．８３×［平均（αａｌｐｈａ）］
［方程式２−３］
Ｅａａｒｏ＿０，２，３＝２１．０２−１．４９×［δＨ］−０．９２×［平均（αａｌｐｈａ）］
上記方程式において、
Ｅａａｒｏ＿ｏ，ｐは、オルト（ｏｒｔｈｏ）／パラ（ｐａｒａ）位置にある１個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表し；
Ｅａａｒｏ＿ｍは、メタ（ｍｅｔａ）位置にある１個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表し；
Ｅａａｒｏ＿０，２，３は、０個、２個、３個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表す。
【００２５】
本発明の他の態様として、本発明は、上記方法によって予測された活性化エネルギーを用いて代謝産物を予測する方法を提供する。ここで、活性化エネルギーが最も低い原子位置を代謝反応が生じる位置と予測することができる。
【００２６】
また、本発明の他の態様として、本発明は、上記方法によって予測された活性化エネルギーを通して薬物間相互作用（ｄｒｕｇ−ｄｒｕｇ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）を予測する方法を提供する。
【００２７】
ここで、“薬物間相互作用”とは、２つまたはそれ以上の薬物が共に使われた時に現れる効果のことで、消化系の吸収度変化、肝での薬物の分解速度変化、新たな又は増えた副作用、薬物の活性変化などがある。ＣＹＰのアイソフォーム（ｉｓｏｆｏｒｍ）であるＣＹＰ２Ｃ９は、薬物の第１段階の代謝に関与する主要酵素のうちの１つであるが、この酵素を抑制すれば望ましくない薬物間相互作用または薬物毒性を招く恐れがある［Ｌｉｎ，Ｊ．Ｈ．；Ｌｕ，Ａ．Ｙ．Ｈ．，Ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ  Ｐ４５０  ａｎｄ  ｔｈｅ  ｃｌｉｎｉｃａｌ  ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｃｌｉｎ．Ｐｈａｒｍａｃｏｋｉｎｅｔ．１９９８，３５（５），３６１−３９０参照］。すなわち、基質の活性化エネルギーが相対的に高い場合、代謝が阻害されてＣＹＰ４５０酵素の抑制を招くため、結局、望ましくない薬物間相互作用を引き起こすことがある。
【００２８】
また、シトクロムにより酸化還元された代謝体は、化学発癌（ｃａｒｃｉｎｏｇｅｎｅｓｉｓ）、突然変異発生（ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ）などの毒性を起こし得るため、シトクロムに対して基質特異性を有する代謝体を予測することは非常に重要である。（Ｖｅｒｍｅｕｌｅｎ  ＮＰＥ，Ｄｏｎｎｅ−Ｏｐ  ｄｅｎ  Ｋｅｌｄｅｒ  Ｇ，Ｃｏｍｍａｎｄｅｕｒ  ＪＮＭ．Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ  ｏｆ  ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  ｄｒｕｇ  ｄｅｓｉｇｎ，ｉｎ  Ｔｒｅｎｄ  ｉｎ  Ｄｒｕｇ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｐｒｏｃ．７ｔｈ  Ｎｏｏｒｄｗｉｊｋｅｒｈｏｕｔ−Ｃａｍｅｒｉｎｏ  Ｓｙｍｐ．，Ｃｌａａｓｓｅｎ，Ｖ．，Ｅｄ．，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，１９９０，２５３）
【００２９】
本発明は、原子の種類と周囲に結合された結合次数（ｂｏｎｄ  ｏｒｄｅｒ）を用いた原子指紋（ａｔｏｍ  ｔｙｐｅ  ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ）記述子を使用して結合可能性を予測し、原子記述子を使用して反応性を予測してＣＹＰ４５０酵素による代謝体を予測する方法を提供する。本発明の方法は、ＣＹＰ４５０酵素の三次元構造を用いての結合性の予測に多大な時間が所要される問題を解決し、量子力学的計算や実験を必要としない。
【００３０】
シトクロム（Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ）Ｐ４５０酵素と基質との結合可能性を予測するための原子指紋記述子は、下記のように表すことができる。
【数５】
2012508922.tif 000009
【００３１】
原子指紋記述子は、原子の元素記号、結合している原子の個数を表す結合次数（ｂｏｎｄ  ｏｒｄｅｒ）、リング（ｒｉｎｇ）を構成しているかを表すリング指標（ｒｉｎｇ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、芳香族（ａｒｏｍａｔｉｃ  ｇｒｏｕｐ）に含まれた原子なのかを表す芳香族指標（ａｒｏｍａｔｉｃ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）で構成される。かかる表現方式は、原子の種類と周辺の結合環境を直観的でかつ単純に表現したものである。しかし、それ自体に関する情報を持っているだけで周辺に結合された原子の情報は持っていないため、周辺に結合された原子指紋記述子を共に記入する方式で周辺環境を反映した。結合性（ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ）を増やせば増やすほど、周辺環境に関する情報をより多く含むようになる。しかし、原子指紋記述子の種類があまりにも多くなると、オーバーフィッティング（ｏｖｅｒ  ｆｉｔｔｉｎｇ）になり得る。本発明では直接連結された原子の情報のみを使用した場合に最も効率的な計算結果を示した。
【００３２】
基質が持っている全ての原子位置について、それぞれの原子指紋記述子がトレーニングに使われた基質の代謝反応の原子指紋記述子と同じであればｏｎ、そうでなければｏｆｆと判別する。その後、代謝反応が生じ得る位置が決定されたため、活性化エネルギーを計算して反応性予測を行ない相対的な優先順位を定める。
【００３３】
シトクロム（Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ）Ｐ４５０酵素と基質の反応性予測には、韓国特許出願第１０−２００８−０１１２３８９号（効果的な原子記述子を用いた活性化エネルギー予測方法）の計算方法を使用した。
【００３４】
最終的に、シトクロム（Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ）Ｐ４５０酵素と基質の代謝反応の予測は、結合可能性及び反応性の予測を通して行なわれ、反応性予測モデルを用いて個別位置の活性化エネルギーを計算し活性化エネルギーが低い順に整列して、活性化エネルギーの最も低い３つの位置を代謝反応が生じ得る位置として決める。結果の分析は、このように選択された３つの位置のうち、実際の実験により既知の代謝反応位置があるか否かをもって行なわれる。
【００３５】
本発明の他の目的を達成するために、本発明は、効果的な原子記述子を含む公式によりＣＹＰ４５０酵素による水素分離反応の活性化エネルギーを予測する方法を提供する。本発明の方法は迅速かつ正確で、何れの量子力学的計算や実験も必要としない。
【００３６】
シトクロム（Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ）Ｐ４５０酵素による水素分離反応は下記のように表すことができる。
［化学式２］
【化３】
2012508922.tif 000010
上記反応式で、Ｆｅ−Ｏと共にある環は、オキシフェリル（ｏｘｙｆｅｒｒｙｌ）中間体を表す。
【００３７】
本発明は、原子記述子［δｈｅｔ］、［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）］、［μＣ−Ｈ］、
【数６】
2012508922.tif 000011
を用いて下記化学式の基質のシトクロムＰ４５０酵素による水素分離反応の活性化エネルギーを予測する方法を提供する。
［化学式１］
【化４】
2012508922.tif 000012
上記化学式で、
Ｆｅ−Ｏと共にある環は、オキシフェリル（ｏｘｙｆｅｒｒｙｌ）中間体を表し、
［δｈｅｔ」は、反応中心（ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｃｅｎｔｅｒ）に隣接したα位置にあるヘテロ原子（ｈｅｔｅｒｏａｔｏｍ）の正味原子電荷を表し；
［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）」は、水素又はヘリウムでないＸ１、Ｘ２、Ｘ３のうち最も高い原子電荷を表し；
［μＣ−Ｈ］は、炭素−水素結合の結合双極子を表し；
【数７】
2012508922.tif 000013
は、原子Ｈ、Ｃ、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の正味原子偏極度（ｐｏｌａｒｉｚａｂｉｌｉｔｙ）の和を表す。
【００３８】
本発明はＣＹＰ４５０酵素全般に関して説明しており、開示される本発明の全部がヒトのＣＹＰ４５０酵素に応用できるのは明らかである。本発明によるシトクロムＰ４５０酵素には、ＣＹＰ２Ｅ１、ＣＹＰ３Ａ４、ＣＹＰ２Ｂ６、ＣＹＰ２Ｃ８、ＣＹＰ２Ｃ９、ＣＹＰ１Ａ１、ＣＹＰ１Ａ２、ＣＹＰ２Ｃ１９、ＣＹＰ２Ｄ６、ＣＹＰ１Ｂ１、又はＣＹＰ２Ａ６が含まれるが、これらに限るものではない。
【００３９】
上記活性化エネルギー予測方法において、対象分子への全てのＣ−Ｈ結合（ｂｏｎｄ）を対象分子で代謝が起こり得る位置と見ることができ、対象分子の全てのＣ−Ｈ結合のうち、Ｃが脂肪族炭素（ａｌｉｐｈａｔｉｃ  ｃａｒｂｏｎ）である場合は水素分離反応が生じ得る代謝位置と判断できる。
【００４０】
ＣＹＰ４５０酵素による水素分離反応は、反応中心（実際に代謝反応が生じるＣ−Ｈ）に隣接したα位置におけるヘテロ原子（ｈｅｔｅｒｏ  ａｔｏｍ）の存否によって原子型を判断できる。
【００４１】
反応中心に隣接したα位置にヘテロ原子がある場合、原子記述子［δｈｅｔ］及び［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）］を計算し、下記方程式によって活性化エネルギーを予測できる。
［方程式１−１］
ＥａＨａｂｓ（Ｂ）＝２５．９４＋１．８８×［δｈｅｔ］＋１．０３×［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）］
上記方程式において、
ＥａＨａｂｓ（Ｂ）は、反応中心に隣接したα位置にヘテロ原子を有している炭素に付着した水素が分離されるのに必要な活性化エネルギーを表す。
【００４２】
反応中心に隣接したα位置にヘテロ原子がない場合、原子記述子［μＣ−Ｈ］及び
【数８】
2012508922.tif 000014
を計算し、下記方程式によって活性化エネルギーを予測できる。
［方程式１−２］
【数９】
2012508922.tif 000015
上記方程式で、
ＥａＨａｂｓ（Ａ）は、反応中心に隣接したα位置にヘテロ原子を有していない炭素に付着した水素が分離されるのに必要な活性化エネルギーを表す。
【００４３】
本発明の他の目的を達成するために、本発明は、効果的な原子記述子を含む公式によりＣＹＰ４５０酵素による芳香族水酸化反応の活性化エネルギーを予測する方法を提供する。本発明の方法は迅速且つ正確で、何れの量子力学的計算や実験も必要としない。
【００４４】
シトクロム（Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ）Ｐ４５０酵素による芳香族水酸化反応の四面体中間体形成反応は、下記のように表すことができる。
［反応式２］
【化５】
2012508922.tif 000016
上記反応式で、Ｆｅ−Ｏと共にある環は、オキシフェリル（ｏｘｙｆｅｒｒｙｌ）中間体を表す。
【００４５】
本発明は、原子記述子［δＨ］、［平均（αａｌｐｈａ）］を用いて下記化学式の基質のシトクロムＰ４５０酵素による芳香族水酸化反応の四面体中間体形成の活性化エネルギーを予測する方法を提供する。
［化学式２］
【化６】
2012508922.tif 000017
上記化学式で、
Ｆｅ−Ｏと共にある環は、オキシフェリル（ｏｘｙｆｅｒｒｙｌ）中間体を表し、
［δＨ」は、反応水素の正味原子電荷を表し；
［平均（αａｌｐｈａ）」は、隣接炭素の偏極度（ｐｏｌａｒｉｚａｂｉｌｉｔｙ）の平均値を表す。
【００４６】
本発明はＣＹＰ４５０酵素全般に関して説明しており、開示される本発明の全部がヒトのＣＹＰ４５０酵素に応用できることは明らかである。本発明によるシトクロムＰ４５０酵素には、ＣＹＰ２Ｅ１、ＣＹＰ３Ａ４、ＣＹＰ２Ｂ６、ＣＹＰ２Ｃ８、ＣＹＰ２Ｃ９、ＣＹＰ１Ａ１、ＣＹＰ１Ａ２、ＣＹＰ２Ｃ１９、ＣＹＰ２Ｄ６、ＣＹＰ１Ｂ１、又はＣＹＰ２Ａ６が含まれるが、これらに限るものではない。
【００４７】
上記活性化エネルギー予測方法において、対象分子への全てのＣ−Ｈ結合（ｂｏｎｄ）を対象分子で代謝が起こり得る位置と見ることができ、対象分子の全てのＣ−Ｈ結合のうち、Ｃが芳香族炭素（ａｒｏｍａｔｉｃ  ｃａｒｂｏｎ）である場合は芳香族水酸化反応が生じ得る代謝位置と判断することができる。
【００４８】
本発明は、原子記述子［δＨ］、［平均（αａｌｐｈａ）］を計算し、下記方程式によって活性化エネルギーを予測できる。
［方程式２−１］
Ｅａａｒｏ＿ｏ，ｐ＝２１．３４−０．７５×［δＨ］−１．２４×［平均（αａｌｐｈａ）］
［方程式２−２］
Ｅａａｒｏ＿ｍ＝２２．１４−０．６８×［δＨ］−０．８３×［平均（αａｌｐｈａ）］
［方程式２−３］
Ｅａａｒｏ＿０，２，３＝２１．０２−１．４９×［δＨ］−０．９２×［平均（αａｌｐｈａ）］
上記方程式で、
Ｅａａｒｏ＿ｏ，ｐは、オルト（ｏｒｔｈｏ）／パラ（ｐａｒａ）位置にある１個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表し；
Ｅａａｒｏ＿ｍは、メタ（ｍｅｔａ）位置にある１個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表し；
Ｅａａｒｏ＿０，２，３は、０個、２個、３個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表す。
【００４９】
本発明の他の態様として、本発明は、上記方法によって予測された活性化エネルギーを用いてアレニウス式（Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ  ｅｑｕａｔｉｏｎ）により代謝の相対的な速度（ｋ）を予測する方法を提供する。
［数学式２］
【数１０】
2012508922.tif 000018
上記数学式２で、ｋは反応速度定数、Ａは頻度因子、Ｅａは活性化エネルギー、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度を表す。
【００５０】
この式が考案された理由は、活性化エネルギーを超過する原子分率ｆ＝ｅ−Ｅａ／ＲＴのためである。すなわち、活性化エネルギーを超過する分子のみが反応を起こすことができるため、活性化エネルギーを超過する比率によって反応速度定数が決定される。
【００５１】
また、本発明の他の態様として、本発明は、上記方法によって予測された活性化エネルギーを用いて代謝の位置選択性（ｒｅｇｉｏｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を予測する方法を提供する。
【００５２】
より詳しくは、本発明は、上記方法によって予測された活性化エネルギーを用いてアレニウス式により代謝の相対的な速度を予測し、予測された代謝の相対的な速度を用いて下記反応式及び数学式により代謝の位置選択性（ｒｅｇｉｏｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を予測する方法を提供する：
［反応式３］
【化７】
2012508922.tif 000019
［数学式３］
【数１１】
2012508922.tif 000020
上記反応式３及び数学式３で、Ｐは基質の全ての可能な代謝体のうちの任意の代謝体形成の相対確率、Ｅは酵素（ｅｎｚｙｍｅ）、Ｓは基質（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）、ＥＳは酵素と基質との複合体（ｃｏｍｐｌｅｘ）、［ＥＳ］は酵素と基質との複合体の濃度、ｋは反応速度定数を表す。
【００５３】
すなわち、アレニウス式を通して１つの分子内で各原子の反応速度が求められれば、反応速度が低いほど代謝が活発になることから、１分子内での位置選択性を求めることができる。［Ｈｉｇｇｉｎｓ，Ｌ．；Ｋｏｒｚｅｋｗａ，Ｋ．Ｒ．；Ｒａｏ，Ｓ．；Ｓｈｏｕ，Ｍ．；Ｊｏｎｅｓ，Ｊ．Ｐ．，Ａｎ  ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｅｎｅｒｇｅｔｉｃ  ｆｏｒ  ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ  Ｐ４５０−ｍｅｄｉａｔｅｄ  ｒｅａｃｔｉｏｎｓ．  Ａｒｃｈ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．２００１，３８５，２２０−２３０参照］。
【００５４】
また、本発明の他の態様として、本発明は、上記方法によって予測された活性化エネルギーを通して代謝の阻害を予測する方法を提供する。例えば、基質が相対的に高い活性化エネルギーを有しているならば、その基質は代謝されないので、基質はＣＹＰ４５０酵素の活性部位内に留まることになる。結果的に、基質による阻害の確率が高いことと予測できる。
【００５５】
また、本発明の他の態様として、本発明は、上記方法によって予測された活性化エネルギーを通して薬物間相互作用（ｄｒｕｇ−ｄｒｕｇ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）を予測する方法を提供する。
【００５６】
本発明で使われた用語“原子指紋記述子”は、原子の種類と周辺結合環境を表現するために定義された値を意味し、原子の元素記号、結合している原子の個数を表す結合次数（ｂｏｎｄ  ｏｒｄｅｒ）、リング（ｒｉｎｇ）を構成しているかを表すリング指標（ｒｉｎｇ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、芳香族（ａｒｏｍａｔｉｃ  ｇｒｏｕｐ）に含まれた原子であるかを表す芳香族指標（ａｒｏｍａｔｉｃ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）で構成される。
【００５７】
本発明で使われた用語“原子記述子”は、原子自体の物性、原子の結合環境などを反映するために定義された値を意味する。例えば、本発明における“原子記述子”には［δｈｅｔ］、［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）］、［μＣ−Ｈ］、
【数１２】
2012508922.tif 000021
［δＨ］、［平均（αａｌｐｈａ）］などが含まれるが、これらに限るものではない。
【発明の効果】
【００５８】
本発明の方法は、如何なる追加的なＣＹＰ４５０と基質とのドッキング実験や量子力学的計算を行なうことなく、実用的水準まで第１段階（Ｐｈａｓｅ  Ｉ）の代謝体について迅速に予測することにより、コンピュータを用いての新薬開発を遥かに容易にし、薬物の代謝反応可能性の分析による代謝体回避設計を通して薬物の生体利用率（ｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ）を増加させる戦略を提示できる。また、本発明の方法は、多様な化学的反応の活性化エネルギーにも容易に適用し得る新しい経験的接近を提示し、活性化エネルギーを決定する物理化学的要因の説明を可能にする。また、本発明による活性化エネルギー予測を通してｉ）代謝産物、ｉｉ）代謝の相対的な速度、ｉｉｉ）代謝の位置選択性、ｉｖ）代謝の阻害、ｖ）薬物間相互作用、及びｖｉ）代謝体の毒性を予測できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、本発明による原子指紋記述子のデータベースを構築する方法を示したフローチャートである。
【図２】図２は、本発明により、原子指紋記述子と原子記述子を用いて活性化エネルギーを予測し、ｉ）代謝産物、ｉｉ）代謝の相対的な速度、ｉｉｉ）代謝の位置選択性、ｉｖ）代謝の阻害、ｖ）薬物間相互作用、及びｖｉ）代謝体の毒性を予測するフローチャートである。
【図３】図３は、本発明による原子記述子を用いた活性化エネルギー予測のフローチャートである。
【図４】図４は、ＣＹＰ４５０酵素による水素分離反応に関して量子力学的に計算した活性化エネルギー（ＱＭ  Ｅａ）と、本発明により予測した活性化エネルギー（Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ  Ｅａ）との相関関係を示す図である。
【図５】図５は、ＣＹＰ４５０酵素による芳香族水酸化反応に関して量子力学的に計算した活性化エネルギー（ＱＭ  Ｅａ）と、本発明により予測した活性化エネルギー（Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ  Ｅａ）との相関関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
以下、本発明の構成要素と技術的特徴を次の実施例を通してより詳細に説明する。但し、下記の実施例は本発明の内容を例示するものであって、発明の範囲を限定するものではない。本発明で引用された文献は本発明の明細書に参照として組み込まれる。
【実施例】
【００６１】
実施例１：原子指紋記述子のデータベース構築
本発明者らは、図１に示したように、下記段階のトレーニングを通して原子指紋記述子のデータベースを構築した（図１参照）。
（ｉ）下記数学式１で表される基質の原子指紋記述子（ａｔｏｍｉｃ  ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ  ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ）を計算する段階；
（ｉｉ）原子位置に対して原子記述子（ａｔｏｍｉｃ  ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ）を用いて活性化エネルギーを予測する段階；
（ｉｉｉ）予測された活性化エネルギーを用いてシトクロムＰ４５０酵素による代謝反応を予測する段階；及び
（ｉｖ）予測代謝反応と実験代謝反応とを比較して代謝反応有無を保存する段階。
［数学式１］
Ｘａｂｃ
上記式で、
Ｘは、原子の化学元素で；
ａは、結合している原子の個数を表す結合次数（ｂｏｎｄ  ｏｒｄｅｒ）で；
ｂは、リング（ｒｉｎｇ）を構成しているかを表すリング指標（ｒｉｎｇ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）で；
ｃは、芳香族原子であるかどうかを表す芳香族指標（ａｒｏｍａｔｉｃ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）である。
【００６２】
上記のように構築された原子指紋記述子のデータベースを用いてＣＹＰ４５０アイソフォーム（ｉｓｏｆｏｒｍ）別に任意の基質の原子指紋記述子の反応可能性有無を判別した。
【表１】
2012508922.tif 000022
【００６３】
上記表において、１は、トレーニングセットの中で該当原子指紋記述子を有する所で反応がおきたケースがあることを表す。−１は、トレーニングセットの中で該当原子指紋記述子を有する所で反応がおきたケースが無いことを表す。０は、トレーニングセットに該当原子指紋記述子を有する原子が存在しないことを表す。
【００６４】
実施例２：本発明の予測方法を用いた２−メトキシアンフェタミン（２−ｍｅｔｈｏｘｙａｍｐｈｅｔａｍｉｎｅ）の代謝産物の予測
本発明者らは、図２に示したように、下記段階の方法を通して基質の活性化エネルギーを予測した（図２参照）。
（ｉ）下記数学式１で表される基質の原子指紋記述子（ａｔｏｍｉｃ  ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ  ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ）を計算する段階；
（ｉｉ）実施例１の方法で構築されたデータと比較してシトクロムＰ４５０酵素による代謝反応が可能な原子位置を選別する段階；及び
（ｉｉｉ）選別した原子位置に対して原子記述子（ａｔｏｍｉｃ  ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ）を用いて活性化エネルギーを予測する段階。
［数学式１］
Ｘａｂｃ
上記式で、
Ｘは、原子の化学元素で；
ａは、結合している原子の個数を表す結合次数（ｂｏｎｄ  ｏｒｄｅｒ）で；
ｂは、リング（ｒｉｎｇ）を構成しているかを表すリング指標（ｒｉｎｇ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）で；
ｃは、芳香族原子であるかどうかを表す芳香族指標（ａｒｏｍａｔｉｃ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）である。
【００６５】
上記方法を用いて２−メトキシアンフェタミン（２−ｍｅｔｈｏｘｙａｍｐｈｅｔａｍｉｎｅ）の活性化エネルギーを予測した後、代謝産物を予測した。２−メトキシアンフェタミンの化学構造式は下の通りである。
［化学式３］
【化８】
2012508922.tif 000023
【００６６】
まず、１、２、３、６、７、８、９、１０番位置に水素を有している炭素原子の位置を確認した。
【００６７】
次に、１、２、３、６、７、８、９、１０番位置の原子指紋記述子を計算し、実施例１で構築された原子指紋記述子のデータと比較して代謝反応が可能な原子位置を選別した（表２参照）。
【表２】
2012508922.tif 000024
【００６８】
次に、代謝反応が可能な原子位置の活性化エネルギーを計算した。
【表３】
2012508922.tif 000025
【００６９】
次に、活性化エネルギーが最も低い１０番原子位置を反応が生じる位置と予測した。そして、下記のように１０番位置で酸素−脱アルキル化（Ｏ−ｄｅａｌｋｙｌａｔｉｏｎ）反応がおきた代謝産物を予測した。
［化学式４］
【化９】
2012508922.tif 000026

【００７０】
実施例３：反応性予測モデルのみを使用した代謝産物の予測
基質の結合可能性を考慮せず反応性予測モデルのみをもって代謝産物を予測した。最も可能性の高い位置を２つ選択する方法で分析した場合、下の表のように全体的に６２〜７０％程度の予測能力を示した。
【表４】
2012508922.tif 000027
【００７１】
実施例４：結合性予測モデルと反応性予測モデルを使用した代謝産物の予測
基質と様々なＣＹＰ４５０との結合可能性を追加するために原子指紋記述子を使用した。総１８５個の原子指紋記述子が使われ、ＣＹＰ４５０アイソフォーム（ｉｓｏｆｏｒｍ）別に代謝反応の可能性に対する分析を行なった。結合性予測モデルと反応性予測モデルとを結合して、可能性の最も高い２個の位置と実験により既知の代謝反応位置とを比較して分析した結果は、表５の通りである。
【表５】
2012508922.tif 000028
【００７２】
全体的に７０〜７８％の予測能力を示し、実施例３の反応性予測モデルのみを使用した場合よりも予測能力が５％以上向上した。
【００７３】
参考までに、上記表４及び５でシトクロムＰ４５０アイソフォーム別に代謝産物予測トレーニングに使われた基質は、下記表の通りである。
【００７４】
【表６−１】
2012508922.tif 000029
【表６−２】
2012508922.tif 000030
【００７５】
【表７−１】
2012508922.tif 000031
【表７−２】
2012508922.tif 000032
【００７６】
【表８−１】
2012508922.tif 000033
【表８−２】
2012508922.tif 000034
【００７７】
【表９−１】
2012508922.tif 000035
【表９−２】
2012508922.tif 000036
【表９−３】
2012508922.tif 000037
【表９−４】
2012508922.tif 000038
【００７８】
実施例５：既存の代謝反応予測モデルと本発明の予測モデルとの比較
本発明は、既知の代謝反応予測モデルに比べて向上した予測モデルである。既存のＱＳＡＲモデル（Ｓｈｅｒｉｄａｎ  ＲＰ，Ｋｏｒｚｅｋｗａ  ＫＲ，Ｔｏｒｒｅｓ  ＲＡ，Ｗａｌｋｅｒ  ＭＪ．Ｊ．Ｍｅｄ．Ｃｈｅｍ．（２００７）５０；３１７３）と本発明は、可能性の最も高い２個の位置を選択し、ＭｅｔａＳｉｔｅプログラム（Ｃｒｕｃｉａｎｉ  Ｇ，Ｃａｒｏｓａｔｉ  Ｅ，Ｂｏｅｃｋ  ＢＤ，Ｅｔｈｉｒａｊｕｌｕ  Ｋ，Ｍａｃｋｉｅ  Ｃ，Ｈｏｗｅ  Ｔ，Ｖｉａｎｅｌｌｏ  Ｒ．Ｊ．Ｍｅｄ．Ｃｈｅｍ．（２００５）４８；６９７０）は、可能性の最も高い３個の位置を選択するので、直接的な比較は不可能であるものの、これを考慮すれば全体的に向上した予測能力を示すと見ることができる。
【表１０】
2012508922.tif 000039
【００７９】
実施例６：原子記述子を用いた活性化エネルギーの予測
６−１．原子記述子を用いた水素分離反応の活性化エネルギーの予測
シトクロム（Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ）Ｐ４５０酵素による水素分離反応は下記のように表すことができる。
【００８０】
［反応式１］
シトクロム（Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ）Ｐ４５０酵素による水素分離反応（Ｆｅ−Ｏと共にある環はオキシフェリル中間体を表す）
【化１０】
2012508922.tif 000040
【００８１】
本発明では原子記述子［δｈｅｔ］、［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）］、［μＣ−Ｈ］、
【数１３】
2012508922.tif 000041
を用いて下記化学式の基質のシトクロムＰ４５０酵素による水素分離反応の活性化エネルギーを予測した：
［化学式１］
【化１１】
2012508922.tif 000042
上記化学式で、
Ｆｅ−Ｏと共にある環は、オキシフェリル（ｏｘｙｆｅｒｒｙｌ）中間体を表し、
［方程式１−１］
ＥａＨａｂｓ（Ｂ）＝２５．９４＋１．８８×［δｈｅｔ］＋１．０３×［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）］
［方程式１−２］
【数１４】
2012508922.tif 000043
上記方程式で、
ＥａＨａｂｓ（Ｂ）は、反応中心に隣接したα位置にヘテロ原子（炭素でない原子）を有している炭素に付着した水素が分離されるのに必要な活性化エネルギーを表し；
ＥａＨａｂｓ（Ａ）は、反応中心に隣接したα位置にヘテロ原子（炭素でない原子）を有していない炭素に付着した水素が分離されるのに必要な活性化エネルギーを表し；
［δｈｅｔ」は、反応中心に隣接したα位置にあるヘテロ原子（炭素でない原子）の正味原子電荷を表し；
［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）」は、水素またはヘリウムでないＸ１、Ｘ２、Ｘ３のうち最も高い原子電荷を表し；
［μＣ−Ｈ］は、炭素−水素結合の結合双極子を表し；
【数１５】
2012508922.tif 000044
は、原子Ｈ、Ｃ、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の正味原子偏極度（ｐｏｌａｒｉｚａｂｉｌｉｔｙ）の和を表す。
【００８２】
６−２．原子記述子を用いた芳香族水酸化反応の四面体中間体形成の活性化エネルギーの予測
シトクロムＰ４５０酵素による芳香族水酸化反応の四面体中間体形成反応は下記のように表すことができる。
【００８３】
［反応式２］
シトクロムＰ４５０酵素による芳香族水酸化反応の四面体中間体形成反応（Ｆｅ−Ｏと共にある環はオキシフェリル中間体を表す）
【化１２】
2012508922.tif 000045
【００８４】
本発明では、原子記述子［δＨ］、［平均（αａｌｐｈａ）］を用いて下記化学式の基質のシトクロムＰ４５０酵素による芳香族水酸化反応の四面体中間体形成の活性化エネルギーを予測した：
［化学式２］
【化１３】
2012508922.tif 000046
上記化学式で、
Ｆｅ−Ｏと共にある環は、オキシフェリル（ｏｘｙｆｅｒｒｙｌ）中間体を表し、
［方程式２−１］
Ｅａａｒｏ＿ｏ，ｐ＝２１．３４−０．７５×［δＨ］−１．２４×［平均（αａｌｐｈａ）］
［方程式２−２］
Ｅａａｒｏ＿ｍ＝２２．１４−０．６８×［δＨ］−０．８３×［平均（αａｌｐｈａ）］
［方程式２−３］
Ｅａａｒｏ＿０，２，３＝２１．０２−１．４９×［δＨ］−０．９２×［平均（αａｌｐｈａ）］
上記方程式で、
Ｅａａｒｏ＿ｏ，ｐは、オルト（ｏｒｔｈｏ）／パラ（ｐａｒａ）位置にある１個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表し；
Ｅａａｒｏ＿ｍは、メタ（ｍｅｔａ）位置にある１個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表し；
Ｅａａｒｏ＿０，２，３は、０個、２個、３個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表し；
［δＨ」は、反応水素の正味原子電荷を表し；
［平均（αａｌｐｈａ）」は、隣接炭素の偏極度（ｐｏｌａｒｉｚａｂｉｌｉｔｙ）の平均値を表す。
【００８５】
実施例７：水素分離反応の活性化エネルギーを予測するためのモデルの開発
水素分離の活性化エネルギーは、第１段階（Ｐｈａｓｅ  Ｉ）の代謝の脂肪族炭化水素の水酸化反応と脱水酸化反応の位置選択性を予測するにあたって良い尺度である。
【００８６】
［反応式１］
シトクロム（Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ）Ｐ４５０酵素による水素分離反応（Ｆｅ−Ｏと共にある環はオキシフェリル中間体を表す）
【化１４】
2012508922.tif 000047
【００８７】
上記反応をモデリング（ｍｏｄｅｌｉｎｇ）するために、ＡＭ１（Ａｕｓｔｉｎ  Ｍｏｄｅｌ  １）分子電子軌道（ｏｒｂｉｔａｌ）理論を用いて１１９個の分子の４３１ケースの活性化エネルギーを計算した。
【００８８】
ここで、「ケース」とは、原子の個数を意味する。例えば３、４、７個の原子をもっている分子が３個ある場合は、‘３個の分子の１４個のケース’となる。ＡＭ１は、計算化学における分子の電子的構造の量子計算のための半経験的方法であって、ニ原子微分重なり近似の修正された無視（ｔｈｅ  ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｎｅｇｌｅｃｔ  ｏｆ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｄｉａｔｏｍｉｃ  ｏｖｅｒｌａｐ  ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）を一般化したものである（Ｄｅｗａｒ，Ｍ．Ｊ．Ｓ．ｅｔ  ａｌ．，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，１９８５，  １０７，３９０２）。
【００８９】
計算された有機分子の目録は下記表１１の通りである。
【表１１】
2012508922.tif 000048
【００９０】
かかる情報は、実験的方程式をトレーニング（ｔｒａｉｎ）させ評価するのに利用された。これらケースは、多様な化学的環境でのメチル基（ｍｅｔｈｙｌ）、１基（ｐｒｉｍａｒｙ）、２基（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ）、３基（ｔｅｒｔｉａｒｙ）炭素を含んでいる。
【００９１】
本発明者らは、これらケースを、切断される炭素−水素結合が周辺に電子的に陰性である炭素以外の原子、すなわちヘテロ原子（ｈｅｔｅｒｏａｔｏｍ）を有しているか否かによって２通りの形態に分離した。
【００９２】
効果的な原子記述子と水素分離反応の量子力学的に計算されたＥａとの相関関係を通して原子記述子でモデリングした方程式は、下記表１２及び１３の通りである。
【表１２】
2012508922.tif 000049
【表１３】
2012508922.tif 000050
【００９３】
本発明者らは、表１２及び１３のトレーニング過程を経た結果、各形態に合う２個の標準化された効果的な原子記述子を用いて線型方程式によって多様な化学的環境での活性化エネルギーを予測できるようになった（下記方程式１−１及び１−２）。
【００９４】
かかる効果的な原子記述子のうち、［δｈｅｔ］、［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）］、［μＣ−Ｈ」は炭素−水素結合の脆弱程度を表し、
【数１６】
2012508922.tif 000051
は遷移状態の安定性を表す。本発明における全ての遷移状態は振動数分析を通して検証された。
【００９５】
本発明によるモデルを用いた活性化エネルギー予測のフローチャートは、図３に示した通りである。
【００９６】
具体的に、本発明により開発されたＣＹＰ４５０酵素による水素分離反応の活性化エネルギー予測モデルは次の通りである：
ｉ）対象分子の代謝位置を確認する段階；
ｉｉ）対象分子の反応型を判断する段階；
ｉｉｉ）水素分離反応中心（ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｃｅｎｔｅｒ）に隣接したα位置におけるヘテロ原子（ｈｅｔｅｒｏａｔｏｍ）の存否によって原子型を判断する段階；
ｉｖ）ヘテロ原子がある場合は原子記述子［δｈｅｔ］、［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）］、ヘテロ原子がない場合は原子記述子［μＣ−Ｈ］、
【数１７】
2012508922.tif 000052
を計算する段階；
ｖ）原子記述子を標準化する段階；及び
ｖｉ）下記方程式によって活性化エネルギーを予測する段階。
【化１５】
2012508922.tif 000053
上記化学式で、
Ｆｅ−Ｏと共にある環は、オキシフェリル（ｏｘｙｆｅｒｒｙｌ）中間体を表し、
［方程式１−１］
ＥａＨａｂｓ（Ｂ）＝２５．９４＋１．８８×［δｈｅｔ］＋１．０３×［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）］
Ｒ＝０．９１、ＲＭＳＥ＝１．１４、ｎ＝６２、Ｐ値＜０．０００１
［方程式１−２］
【数１８】
2012508922.tif 000054
Ｒ＝０．９５、ＲＭＳＥ＝０．４３、ｎ＝２２４、Ｐ値＜０．０００１
上記方程式で、
ＥａＨａｂｓ（Ｂ）は、反応中心に隣接したα位置にヘテロ原子（炭素でない原子）を有している炭素に付着した水素が分離されるのに必要な活性化エネルギーを表し；
ＥａＨａｂｓ（Ａ）は、反応中心に隣接したα位置にヘテロ原子（炭素でない原子）を有していない炭素に付着した水素が分離されるのに必要な活性化エネルギーを表し；
［δｈｅｔ」は、反応中心に隣接したα位置にあるヘテロ原子（炭素でない原子）の正味原子電荷を表し；
［ｍａｘ（δｈｅａｖｙ）」は、水素またはヘリウムでないＸ１、Ｘ２、Ｘ３のうち最も高い原子電荷を表し；
［μＣ−Ｈ］は、炭素−水素結合の結合双極子を表し；
【数１９】
2012508922.tif 000055
は、原子Ｈ、Ｃ、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の正味原子偏極度（ｐｏｌａｒｉｚａｂｉｌｉｔｙ）の和を表す。
【００９７】
上記方程式１−１及び１−２で、Ｒは相関係数（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、ＲＭＳＥは二乗平均平方根誤差（ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅｄ  ｅｒｒｏｒ）、ｎはトレーニング時に使用された原子の個数、Ｐ値（Ｐ  ｖａｌｕｅ）は相関係数の有意性を表す値である。
【００９８】
段階ｉ）で、対象分子への全てのＣ−Ｈ結合（ｂｏｎｄ）を対象分子で代謝が起こり得る位置と見ることができる。
【００９９】
段階ｉｉ）で、対象分子の全てのＣ−Ｈ結合のうち、Ｃ（ｃａｒｂｏｎ）が脂肪族炭素（ａｌｉｐｈａｔｉｃ  ｃａｒｂｏｎ）である場合は対象分子から水素分離（Ｈ  ａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎ）が起こり得る代謝位置と見ることができる。
【０１００】
段階ｉｉｉ）で、反応中心（実際代謝反応が生じるＣ−Ｈ）に隣接したα位置のうち、ヘテロ原子（ｈｅｔｅｒｏａｔｏｍ）がある場合は［方程式１−１］を用い、ヘテロ原子（ｈｅｔｅｒｏａｔｏｍ）がない場合は［方程式１−２］を用いる。
【０１０１】
段階ｖ）で、標準化（ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）は、統計学的観点で原子記述子の値の平均を０、標準偏差を１にすることを意味する。すなわち、予測する前に、本願発明の予測モデルのトレーニング時に用いられた原子記述子の値の平均と標準偏差をもって標準化する。
【０１０２】
図４に示されたように、本発明のモデルを利用して予測された活性化エネルギーは、量子力学的に計算された活性化エネルギーと高い相関関係を示している。４３０ケースのうち３８６ケースが化学的正確度（ｍｏｌ当たり１ｋｃａｌ）内にある。一部不整合なものは、量子計算中に反応する炭素−水素−酸素間の相互作用外の相互作用による。多様な分子の気体状態での活性化エネルギーは、Ｇａｕｓｓｉａｎ０３［改正Ｃ．０２，Ｍ．  Ｊ．  Ｆｒｉｓｃｈ  ｅｔ  ａｌ．，  ペンシルバニアピッツバーグ、米国、２００３］を用いて計算した。
【０１０３】
実施例８：水素分離反応の活性化エネルギー予測モデルにより予測された活性化エネルギーの検証
実施例７の予測モデルを用いて次の４個の分子に対して予測された水素分離反応の活性化エネルギーを実験値と比較して検証した。
【０１０４】
［化学式３］
【化１６】
2012508922.tif 000056
【表１４】
2012508922.tif 000057
【０１０５】
表１４における各分子の実験代謝比率は、当業界で既に公知となっており、ヘキサン（ｈｅｘａｎｅ）は、文献［Ｋｅｎ−ｉｃｈｉｒｏｕ  ＭＯＲＯＨＡＳＨＩ，Ｈｉｒｏｙｕｋｉ  ＳＡＤＡＮＯ，Ｙｏｓｈｉｉｅ  ＯＫＡＤＡ，Ｔｓｕｎｅｏ  ＯＭＵＲＡ．Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃｉｔｙ  ｉｎ  ｎ−Ｈｅｘａｎｅ  Ｈｙｄｒｏｘｙｌａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｔｗｏ  ｆｏｒｍｓ  ｏｆ  Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ  Ｐ４５０  ｉｎ  Ｒａｔ  ｌｉｖｅｒ  Ｍｉｃｒｏｓｏｍｅｓ．Ｊ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．１９８３，９３，４１３−４１９］で；オクタン（ｏｃｔａｎｅ）は、文献［Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｐ．Ｊｏｎｅｓ，Ａｌｌａｎ  Ｅ．Ｒｅｔｔｉｅ，  Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｆ．Ｔｒａｇｅｒ．Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｉｓｏｔｏｐｅ  Ｅｆｆｅｃｔｓ  Ｓｕｇｇｅｓｔ  Ｔｈａｔ  ｔｈｅ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  Ｓｙｍｍｅｔｒｙ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ  Ｐ−４５０  Ｃａｔａｌｙｚｅｄ  Ｈｙｄｒｏｘｙｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｃｔａｎｅ  Ｉｓ  Ｉｓｏｚｙｍｅ  Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ．  Ｊ．  Ｍｅｄ．  Ｃｈｅｍ．  １９９０，３３，１２４２−１２４６］で；エチルベンゼン（ｅｔｈｙｌ  ｂｅｎｚｅｎｅ）は、文献［Ｒｏｎａｌｄ  Ｅ．Ｗｈｉｔｅ，Ｊｏｈｎ  Ｐ．Ｍｉｌｌｅｒ，Ｌｅｏｎａｒｄ  Ｖ．Ｆａｖｒｅａｕ，Ａｐａｒｅｓ  Ｂｈａｔｔａｃｈａｒｙｙａ．Ｓｔｅｒｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ  ｏｆ  Ａｌｉｐｈａｔｉｃ  Ｈｙｄｒｏｘｙｌａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ  Ｐ−４５０．Ｊ．ＡＭ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．  １９８６，１０８，６０２４−６０３１］で；１−クロロメチル−４−メチル−ベンゼン（１−Ｃｈｌｏｒｏｍｅｔｈｙｌ−４−ｍｅｔｈｙｌ−ｂｅｎｚｅｎｅ）は、文献［ＬｅｅＡｎｎ  Ｈｉｇｇｉｎｓ，Ｋｅｎｎｅｔｈ  Ｒ．Ｋｏｒｚｅｋｗａ，Ｓｔｒｅｅｄｈａｒａ  Ｒａｏ，Ｍａｇｏｎｇ  Ｓｈｏｕ，ａｎｄ  Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｐ．Ｊｏｎｅｓ．Ａｎ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｅｎｅｒｇｅｔｉｃｓ  ｆｏｒ  Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ  Ｐ４５０−Ｍｅｄｉａｔｅｄ  Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ．Ａｒｃｈ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．２００１，３８５，２２０−２３０］で各分子の実験代謝比率を確認することができる。
【０１０６】
表１４に示されたように、ヘキサン（ｈｅｘａｎｅ）、オクタン（ｏｃｔａｎｅ）、エチルベンゼン（ｅｔｈｙｌｂｅｎｚｅｎｅ）、１−クロロメチル−４−メチル−ベンゼン（１−ｃｈｌｏｒｏｍｅｔｈｙｌ−４−ｍｅｔｈｙｌ−ｂｅｎｚｅｎｅ）の４個の分子について、本発明の方法により予測された水素分離反応の活性化エネルギーをアレニウス式に代入して誘導された代謝比率［Ｃ］と実験代謝比率［ｄ］とを比較すると、趨勢的に類似の傾向を確認することができる。即ち、本発明によって予測された活性化エネルギーを通して実験代謝比率を予測することができる。
【０１０７】
実施例９：芳香族水酸化反応の四面体中間体形成の活性化エネルギーを予測するためのモデルの開発
本発明者らは、第１段階（Ｐｈａｓｅ  Ｉ）の代謝の芳香族水酸化反応の位置選択性の良い尺度になる四面体中間体形成をモデリングした。
【０１０８】
［反応式２］
シトクロムＰ４５０酵素による芳香族水酸化反応の四面体中間体形成反応（Ｆｅ−Ｏと共にある環はオキシフェリル中間体を表す）
【化１７】
2012508922.tif 000058
【０１０９】
上記反応をモデリング（ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ）するために、ＡＭ１（Ａｕｓｔｉｎ  Ｍｏｄｅｌ  １）分子電子軌道（ｏｒｂｉｔａｌ）理論を用いて多様な化学的環境のベンゼン炭素である３１個の分子の８５ケースの活性化エネルギーを計算した。
【０１１０】
ここで、「ケース」とは、原子の個数を意味する。例えば３、４、７個の原子を有している分子が３個ある場合は、“３個の分子の１４個のケース”となる。ＡＭ１は、計算化学における分子の電子的構造の量子計算のための半経験的方法であって、二原子微分重なり近似の修正された無視（ｔｈｅ  ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｎｅｇｌｅｃｔ  ｏｆ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｄｉａｔｏｍｉｃ  ｏｖｅｒｌａｐ  ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）を一般化したものである（Ｄｅｗａｒ，  Ｍ．  Ｊ．  Ｓ．  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，    １９８５，  １０７，  ３９０２）。
【０１１１】
計算された有機分子の目録は、下記表１５の通りである。
【表１５】
2012508922.tif 000059
【０１１２】
かかる情報は、実験的方程式をトレーニング（ｔｒａｉｎ）させ評価するのに利用された。これらケースは、各々ｉ）オルト（ｏｒｔｈｏ）／パラ（ｐａｒａ）位置の１個の置換基を有した場合、ｉｉ）メタ（ｍｅｔａ）位置の１個の置換基を有した場合、ｉｉｉ）０個、２個、３個の置換基を有した場合の３つの形態に分かれた。
【０１１３】
効果的な原子記述子と芳香族水酸化反応の量子力学的に計算されたＥａとの相関関係を通して原子記述子でモデリングした方程式は、下記表１６、１７及び１８の通りである。
【表１６】
2012508922.tif 000060
【表１７】
2012508922.tif 000061
【表１８】
2012508922.tif 000062
【０１１４】
本発明者らは、表１６乃至１８のトレーニング過程を経た結果、各形態に合う２個の標準化された効果的な原子記述子を用いて線型方程式によって多様な化学的環境での活性化エネルギーを予測することができた（下記方程式２−１、２−２及び２−３）。
【０１１５】
四面体中間体形成反応の活性化エネルギーを予測するための方程式に使われる効果的な原子記述子のうち［δＨ」は、オキシゲネート種（ｏｘｙｇｅｎａｔｉｎｇ  ｓｐｅｃｉｅｓ）と基質との間の近接度を決定し、［平均（αａｌｐｈａ）」は、遷移状態の安定度と関連がある。本発明では、オキシゲネイティングスピーシーズ（ｏｘｙｇｅｎａｔｉｎｇ  ｓｐｅｃｉｅｓ）としてパラ−ニトロソフェノキシラジカル（ＰＮＲ；ｐａｒａ−ｎｉｔｒｏｓｏｐｈｅｎｏｘｙ  ｒａｄｉｃａｌ）が用いられ、全ての遷移状態は振動数分析を通して検証された。
【０１１６】
本発明により開発したモデルを用いて活性化エネルギーを予測するフローチャートは図３に示した通りである。
【０１１７】
具体的に、本発明により開発したＣＹＰ４５０酵素による芳香族水酸化反応の四面体中間体形成の活性化エネルギーを予測するためのモデルは次の通りである：
ｉ）対象分子の代謝位置を確認する段階；
ｉｉ）対象分子の反応型を判断する段階；
ｉｉｉ）上記段階ｉｉ）で芳香族水酸化反応と判断された場合、原子記述子［δＨ］、［平均（αａｌｐｈａ）］を計算する段階；
ｉｖ）原子記述子を標準化する段階；及び
ｖ）下記方程式によって活性化エネルギーを予測する段階。
【化１８】
2012508922.tif 000063
上記化学式で、
Ｆｅ−Ｏと共にある環は、オキシフェリル（ｏｘｙｆｅｒｒｙｌ）中間体を表す。
［方程式２−１］
Ｅａａｒｏ＿ｏ，ｐ＝１．３４−０．７５×［δＨ］−１．２４×［平均（αａｌｐｈａ）］
Ｒ＝０．７１、ＲＭＳＥ＝０．９５、ｎ＝１６、Ｐ値＝０．００９
［方程式２−２］
Ｅａａｒｏ＿ｍ＝２２．１４−０．６８×［δＨ］−０．８３×［平均（αａｌｐｈａ）］
Ｒ＝０．８８、ＲＭＳＥ＝０．３０、ｎ＝８、Ｐ値＝０．０２６
［方程式２−３］
Ｅａａｒｏ＿０，２，３＝２１．０２−１．４９×［δＨ］−０．９２×［平均（αａｌｐｈａ）］
Ｒ＝０．８７、ＲＭＳＥ＝０．６５、ｎ＝３３、Ｐ値＜０．０００１
上記方程式で、
Ｅａａｒｏ＿ｏ，ｐは、オルト（ｏｒｔｈｏ）／パラ（ｐａｒａ）位置にある１個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表し；
Ｅａａｒｏ＿ｍは、メタ（ｍｅｔａ）位置にある１個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表し；
Ｅａａｒｏ＿０，２，３  は、０個、２個、３個の置換基を有しているベンゼンの四面体中間体形成の活性化エネルギーを表し；
［δＨ」は、反応水素の正味原子電荷を表し；
［平均（αａｌｐｈａ）」は、隣接炭素の偏極度（ｐｏｌａｒｉｚａｂｉｌｉｔｙ）の平均値を表す。
【０１１８】
上記方程式２−１、２−２及び２−３において、Ｒは相関係数（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、ＲＭＳＥは二乗平均平方根誤差（ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅｄ  ｅｒｒｏｒ）、ｎはトレーニング時に使われた原子の個数、Ｐ値（Ｐ  ｖａｌｕｅ）は相関係数の有意性を表す値である。
【０１１９】
図５に示されたように、本発明の方法を用いた活性化エネルギーの予測結果は、量子力学的に計算した活性化エネルギーと高い相関関係を示している。８５ケースのうち７０ケースが化学的正確度（ｍｏｌ当たり１ｋｃａｌ）内にある。一部不整合なものは、０個、２個、３個の置換基を有したベンゼンをモデリングする時にモデルがオルト（ｏｒｔｈｏ）、メタ（ｍｅｔａ）、パラ（ｐａｒａ）効果を考慮しなかったため生じた。多様な分子の機体状態での活性化エネルギーは、Ｇａｕｓｓｉａｎ０３［改正Ｃ．０２、Ｍ．  Ｊ．  Ｆｒｉｓｃｈ  ｅｔ  ａｌ．，  ペンシルバニアピッツバーグ、米国、２００３］を用いて計算した。
【０１２０】
実施例１０：芳香族水酸化反応の四面体中間体形成の活性化エネルギー予測モデルにより予測された活性化エネルギーの検証
実施例９の予測モデルを用いて次の２個の分子に対して予測された四面体中間体形成反応の活性化エネルギーを実験値と比較して検証した。
【０１２１】
［化学式４］
【化１９】
2012508922.tif 000064
【表１９】
2012508922.tif 000065
【０１２２】
表１９における各分子の実験代謝比率は、当業界で既に公知となっており、メトキシベンゼン（Ｍｅｔｈｏｘｙｂｅｎｚｅｎｅ）は、文献［Ｒｏｂｅｒｔ  Ｐ．  Ｈａｎｚｌｉｋ，  Ｋｅｒｓｔｉｎ  Ｈｏｇｂｅｒｇ，  Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｍ．  Ｊｕｄｓｏｎ．  ＭｉＣｒｏｓｏｍａｌ  ｈｙｄｒｏｘｙｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｌｙ  ｄｅｕｔｅｒａｔｅｄ  ｍｏｎｏｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ  ｂｅｎｚｅｎｅｓ．  Ｅｖｉｄｅｎｃｅ  ｆｏｒ  ｄｉｒｅｃｔ  ａｒｏｍａｔｉｃ  ｈｙｄｒｏｘｙｌａｔｉｏｎ．  Ｂｉｏｃｈｅｍｓｔｒｙ．  １９８４，  ２３，  ３０４８−３０５５］で；クロロベンゼン（ＣｈｌｏｒｏＢｅｎｚｅｎｅ）は、文献［Ｈ．  Ｇ．  Ｓｅｌａｎｄｅｒ，  Ｄ．  Ｍ．  Ｊｅｒｉｎａ，  Ｊ．  Ｗ．  Ｄａｌｙ．  Ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ  ｏｆ  Ｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｅｎｅ  ｗｉｔｈ  Ｈｅｐａｔｉｃ  Ｍｉｃｒｏｓｏｍｅｓ  ａｎｄ  Ｓｏｌｕｂｉｌｉｚｅｄ  Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ  Ｐ−４５０  Ｓｙｓｔｅｍｓ．  Ａｒｃｈ．  Ｂｉｏｃｈｅｍ．  Ｂｉｏｐｈｙｓ．  １９７５，  １６８，  ３０９−３２１］で各分子の実験代謝比率を確認することができる。
【０１２３】
上記表１９に示されたように、メトキシベンゼン（Ｍｅｔｈｏｘｙｂｅｎｚｅｎｅ）、クロロベンゼン（Ｃｈｌｏｒｏ  Ｂｅｎｚｅｎｅ）の２個の分子について、本発明の方法により予測された水素分離反応の活性化エネルギーをアレニウス式に代入して誘導された代謝比率［ｃ］と実験代謝比率［ｄ］とを比較すると、類似の傾向を示すことが確認できる。すなわち、本発明によって予測された活性化エネルギーを通して実験代謝比率を予測することができる。
【０１２４】
このように、本発明の属する技術分野における当業者は、本発明の該当技術的思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施され得ることを理解できるであろう。したがって、以上の実施例はあくまでも例示的なものであって、限定的なものではないことを理解しなければならない。本発明の範囲は、上記の詳細な説明よりは後述する特許請求範囲により示されており、特許請求範囲の意味及び範囲、並びにその等価概念から導き出されるあらゆる変更または変形を施した形態が本発明の範囲に含まれることと解釈されなければならない。
【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５】
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【国際調査報告】
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