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JP5672596B2 - Conformational homology evaluation apparatus and evaluation method, and structure pattern analysis apparatus and analysis method - Google Patents
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Conformational homology evaluation apparatus and evaluation method, and structure pattern analysis apparatus and analysis method Download PDF

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Description

本発明は、薬効や安全性などに関連する分子の構造変化を、その立体配座構造の相同性比較により簡便にかつより精緻に評価する装置及び方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and method for simply and more precisely evaluating structural changes of molecules related to drug efficacy, safety, and the like, by comparing their conformational homology.

ポストゲノム研究の進展に伴い、製薬業界において抗体医薬をはじめとするバイオ医薬品の開発が進められている。この抗体医薬はタンパク質と非常に深い関わりを持っており、もともと自然界に存在するものとは構造の異なる物質を人為的に設計していることから、さらなる安全性を保証する品質管理手法の確立が求められてきている。例えば抗体医薬の液体製剤化プロセス中に凍結乾燥工程があるが、その凍結乾燥前後の溶液中で抗体医薬の構造変化が起きていないことを簡易に確認する手段が求められている(非特許文献1)。   With the progress of post-genomic research, biopharmaceuticals including antibody drugs are being developed in the pharmaceutical industry. This antibody drug has a very deep relationship with proteins, and since artificially designed substances with structures different from those that exist in nature, the establishment of a quality control method that guarantees further safety has been established. It has been demanded. For example, although there is a freeze-drying step in the liquid preparation process of an antibody drug, there is a demand for a means for easily confirming that the structure of the antibody drug has not changed in the solution before and after the freeze-drying (Non-patent Document). 1).

一方で、創薬の観点から、タンパク質とリガンドの相互作用の理解が重要であるため、数多くのタンパク質のX線結晶構造解析例が報告され、その一部は日本蛋白質構造データバンク(PDBj)などにおいてインターネットを介して公開されており(http://www.pdbj.org/)、近年のグラフィカルインターフェースの進歩と相まってリガンドとの相互作用によるタンパク質の構造変化の仕組みが解明され始めている。   On the other hand, from the viewpoint of drug discovery, it is important to understand the interaction between proteins and ligands, so many examples of X-ray crystal structure analysis of proteins have been reported, some of which include Japan Protein Structure Data Bank (PDBj) and others. The mechanism of protein structural changes due to interaction with ligands has begun to be elucidated in conjunction with recent advances in graphical interfaces (http://www.pdbj.org/).

しかしながら、X線結晶構造解析ではその安定構造の一つを観測しているにすぎず、実際には液相中で機能が発現されており、平衡に基づく立体配座変化が絶えず起こっている。
すなわち、液相中ではタンパク質の立体構造に揺れが存在するが、これらの揺れをアミノ酸配列、直交座標系やZ-matrixを用いて簡易に表記することは出来なかった。
However, in X-ray crystal structure analysis, only one of the stable structures is observed. Actually, the function is expressed in the liquid phase, and the conformational change based on the equilibrium occurs constantly.
In other words, there are fluctuations in the three-dimensional structure of the protein in the liquid phase, but these fluctuations could not be expressed simply using an amino acid sequence, an orthogonal coordinate system, or a Z-matrix.

特に、安全性を保証する品質管理の観点から、平衡に基づく立体配座変化と非可逆的な構造変化を明確に区別するためのツールが必要とされていた。   In particular, from the viewpoint of quality control that guarantees safety, a tool for clearly distinguishing conformational changes from conformations and irreversible structural changes was required.

本発明者らは、生体分子をはじめとするキラリティーを有する物質の赤外円二色性(VCD)バンドが立体配座に対して極めて敏感であることを見出し(非特許文献2−5)、新たな立体配座解析手法を提案するとともに(特許文献1)、その単純化モデル分子のアイデアから発想を得て、有機分子の立体配座を簡便に表記するためのコード化装置及び方法に関する提案を行っている(特許文献2−4)。   The present inventors have found that infrared circular dichroism (VCD) bands of substances having chirality such as biomolecules are extremely sensitive to conformation (Non-patent Documents 2-5). , A new conformational analysis method (Patent Document 1), and a coding apparatus and method for easily expressing the conformation of an organic molecule, based on the idea of the simplified model molecule Proposals have been made (Patent Documents 2-4).

その中で、前記の液相中での分子構造の揺れの問題を解決するため、360度を6分割して符号を付し、それぞれの部位をさらに2分割して別の符号を付すことで構造の相同性評価を行っていたが、符号の一致による単純な演算処理では完全には分子構造の揺れの問題に対処できない課題があることがわかった。   Among them, in order to solve the problem of the fluctuation of the molecular structure in the liquid phase, 360 degrees are divided into 6 parts and attached with symbols, and each part is further divided into 2 parts and attached with other parts. Although structural homology was evaluated, it was found that there was a problem that a simple arithmetic processing based on coincidence of codes could not completely cope with the problem of fluctuation of molecular structure.

また、密度汎関数法計算から得られた最適化構造分子モデルとX線結晶構造解析から得られた分子モデルの構造相同性比較を行う場合に、X線結晶構造データでは水素原子の位置が決められていないことから、前記のコード化方法では座標位置が定まらない水素原子が関与する二面角分類コードにおいて、せっかく構造相同性比較が可能な構造情報が含まれていながら、その構造情報を十分に活用できない問題があることがわかった(非特許文献1)。   In addition, when comparing the structural homology between the optimized structural molecular model obtained from the density functional calculation and the molecular model obtained from the X-ray crystal structure analysis, the position of the hydrogen atom is determined in the X-ray crystal structure data. In the dihedral angle classification code involving hydrogen atoms whose coordinate positions are not determined by the above coding method, structural information that can be compared with structural homology is included, but the structural information is sufficient. It has been found that there is a problem that cannot be utilized (Non-Patent Document 1).

さらに、解析対象化合物がタンパク質あるいはペプチドの場合にアミノ酸配列が異なっていながら、構造相同性は非常に高いケースが存在しているが、従来の立体配座解析法によっては、そのアミノ酸配列パターンを詳細な立体配座表記と結びつけて抽出することができない。そのため、分子構造の揺れの影響を最小限に留めて、特徴的な分子構造を有するアミノ酸配列パターンの有効な抽出手法の構築が望まれていた。特に、αへリックス型、βシート型等の特徴的な分子構造パターンを示すフラグメント領域を決定し抽出するための解析手法が望まれていた。同様に、1本鎖のRNAの場合も種々の特徴的な立体構造をとることが知られ、これらのX線結晶構造データが豊富に存在するので、これらRNAなど1本鎖のポリヌクレオチドにおいても、同様の解析手法が適用できることが期待される。   Furthermore, there are cases in which the structural homology is very high even though the amino acid sequence is different when the compound to be analyzed is a protein or peptide, but depending on the conventional conformational analysis method, the amino acid sequence pattern may be detailed. Cannot be extracted in conjunction with a conformational notation. Therefore, it has been desired to construct an effective extraction method for amino acid sequence patterns having a characteristic molecular structure while minimizing the influence of fluctuations in the molecular structure. In particular, an analysis method for determining and extracting a fragment region showing a characteristic molecular structure pattern such as α-helix type or β-sheet type has been desired. Similarly, single-stranded RNAs are also known to have various characteristic three-dimensional structures, and since there are abundant X-ray crystal structure data, even single-stranded polynucleotides such as these RNAs can be used. It is expected that the same analysis method can be applied.

そこで、これらの問題を解決するために、立体配座相同性を電算機処理するための評価技術が求められていた。   Thus, in order to solve these problems, an evaluation technique for computer processing of conformational homology has been demanded.

特許第3991106明細書Japanese Patent No. 3991106 WO2008/117570(PCT/JP2008/051673)WO2008 / 117570 (PCT / JP2008 / 051673) 特開2009−265855号公報JP 2009-265855 A US-2009-0248321-A1(US/12/385856)US-2009-0248321-A1 (US / 12/385856)

和泉 博、ファームテクジャパン,2009,25,19Hiroshi Izumi, Farm Tech Japan, 2009, 25, 19 H.Izumi 他、J.Am.Chem.Soc.,2004,126,194H.Izumi et al., J.Am.Chem.Soc., 2004,126,194 H.Izumi 他、J.Org.Chem.,2007,72,277H.Izumi et al., J.Org.Chem., 2007,72,277 H.Izumi 他、J.Org.Chem.,2008,73,2367H.Izumi et al., J. Org. Chem., 2008, 73, 2367 H.Izumi 他、J.Org.Chem.,2009,74,1231H.Izumi et al., J.Org.Chem., 2009,74,1231

本発明は、このような従来技術の実状及び要望に鑑みてなされたもので、符号の一致による単純な演算処理では完全には分子構造の揺れの問題に対処できない場合においても、簡便に立体配座構造の相同性の比較を行うことができる評価方法、水素原子の位置情報を持たないX線結晶構造解析から得られた分子モデルと理論計算から得られた分子モデルとの比較を行うことができる評価方法、解析対象化合物がタンパク質あるいはペプチドの場合にアミノ酸配列が異なっていながら、構造相同性は非常に高いアミノ酸配列パターンを詳細な立体配座表記とともに抽出することができる立体配座相同性評価方法、及びそれらの装置を提供し、あわせて、αへリックス型、βシート型等のフラグメント構造パターンに関してコード情報を用いて評価、解析することができる構造パターン解析方法及びその装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the actual situation and demand of the prior art, and even when simple arithmetic processing based on coincidence of codes cannot completely cope with the problem of fluctuation of the molecular structure, the three-dimensional configuration can be easily performed. An evaluation method capable of comparing the homology of the locus structure, and comparing the molecular model obtained from the X-ray crystal structure analysis without the position information of the hydrogen atom and the molecular model obtained from the theoretical calculation Evaluation method, conformational homology evaluation that can extract amino acid sequence patterns with very high structural homology together with detailed conformational notation even though the amino acid sequence is different when the analysis target compound is protein or peptide Method and apparatus are provided, and the code structure is used to evaluate fragment structure patterns such as α-helix type and β-sheet type. It is an object of the present invention to provide a structural pattern analyzing method and apparatus capable of analyzing it.

上記課題を解決するため、以前に本発明者らが開発した立体配座相同性評価装置及び評価方法(特許文献4など)による構造相同性比較にX線結晶構造解析データを適用させるための新たな優先則を作成し、X線結晶構造解析データのような水素原子の位置情報が無い場合でも一義的に表記できるようにした。
このことで、各種ペプチド、タンパク質を含む膨大な化学物質に関する立体構造データを比較することが可能となった。
そして、その化学物質を構成する各分子の立体配座構造ごとに対応するボンド位置の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、該集合の要素が二面角分類コードのうち連続して隣り合った3個の二面角分類コードに必ず含まれ、かつ少なくとも該集合の要素の1個は前記連続して隣り合った3個の二面角分類コードの中央の二面角分類コードである条件を満たす場合には相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定して演算処理する「揺れ許容演算解析法」を開発し、当該解析法に従って比較を行うこととした。
そのことにより、同一の立体構造でも液相中での「揺れ」が原因で、従来の評価方法(特許文献4など)では適切な相同性評価ができなかったものが、ほぼ正確に評価可能になった。また、抗体(免疫グロブリン)中のCDR領域以外のフレームワーク領域内や定常領域内にも立体構造が大きく変化する位置があることが実証でき、正常プリオンと異常プリオンの立体構造変化を決定づける本質的領域を文字情報で示すことができた。
さらに、「揺れ許容演算解析法」の1部に改良を加え、アミノ酸フラグメントやヌクレオチドフラグメントのような数多くのフラグメントからなる生体高分子の、特徴的な分子構造の領域に対応するフラグメント、例えば、タンパク質のαへリックスフラグメント、βへリックスフラグメント、RNAの二重らせん構造に特徴的なステムフラグメントのみの符号化立体配座表記を構成する二面角位置コードそれぞれにおいて、最も出現頻度の高い二面角分類コードを取り出し、これらフラグメントに対応した立体配座コードを参照するテンプレートとし、解析対象化合物の解析しようとする領域に対して、前記改良「揺れ許容演算解析法」を適用して構造相同性比較を行うことにより、それぞれの構造パターンを持ったフラグメントを、それ以外のフラグメントから分離抽出することができた。
以上の知見を得たことで本発明を完成することができた。
In order to solve the above-mentioned problem, a new technique for applying X-ray crystal structure analysis data to structural homology comparison by a conformation homology evaluation apparatus and an evaluation method (Patent Document 4, etc.) previously developed by the present inventors. Priority rules have been created so that even when there is no position information of hydrogen atoms such as X-ray crystal structure analysis data, it can be uniquely described.
This makes it possible to compare the three-dimensional structure data on a huge amount of chemical substances including various peptides and proteins.
Then, a set having a dihedral angle classification code of a bond position corresponding to each conformational structure of each molecule constituting the chemical substance as an element is created, and the elements of the set are consecutive in the dihedral angle classification code. Are included in three adjacent dihedral angle classification codes, and at least one element of the set is a dihedral angle classification code in the center of the three adjacent dihedral angle classification codes. When the above condition is satisfied, the “swing tolerance calculation analysis method” is developed in which it is determined that the homology is high and the homology is low otherwise, and the comparison is performed according to the analysis method.
As a result, even if the three-dimensional structure is the same, it is possible to evaluate almost exactly what the conventional evaluation method (Patent Document 4, etc.) could not perform an appropriate homology evaluation due to “sway” in the liquid phase. became. In addition, it can be proved that there is a position where the conformation changes greatly in the framework region other than the CDR region in the antibody (immunoglobulin) and in the constant region, and it is essential to determine the conformation change of the normal prion and the abnormal prion. The area could be indicated by text information.
Furthermore, a part of the “sway tolerance calculation analysis method” has been improved, and a fragment corresponding to a region of a characteristic molecular structure of a biopolymer composed of many fragments such as amino acid fragments and nucleotide fragments, for example, a protein Dihedral angles with the highest frequency of appearance in each of the dihedral position codes constituting the encoded conformational notation of only the α helix fragment, β helix fragment, and stem fragment characteristic of RNA double helix structure Take out the classification code, use it as a template to refer to the conformational code corresponding to these fragments, and apply the improved “swing tolerance calculation analysis method” to the region to be analyzed for structural homology comparison The fragment with the respective structure pattern It was possible to separate and extract from the fragment.
The present invention was completed by obtaining the above knowledge.

具体的には、本発明は、第1には、
処理部が、複数の解析対象化合物それぞれの立体配座構造の分子モデルの入力を受け付け、
前記処理部が、入力を受け付けた分子モデルに基づき、各々の化学結合部位に対応する二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードの組み合わせからなる立体配座表記(以下、符号化立体配座表記と示す)により、一つの該符号化立体配座表記で立体配座を一義的に決定できる構造について、前記立体配座表記に必要となる、注目する化学結合部位の表記を残して不要な表記を省略した符号化立体配座表記を前記分子モデルから抽出するとともに、抽出した符号化立体配座表記を記憶部に記憶させ、
前記処理部が、前記記憶部から複数の前記符号化立体配座表記を取り出し、
対応関係にある二面角位置におけるそれぞれの位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った3個の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、
各解析対象化合物中の前記位置における集合の要素を対比させ、
それぞれの化合物に帰属する集合の要素のうちで少なくとも1個の要素は全ての化合物において共通しており、かつ当該共通した要素が少なくとも1つの化合物に帰属する集合における中央の要素であるという条件を満たすか否かを検索し、
満たす場合には相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定する演算処理を行う操作を繰り返すことを特徴とする立体配座相同性評価方法を提供する。
Specifically, the present invention firstly includes:
The processing unit accepts input of a molecular model of the conformation structure of each of a plurality of analysis target compounds,
Based on the molecular model for which the processing unit has received the input, the processing unit includes a three-dimensional configuration composed of a combination of a dihedral angle position code corresponding to each chemical bonding site and a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts. Note that the conformation notation is necessary for a structure in which the conformation can be uniquely determined by one conformation notation by means of the conformation notation (hereinafter referred to as an encoded conformation notation). Extracting the encoded conformation notation that leaves the notation of the chemical bonding site and omits unnecessary notation from the molecular model, and stores the extracted encoded conformation notation in the storage unit,
The processing unit retrieves a plurality of the encoded conformational representations from the storage unit;
At each position in the corresponding dihedral angle position, the dihedral angle classification code on both sides is extracted together with the selected dihedral angle classification code, and the three dihedral angles that are consecutively adjacent as elements are extracted. Create a set with classification code as an element,
Contrast elements of the set at each position in each analyte compound;
The condition that at least one element among the elements of the set belonging to each compound is common to all compounds, and that the common element is the central element in the set belonging to at least one compound. Search for whether or not
Provided is a conformation homology evaluation method characterized by repeating an operation for performing a calculation process for determining that the homology is high when it is satisfied and the homology is low otherwise.

また、第2には、上記第1の方法において、
比較する解析対象化合物の少なくとも1つの立体配座構造がX線結晶構造解析による分子モデルの場合であって、かつIUPAC命名法に準拠した二面角分類コードを決定する標準則によると座標位置が定まらないために水素原子が関与する二面角分類コードが決定できないときに、下記(A)〜(C)の優先則に従い、前記符号化立体配座表記を選択することを特徴とする立体配座相同性評価方法を提供する。
(A)立体配座に関するIUPAC命名法の規則に準拠して、水素原子を除いた場合でも優先する置換基あるいは原子が決定できる場合にはその優先する置換基あるいは原子を選択する、
(B)立体配座に関するIUPAC命名法のうち下記[0038]に記載の(2)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのものを選択するという規則で水素が選択される場合には、本来存在するべき水素原子を紙面手前に置き、二面角位置コードのボンドを紙面向こう側に紙面に対して垂直に置き、水素原子と二面角位置コードのボンドのなす面と置換基あるいは原子と二面角位置コードのボンドのなす面による二面角が水素原子からみて時計回りに一番小さくなる置換基あるいは原子を選択する、
(C)その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択する。
Second, in the first method,
According to the standard rule for determining the dihedral angle classification code based on the IUPAC nomenclature, the coordinate position is at least one conformational structure of the compound to be compared is a molecular model by X-ray crystal structure analysis. A conformation characterized by selecting the coded conformational notation according to the following priority rules (A) to (C) when a dihedral angle classification code involving a hydrogen atom cannot be determined because it is not defined: A method for assessing locus homology is provided.
(A) In accordance with the rules of IUPAC nomenclature regarding conformation, when a preferred substituent or atom can be determined even when a hydrogen atom is removed, the preferred substituent or atom is selected.
(B) In the IUPAC nomenclature related to conformation, (2) When only one is different from the other, [2] When hydrogen is selected according to the rule of selecting itself regardless of the order The hydrogen atom that should be present is placed in front of the paper, the bond of the dihedral angle position code is placed perpendicular to the paper surface on the other side of the paper, the surface formed by the bond of the hydrogen atom and the dihedral angle position code and the substituent or Select the substituent or atom whose dihedral angle due to the plane formed by the bond of the atom and dihedral angle position code is the smallest clockwise when viewed from the hydrogen atom,
(C) If the preferred substituent or atom cannot be determined when other hydrogen atoms are removed, the substituent or atom having the smallest dihedral angle is selected.

また、第3には、上記第1又は第2の方法において、
比較する解析対象化合物がタンパク質又はペプチドの場合に、各アミノ酸残基を結合する主鎖を基準に選択して接頭辞に各アミノ酸残基を用い、アミノ酸配列と対応させた前記符号化立体配座表記を行うものであり、主鎖のみについて構造相同性評価を行うことを特徴とする立体配座相同性評価方法を提供する。
Thirdly, in the first or second method,
When the target compound to be compared is a protein or peptide, the encoded conformation corresponding to the amino acid sequence is selected based on the main chain that binds each amino acid residue and using each amino acid residue as a prefix. Provided is a conformation homology evaluation method characterized by performing structural homology evaluation only on the main chain.

また、第4には、上記第3の方法において、
解析対象化合物となるタンパク質又はペプチド間において、構造相同性は高いがアミノ酸配列は異なっている前記符号化立体配座表記及びアミノ酸配列パターンを抽出することを特徴とする立体配座相同性評価方法を提供する。
Fourth, in the third method,
A conformation homology evaluation method characterized by extracting the encoded conformation notation and amino acid sequence pattern having high structural homology but different amino acid sequences between proteins or peptides to be analyzed. provide.

また、第5には、上記第1〜4のいずれかの方法において、
比較する解析対象化合物同士で同一のフラグメントを有する場合において、そのフラグメントの接頭辞を含めた二面角位置コードの表記が完全に一致しており、そのうちの1つを基準となる化合物として選択できる場合に、当該化合物の立体配座構造の二面角分類コードを、連続して隣り合った3個のうち中央のコードとし、構造相同性評価を行う化合物の対応する二面角位置における二面角分類コードの集合のすべての要素が、基準となる該二面角分類コードの中央値あるいはそれと隣り合った二面角分類コードに一致すれば相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定して演算処理を行うことを特徴とする立体配座相同性評価方法を提供する。
In addition, fifthly, in any one of the first to fourth methods,
In the case where the analysis target compounds to be compared have the same fragment, the notation of the dihedral angle position code including the prefix of the fragment is completely the same, and one of them can be selected as a reference compound In this case, the dihedral angle classification code of the conformation structure of the compound is the central code among the three consecutively adjacent ones, and the dihedral angle at the corresponding dihedral angle position of the compound for which structural homology evaluation is performed If all the elements of the set of angle classification codes match the median value of the standard dihedral angle classification code or the dihedral angle classification code adjacent to it, the homology is high. Provided is a method for evaluating conformation homology, which comprises performing determination and performing arithmetic processing.

さらに、本発明は、第6には、
表示部、入力部、処理部、主記憶部、出力部、I/O部、データベース部及び各部を接続するバスから構成される立体配座相同性評価装置であって、
入力部において、入力操作に従い、複数の解析対象化合物それぞれの立体配座構造の分子モデルをデータベース部から取り出して処理部に送り、
前記処理部において、入力を受け付けた各々の分子モデルに対して、
注目する化学結合部位に対応する二面角位置コードを表記すると共に、各二面角位置コードのそれぞれに、360度を12分割して定められた二面角分類コードを組み合わせて表記する符号化立体配座表記を施すことで、各分子モデルに関する立体配座を一義的に決定し、
次いで、構造相同性評価のための演算に必要な注目する化学結合部位の表記以外の不要な表記を省略した符号化立体配座表記を抽出し、
抽出した各符号化立体配座表記を記憶部に記憶させ、
前記処理部において、前記記憶部から前記複数の解析対象化合物に対応する各々の前記符号化立体配座表記を取り出し、
対応関係にある二面角位置における最初の位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った3個の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、
各解析対象化合物中の前記位置における集合の要素を対比させ、
それぞれの化合物に帰属する集合の要素のうちで少なくとも1個の要素は全ての化合物において共通しており、かつ当該共通した要素が少なくとも1つの化合物に帰属する集合における中央の要素であるという条件を満たすか否かを検索し、
満たす場合には相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定し、
続いて次の位置における同様の操作を行い、全ての対応する位置についての操作を繰り返して完了したときに、出力部に送り、
前記出力部は、前記処理部により生成された処理結果を出力することを特徴とする立体配座相同性評価装置を提供する。
Further, according to the sixth aspect of the present invention,
A conformation homology evaluation apparatus comprising a display unit, an input unit, a processing unit, a main storage unit, an output unit, an I / O unit, a database unit, and a bus connecting each unit,
In the input unit, in accordance with the input operation, the molecular model of the conformation structure of each of the plurality of analysis target compounds is extracted from the database unit and sent to the processing unit,
In the processing unit, for each molecular model that has received an input,
Encoding that expresses a dihedral angle position code corresponding to the chemical bonding site of interest and combines each dihedral angle position code with a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts. By giving conformation notation, the conformation about each molecular model is uniquely determined,
Then, extract the conformation conformation that omits unnecessary notation other than the notation of the chemical bonding site of interest necessary for the calculation for structural homology evaluation,
Each extracted conformation conformation notation is stored in the storage unit,
In the processing unit, each of the encoded conformational representations corresponding to the plurality of analysis target compounds is extracted from the storage unit,
At the first position in the corresponding dihedral angle position, the dihedral angle classification codes on both sides are extracted together with the selected dihedral angle classification code, and the three dihedral angles that are consecutively adjacent as elements are extracted. Create a set with classification code as an element,
Contrast elements of the set at each position in each analyte compound;
The condition that at least one element among the elements of the set belonging to each compound is common to all compounds, and that the common element is the central element in the set belonging to at least one compound. Search for whether or not
If it satisfies, it is determined that the homology is high, otherwise it is determined that the homology is low,
Subsequently, the same operation at the next position is performed, and when the operation for all corresponding positions is repeated and sent to the output unit,
The output unit provides a conformation homology evaluation apparatus that outputs a processing result generated by the processing unit .

また、第7には、上記第6の装置において、
前記処理部において各分子モデルに関する符号化立体配座表記を決定するにあたり、前記入力を受け付けた各々の分子モデルの少なくとも1つがX線結晶構造解析による分子モデルの場合であって、かつIUPAC命名法に準拠した二面角分類コードを決定する標準則によると座標位置が定まらないために水素原子が関与する二面角分類コードが決定できない場合に、下記(A)〜(C)の優先則に従い、前記符号化立体配座表記を選択する工程を設けることを特徴とする立体配座相同性評価装置を提供する。
(A)立体配座に関するIUPAC命名法の規則に準拠して、水素原子を除いた場合でも優先する置換基あるいは原子が決定できる場合にはその優先する置換基あるいは原子を選択する、
(B)立体配座に関するIUPAC命名法の(2)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのものを選択するという規則で水素が選択される場合には、本来存在するべき水素原子を紙面手前に置き、二面角位置コードのボンドを紙面向こう側に紙面に対して垂直に置き、水素原子と二面角位置コードのボンドのなす面と置換基あるいは原子と二面角位置コードのボンドのなす面による二面角が水素原子からみて時計回りに一番小さくなる置換基あるいは原子を選択する、
(C)その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択する。
Seventhly, in the sixth device,
In determining the encoded conformational notation for each molecular model in the processing unit, at least one of the molecular models that has received the input is a molecular model by X-ray crystal structure analysis, and IUPAC nomenclature When the dihedral angle classification code involving hydrogen atoms cannot be determined because the coordinate position is not determined according to the standard rule for determining the dihedral angle classification code in accordance with the above, the following priority rules (A) to (C) are followed. There is provided a conformation homology evaluation apparatus characterized by providing a step of selecting the encoded conformation notation.
(A) In accordance with the rules of IUPAC nomenclature regarding conformation, when a preferred substituent or atom can be determined even when a hydrogen atom is removed, the preferred substituent or atom is selected.
(B) Conformational IUPAC nomenclature (2) When only one is different from the other, when hydrogen is selected according to the rule of selecting itself regardless of the order, Place the bond of the dihedral angle position code in front of the page, and place the bond of the dihedral angle code perpendicular to the surface of the sheet on the other side of the sheet. Select the substituent or atom whose dihedral angle due to the surface formed by the bond is the smallest clockwise when viewed from the hydrogen atom,
(C) If the preferred substituent or atom cannot be determined when other hydrogen atoms are removed, the substituent or atom having the smallest dihedral angle is selected.

また、第8には、上記第6又は第7の装置において、
比較する解析対象化合物同士で同一のフラグメントを有する場合において、そのフラグメントの接頭辞を含めた二面角位置コードの表記が完全に一致しており、そのうちの1つを基準となる化合物として選択できる場合に、当該化合物の立体配座構造の二面角分類コードを、連続して隣り合った3個のうち中央のコードとし、構造相同性評価を行う化合物の対応する二面角位置における二面角分類コードの集合のすべての要素が、基準となる該二面角分類コードの中央値あるいはそれと隣り合った二面角分類コードに一致すれば相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定する演算処理を行わせることを特徴とする立体配座相同性評価装置を提供する。
Eighthly, in the sixth or seventh device,
In the case where the analysis target compounds to be compared have the same fragment, the notation of the dihedral angle position code including the prefix of the fragment is completely the same, and one of them can be selected as a reference compound In this case, the dihedral angle classification code of the conformation structure of the compound is the central code among the three consecutively adjacent ones, and the dihedral angle at the corresponding dihedral angle position of the compound for which structural homology evaluation is performed If all the elements of the set of angle classification codes match the median value of the standard dihedral angle classification code or the dihedral angle classification code adjacent to it, the homology is high. Provided is a conformation homology evaluation apparatus characterized by performing an arithmetic processing for determination.

また、第9には、
処理部が、1つ又は複数の基準となる構造パターンに対応するフラグメントの立体配座構造の分子モデルの入力を受け付け、
前記処理部が、入力を受け付けた分子モデルに対して、注目する化学結合部位に対応する二面角位置コードを表記すると共に、各二面角位置コードのそれぞれに、360度を12分割して定められた二面角分類コードを組み合わせて表記する符号化立体配座表記を施すことで、各分子モデルに関する立体配座を一義的に決定し、
次いで、構造相同性評価のための演算に必要な注目する化学結合部位の表記以外の不要な表記を省略した符号化立体配座表記を抽出し、
抽出した符号化立体配座表記をそれぞれ基準構造パターンとしてあらかじめ記憶部に記憶させ、
別途、解析対象化合物の立体配座構造の分子モデルの入力を受け付け、
前記処理部において、入力を受け付けた解析対象化合物の分子モデルに対して、
注目する化学結合部位に対応する二面角位置コードを表記すると共に、各二面角位置コードのそれぞれに、360度を12分割して定められた二面角分類コードを組み合わせて表記する符号化立体配座表記を施すことで、各分子モデルに関する立体配座を一義的に決定し、
次いで、構造パターン解析のための演算に必要な注目する化学結合部位の表記以外の不要な表記を省略した符号化立体配座表記を抽出し、
抽出した各符号化立体配座表記を記憶部に記憶させ、
前記処理部において、前記記憶部から前記解析対象化合物の符号化立体配座表記を取り出すと共に、あらかじめ記憶部に記憶させていた前記基準構造パターンのうちで、比較しようとする基準構造パターンを選択し、当該構造パターンに一致する前記符号化立体配座表記を比較対象の参照として取り出し、
対応関係にある二面角位置における最初の位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った3個の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、
前記解析対象化合物及び参照となる構造パターン中の前記位置における集合の要素を対比させ、
各二面角分類コードが帰属する集合の要素のうちで少なくとも1個の要素が基準の構造パターンと共通しているという条件を満たすか否かを検索し、
満たす場合には、基準の構造パターンに一致するとして判定し、満たさない場合には、それ以外の構造パターンに該当すると判定する演算処理を行い、
続いて次の位置における同様の演算処理を行う操作を行い、全ての対応する位置についての操作を繰り返すことを特徴とする構造パターン解析方法を提供する。
Ninth,
The processing unit accepts an input of a molecular model of a conformation structure of a fragment corresponding to one or more reference structural patterns,
The processing unit describes the dihedral angle position code corresponding to the chemical bonding site of interest for the molecular model that has received the input, and 360 degrees is divided into 12 for each dihedral angle position code. By applying the encoded conformation notation that combines the specified dihedral angle classification codes, the conformation regarding each molecular model is uniquely determined,
Then, extract the conformation conformation that omits unnecessary notation other than the notation of the chemical bonding site of interest necessary for the calculation for structural homology evaluation,
The extracted encoded conformation notation is stored in advance in the storage unit as a reference structure pattern,
Separately, accepting the input of the molecular model of the conformational structure of the compound to be analyzed,
In the processing unit, for the molecular model of the analysis target compound that received the input,
Encoding that expresses a dihedral angle position code corresponding to the chemical bonding site of interest and combines each dihedral angle position code with a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts. By giving conformation notation, the conformation about each molecular model is uniquely determined,
Next, an extracted conformational notation that omits unnecessary notation other than the notation of the chemical bonding site of interest necessary for the calculation for the structural pattern analysis is extracted,
Each extracted conformation conformation notation is stored in the storage unit,
In the processing unit, the encoded conformational notation of the analysis target compound is taken out from the storage unit, and the reference structure pattern to be compared is selected from the reference structure patterns stored in the storage unit in advance. , Taking out the encoded conformational notation that matches the structure pattern as a reference for comparison,
At the first position in the corresponding dihedral angle position, the dihedral angle classification codes on both sides are extracted together with the selected dihedral angle classification code, and the three dihedral angles that are consecutively adjacent as elements are extracted. Create a set with classification code as an element,
Contrasting elements of the set at the positions in the structural pattern to be analyzed and the reference structural pattern,
Search for whether or not the condition that at least one element is common to the reference structure pattern among the elements of the set to which each dihedral angle classification code belongs,
If it satisfies, it is determined that it matches the reference structure pattern, and if it does not, it is determined that it corresponds to the other structure pattern.
Subsequently, a structure pattern analysis method is provided, in which an operation for performing the same arithmetic processing at the next position is performed, and the operations for all corresponding positions are repeated.

また、第10には、
表示部、入力部、処理部、主記憶部、出力部、I/O部、データベース部及び各部を接続するバスから構成される立体配座相同性評価装置であって、
入力部において、入力操作に従い、1つ又は複数の基準となる構造パターンに対応するフラグメントの立体配座構造の分子モデルの入力を受け付け、
各々の構造パターンの立体配座構造の分子モデルをデータベース部から取り出して処理部に送り、
処理部において、入力を受け付けた各々の構造パターンの分子モデルに対して、
注目する化学結合部位に対応する二面角位置コードを表記すると共に、各二面角位置コードのそれぞれに、360度を12分割して定められた二面角分類コードを組み合わせて表記する符号化立体配座表記を施すことで、各分子モデルに関する立体配座を一義的に決定し、
次いで、構造相同性評価のための演算に必要な注目する化学結合部位の表記以外の不要な表記を省略した符号化立体配座表記を抽出し、
抽出した符号化立体配座表記をそれぞれ基準構造パターンとしてあらかじめ記憶部に記憶させ、
別途、解析対象化合物の立体配座構造の分子モデルの入力を受け付け、
前記処理部において、入力を受け付けた解析対象化合物の分子モデルに対して、
注目する化学結合部位に対応する二面角位置コードを表記すると共に、各二面角位置コードのそれぞれに、360度を12分割して定められた二面角分類コードを組み合わせて表記する符号化立体配座表記を施すことで、各分子モデルに関する立体配座を一義的に決定し、
次いで、構造相同性評価のための演算に必要な注目する化学結合部位の表記以外の不要な表記を省略した符号化立体配座表記を抽出し、
抽出した各符号化立体配座表記を記憶部に記憶させ、
前記処理部において、前記記憶部から前記解析対象化合物の符号化立体配座表記を取り出すと共に、あらかじめ記憶部に記憶させていた前記基準構造パターンのうちで、比較しようとする基準構造パターンを選択し、当該構造パターンに一致する前記符号化立体配座表記を比較対象の参照として取り出し、
対応関係にある二面角位置における最初の位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った3個の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、
前記解析対象化合物及び参照となる構造パターン中の前記位置における集合の要素を対比させ、
各二面角分類コードが帰属する集合の要素のうちで少なくとも1個の要素が基準の構造パターンと共通しているという条件を満たすか否かを検索し、
満たす場合には、基準の構造パターンに一致するとして判定し、満たさない場合には、それ以外の構造パターンに該当すると判定する演算処理を行い、
続いて次の位置における同様の演算処理を行う操作を行い、全ての対応する位置についての操作を繰り返して完了したときに、出力部に送り、
前記出力部は、前記処理部により生成された処理結果を出力することを特徴とする立体配座相同性評価装置を提供する。
Tenth,
A conformation homology evaluation apparatus comprising a display unit, an input unit, a processing unit, a main storage unit, an output unit, an I / O unit, a database unit, and a bus connecting each unit,
In the input unit, in accordance with an input operation, accepts an input of a molecular model of a conformation structure of a fragment corresponding to one or more reference structure patterns,
The molecular model of the conformational structure of each structural pattern is taken out from the database part and sent to the processing part,
In the processing unit, for each molecular model of each structural pattern that received the input,
Encoding that expresses a dihedral angle position code corresponding to the chemical bonding site of interest and combines each dihedral angle position code with a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts. By giving conformation notation, the conformation about each molecular model is uniquely determined,
Then, extract the conformation conformation that omits unnecessary notation other than the notation of the chemical bonding site of interest necessary for the calculation for structural homology evaluation,
The extracted encoded conformation notation is stored in advance in the storage unit as a reference structure pattern,
Separately, accepting the input of the molecular model of the conformational structure of the compound to be analyzed,
In the processing unit, for the molecular model of the analysis target compound that received the input,
Encoding that expresses a dihedral angle position code corresponding to the chemical bonding site of interest and combines each dihedral angle position code with a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts. By giving conformation notation, the conformation about each molecular model is uniquely determined,
Then, extract the conformation conformation that omits unnecessary notation other than the notation of the chemical bonding site of interest necessary for the calculation for structural homology evaluation,
Each extracted conformation conformation notation is stored in the storage unit,
In the processing unit, the encoded conformational notation of the analysis target compound is taken out from the storage unit, and the reference structure pattern to be compared is selected from the reference structure patterns stored in the storage unit in advance. , Taking out the encoded conformational notation that matches the structure pattern as a reference for comparison,
At the first position in the corresponding dihedral angle position, the dihedral angle classification codes on both sides are extracted together with the selected dihedral angle classification code, and the three dihedral angles that are consecutively adjacent as elements are extracted. Create a set with classification code as an element,
Contrasting elements of the set at the positions in the structural pattern to be analyzed and the reference structural pattern,
Search for whether or not the condition that at least one element is common to the reference structure pattern among the elements of the set to which each dihedral angle classification code belongs,
If it satisfies, it is determined that it matches the reference structure pattern, and if it does not, it is determined that it corresponds to the other structure pattern.
Subsequently, an operation for performing the same calculation process at the next position is performed, and when the operation for all corresponding positions is completed repeatedly, it is sent to the output unit,
The output unit provides a conformation homology evaluation apparatus that outputs a processing result generated by the processing unit .

本発明によれば、符号の一致による単純な演算処理では完全には分子構造の揺れの問題に対処できない場合においても、簡便に立体配座構造の相同性の比較及び構造パターン解析を行うことができる。
すなわち、本発明によれば、対応する二面角位置における一つの前記二面角分類コードに関して、該二面角分類コードと隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高く、残りの二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理するようにしたので、符号の一致による単純な演算処理では不可能であった立体配座構造の相同性の比較を簡便に行うことができる。
According to the present invention, it is possible to easily perform conformity comparison and structural pattern analysis of conformational structures even when simple arithmetic processing based on code matching cannot completely cope with the problem of fluctuation of molecular structure. it can.
That is, according to the present invention, with respect to one dihedral angle classification code at a corresponding dihedral angle position, the combination of the dihedral angle classification code and the adjacent dihedral angle classification code has high homology, and the remaining two dihedral angle classification codes are the same. Since the face angle classification code is judged to have low homology, it is processed, so it is possible to easily compare the homology of conformational structures that was impossible with simple arithmetic processing by matching the codes. it can.

また、本発明によれば、水素原子の位置情報を持たないX線結晶構造解析から得られた分子モデルと理論計算から得られた分子モデルとの比較を行うことができ、解析対象化合物がタンパク質あるいはペプチドの場合にアミノ酸配列が異なっていながら、構造相同性は非常に高いアミノ酸配列パターンを詳細な立体配座表記とともに抽出することができる。さらに、αへリックス型、βシート型等のフラグメント構造パターンについてコードを用いて簡便な操作で取り出すことができる。同様に、リボソームRNA,siRNAなど各種RNAにおいても、ステム構造、ループ構造などの二次構造を形成するフラグメントの構造パターンが抽出できる。加えて、この手法を適用することで、アミノ酸配列レベルでは相同性の低い各種タンパク質の間で、又は塩基配列レベルでは相同性の低い各種RNAの間で共通してみられる二次構造を形成するような新規構造パターンを見つけるためにも有用である。   Further, according to the present invention, the molecular model obtained from the X-ray crystal structure analysis without the position information of the hydrogen atom can be compared with the molecular model obtained from the theoretical calculation, and the analysis target compound is a protein. Alternatively, an amino acid sequence pattern having a very high structural homology can be extracted together with a detailed conformation notation in the case of a peptide, although the amino acid sequence is different. Furthermore, fragment structure patterns such as α-helix type and β-sheet type can be extracted with a simple operation using a code. Similarly, in various RNAs such as ribosomal RNA and siRNA, the structure pattern of fragments forming secondary structures such as stem structures and loop structures can be extracted. In addition, by applying this method, a secondary structure that is commonly found between various proteins with low homology at the amino acid sequence level or between various RNAs with low homology at the base sequence level is formed. It is also useful for finding such new structure patterns.

したがって、本発明は、例えば抗体医薬の液体製剤化プロセス中に凍結乾燥工程があるが、その凍結乾燥前後の溶液中で抗体医薬の構造変化が起きていないことを、前記符号化立体配座表記を用いた構造相同性比較により簡易に確認することができる。また、本発明は、機能発現にかかわるタンパク質の構造変化の追跡に利用できることから、オーファン受容体タンパク質の構造相同性機能解析による新規薬剤設計などに活用することができる。   Therefore, in the present invention, for example, there is a lyophilization step in the liquid preparation process of an antibody drug, but the structural conformation of the antibody drug does not occur in the solution before and after the lyophilization, the encoded conformation notation It can be easily confirmed by structural homology comparison using. In addition, since the present invention can be used for tracking structural changes of proteins involved in function expression, it can be used for designing new drugs by analyzing structural homology and function of orphan receptor proteins.

本発明の立体配座相同性評価装置のシステム構成図である。なお、図中の数字の意味は以下の通りである。1 表示部、2 入力部、3 処理部、4 主記憶部、5 出力部、6 外部インターフェース(I/O)部、7 データベース、8 バスIt is a system block diagram of the conformation homology evaluation apparatus of this invention. The meanings of the numbers in the figure are as follows. 1 display unit, 2 input unit, 3 processing unit, 4 main storage unit, 5 output unit, 6 external interface (I / O) unit, 7 database, 8 bus 本発明に係る解析処理のフローチャートである。It is a flowchart of the analysis process which concerns on this invention. タンパク質分子のアミノ酸配列に対応した二面角位置コードの定義を示す図である。It is a figure which shows the definition of the dihedral angle position code corresponding to the amino acid sequence of a protein molecule. 符号化立体配座表記に用いる二面角分類コードを表す符号の分類を示す図である。It is a figure which shows the classification | category of the code | symbol showing the dihedral angle classification code used for an encoding conformation description. 1つの符号化立体配座表記で複数の分子モデルが対応する場合に相対的な位置関係に基づくσ(シス)、τ(トランス)のような符号を用いて、一義的に立体配座を表記できるようにした例示を示す図である。Conformation is uniquely described using symbols such as σ (cis) and τ (trans) based on the relative positional relationship when multiple molecular models correspond in one encoded conformation. It is a figure which shows the illustration which was made possible. 1つの分子モデルにおいて複数の符号化立体配座表記が可能となる場合の優先則を説明するための例示となる図である。It is a figure used as an example for demonstrating the priority rule in case the some encoding conformation description is attained in one molecule | numerator model. X線結晶構造データ2immの分子モデルを示す図である。It is a figure which shows the molecular model of X-ray crystal structure data 2imm. アミノ酸配列14-15番目における2immと2mcpの構造の違いを示す図である。FIG. 3 is a view showing the difference in structure between 2imm and 2mcp in amino acid sequences 14-15. X線結晶構造データ1a7oの分子モデルを示す図である。It is a figure which shows the molecular model of X-ray crystal structure data 1a7o. アミノ酸配列76-77番目における1a7oと3iy2の構造の違いを示す図である。It is a figure which shows the difference in structure of 1a7o and 3iy2 in amino acid sequence 76-77. X線結晶構造データ1kidの分子モデルを示す図である。It is a figure which shows the molecular model of X-ray crystal structure data 1kid. X線結晶構造データ1srvの分子モデルを示す図である。It is a figure which shows the molecular model of X-ray crystal structure data 1srv. アミノ酸配列224-225番目における1srvと1kidの構造の違いを示す図である。It is a figure which shows the difference in structure of 1srv and 1kid in the amino acid sequence 224-225. X線結晶構造データ6gst_Iの分子モデルを示す図である。It is a figure which shows the molecular model of X-ray crystal structure data 6gst_I. 理論計算から求められたグルタチオン(I)の分子モデルを示す図である。It is a figure which shows the molecular model of glutathione (I) calculated | required from theoretical calculation. X線結晶構造データ1i4mの分子モデルを示す図である。It is a figure which shows the molecular model of X-ray crystal structure data 1i4m. X線結晶構造データ2w9eのプリオンタンパク質部分の分子モデルを示す図である。It is a figure which shows the molecular model of the prion protein part of X-ray crystal structure data 2w9e. アミノ酸配列141-143番目における1i4mと2w9eの構造の違いを示す図である。It is a figure which shows the difference in the structure of 1i4m and 2w9e in the amino acid sequence 141-143. アミノ酸配列190-198番目における1i4mと2w9eの構造の違いを示す図である。It is a figure which shows the difference in structure of 1i4m and 2w9e in amino acid sequence 190-198. プリオンタンパク質と免疫グロブリンが相互作用しているX線結晶構造データ2w9eの分子モデルを示す図である。It is a figure which shows the molecular model of X-ray crystal structure data 2w9e in which prion protein and immunoglobulin interact. アミノ酸配列150-158番目における2mcpと2w9eの構造の違いを示す図である。It is a figure which shows the difference in structure of 2mcp and 2w9e in amino acid sequence 150-158. 抽出されたプリオンタンパク質と免疫グロブリン軽鎖が相互作用している領域のX線結晶構造データ2w9eの分子モデルを示す図である。It is a figure which shows the molecular model of the X-ray crystal structure data 2w9e of the area | region where the extracted prion protein and the immunoglobulin light chain interact. アミノ酸配列90-92番目における2w9eと2w9dの構造の違いを示す図である。It is a figure which shows the difference in structure of 2w9e and 2w9d in amino acid sequence 90-92. アミノ酸配列151-152番目における2w9eと1i4mの構造の違いを示す図である。It is a figure which shows the difference in structure of 2w9e and 1i4m in the amino acid sequence 151-152. 2ihrと2wh1の中の遊離因子RF2の分子全体の構造の違いを示す図である。It is a figure which shows the difference in the structure of the whole molecule | numerator of free factor RF2 in 2ihr and 2wh1. 2wrnと2wh1の中のリボソームRNAの分子全体の構造の違いを示す図である。It is a figure which shows the difference in the structure of the whole molecule | numerator of ribosomal RNA in 2wrn and 2wh1. 2wrnにおいて、リボソームRNAと伸長因子EF-Tuが相互作用している分子構造を示す図である。In 2wrn, it is a figure which shows the molecular structure which ribosomal RNA and the elongation factor EF-Tu interact. 2wrnと2wh1の中のリボソームRNAのC366-C372における構造の違いを示す図である。It is a figure which shows the difference in the structure in C366-C372 of the ribosomal RNA in 2wrn and 2wh1. SARCIN-RICIN LOOPに特徴的なRNA主鎖の構造パターンを示す図である。It is a figure which shows the structural pattern of the RNA principal chain characteristic of SARCIN-RICIN LOOP.

以下、本発明を好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。
なお、本明細書中に引用した技術文献、特許公報中の記載内容は、本発明の記載内容として参照されるものとする。
1.本発明の立体配座相同性評価装置
図1は、本発明の立体配座相同性評価装置のシステム構成図である。この立体配座相同性評価装置は、表示部1、入力部2、処理部3、主記憶部4、出力部5、外部インターフェース(I/O)部6、データベース7よりなり、各部はバス8により接続されている。このような立体配座相同性評価装置は、例えば、構造相同性評価を行うためのプログラムを取り込んだパーソナルコンピュータ等により構築することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments.
In addition, the description content in the technical literature and patent gazette quoted in this specification shall be referred as description content of this invention.
1. Conformation Homology Evaluation Apparatus of the Present Invention FIG. 1 is a system configuration diagram of a conformation homology evaluation apparatus of the present invention. This conformational homology evaluation apparatus includes a display unit 1, an input unit 2, a processing unit 3, a main storage unit 4, an output unit 5, an external interface (I / O) unit 6, and a database 7. Connected by. Such a conformation homology evaluation apparatus can be constructed by, for example, a personal computer incorporating a program for performing structural homology evaluation.

表示部1は、CRTや液晶ディスプレイ等よりなり、立体配座構造相同性評価のための画面表示を行う。入力部2は、キーボード等の各種入力手段よりなり、ユーザが必要なデータや情報を入力するために用いる。処理部3は、CPUより構成することができ、立体配座相同性評価のための各種制御、演算等を行う。主記憶部4は構造相同性評価のためのプログラム等を格納している。出力部5は、プリンタ等よりなり、ユーザに処理結果等を出力する。外部インターフェース(I/O)部6は、LANやインターネット等により他の端末機器等への接続を行う。データベース7は、立体配座相同性評価のための各種データ等を書き換え可能に記憶する。   The display unit 1 includes a CRT, a liquid crystal display, and the like, and performs screen display for conformational structure homology evaluation. The input unit 2 includes various input means such as a keyboard and is used for inputting data and information required by the user. The processing unit 3 can be composed of a CPU, and performs various controls, calculations, and the like for conformational homology evaluation. The main storage unit 4 stores a program for evaluating structural homology. The output unit 5 includes a printer or the like, and outputs a processing result or the like to the user. An external interface (I / O) unit 6 connects to other terminal devices via a LAN, the Internet, or the like. The database 7 stores various data for conformational homology evaluation in a rewritable manner.

2.本発明の解析対象となる化合物
本発明の立体配座相同性評価装置では、基本的にはIUPAC命名法に準拠した規則より厳密に二面角の符号化を定義するようにした表記法を用いるため、本発明の解析対象となる化合物は、原則として化学構造式又はアミノ酸配列などで表記できる化合物である。化学構造式で表記できる有機化合物であれば、構造の一部に鎖状構造、環状構造いずれを有していても構わない。さらに、メチル基、イソプロピル基などのアルキル基、エステル基、カルボニル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、フェニル基、ヒドロキシフェニル基、グアニジノ基、チオール基、セレノール基、イミダゾイル基、アミノ基、インドリル基、アルケン、アミド、ジスルフィド、ハロゲン、酸素原子、窒素原子、リン原子、硫黄原子のような官能基で置換されていてもかまわない。また、共有結合ではない、例えば水素結合、配位結合で金属イオンに結合した構造を有していてもかまわない。本発明は、アミノ酸が2〜10程度結合したオリゴペプチド、10〜100程度結合したポリペプチドのみならずタンパク質及び修飾タンパク質に対しても、アミノ酸配列で表記できる場合には適用可能であり、その際の構成アミノ酸は、グリシン(Gly)、アラニン(Ala)、バリン(Val)、ロイシン(Leu)、イソロイシン(Ile)、フェニルアラニン(Phe)、チロシン(Tyr)、トリプトファン(Trp)、セリン(Ser)、トレオニン(Thr)、システイン(Cys)、シスチン(CyS-SCy)、メチオニン(Met)、アスパラギン酸(Asp)、アスパラギン(Asn)、グルタミン酸(Glu)、グルタミン(Gln)、リシン(Lys)、アルギニン(Arg)、ヒスチジン(His)、プロリン(Pro)、セレノシステイン(Sec)、ヒドロキシプロリン、チロキシン、O-ホスホセリン、β-アラニン、等任意のアミノ酸がペプチド結合されていてよく、それぞれの構成アミノ酸がさらに他の官能基により修飾されていても良い。さらに、本発明は、ヌクレオチドが2〜3000程度結合したリボ核酸(RNA)及び修飾RNAに対しても、核酸塩基配列で表記できる場合には適用可能であり、その際の核酸塩基は、アデニン(A)、グアニン(G)、ウラシル(U)、シトシン(C)等任意の核酸塩基が五炭糖に結合されていてよく、それぞれの構成ヌクレオチドがさらに他の官能基により修飾されていても良い。また、デオキシリボ核酸(DNA)にも適用できる。
また、本発明は、アミノ酸配列と対応関係にある前記符号化立体配座表記を組み合わせて、構造相同性は高いがアミノ酸配列は異なっている前記符号化立体配座表記及びアミノ酸配列パターンを抽出する場合を包含するが、その場合に対象となる化合物は、上記ペプチド類、タンパク質などのペプチド結合化合物に限定される。
2. Compound to be analyzed in the present invention The conformational homology evaluation apparatus of the present invention basically uses a notation method in which encoding of dihedral angles is defined more strictly than a rule based on the IUPAC nomenclature. Therefore, the compound to be analyzed in the present invention is, in principle, a compound that can be expressed by a chemical structural formula or an amino acid sequence. Any organic compound that can be expressed by a chemical structural formula may have either a chain structure or a cyclic structure as part of the structure. In addition, alkyl groups such as methyl and isopropyl groups, ester groups, carbonyl groups, hydroxyl groups, carboxyl groups, phenyl groups, hydroxyphenyl groups, guanidino groups, thiol groups, selenol groups, imidazolyl groups, amino groups, indolyl groups, alkenes. And may be substituted with a functional group such as amide, disulfide, halogen, oxygen atom, nitrogen atom, phosphorus atom or sulfur atom. Further, it may have a structure that is not a covalent bond, for example, a hydrogen bond or a coordinate bond to a metal ion. The present invention can be applied not only to oligopeptides having about 2 to 10 amino acids linked to them, but also to polypeptides and modified proteins as well as polypeptides having about 10 to 100 bound amino acids, and can be applied to such cases. The constituent amino acids of glycine (Gly), alanine (Ala), valine (Val), leucine (Leu), isoleucine (Ile), phenylalanine (Phe), tyrosine (Tyr), tryptophan (Trp), serine (Ser), Threonine (Thr), Cysteine (Cys), Cystine (CyS-SCy), Methionine (Met), Aspartic acid (Asp), Asparagine (Asn), Glutamic acid (Glu), Glutamine (Gln), Lysine (Lys), Arginine ( Arg), histidine (His), proline (Pro), selenocysteine (Sec), hydroxyproline, thyroxine, O-phosphoserine, β-alanine, etc., any amino acid may be peptide-bonded, Constituent amino acids Les may be further modified by other functional groups. Furthermore, the present invention can be applied to ribonucleic acid (RNA) and modified RNA to which about 2 to 3000 nucleotides are bound as long as they can be expressed by a nucleobase sequence. Any nucleobase such as A), guanine (G), uracil (U), cytosine (C) may be bound to the pentose, and each constituent nucleotide may be further modified with another functional group. . It can also be applied to deoxyribonucleic acid (DNA).
In addition, the present invention extracts the encoded conformation notation and amino acid sequence pattern having high structural homology but different amino acid sequences by combining the encoded conformation notations corresponding to the amino acid sequences. In some cases, the target compounds are limited to peptide-binding compounds such as the above peptides and proteins.

このような有機化合物としては、例えば、以下のような化合物を例示することができる。
典型的なタンパク質としては、インシュリン等のタンパク質ホルモン、サイトカイン類、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ、グルタチオン還元酵素、シクロオキシゲナーゼ等の各種酵素類、免疫グロブリンまたはその機能的フラグメント、Gタンパク質共役受容体等各種受容体、イオンチャネル、トランスポーター類の他、シャペロニン、分子シャペロン、人血清アルブミン、βアミロイドタンパク質、プリオンタンパク質、ロドプシン、Gタンパク質等があげられる。典型的なRNAとしては、伝令RNA(mRNA)、転移RNA(tRNA)、リボソームRNA(rRNA)、microRNA、mRNA-like non-coding RNA、small nuclear RNA、small nucleolar RNA、signal recognition particle RNA等があげられる。タンパク質、RNA以外の典型的な有機化合物としては、グルタチオン、酸化型グルタチオン、イブプロフェン、イブプロフェン二量体、2-フェニルプロピオン酸、レボフロキサシン、ピペラジン、サリドマイド、サリドマイド二量体、5'-ヒドロキシサリドマイド、フタルイミド、ジオキソピペリジン、パクリタキセル、パクリタキセルtail、パクリタキセルtailメチルエステル、バッカチンIII、ベンズアミド、マラチオン、ジエチルサクシネート、2-メルカプトジエチルサクシネート、2-ブタノール、2-ペンタノール、2-ヘキサノール、2-ヘプタノール、2-オクタノール、2-ノナノール、2-デカノール、2-メチル-1-ブタノール、3-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-1-ヘキサノール、5-メチル-1-ヘプタノール、6-メチル-1-オクタノール、cis-ペルメトリン、cis-3-(2,2-ジクロロビニル)-2,2-ジメチルシクロプロパンカルボン酸ベンジルエステル、cis-3-(2,2-ジクロロビニル)-2,2-ジメチルシクロプロパンカルボン酸メチルエステル、3-フェノキシベンジルアルコール、コレステロールアセテート、コレステロールプロピオネート、n-ブチリックアシッドコレステロールエステル、コレステロールn-バレレート、コレステロールn-ヘキサノエート、コレステロールn-ヘプタノエート、コレステロールn-カプリレート、コレステロールぺラルゴネート、コレステロールn-カプレート、コレステロールラウレート、コレステロールミリステート、コレステロールパルミテート、コレステロール、β-コレスタノール、コレステリルクロライド、コレステリルブロマイド、コレステロールメチルカルボネート、コレステロールエチルカルボネート、コレステロール-n-ブチルカルボネート、コレステロール-n-アミルカルボネート、コレステロール-n-ヘキシルカルボネート、コレステロール-n-ヘプチルカルボネート、コレステロール-n-ノニルカルボネート、コレステロールオレイルカルボネート、アデニンヌクレオシド、グアニンヌクレオシド、ウラシルヌクレオシド、シトシンヌクレオシド、チミンヌクレオシド、アデノシン5’-リン酸、グアノシン5’-リン酸、ウリジン5’-リン酸、シチジン5’-リン酸、デオキシアデノシン一リン酸、デオキグアノシン一リン酸、デオキシチミジン一リン酸、デオキシシチジン一リン酸があげられる。
As such an organic compound, the following compounds can be illustrated, for example.
Typical proteins include protein hormones such as insulin, cytokines, various enzymes such as glutathione-S-transferase, glutathione reductase, cyclooxygenase, various receptors such as immunoglobulins or functional fragments thereof, G protein-coupled receptors, etc. In addition to ion channels and transporters, chaperonins, molecular chaperones, human serum albumin, β amyloid protein, prion protein, rhodopsin, G protein and the like can be mentioned. Typical RNAs include messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), ribosomal RNA (rRNA), microRNA, mRNA-like non-coding RNA, small nuclear RNA, small nucleolar RNA, signal recognition particle RNA, etc. It is done. Typical organic compounds other than protein and RNA include glutathione, oxidized glutathione, ibuprofen, ibuprofen dimer, 2-phenylpropionic acid, levofloxacin, piperazine, thalidomide, thalidomide dimer, 5'-hydroxythalidomide, phthalimide , Dioxopiperidine, paclitaxel, paclitaxel tail, paclitaxel tail methyl ester, baccatin III, benzamide, malathion, diethyl succinate, 2-mercaptodiethyl succinate, 2-butanol, 2-pentanol, 2-hexanol, 2-heptanol, 2-octanol, 2-nonanol, 2-decanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-pentanol, 4-methyl-1-hexanol, 5-methyl-1-heptanol, 6-methyl-1 -Octanol, cis-permethrin, cis-3- (2,2-dichlorovinyl) -2,2-dimethylcyclopropanecarboxylic acid benzyl ester, cis-3- (2,2-dichlorovinyl) -2,2-dimethylcyclopropanecarboxylic acid methyl ester, 3-phenoxybenzyl Alcohol, cholesterol acetate, cholesterol propionate, n-butylic acid cholesterol ester, cholesterol n-valerate, cholesterol n-hexanoate, cholesterol n-heptanoate, cholesterol n-caprylate, cholesterol pelargonate, cholesterol n-caprate, cholesterol laurate Rate, cholesterol myristate, cholesterol palmitate, cholesterol, β-cholestanol, cholesteryl chloride, cholesteryl bromide, cholesterol methyl carbonate, cholesterol ester Rucarbonate, cholesterol-n-butyl carbonate, cholesterol-n-amyl carbonate, cholesterol-n-hexyl carbonate, cholesterol-n-heptyl carbonate, cholesterol-n-nonyl carbonate, cholesterol oleyl carbonate, adenine nucleoside, Guanine nucleoside, uracil nucleoside, cytosine nucleoside, thymine nucleoside, adenosine 5'-phosphate, guanosine 5'-phosphate, uridine 5'-phosphate, cytidine 5'-phosphate, deoxyadenosine monophosphate, deoxyguanosine monolin Examples include acids, deoxythymidine monophosphate, and deoxycytidine monophosphate.

3.立体配座相同性評価の概要
本実施形態の立体配座相同性評価装置による立体配座相同性評価の概要を以下に述べる。
まず、処理部3が、解析対象化合物の分子モデルの入力を受け付ける。
次に、処理部3は、入力を受け付けた分子モデルに基づき、各々の化学結合部位に対応する二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードの組み合わせからなる前記符号化立体配座表記により、一つの該符号化立体配座表記で立体配座を一義的に決定できる構造について、前記立体配座表記に必要となる、注目する化学結合部位の表記を残して不要な表記を省略した符号化立体配座表記を前記分子モデルから抽出するとともに、抽出した符号化立体配座表記をデータベース7に記憶させる。
ここで、前記立体配座表記に必要となる、注目する化学結合部位の表記を残して不要な表記を省略した符号化立体配座表記を前記分子モデルから抽出するとは、例えば、免疫グロブリンにおいて、軽鎖の超可変領域の構造相同性評価を行う場合には、対応する軽鎖の超可変領域の符号化立体配座表記のみ抽出するが、軽鎖及び重鎖を含めたタンパク質分子全体の相同性評価を行う場合には、免疫グロブリン分子全体の符号化立体配座表記を抽出することを意味する。
3. Outline of Conformational Homology Evaluation An outline of conformational homology evaluation by the conformation homology evaluation apparatus of this embodiment will be described below.
First, the processing unit 3 receives an input of a molecular model of an analysis target compound.
Next, the processing unit 3 is based on a combination of a dihedral angle position code corresponding to each chemical bonding site and a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts based on the received molecular model. With respect to the structure in which the conformation can be uniquely determined by the one encoded conformation notation, the notation of the chemical bonding site of interest required for the conformation notation is as follows. An encoded conformation notation that is left unnecessarily omitted is extracted from the molecular model, and the extracted encoded conformation notation is stored in the database 7.
Here, extracting the encoded conformation notation that is necessary for the conformation notation and omits unnecessary notation leaving the notation of the chemical bonding site of interest is, for example, in immunoglobulins, When evaluating the structural homology of the hypervariable region of the light chain, only the encoded conformational representation of the corresponding hypervariable region of the light chain is extracted, but the homology of the entire protein molecule including the light chain and heavy chain is extracted. When sex evaluation is performed, this means extracting the encoded conformational notation of the entire immunoglobulin molecule.

このとき、解析対象化合物の立体配座構造がX線結晶構造解析から得られた構造データであり、水素原子の座標位置の構造情報が含まれていない構造データと構造相同性を比較する必要がある場合には、前記入力を受け付けた分子モデルについて、座標位置が定まらない水素原子が関与する前記二面角分類コードにおいてあらかじめ定められた優先則に従い、立体配座を一義的に決定可能な符号化立体配座表記を前記分子モデルから抽出するとともに、抽出した符号化立体配座表記をデータベース7に記憶させる。   At this time, the conformational structure of the compound to be analyzed is the structural data obtained from the X-ray crystal structure analysis, and it is necessary to compare the structural homology with the structural data that does not include the structural information of the coordinate position of the hydrogen atom. In some cases, for the molecular model that has received the input, a code that can uniquely determine the conformation in accordance with a predetermined priority rule in the dihedral angle classification code involving a hydrogen atom whose coordinate position is not determined. The extracted conformational notation is extracted from the molecular model, and the extracted encoded conformational notation is stored in the database 7.

次に、処理部3は、データベース7から立体配座相同性評価を行うための複数の前記符号化立体配座表記を取り出し、相同性比較が可能な形に前記符号化立体配座表記のコードの並べ替えを行い、形式を揃える。引き続き、対応する二面角位置において、ある一つの二面角分類コードに関して、該二面角分類コードと隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高く、残りの二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理を行い、立体配座相同性評価結果をデータベース7に記憶させる。より具体的には、対応関係にある二面角位置における一つの前記二面角分類コードに関して、構造相同性比較を行う前記二面角分類コードの集合を作成し、該集合の要素が360度を12分割して定められた二面角分類コードのうち連続して隣り合った3個の二面角分類コードに必ず含まれ、かつ少なくとも該集合の要素の1個は前記連続して隣り合った3個の二面角分類コードの中央の二面角分類コードである条件を満たす場合には相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定して演算処理を行い、立体配座相同性評価結果をデータベース7に記憶させる。順次、二面角位置を変えて前記二面角分類コードの集合を作成し、同様の演算処理を行い、立体配座相同性評価結果をデータベース7に記憶させる。このとき、必要に応じて、相同性比較が可能な形に並べ替えを行われた形式において、360度を12分割して定められた二面角分類コードそのものだけが相同性が高く、それ以外の二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理を行い、立体配座相同性評価結果をデータベース7に記憶させる。処理部3は、相同性の評価結果を前記符号化立体配座表記とともにデータベース7から取り出して表示部1に表示するとともに必要に応じて出力部5に出力あるいは外部インターフェース(I/O)部6を介してデータ転送を行う。   Next, the processing unit 3 extracts a plurality of the encoded conformational notations for performing conformational homology evaluation from the database 7 and codes the encoded conformational notations into a form in which homology comparison is possible. Sort and align the format. Subsequently, with respect to a certain dihedral angle classification code at the corresponding dihedral angle position, the combination of the dihedral angle classification code and the adjacent dihedral angle classification code is highly homologous, and the remaining dihedral angle classification codes are It is determined that the homology is low, arithmetic processing is performed, and the conformation homology evaluation result is stored in the database 7. More specifically, a set of the dihedral angle classification codes for comparing structural homology is created for one dihedral angle classification code at a corresponding dihedral angle position, and the elements of the set are 360 degrees. Is included in three consecutive dihedral angle classification codes among dihedral angle classification codes determined by dividing into 12 and at least one element of the set is consecutively adjacent If the condition of the dihedral angle classification code in the middle of the three dihedral angle classification codes is satisfied, the homology is determined to be high, and the other is low and the calculation process is performed. The sex evaluation result is stored in the database 7. Sequentially, the dihedral angle position is changed to create a set of dihedral angle classification codes, the same calculation process is performed, and the conformation homology evaluation result is stored in the database 7. At this time, if necessary, only the dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 is highly homologous in a format rearranged into a form that allows comparison of homology. The dihedral angle classification code is determined to have low homology, and calculation processing is performed, and the conformation homology evaluation result is stored in the database 7. The processing unit 3 takes out the homology evaluation result from the database 7 together with the encoded conformation notation and displays it on the display unit 1 and outputs it to the output unit 5 or an external interface (I / O) unit 6 as necessary. Data transfer is performed via

比較対象となる解析対象化合物がタンパク質あるいはペプチドの場合には、必要に応じて、処理部3は、相同性比較が可能な形に並べ替えを行われた形式において、アミノ酸配列と対応関係にある前記符号化立体配座表記を組み合わせて、構造相同性は高いがアミノ酸配列は異なっている符号化立体配座表記及びアミノ酸配列パターンを抽出する演算処理を行い、処理結果をデータベース7に記憶させるとともに表示部1に表示する。処理部3は、必要に応じて出力部5に出力あるいは外部インターフェース(I/O)部6を介してデータ転送を行う。   When the analysis target compound to be compared is a protein or a peptide, the processing unit 3 has a corresponding relationship with the amino acid sequence in a form in which rearrangement is performed so that the homology can be compared as necessary. In combination with the encoded conformation notation, an arithmetic process for extracting an encoded conformation notation and amino acid sequence pattern having high structural homology but different amino acid sequences is performed, and the processing result is stored in the database 7 Displayed on the display unit 1. The processing unit 3 outputs data to the output unit 5 or transfers data via the external interface (I / O) unit 6 as necessary.

図2のフローチャートに従い、各ステップごとに、以下詳細に説明する。
3−1.分子モデルの入力工程(S1及び2)
本発明においては、まず分子モデルの入力を行う(ステップS1〜S2)。入力する分子モデルは、X線結晶構造解析データ、密度汎関数法計算等の理論計算により構造最適化されたデータ(非特許文献1−5)、あるいは赤外円二色性スペクトル等から求められた実験値データ(非特許文献1−5)のいずれの分子構造データを用いてもかまわない。この場合、例えばあらかじめ化合物名、化学構造式および分子モデルを対応させてデータベース7にその情報を記憶させておき、ユーザが入力部2より化合物名あるいは化学構造式を入力すると、対応する分子モデルに変換できるようにしておいてよい。複数の解析対象化合物それぞれの立体配座構造の分子モデルの入力を行うには、例えば、ビヨンド・コンピューティング社製MolWorksソフトウェアを用いて前記分子構造データファイルを選択し、ファイルを開く操作により実現することが出来る。
A detailed description will be given below for each step according to the flowchart of FIG.
3-1. Input process of molecular model (S1 and 2)
In the present invention, first, a molecular model is input (steps S1 and S2). The input molecular model is obtained from X-ray crystal structure analysis data, data optimized by theoretical calculation such as density functional calculation (Non-patent Documents 1-5), or infrared circular dichroism spectrum. Any molecular structure data of the experimental value data (Non-patent Documents 1-5) may be used. In this case, for example, a compound name, a chemical structural formula, and a molecular model are associated in advance and the information is stored in the database 7. When the user inputs a compound name or chemical structural formula from the input unit 2, the corresponding molecular model is displayed. You may be able to convert. In order to input the molecular model of the conformation structure of each of a plurality of analysis target compounds, for example, it is realized by selecting the molecular structure data file using the MolWorks software manufactured by Beyond Computing and opening the file. I can do it.

3−2.符号化立体配座表記へのコード変換及びコードの並べ替え(S3〜6)
次に、密度汎関数法計算等の理論計算により構造最適化された分子モデルのように、結合している水素原子の情報も含まれているデータ同士での構造相同性比較行う場合には、特許文献4記載の符号化立体配座表記へのコード変換を行う(ステップS3〜S4)。なお、比較の対象とする分子モデルとしてX線結晶構造データを利用する場合であって、優先則に従った際に水素原子が選ばれる等水素原子が関与する場合は、X線結晶構造データに水素原子に関する情報がないので、ステップS5に移行する。
符号化立体配座表記は、各々の化学結合部位に対応する「二面角位置コード」と、360度を12分割して定められた「二面角分類コード」の組み合わせからなり、「二面角分類コード」が優先則により決定される場合には「二面角位置コード」の中の指定されたコードに「二面角分類コード」の符号が代入されることにより使用される(特許文献4)。
ここで、「二面角分類コードを決定する優先則」としては、IUPAC命名法に準拠する。すなわち、IUPAC命名法においては、注目する化学結合のそれぞれの端に結合したリガンド(置換基あるいは原子)がなす二面角に基づいて立体配座を表すことが定められており、そのリガンドの優先則として、
(1)リガンドが全部違うときはR/S表示で決められた順位則によって最も優位のもの、
(2)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのもの、
(3)全部が同じときは二面角が一番小さくなるものを優先することが定められている。
前記二面角分類コードを決定するには、上記優先則に従い置換基あるいは原子を選択し、置換基あるいは原子がなす二面角の角度を求め、特許文献4記載の「符号化立体配座表記方法」に従い二面角の角度に対応するコードを選択する。なお、二面角の角度情報から前記二面角分類コードへの変換には、独立行政法人産業技術総合研究所が所有する符号化立体配座表記法プロトタイプアプリケーション(H21PRO-1028)(非特許文献1)を用いることができる。
3-2. Code conversion to code conformation notation and code rearrangement (S3-6)
Next, when comparing structural homology between data that also includes information on the bonded hydrogen atoms, such as molecular models that have been optimized by theoretical calculations such as density functional theory calculations, Code conversion to the encoded conformational notation described in Patent Document 4 is performed (steps S3 to S4). In addition, when X-ray crystal structure data is used as a molecular model to be compared, and hydrogen atoms are selected such that hydrogen atoms are selected when the priority rules are followed, the X-ray crystal structure data Since there is no information regarding hydrogen atoms, the process proceeds to step S5.
The encoded conformational notation consists of a combination of a “dihedral angle position code” corresponding to each chemical bonding site and a “dihedral angle classification code” determined by dividing 360 degrees into 12 parts. When the “corner classification code” is determined by the priority rule, it is used by substituting the code of the “dihedral angle classification code” into the specified code in the “dihedral angle position code” (Patent Literature). 4).
Here, the “priority rule for determining the dihedral angle classification code” conforms to the IUPAC nomenclature. In other words, the IUPAC nomenclature specifies that the conformation is expressed based on the dihedral angle formed by the ligand (substituent or atom) bound to each end of the chemical bond of interest. As a rule,
(1) When all of the ligands are different, the one with the most precedence according to the ranking rule determined by the R / S display,
(2) When only one is different from the others,
(3) When all are the same, priority is given to the one with the smallest dihedral angle.
In order to determine the dihedral angle classification code, a substituent or an atom is selected according to the above priority rule, and the angle of the dihedral angle formed by the substituent or atom is determined. The code corresponding to the dihedral angle is selected according to “Method”. For conversion from dihedral angle information to the dihedral angle classification code, a coded conformational notation prototype application (H21PRO-1028) owned by the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (H21PRO-1028) (non-patent document) 1) can be used.

<二面角位置コードの付与例>
具体例を挙げると、特許文献4に記載の通り、環構造をもつ場合など一個の立体配座表記で立体配座を一義的に決定できる構造がある場合には、注目する化学結合部位の表記を残し不要な表記を省略して、立体配座を一義的に示す符号化立体配座表記へのコード変換を行う(ステップS4)。データベース化の観点から化合物をフラグメント毎に区切り表記した方が簡便な場合にはフラグメントの接頭辞と化学結合部位の二面角位置を示す符号を組み合わせた二面角位置コードを用いることができる。タンパク質分子の場合は、そのような表記方法が適する場合であり、例えば、図3に示すように、アミノ酸配列に対応した接頭辞とそれぞれのアミノ酸の主鎖及び側鎖に必要となる二面角位置を示す符号を組み合わせることで二面角位置コードを表すことができる。その際、優先則による二面角分類の判定に水素原子の詳細な位置情報が関与する二面角位置を表記する必要があり、しかもX線結晶構造解析データなど水素原子の位置が決められないデータを利用する場合には、優先則による二面角分類の判定をもとにした予め定めた二面角分類コードの符号を用いることができないので、その代わりに対応する二面角位置だけを意味する二面角位置コードの符号を用いることとする。
<Application example of dihedral angle position code>
As a specific example, as described in Patent Document 4, when there is a structure in which the conformation can be uniquely determined by one conformation notation such as when having a ring structure, notation of the chemical bonding site to be noted The unnecessary notation is omitted, and the code conversion to the encoded conformation notation that uniquely indicates the conformation is performed (step S4). If it is more convenient to separate the compounds into fragments from the viewpoint of creating a database, a dihedral angle position code combining a prefix of the fragment and a code indicating the dihedral angle position of the chemical bonding site can be used. In the case of protein molecules, such a notation is suitable. For example, as shown in FIG. 3, a prefix corresponding to the amino acid sequence and dihedral angles required for the main chain and side chain of each amino acid. A dihedral angle position code can be expressed by combining the codes indicating the positions. In that case, it is necessary to indicate the dihedral angle position where detailed position information of the hydrogen atom is involved in the determination of the dihedral angle classification by the priority rule, and the position of the hydrogen atom such as X-ray crystal structure analysis data cannot be determined When using data, since the sign of a predetermined dihedral angle classification code based on the determination of the dihedral angle classification based on the priority rule cannot be used, only the corresponding dihedral angle position is used instead. The sign of the meaning dihedral angle position code is used.

一例として、下記のインシュリンA鎖のアミノ酸配列を文字列として表記する際の手順を示す。
「GLY ILE VAL GLU GLN CYS CYS THR SER ILE CYS SER LEU TYR GLN LEU GLU ASN TYR CYS ASN」(配列番号1)
インシュリンA鎖の二面角位置コードは、アミノ酸配列に対応した接頭辞とそれぞれのアミノ酸の主鎖(A,B,C)及び側鎖(a,b,c,d等)の二面角位置を示す符号を組み合わせて、以下のように記載することができる。
「GLY-ABC-ILE-A-ab-BC-VAL-A-a-BC-GLU-A-abcd-BC-GLN-A-abcd-BC-CYS-A-ab(c)-BC-CYS-A-ab-BC-THR-A-ab-BC-SER-A-ab-BC-ILE-A-ab-BC-CYS-A-ab(c)-BC-SER-A-ab-BC-LEU-A-ab-BC-TYR-A-abc-BC-GLN-A-abcd-BC-LEU-A-ab-BC-GLU-A-abcd-BC-ASN-A-abc-BC-TYR-A-abc-BC-CYS-A-ab-BC-ASN-A-abc-B」
以下に述べる手法により、さらにそれぞれのアミノ酸の主鎖及び側鎖の二面角位置を示す符号に二面角分類コードの符号を代入することにより、一義的に立体配座構造を文字列として表記することができる。
As an example, a procedure for expressing the amino acid sequence of the following insulin A chain as a character string is shown.
“GLY ILE VAL GLU GLN CYS CYS THR SER ILE CYS SER LEU TYR GLN LEU GLU ASN TYR CYS ASN” (SEQ ID NO: 1)
The dihedral position code of insulin A chain is the prefix corresponding to the amino acid sequence and the dihedral position of the main chain (A, B, C) and side chain (a, b, c, d, etc.) of each amino acid. The following can be described using a combination of symbols indicating:
"GLY-ABC-ILE-A-ab-BC-VAL-Aa-BC-GLU-A-abcd-BC-GLN-A-abcd-BC-CYS-A-ab (c) -BC-CYS-A- ab-BC-THR-A-ab-BC-SER-A-ab-BC-ILE-A-ab-BC-CYS-A-ab (c) -BC-SER-A-ab-BC-LEU-A -ab-BC-TYR-A-abc-BC-GLN-A-abcd-BC-LEU-A-ab-BC-GLU-A-abcd-BC-ASN-A-abc-BC-TYR-A-abc -BC-CYS-A-ab-BC-ASN-A-abc-B "
By using the method described below, the conformational structure is uniquely described as a character string by substituting the dihedral angle classification code for the dihedral angle position of each amino acid main chain and side chain. can do.

<二面角分類コードの符号例>
ここで、360度を12分割して定められた二面角分類コードの符号を付す方法の一例を示す。通常は特許文献4記載のように、360度を6分割し、その分割された部位に図4に示す1-6のような予め定めた符号を付し、主にこの符号を用いて二面角分類を表記する。まれにこの分類では2種類の違った立体配座と判断すべき立体配座が同一のコードとして表記される場合があるため、その場合にはさらにその6分割された各々の部位をさらに2分割し、2分割された部位にα(a、時計回り)、β(b、反時計回り)のような予め定めた符号を付し、主にこれらの2種類の符号のような組み合わせを用いて図4に示す12分割された部位に対応する符号を用いて二面角分類を表記する。さらに、対応する二面角が偶然その境界線上に位置する場合に備えて、境界線上では図4に示す符号を用いてもかまわない。
<Example of dihedral angle classification code>
Here, an example of a method for attaching a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts will be described. Usually, as described in Patent Document 4, 360 degrees is divided into 6 parts, and a predetermined code such as 1-6 shown in FIG. Indicate the angle classification. In rare cases, the conformation that should be judged as two different conformations in this classification may be expressed as the same code. In that case, each of the six divided parts is further divided into two parts. Then, a predetermined code such as α (a, clockwise) and β (b, counterclockwise) is attached to the divided part, and a combination such as these two types of codes is mainly used. The dihedral angle classification is described using symbols corresponding to the 12 divided parts shown in FIG. Furthermore, the code shown in FIG. 4 may be used on the boundary line in case the corresponding dihedral angle is accidentally located on the boundary line.

<σ(シス)およびτ(トランス)の符号について>
さらに、特許文献4記載のように、IUPAC命名法に準拠した規則において、(3)全部の置換基あるいは原子が同じときは二面角が一番小さくなるものを選択した場合において、1つの符号化立体配座表記で複数の分子モデルが対応する場合が起こりうるため、その場合には新たに相対的な位置関係に基づくσ(s、シス)、τ(t、トランス)のような符号を用いて、一義的に立体配座を表記できるようにする。例えば、(S)-イブプロフェンにおいてプロピオン酸部位の結合した芳香環において二面角を決める場合には(3)全部の置換基あるいは原子が同じときは二面角が一番小さくなるものを選択した場合に該当するが、ibut-3α2α(phpa-3α2α)という符号化立体配座表記では図5に示す同一の表記で表される2種類の立体配座構造が存在する。その場合には注目する結合間の相対位置関係を用いて、σ(シス)およびτ(トランス)の符号を用いて区別する。
<Signs of σ (cis) and τ (transformer)>
Furthermore, as described in Patent Document 4, in the rules based on the IUPAC nomenclature, (3) when all divertants or atoms have the same dihedral angle is selected, one code In this case, a new code such as σ (s, cis) or τ (t, trans) based on the relative positional relationship may be generated. Use it to be able to express the conformation uniquely. For example, in (S) -ibuprofen, when determining the dihedral angle in the aromatic ring to which the propionic acid moiety is bonded, (3) when all the substituents or atoms are the same, the dihedral angle that is the smallest is selected. In this case, in the encoded conformation notation ibut-3α2α (phpa-3α2α), there are two types of conformational structures represented by the same notation shown in FIG. In that case, the relative positional relationship between the bonds of interest is used to distinguish using the signs of σ (cis) and τ (transformer).

また、特許文献4記載のように、IUPAC命名法に準拠した規則において、(3)全部の置換基あるいは原子が同じときは二面角が一番小さくなるものを選択した場合に時計回りあるいは反時計回りかで、区別できない置換基あるいは原子の二面角のなす角度が同じになることが起こりうる。その場合、1つの分子モデルにおいて複数の符号化立体配座表記が可能となるため、時計回りで二面角が一番小さくなるものを優先する。例えば、レボフロキサシンにおいて図6に示すピペラジン環の二面角では、ピペラジン環自体が左右対称であるため置換基の二面角のなす角度が正負逆で絶対値は同じになっており、2種類の符号化立体配座表記をとりうる。優先則を適用することによりlevo-2β-1β5α(pipa-1β1β)と一義的に立体配座の表記を定義する。   Further, as described in Patent Document 4, in the rules based on the IUPAC nomenclature, (3) when all the substituents or atoms are the same, the dihedral angle that is the smallest is selected. It can happen that the angle formed by the dihedral angles of substituents or atoms that are indistinguishable in the clockwise direction is the same. In that case, since a plurality of encoded conformational representations are possible in one molecular model, the one with the smallest dihedral angle in the clockwise direction is prioritized. For example, in the dihedral angle of the piperazine ring shown in FIG. 6 in levofloxacin, since the piperazine ring itself is symmetrical, the angle formed by the dihedral angle of the substituents is positive and negative and the absolute value is the same. Encoded conformational notation can be taken. By applying the priority rule, the conformational notation is uniquely defined as levo-2β-1β5α (pipa-1β1β).

本実施形態の立体配座相同性評価装置では、解析対象化合物の立体配座構造がX線結晶構造解析から得られた構造データであり、水素原子の座標位置の構造情報が含まれていない構造データと構造相同性を比較する必要がある場合には、入力を受け付けた分子モデルについて、座標位置が定まらない水素原子が関与する前記二面角分類コードにおいてあらかじめ定められた優先則に従い、立体配座を一義的に決定可能な符号化立体配座表記を該分子モデルから抽出し、コード変換を行う(ステップS3〜S5)。すなわち、ステップS4のコード化のための規則に代えて、下記の優先則に従い、符号化立体配座表記へのコード変換を行う(ステップS5)。なお、当該優先則をあてはめても決められない場合であっても対応する二面角位置だけで比較すればよい。そのことを示すために、決められないことを「X」などの符号を用いて表記しておく。
<水素原子の位置が定まらない場合のコード化のための優先則>
(A)立体配座に関するIUPAC命名法の規則に準拠して、水素原子を除いた場合でも優先する置換基あるいは原子が決定できる場合にはその優先する置換基あるいは原子を選択する。
(B)立体配座に関するIUPAC命名法の(2)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのものを選択するという規則で水素が選択される場合には、本来存在するべき水素原子を紙面手前に置き、二面角位置コードのボンドを紙面向こう側に紙面に対して垂直に置き、水素原子と二面角位置コードのボンドのなす面と置換基あるいは原子と二面角位置コードのボンドのなす面による二面角が水素原子からみて時計回りに一番小さくなる置換基あるいは原子を選択する。
(C)その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択する。
In the conformation homology evaluation apparatus of the present embodiment, the conformation structure of the analysis target compound is structure data obtained from the X-ray crystal structure analysis, and the structure does not include the structure information of the coordinate position of the hydrogen atom. When it is necessary to compare structural homology with the data, the conformation is determined according to the priority rule defined in advance in the dihedral angle classification code involving the hydrogen atom whose coordinate position is not determined. An encoded conformation notation that can uniquely determine the locus is extracted from the molecular model, and code conversion is performed (steps S3 to S5). That is, instead of the encoding rules in step S4, code conversion to encoded conformational notation is performed according to the following priority rules (step S5). Even if the priority rule is applied but cannot be determined, the comparison may be made only with the corresponding dihedral angle positions. In order to show that, what cannot be determined is described using a code such as “X”.
<Priority rules for coding when the position of the hydrogen atom is not fixed>
(A) In accordance with the IUPAC nomenclature rules regarding conformation, when a preferred substituent or atom can be determined even when a hydrogen atom is removed, the preferred substituent or atom is selected.
(B) Conformational IUPAC nomenclature (2) When only one is different from the other, when hydrogen is selected according to the rule of selecting itself regardless of the order, Place the bond of the dihedral angle position code in front of the page, and place the bond of the dihedral angle code perpendicular to the surface of the sheet on the other side of the sheet. Select the substituent or atom whose dihedral angle due to the bond plane is the smallest in the clockwise direction when viewed from the hydrogen atom.
(C) If the preferred substituent or atom cannot be determined when other hydrogen atoms are removed, the substituent or atom having the smallest dihedral angle is selected.

前述のインシュリンA鎖の例では、前記二面角位置コードに、順次PDBjに登録されているインシュリンのX線結晶構造データ「2c8r」から変換された二面角分類コードの符号を代入することにより、
「GLY-X4α4α-ILE-3α-1α1β-5α4β-VAL-3β-3β-5α4β-GLU-3β-3β2α2βX-5α4α-GLN-3β-3α3α5αX-1β4α-CYS-5β-3β6α(2α)-1β4α-CYS-5α-1βX-5α4β-THR-3β-2βX-1β4β-SER-6β-2αX-4β4α-ILE-3β-3β1β-3α4β-CYS-1β-1α2β(2α)-4β4β-SER-6β-2αX-4β4β-LEU-3β-1β1α-5α4β-TYR-3α-1α3βX-5α4α-GLN-3β-3β1α5βX-5α4β-LEU-3α-3β3β-5α4α-GLU-3β-3β1α3αX-1β4β-ASN-3β-3β1βX-1β4β-TYR-6α-3β3βX-1β4β-CYS-1β-3αX-3α4β-ASN-3β-3β3αX-4β」
として表すことが出来、一義的に立体配座構造を文字列として表記することができる。ここで、X線結晶構造データ向けの符号化立体配座表記であっても、特許文献4記載の方法に従って立体配座表記と関連づけて解析を行ったのちに必要となる物性値などの情報とともに符号化立体配座表記を表示してもかまわない。すなわち、符号化立体配座表記に対応する分子モデルについて、赤外円二色性スペクトルの解析のような実測の物性値との比較や密度汎関数法計算のような理論計算から求められた最適化構造の物性値の相同性の比較を行ってもかまわない。
In the case of the above-described insulin A chain, by substituting the dihedral angle classification code converted from the X-ray crystal structure data “2c8r” of insulin sequentially registered in PDBj into the dihedral angle position code. ,
`` GLY-X4α4α-ILE-3α-1α1β-5α4β-VAL-3β-3β-5α4β-GLU-3β-3β2α2βX-5α4α-GLN-3β-3α3α5αX-1β4α-CYS-5β-3β6α (2α) -1β4α-CYS- 5α-1βX-5α4β-THR-3β-2βX-1β4β-SER-6β-2αX-4β4α-ILE-3β-3β1β-3α4β-CYS-1β-1α2β (2α) -4β4β-SER-6β-2αX-4β4β-LEU -3β-1β1α-5α4β-TYR-3α-1α3βX-5α4α-GLN-3β-3β1α5βX-5α4β-LEU-3α-3β3β-5α4α-GLU-3β-3β1α3αX-1β4β-ASN-3β-3β1βX-1β4β-TYR-6α -3β3βX-1β4β-CYS-1β-3αX-3α4β-ASN-3β-3β3αX-4β ''
The conformation structure can be uniquely described as a character string. Here, even in the encoded conformational notation for X-ray crystal structure data, together with information such as physical property values required after analysis in association with the conformational notation according to the method described in Patent Document 4 The encoded conformational notation may be displayed. That is, for the molecular model corresponding to the encoded conformational notation, the optimum is obtained from comparison with the measured physical property value such as analysis of infrared circular dichroism spectrum and theoretical calculation such as density functional calculation. You may compare the homology of the physical property value of a chemical structure.

次に、複数の保存された符号化立体配座表記のデータをデータベースから取り出し、二面角位置コードの対応関係に従ってデータを揃え、二面角分類コードの相同性の比較が行うことのできる形式に並べ替えを行う(ステップS6)。並べ替えは、個々のフラグメント毎、個々の二面角位置コード毎、複数のフラグメントあるいは二面角位置コードの組み合わせ毎に行ってもかまわない。特許文献4記載の方法に従って、並べ替えが行われる符号化立体配座表記に伴って実測の物性値や理論計算からの予測値などの立体配座と関連を持つ解析対象化合物のデータが伴っていてもよい。   Next, a format in which a plurality of stored encoded conformational notation data can be retrieved from the database, data is aligned according to the correspondence relationship of the dihedral angle position codes, and the homology of the dihedral angle classification codes can be compared Rearranging is performed (step S6). The rearrangement may be performed for each fragment, for each dihedral angle position code, for each combination of a plurality of fragments or dihedral angle position codes. According to the method described in Patent Document 4, along with the encoded conformational notation in which rearrangement is performed, data of the analysis target compound related to the conformation such as the measured physical property value or the predicted value from the theoretical calculation is accompanied. May be.

3−3.「揺れ許容演算解析法」による立体配座相同性評価について
さらに、本実施形態の立体配座相同性評価装置では、並べ替えが行われた符号化立体配座表記の中の、対応関係にある二面角分類コードの相同性評価が行われる(ステップS7〜S9)。生理活性を有するリガンド分子の多くは溶液状態において複数の安定な立体配座構造を持ち、その平衡状態を受容体との相互作用にうまく利用している(非特許文献4、5)ので、これら分子の各立体配座表記は、その結晶構造における多形とも関連する構造の揺れを許容できる特徴を有しているはずである。そのため、本実施形態の立体配座相同性評価装置では、分子構造の揺れの問題に対処できるように、対応関係にある二面角分類コードにおいて、その二面角分類コード自体と隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高く、残りの二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理を行い、相同性の評価を行う(ステップS7)。
3-3. Conformational homology evaluation by “swing tolerance calculation analysis method” Furthermore, in the conformational homology evaluation apparatus of this embodiment, there is a correspondence relationship in the encoded conformation notation that has been rearranged. The homology evaluation of the dihedral angle classification code is performed (steps S7 to S9). Many of the ligand molecules having physiological activity have a plurality of stable conformational structures in the solution state, and the equilibrium state is successfully utilized for the interaction with the receptor (Non-patent Documents 4 and 5). Each conformational notation of a molecule should have features that can tolerate structural fluctuations that are also associated with polymorphs in its crystal structure. Therefore, in the conformation homology evaluation apparatus of the present embodiment, in the dihedral angle classification code in the correspondence relationship, the dihedral angle classification code itself adjacent to the dihedral angle classification code so as to cope with the problem of fluctuation of the molecular structure. The combination of angle classification codes has high homology, and the remaining dihedral angle classification codes are determined to have low homology, and calculation processing is performed to evaluate homology (step S7).

すなわち、対応関係にある二面角位置における一つの前記二面角分類コードに関して、構造相同性評価を行う前記二面角分類コードの集合を作成し、該集合の要素が360度を12分割して定められた二面角分類コードのうち連続して隣り合った3個の二面角分類コードに必ず含まれ、かつ少なくとも該集合の要素の1個は、前記連続して隣り合った3個の二面角分類コードのうち中央の二面角分類コードである条件を満たす場合には相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定して演算処理を行い、相同性の評価を行う(ステップS7)。ステップS7の工程は、対応関係にある二面角位置におけるそれぞれの位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った3個の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、各解析対象化合物中の前記位置における集合の要素を対比させ、それぞれの化合物に帰属する集合の要素のうちで少なくとも1個の要素は全ての化合物において共通しており、かつ当該共通した要素が少なくとも1つの化合物に帰属する集合における中央の要素であるという条件を満たすか否かを検索し、
満たす場合には相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定する演算処理を行い、相同性の評価を行うことで実現することができる。
That is, for one dihedral angle classification code in a corresponding dihedral angle position, a set of the dihedral angle classification codes for structural homology evaluation is created, and the elements of the set divide 360 degrees into 12 parts. Are included in three consecutive dihedral angle classification codes among the dihedral angle classification codes determined in advance, and at least one element of the set is the three consecutive adjacent dihedral angle classification codes. If the dihedral angle classification code satisfies the condition of the central dihedral angle classification code, it is judged that the homology is high and the homology is low otherwise, and the homology is evaluated. (Step S7). In step S7, the dihedral angle classification codes on both sides are extracted together with the selected dihedral angle classification code at each position in the corresponding dihedral angle positions, and the elements are continuously adjacent as elements. Create a set with three dihedral angle classification codes as elements, compare the elements of the set at the position in each analysis target compound, and at least one element among the elements of the set belonging to each compound Search whether or not the condition is common to all compounds, and the common element is a central element in the set belonging to at least one compound,
It can be realized by performing arithmetic processing for determining that the homology is high when the condition is satisfied, and that the homology is low otherwise, and evaluating the homology.

より具体的には、図4に示す12分割された部位に対応する符号を用いて二面角分類を表記する場合には、連続して隣り合った3個の二面角分類コードの集合をXとすると、
X={4α,2β,2α},{2β,2α,5β},{2α,5β,5α},{5β,5α,1β},{5α,1β,1α},{1β,1α,6β},{1α,6β,6α},{6β,6α,3β},{6α,3β,3α},{3β,3α,4β},{3α,4β,4α},{4β,4α,2β}
と表される。ここで、集合Xのある1個の組み合わせを簡略化して、
Y={p,q,r},Y⊂X
と表すことにする。対応関係にある二面角位置における一つの前記二面角分類コードに関して、相同性評価を行う前記二面角分類コードの集合を作成し、該集合の要素が360度を12分割して定められた二面角分類コードのうち連続して隣り合った3個の二面角分類コードに必ず含まれ、かつ少なくとも該集合の要素の1個は、前記連続して隣り合った3個の二面角分類コードのうち中央の二面角分類コードである条件を満たす場合には相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定するには、相同性評価を行う前記二面角分類コードの集合の要素をxとすると、すべてのxが、集合Xのある1個の組み合わせYとの関係において、
x∈Y
かつ、xのうちの少なくとも1個は
x=q
を満たすときには相同性が高く、それ以外の場合はすべて相同性が低いと判定するような演算処理を行えばよい。尚、対応する二面角が偶然4β,4αの境界線上に位置する場合には4α,2β,2αの境界線上に位置する場合には2α,5β,5αの境界線上に位置する場合には5α,1β,1αの境界線上に位置する場合には1β,6β,6αの境界線上に位置する場合には6β,3β,3αの境界線上に位置する場合には3βの分類に属するものと帰属すればよい。
More specifically, when the dihedral angle classification is described using the codes corresponding to the 12-divided parts shown in FIG. 4, a set of three adjacent dihedral angle classification codes is obtained. X
X = {4α, 2β, 2α}, {2β, 2α, 5β}, {2α, 5β, 5α}, {5β, 5α, 1β}, {5α, 1β, 1α}, {1β, 1α, 6β}, {1α, 6β, 6α}, {6β, 6α, 3β}, {6α, 3β, 3α}, {3β, 3α, 4β}, {3α, 4β, 4α}, {4β, 4α, 2β}
It is expressed. Here, we simplify one combination of set X,
Y = {p, q, r}, Y⊂X
It will be expressed as With respect to one dihedral angle classification code at a corresponding dihedral angle position, a set of the dihedral angle classification codes for homology evaluation is created, and elements of the set are determined by dividing 360 degrees into 12 parts. The dihedral angle classification code is always included in three consecutive dihedral angle classification codes, and at least one element of the set is the three adjacent dihedral surfaces In order to determine that the homology is high when the condition of the central dihedral angle classification code among the angle classification codes is satisfied, and other than that, the homology is low. Assuming that the elements of the set are x, all x are related to a single combination Y of the set X.
x∈Y
And at least one of x is
x = q
It is only necessary to perform arithmetic processing that determines that the homology is high when the condition is satisfied and that the homology is low in all other cases. If the corresponding dihedral angle is coincidentally located on the 4β, 4α boundary line, 5α if the corresponding dihedral angle is located on the 4α, 2β, 2α boundary line. 1β, 1β, 1α, if located on the boundary of 1β, 6β, 6α, if located on the boundary of 6β, 3β, 3α That's fine.

さらに、並べ替えが行われた符号化立体配座表記において、二面角位置を変えて、相同性評価を行う1カ所の前記二面角位置コードまたは複数カ所の前記二面角位置コードの組み合わせについて、二面角分類コードの集合を作成し、順次同様の二面角分類コードに関する演算処理を行い、構造相同性の評価を行う。複数カ所の前記二面角位置コードの組み合わせについて構造相同性の評価を行う場合には、個々の前記二面角位置コードにおいて、前記二面角分類コードに関する相同性の演算処理を行った後に、複数カ所の前記二面角位置コードの組み合わせの論理積(AND)の論理演算を行えばよい。このとき、同時に構造相同性の評価結果を用いて、相同性の高さの比率を演算処理してもかまわない。   Furthermore, in the encoded conformation notation that has been rearranged, the dihedral angle position code is changed, and the dihedral angle position code in one place or the combination of the dihedral angle position codes in a plurality of places is subjected to homology evaluation. A set of dihedral angle classification codes is created, and arithmetic processing on the same dihedral angle classification codes is sequentially performed to evaluate structural homology. When evaluating structural homology for a combination of the dihedral angle position codes at a plurality of locations, in each of the dihedral angle position codes, after performing homology calculation processing on the dihedral angle classification code, What is necessary is just to perform the logical operation of the logical product (AND) of the combination of the said dihedral angle position code of several places. At this time, using the structural homology evaluation result, the ratio of high homology may be calculated.

また、結晶多形において分子構造の細かな違いを検証する場合等、必要に応じて、360度を12分割して定められた二面角分類コードそのものだけが相同性が高く、それ以外の二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理を行い、相同性の評価を行う(ステップS9)。このとき、同時に相同性の高さの比率を演算処理してもかまわない。   In addition, when verifying fine differences in the molecular structure of crystal polymorphs, only the dihedral angle classification code itself determined by dividing 360 degrees into 12 parts is highly homologous as necessary. It is determined that the face angle classification code has low homology, arithmetic processing is performed, and homology is evaluated (step S9). At this time, the ratio of high homology may be calculated at the same time.

さらに、構造変化を伴うリガンド分子とタンパク質分子の相互作用部位の構造相同性評価のような場合には必要に応じて、構造の揺れに対処しかつ側鎖の構造相同性比較も行うため、対応する二面角位置における一つの二面角分類コードに関して、1)その二面角分類コードと隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高い(○)、2)一つの二面角分類コードをはさんだ比較的近い二面角分類コードの組み合わせの相同性は中程度(△)、3)それ以外の二面角分類コードの組み合わせの相同性は低い(×)と判定して演算処理し構造相同性評価を行ってもよい。   Furthermore, in the case of structural homology evaluation of interaction sites between ligand molecules and protein molecules with structural changes, it is necessary to deal with structural fluctuations and compare side chain structural homology as necessary. 1) A combination of the dihedral angle classification code and the adjacent dihedral angle classification code is highly homologous (○). 2) One dihedral angle classification code. The homology of the combination of dihedral angle classification codes that are relatively close to each other between the codes is moderate (△). 3) The homology of the combination of other dihedral angle classification codes is determined to be low (×), and the processing is performed. Structural homology evaluation may be performed.

すなわち、対応関係にある二面角位置における一つの前記二面角分類コードに関して、構造相同性評価を行う前記二面角分類コードの集合を作成し、1)該集合の要素が360度を12分割して定められた二面角分類コードのうち連続して隣り合った3個の二面角分類コードに必ず含まれ、かつ少なくとも該集合の要素の1個は、前記連続して隣り合った3個の二面角分類コードのうち中央の二面角分類コードである条件を満たす場合には相同性が高い(○)、2)該集合の要素が360度を12分割して定められた二面角分類コードのうち連続して隣り合った3個の二面角分類コードに必ず含まれ、かつ該集合のすべての要素が、前記連続して隣り合った3個の二面角分類コードのうち中央の二面角分類コードではない条件を満たす場合には、相同性は中程度(△)、それ以外は相同性が低い(×)と判定して演算処理し構造相同性評価を行ってもよい。   That is, for the one dihedral angle classification code at the corresponding dihedral angle position, a set of the dihedral angle classification codes for performing structural homology evaluation is created. 1) The element of the set is set to 360 degrees. Of the dihedral angle classification codes determined by division, the dihedral angle classification codes are always included in three consecutive dihedral angle classification codes, and at least one element of the set is adjacent to the consecutive The homology is high when the condition of the central dihedral angle classification code among the three dihedral angle classification codes is satisfied (◯), 2) the elements of the set are determined by dividing 360 degrees into 12 parts Three dihedral angle classification codes that are always included in the three adjacent dihedral angle classification codes among the dihedral angle classification codes, and that all elements of the set are adjacent to each other. When the condition that is not the central dihedral angle classification code is satisfied , Moderate homology (△), otherwise low homology (×) and determined by the arithmetic processing may be subjected to structural homology evaluation.

より具体的には、図4に示す12分割された部位に対応する符号を用いて二面角分類を表記する場合には、連続して隣り合った3個の二面角分類コードの集合をXとすると、
X={4α,2β,2α},{2β,2α,5β},{2α,5β,5α},{5β,5α,1β},{5α,1β,1α},{1β,1α,6β},{1α,6β,6α},{6β,6α,3β},{6α,3β,3α},{3β,3α,4β},{3α,4β,4α},{4β,4α,2β}
と表される。ここで、集合Xのある1個の組み合わせを簡略化して、
Y={p,q,r},Y⊂X
と表すことにする。対応関係にある二面角位置における一つの前記二面角分類コードに関して、構造相同性評価を行う前記二面角分類コードの集合を作成し、1)該集合の要素が360度を12分割して定められた二面角分類コードのうち連続して隣り合った3個の二面角分類コードに必ず含まれ、かつ少なくとも該集合の要素の1個は、前記連続して隣り合った3個の二面角分類コードのうち中央の二面角分類コードである条件を満たす場合には相同性が高い(○)、2)該集合の要素が360度を12分割して定められた二面角分類コードのうち連続して隣り合った3個の二面角分類コードに必ず含まれ、かつ該集合のすべての要素が、前記連続して隣り合った3個の二面角分類コードのうち中央の二面角分類コードではない条件を満たす場合には、相同性は中程度(△)、それ以外は相同性が低い(×)と判定するには、相同性評価を行う前記二面角分類コードの集合の要素をxとすると、すべてのxが、集合Xのある1個の組み合わせYとの関係において、
x∈Y
かつ、xのうちの少なくとも1個は
x=q
を満たすときには相同性が高い(○)、
すべてのxが、集合Xのある1個の組み合わせYとの関係において、
x∈Y
かつ、すべてのxが、
x≠q
を満たすときには相同性は中程度(△)、
それ以外の場合はすべて相同性が低い(×)と判定するような演算処理を行えばよい。尚、対応する二面角が偶然4β,4αの境界線上に位置する場合には4α,2β,2αの境界線上に位置する場合には2α,5β,5αの境界線上に位置する場合には5α,1β, 1αの境界線上に位置する場合には1β,6β,6αの境界線上に位置する場合には6β,3β,3αの境界線上に位置する場合には3βの分類に属するものと帰属すればよい。
More specifically, when the dihedral angle classification is described using the codes corresponding to the 12-divided parts shown in FIG. 4, a set of three adjacent dihedral angle classification codes is obtained. X
X = {4α, 2β, 2α}, {2β, 2α, 5β}, {2α, 5β, 5α}, {5β, 5α, 1β}, {5α, 1β, 1α}, {1β, 1α, 6β}, {1α, 6β, 6α}, {6β, 6α, 3β}, {6α, 3β, 3α}, {3β, 3α, 4β}, {3α, 4β, 4α}, {4β, 4α, 2β}
It is expressed. Here, we simplify one combination of set X,
Y = {p, q, r}, Y⊂X
It will be expressed as For the one dihedral angle classification code in the corresponding dihedral angle position, a set of the dihedral angle classification codes for structural homology evaluation is created, and 1) the elements of the set divide 360 degrees into 12 parts Are included in three consecutive dihedral angle classification codes among the dihedral angle classification codes determined in advance, and at least one element of the set is the three consecutive adjacent dihedral angle classification codes. If the condition of the central dihedral angle classification code among the dihedral angle classification codes is satisfied, the homology is high (◯). 2) The two elements whose elements of the set are determined by dividing 360 degrees into 12 parts Of the three dihedral angle classification codes that are always included in the three adjacent dihedral angle classification codes of the angle classification code, and that all elements of the set are among the three adjacent dihedral angle classification codes Homology if a condition that is not a central dihedral angle classification code is met To determine medium (△) and low homology (x) otherwise, let x be an element of the set of dihedral angle classification codes for homology evaluation, and all x are In relation to a single combination Y,
x∈Y
And at least one of x is
x = q
High homology when satisfying (○),
Every x is related to a single combination Y in the set X.
x∈Y
And all x
x ≠ q
The homology is moderate (△) when
In all other cases, an arithmetic process for determining that the homology is low (x) may be performed. If the corresponding dihedral angle is accidentally located on the 4β, 4α boundary line, the corresponding dihedral angle is located on the 4α, 2β, 2α boundary line, and if the corresponding dihedral angle is located on the 2α, 5β, 5α boundary line, 5α , 1β, 1α, if it is located on the boundary of 1β, 6β, 6α, if it is located on the boundary of 6β, 3β, 3α That's fine.

3−4.比較する解析対象化合物中で基準となる立体配座構造を選定できる場合の「揺れ許容演算解析法」の適用
あるタンパク質分子が構造変化を起こしているか否かを判定する場合など、アミノ酸配列としては変化がない場合には、立体配座構造のみの相同性比較を行えばよく、つまり、変化前のタンパク質分子など選択された特定のタンパク質分子の符号化立体配座表記を基準値として、別の1個あるいは複数のタンパク質分子の符号化立体配座表記との相同的な比較を行えばよい。その際には、例えば、変化前のタンパク質分子の立体配座構造などを常に基準として選択することで、当該立体配座構造の二面角分類コードは、全て必ず連続して隣り合った3個のうち中央の二面角分類コードとなる。それに対して構造相同性評価を行うタンパク質分子の、対応する二面角位置における二面角分類コードの集合のすべての要素が、基準となる該二面角分類コードの中央値あるいはそれと隣り合った二面角分類コードに一致すれば相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定して演算処理を行い、相同性の評価を行うことで、演算処理の負荷が少なくなる利点がある。
3-4. As an amino acid sequence, such as when determining whether or not a protein molecule has undergone a structural change when applying a “swing tolerance calculation analysis method” when a conformational structure can be selected as a reference in the compounds to be compared If there is no change, it is only necessary to perform a homology comparison of only the conformational structure.In other words, the encoded conformation notation of the selected specific protein molecule such as the protein molecule before the change is used as another reference value. A homologous comparison with the encoded conformational representation of one or more protein molecules may be performed. In that case, for example, the conformational structure of the protein molecule before the change is always selected as a reference, so that the dihedral angle classification codes of the conformational structure are all three consecutively adjacent. The dihedral angle classification code at the center. On the other hand, all elements of the set of dihedral angle classification codes at the corresponding dihedral angle positions of the protein molecules for which structural homology evaluation is performed are adjacent to the median value of the reference dihedral angle classification code or adjacent to it. If it matches with the dihedral angle classification code, the homology is high, and other than that, it is determined that the homology is low.

すなわち、具体的には、基準となる、ある特定のタンパク質分子の符号化立体配座表記から選択された、対応する二面角位置における、構造相同性評価を行う二面角分類コードをvとし、連続して隣り合った二面角分類コードがZ={u,v,w}の集合の順に並んでいたとする。すべての連続して隣り合った3個の二面角分類コードの集合をXとして、図4に示す12分割された部位に対応する符号を用いて二面角分類を表記する場合には、
X={4α,2β,2α},{2β,2α,5β},{2α,5β,5α},{5β,5α,1β},{5α,1β,1α},{1β,1α,6β},{1α,6β,6α},{6β,6α,3β},{6α,3β,3α},{3β,3α,4β},{3α,4β,4α},{4β,4α,2β}
と表され、
Z⊂X
の関係にあり、Zは集合Xの中のいずれか1個の表記として表すことができる。対応する二面角位置における一つの二面角分類コードに関して、該特定タンパク質分子の二面角分類コードを常に基準として選択し、対応する二面角位置における、構造相同性評価を行う二面角分類コードの集合のすべての要素が、基準となる該二面角分類コードあるいは該二面角分類コードに隣り合った二面角分類コードに一致すれば相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定するには、該特定タンパク質分子の選択された二面角分類コードを含む、対応する二面角位置における、相同性評価を行う前記二面角分類コードの集合を作成し、その要素をyとすると、すべてのyについて、
y=u
あるいは
y=v
あるいは
y=w
の条件を満たすときには相同性が高く、それ以外の場合はすべて相同性が低いと判定するような演算処理を行えばよい。尚、対応する二面角が偶然4β,4αの境界線上に位置する場合には4α,2β,2αの境界線上に位置する場合には2α,5β,5αの境界線上に位置する場合には5α,1β,1αの境界線上に位置する場合には1β,6β,6αの境界線上に位置する場合には6β,3β,3αの境界線上に位置する場合には3βの分類に属するものと帰属すればよい。
Specifically, the dihedral angle classification code for evaluating the structural homology at the corresponding dihedral angle position selected from the encoded conformational notation of a specific protein molecule as v is defined as v. Assume that dihedral angle classification codes adjacent to each other are arranged in the order of a set of Z = {u, v, w}. When a set of all three consecutively adjacent dihedral angle classification codes is X, and the dihedral angle classification is expressed using the codes corresponding to the 12 divided parts shown in FIG.
X = {4α, 2β, 2α}, {2β, 2α, 5β}, {2α, 5β, 5α}, {5β, 5α, 1β}, {5α, 1β, 1α}, {1β, 1α, 6β}, {1α, 6β, 6α}, {6β, 6α, 3β}, {6α, 3β, 3α}, {3β, 3α, 4β}, {3α, 4β, 4α}, {4β, 4α, 2β}
And
Z⊂X
Z can be expressed as any one notation in the set X. With respect to one dihedral angle classification code at a corresponding dihedral angle position, the dihedral angle classification code of the specific protein molecule is always selected as a reference, and the structural homology evaluation at the corresponding dihedral angle position is performed. If all elements of the set of classification codes match the standard dihedral angle classification code or the dihedral angle classification code adjacent to the dihedral angle classification code, the homology is high. In order to determine low, a set of the dihedral angle classification codes for performing homology evaluation at a corresponding dihedral angle position including the selected dihedral angle classification code of the specific protein molecule is created, and its elements And y, all y
y = u
Or
y = v
Or
y = w
Processing that determines that the homology is high when the above condition is satisfied and that the homology is low in all other cases may be performed. If the corresponding dihedral angle is coincidentally located on the 4β, 4α boundary line, 5α if the corresponding dihedral angle is located on the 4α, 2β, 2α boundary line. 1β, 1β, 1α, if located on the boundary of 1β, 6β, 6α, if located on the boundary of 6β, 3β, 3α That's fine.

3−5.二次構造に対応する符号化立体配座表記を伴ったアミノ酸配列パターンの抽出
タンパク質、ペプチドの周知の二次構造であるαへリックス、βシートなどにおいて、アミノ酸配列が全く異なっていても同一のパターンを形成することはよく知られていることである。
本発明の「揺れ許容演算解析法」を用いることで、アミノ酸配列が異なっていながら、揺れの許容範囲内でランダムコイルなどのαへリックス、βシート以外の構造も含めて同じ二次構造をとることの可能なコード化データ(アミノ酸配列+構造情報)や意味情報が抽出できる。有用なタンパク質もしくはペプチドにおいて、その活性ドメインの立体構造を変化させることなくアミノ酸配列を改変するために、アミノ酸の置き換えが可能な候補となるコード化データが取得できる。これらのコード化データを集めてデータベース化しておくことは、特に、各種酵素活性の改善、ヒト化抗体(CDR抗体)、キメラ抗体などの作製の際などに利用できる。
そのため、本実施形態の立体配座相同性評価装置では、比較対象となる解析対象化合物がタンパク質あるいはペプチドの場合において、必要に応じて、分子構造の揺れを考慮して構造相同性が高いアミノ酸配列パターンを抽出し、その中でアミノ酸配列が一致しないものを取り出し、αへリックス、βシート、ランダムコイルなどのその他の二次構造に対応する符号化立体配座表記を伴ったアミノ酸配列パターンを抽出する(ステップS10〜S11)。このとき、特許文献4記載の方法に従って、その符号化立体配座表記に伴って、抽出されたアミノ酸配列パターンに関連する実測の物性値や理論計算からの予測値などのデータあるいは相同性解析結果が伴っていてもよい。
3-5. Extraction of amino acid sequence patterns with encoded conformational notation corresponding to secondary structure
It is well known that α-helix, β-sheet and the like, which are well-known secondary structures of proteins and peptides, form the same pattern even if the amino acid sequences are completely different.
By using the “sway tolerance calculation analysis method” of the present invention, the same secondary structure is taken, including structures other than α helix and β sheet such as random coil, within the permissible range of shake, although the amino acid sequences are different. Encoded data (amino acid sequence + structure information) and semantic information can be extracted. In a useful protein or peptide, in order to modify the amino acid sequence without changing the three-dimensional structure of the active domain, it is possible to obtain encoded data that is a candidate for amino acid replacement. Collecting these encoded data and creating a database can be used particularly for improving various enzyme activities, producing humanized antibodies (CDR antibodies), chimeric antibodies, and the like.
Therefore, in the conformational homology evaluation apparatus of this embodiment, when the analysis target compound to be compared is a protein or peptide, an amino acid sequence having high structural homology in consideration of fluctuation of the molecular structure, if necessary. Extract the pattern, extract the ones that do not match the amino acid sequence, and extract the amino acid sequence pattern with encoded conformation notation corresponding to other secondary structures such as α helix, β sheet, random coil, etc. (Steps S10 to S11). At this time, according to the method described in Patent Document 4, along with the encoded conformation notation, data such as measured physical property values and predicted values from theoretical calculations related to the extracted amino acid sequence pattern, or homology analysis results May be accompanied.

3−6.立体配座相同性評価の最終工程(S12及び13)
最後に、ステップS1〜S11までの工程を必要回数行った後に(ステップS12)、相同性評価結果等の必要データの表示及び/あるいは出力を行う(ステップS13)。
3-6. Final step of conformational homology evaluation (S12 and 13)
Finally, after performing the steps S1 to S11 as many times as necessary (step S12), display and / or output of necessary data such as the homology evaluation result (step S13).

なお、ステップS7〜S9までの工程は前後してもかまわない。また、例えば、特許文献4記載の方法に従い、タンパク質に取り込まれた生理活性リガンド分子の立体配座構造のような、タンパク質とリガンド分子が相互作用している立体配座構造について、前記工程に従った立体配座相同性評価を行ってもかまわない。   In addition, the process from step S7 to S9 may be performed before and after. Further, for example, according to the method described in Patent Document 4, a conformation structure in which a protein and a ligand molecule interact with each other, such as a conformation structure of a bioactive ligand molecule incorporated into a protein, is subjected to the above-described process. Conformational homology evaluation may be performed.

3−7.改良型「揺れ許容演算解析法」による構造パターン解析について
3−6までの立体配座相同性評価では、構造相同性評価は行えてもαへリックス、βシート、ランダムコイルなどの二次構造そのもののフラグメント構造情報は、分子構造の揺れのためコード自体からそのまま抽出することはできない。
タンパク質フラグメントにおけるαへリックス、βシート、ランダムコイルなどの二次構造及びRNAフラグメントにおけるステム構造やループ構造などの情報を抽出するには以下のようにすればよい。
3-7. Structural pattern analysis by the improved “swing tolerance calculation analysis method” In conformational homology evaluation up to 3-6, even if structural homology evaluation can be performed, secondary structure itself such as α helix, β sheet, random coil, etc. The fragment structure information cannot be extracted from the code itself because of the fluctuation of the molecular structure.
To extract secondary structure such as α helix, β sheet, and random coil in protein fragment and stem structure and loop structure in RNA fragment, the following may be performed.

まず、解析対象となるαへリックス、βシート、ランダムコイルなどの二次構造又はステム構造、ループ構造などを有することが知られている分子モデルについて、当該特徴的な構造領域に対応するフラグメントのみを、3−1の工程に従って分子モデルを入力し、引き続き3−2の工程に従って、符号化立体配座表記へのコード変換及びコードの並べ替えを行う。
次に、前記フラグメントを構成するそれぞれの二面角位置コードにおいて最も出現頻度の高い二面角分類コードを抽出し、抽出した符号化立体配座表記をαへリックス、βシート、ランダムコイル、ステム構造、又はループ構造等の構造パターンのテンプレートとして記憶部に記憶させる。
First, for molecular models that are known to have secondary structures such as α-helix, β-sheet, random coil, etc., stem structure, loop structure, etc. to be analyzed, only fragments corresponding to the characteristic structural region Then, a molecular model is input according to the process of 3-1, and subsequently, code conversion to code conformation notation and code rearrangement are performed according to the process of 3-2.
Next, the dihedral angle classification code having the highest appearance frequency in each dihedral angle position code constituting the fragment is extracted, and the extracted encoded conformational notation is expressed as α helix, β sheet, random coil, stem The data is stored in the storage unit as a template of a structure pattern such as a structure or a loop structure.

別途、解析対象化合物の立体配座構造の分子モデルについて、3−1の工程に従って分子モデルを入力し、引き続き3−2の工程に従って、符号化立体配座表記へのコード変換及びコードの並べ替えを行う。   Separately, with respect to the molecular model of the conformational structure of the analysis target compound, the molecular model is input according to the step 3-1, and subsequently the code conversion and the code rearrangement to the encoded conformation notation are performed according to the step 3-2. I do.

前記3−5.で述べたアミノ酸配列パターンの抽出法の場合は、基本的には前記3−4.の「揺れ許容演算解析法」を適用しているため、より厳格に定義された、αへリックス、βシート、ランダムコイル、ステム構造、ループ構造等の構造パターンに一致するアミノ酸配列や核酸塩基配列情報を抽出することに主眼がおかれており、そのような場合に適した手法となっている。
それに対して、この項では、きわめて数多くのアミノ酸フラグメントやヌクレオチドフラグメントのようなフラグメントからなる解析対象化合物が、その領域の1部に、より広義の意味でのαへリックス、βシート、ランダムコイル、ステム構造、ループ構造等に共通する既知の特徴的な構造パターンを有しているかどうかを評価、解析することを主な目的としているため、前記3−4.の「揺れ許容演算解析法」を1部改良した以下の演算処理を行う。
3-5. In the case of the method for extracting an amino acid sequence pattern described in 3), basically, the above 3-4. Because of the application of the “sway tolerance calculation analysis method”, amino acid sequences and nucleic acid base sequences that match the structural patterns of α helix, β sheet, random coil, stem structure, loop structure, etc., which are more strictly defined The main focus is on extracting information, and this method is suitable for such cases.
On the other hand, in this section, a compound to be analyzed consisting of a very large number of fragments such as amino acid fragments and nucleotide fragments, an α helix in a broader sense, β sheet, random coil, Since the main purpose is to evaluate and analyze whether or not it has a known characteristic structure pattern common to the stem structure, loop structure, etc., the above 3-4. The following calculation process is performed by improving a part of the “sway allowable calculation analysis method”.

すなわち、前記記憶部からそれぞれの構造パターンに一致する前記符号化立体配座表記及び解析対象化合物の符号化立体配座表記を取り出し、それぞれの構造パターンに一致する前記符号化立体配座表記を比較対象の参照とし、
対応関係にある二面角位置におけるそれぞれの位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った3個の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、
各解析対象化合物及び参照となる構造パターン中の前記位置における集合の要素を対比させ、
それぞれのフラグメントに帰属する集合の要素のうちで少なくとも1個の要素は全てのフラグメントにおいて共通しているという条件を満たすか否かを検索し、
満たす場合には、それぞれの構造パターンに一致するフラグメントとして、満たさない場合には、それ以外の構造パターンをもつフラグメントとして判定する演算処理を行う。
That is, the encoded conformation notation that matches each structural pattern and the encoded conformation notation of the analysis target compound are extracted from the storage unit, and the encoded conformation notation that matches each structural pattern is compared. As a reference for the subject,
At each position in the corresponding dihedral angle position, the dihedral angle classification code on both sides is extracted together with the selected dihedral angle classification code, and the three dihedral angles that are consecutively adjacent as elements are extracted. Create a set with classification code as an element,
Compare each analysis target compound and the elements of the set at the position in the reference structure pattern,
Search for whether or not the condition that at least one element among the elements of the set belonging to each fragment is common to all fragments is satisfied,
When satisfying, an arithmetic processing is performed to determine as a fragment that matches each structural pattern, and when not satisfying, it is determined as a fragment having another structural pattern.

具体的な解析方法としては、以下の手順に従う。
処理部が、1つ又は複数の基準となる構造パターンに対応するフラグメントの立体配座構造の分子モデルの入力を受け付け、
前記処理部が、入力を受け付けた分子モデルに対して、注目する化学結合部位に対応する二面角位置コードを表記すると共に、各二面角位置コードのそれぞれに、360度を12分割して定められた二面角分類コードを組み合わせて表記する符号化立体配座表記を施すことで、各分子モデルに関する立体配座を一義的に決定し、
次いで、構造相同性評価のための演算に必要な注目する化学結合部位の表記以外の不要な表記を省略した符号化立体配座表記を抽出し、
抽出した符号化立体配座表記をそれぞれ基準構造パターンとしてあらかじめ記憶部に記憶させ、
別途、解析対象化合物の立体配座構造の分子モデルの入力を受け付け、
前記処理部において、入力を受け付けた解析対象化合物の分子モデルに対して、
注目する化学結合部位に対応する二面角位置コードを表記すると共に、各二面角位置コードのそれぞれに、360度を12分割して定められた二面角分類コードを組み合わせて表記する符号化立体配座表記を施すことで、各分子モデルに関する立体配座を一義的に決定し、
次いで、構造パターン解析のための演算に必要な注目する化学結合部位の表記以外の不要な表記を省略した符号化立体配座表記を抽出し、
抽出した各符号化立体配座表記を記憶部に記憶させ、
前記処理部において、前記記憶部から前記解析対象化合物の符号化立体配座表記を取り出すと共に、あらかじめ記憶部に記憶させていた前記基準構造パターンのうちで、比較しようとする基準構造パターンを選択し、当該構造パターンに一致する前記符号化立体配座表記を比較対象の参照として取り出し、
対応関係にある二面角位置における最初の位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った3個の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、
前記解析対象化合物及び参照となる構造パターン中の前記位置における集合の要素を対比させ、
各二面角分類コードが帰属する集合の要素のうちで少なくとも1個の要素が基準の構造パターンと共通しているという条件を満たすか否かを検索し、
満たす場合には、基準の構造パターンに一致するとして判定し、満たさない場合には、それ以外の構造パターンに該当すると判定する演算処理を行い、
続いて次の位置における同様の演算処理を行う操作を行い、全ての対応する位置についての操作を繰り返す。
As a specific analysis method, the following procedure is followed.
The processing unit accepts an input of a molecular model of a conformation structure of a fragment corresponding to one or more reference structural patterns,
The processing unit describes the dihedral angle position code corresponding to the chemical bonding site of interest for the molecular model that has received the input, and 360 degrees is divided into 12 for each dihedral angle position code. By applying the encoded conformation notation that combines the specified dihedral angle classification codes, the conformation regarding each molecular model is uniquely determined,
Then, extract the conformation conformation that omits unnecessary notation other than the notation of the chemical bonding site of interest necessary for the calculation for structural homology evaluation,
The extracted encoded conformation notation is stored in advance in the storage unit as a reference structure pattern,
Separately, accepting the input of the molecular model of the conformational structure of the compound to be analyzed,
In the processing unit, for the molecular model of the analysis target compound that received the input,
Encoding that expresses a dihedral angle position code corresponding to the chemical bonding site of interest and combines each dihedral angle position code with a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts. By giving conformation notation, the conformation about each molecular model is uniquely determined,
Next, an extracted conformational notation that omits unnecessary notation other than the notation of the chemical bonding site of interest necessary for the calculation for the structural pattern analysis is extracted,
Each extracted conformation conformation notation is stored in the storage unit,
In the processing unit, the encoded conformational notation of the analysis target compound is taken out from the storage unit, and the reference structure pattern to be compared is selected from the reference structure patterns stored in the storage unit in advance. , Taking out the encoded conformational notation that matches the structure pattern as a reference for comparison,
At the first position in the corresponding dihedral angle position, the dihedral angle classification codes on both sides are extracted together with the selected dihedral angle classification code, and the three dihedral angles that are consecutively adjacent as elements are extracted. Create a set with classification code as an element,
Contrasting elements of the set at the positions in the structural pattern to be analyzed and the reference structural pattern,
Search for whether or not the condition that at least one element is common to the reference structure pattern among the elements of the set to which each dihedral angle classification code belongs,
If it satisfies, it is determined that it matches the reference structure pattern, and if it does not, it is determined that it corresponds to the other structure pattern.
Subsequently, an operation for performing the same calculation process at the next position is performed, and the operations for all corresponding positions are repeated.

より具体的には、図4に示す12分割された部位に対応する符号を用いて二面角分類を表記する場合には、連続して隣り合った3個の二面角分類コードの集合をXとすると、
X={4α,2β,2α},{2β,2α,5β},{2α,5β,5α},{5β,5α,1β},{5α,1β,1α},{1β,1α,6β},{1α,6β,6α},{6β,6α,3β},{6α,3β,3α},{3β,3α,4β},{3α,4β,4α},{4β,4α,2β}
と表される。ここで、集合Xのある1個の組み合わせを簡略化して、
Y={p,q,r},Y⊂X
と表すことにする。対応関係にある二面角位置におけるそれぞれの位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った3個の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、
各解析対象化合物及び参照となる構造パターン中の前記位置における集合の要素を対比させ、
それぞれのフラグメントに帰属する集合の要素のうちで少なくとも1個の要素は全てのフラグメントにおいて共通しているという条件を満たすか否かを検索し、
満たす場合には、それぞれの構造パターンに一致するフラグメントとして、満たさない場合には、それ以外の構造パターンをもつフラグメントとして判定するには、
構造パターン解析を行うフラグメント中の対応関係にある二面角位置における最初の位置において二面角分類コードの集合を作成し、構造パターン解析を行う前記二面角分類コードの集合の要素をxとすると、すべてのxが、集合Xのある1個の組み合わせYとの関係において、
x∈Y
を満たすときには、最初の位置における基準の構造パターンに一致するフラグメントとして、満たさない場合には、基準以外の構造パターンをもつフラグメントとして判定するような演算処理を行えばよい。さらに、二面角位置を変えて、必要に応じて構造パターン解析を行う1カ所の前記二面角位置コードまたは複数カ所の前記二面角位置コードの組み合わせについて、二面角分類コードの集合を作成し、順次同様の二面角分類コードに関する演算処理を行い、構造パターン解析を行う。複数カ所の前記二面角位置コードの組み合わせについて構造パターン解析を行う場合には、個々の前記二面角位置コードにおいて、前記二面角分類コードに関する相同性の演算処理を行った後に、複数カ所の前記二面角位置コードの組み合わせの論理積(AND)の論理演算を行えばよい。最終的に、フラグメント中の対応関係にあるすべての二面角位置コードの組み合わせの論理積(AND)の論理演算において一致するという演算結果が得られた場合、すなわち、フラグメント中の対応関係にあるすべての二面角位置において基準の構造パターンに一致するという演算結果が得られた場合には、基準の構造パターンに完全に一致するフラグメントとして判定するような演算処理を行えばよい。このとき、同時に構造パターンの解析結果を用いて、相同性の高さの比率を演算処理してもかまわない。尚、対応する二面角が偶然4β,4αの境界線上に位置する場合には4α,2β,2αの境界線上に位置する場合には2α,5β,5αの境界線上に位置する場合には5α,1β,1αの境界線上に位置する場合には1β,6β,6αの境界線上に位置する場合には6β,3β,3αの境界線上に位置する場合には3βの分類に属するものと帰属すればよい。
More specifically, when the dihedral angle classification is described using the codes corresponding to the 12-divided parts shown in FIG. 4, a set of three adjacent dihedral angle classification codes is obtained. X
X = {4α, 2β, 2α}, {2β, 2α, 5β}, {2α, 5β, 5α}, {5β, 5α, 1β}, {5α, 1β, 1α}, {1β, 1α, 6β}, {1α, 6β, 6α}, {6β, 6α, 3β}, {6α, 3β, 3α}, {3β, 3α, 4β}, {3α, 4β, 4α}, {4β, 4α, 2β}
It is expressed. Here, we simplify one combination of set X,
Y = {p, q, r}, Y⊂X
It will be expressed as At each position in the corresponding dihedral angle position, the dihedral angle classification code on both sides is extracted together with the selected dihedral angle classification code, and the three dihedral angles that are consecutively adjacent as elements are extracted. Create a set with classification code as an element,
Compare each analysis target compound and the elements of the set at the position in the reference structure pattern,
Search for whether or not the condition that at least one element among the elements of the set belonging to each fragment is common to all fragments is satisfied,
If it is satisfied, it is determined as a fragment that matches each structure pattern. If it is not satisfied, it is determined as a fragment having other structure patterns.
A set of dihedral angle classification codes is created at the first position in the corresponding dihedral angle position in the fragment for which structural pattern analysis is performed, and the element of the dihedral angle classification code set for structural pattern analysis is x Then, every x is related to one combination Y in the set X,
x∈Y
If the condition is satisfied, an arithmetic process may be performed such that the fragment is matched with the reference structure pattern at the first position, and if not satisfied, the fragment is determined as a fragment having a structure pattern other than the reference. Furthermore, a set of dihedral angle classification codes for a single dihedral angle position code or a combination of dihedral angle position codes at a plurality of locations where the dihedral angle position is changed and structural pattern analysis is performed as necessary. Create and sequentially perform the arithmetic processing on the same dihedral angle classification code, and perform the structural pattern analysis. When structural pattern analysis is performed for a combination of dihedral angle position codes at a plurality of locations, the homology calculation processing for the dihedral angle classification code is performed on each dihedral angle position code, and then a plurality of locations are analyzed. The logical operation of the logical product (AND) of the combinations of the dihedral angle position codes is sufficient. Eventually, when the operation result is obtained in the logical operation of the logical product (AND) of the combinations of all the dihedral angle position codes in the correspondence relationship in the fragment, that is, in the correspondence relationship in the fragment When an operation result indicating that the reference structure pattern matches at all dihedral angle positions is obtained, an operation process for determining as a fragment that completely matches the reference structure pattern may be performed. At this time, the ratio of high homology may be calculated using the analysis result of the structure pattern at the same time. If the corresponding dihedral angle is coincidentally located on the 4β, 4α boundary line, 5α if the corresponding dihedral angle is located on the 4α, 2β, 2α boundary line. 1β, 1β, 1α, if located on the boundary of 1β, 6β, 6α, if located on the boundary of 6β, 3β, 3α That's fine.

3−7.に示した改良型「揺れ許容演算解析法」は、上述のように、主には既知の構造パターンとの比較解析に用いるが、新規な構造パターンの抽出、解析にも適用可能であるし、さらには複数の解析対象化合物における立体配座構造の相同性評価に用いることもできる。また、同じ解析対象に対して、3−7.に示した改良型「揺れ許容演算解析法」を、従来法(特許文献4)による相同性解析法、3−3.に示した「揺れ許容演算解析法」、3−4.に示した「揺れ許容演算解析法」の少なくとも1つと共に並行して適用し、得られた演算結果に関してそれぞれ、論理積、論理和、否定論理積、否定論理和、排他的論理和等の演算処理を行ってもよい。   3-7. As described above, the improved “swing tolerance calculation analysis method” is used mainly for comparative analysis with known structural patterns, but can also be applied to the extraction and analysis of new structural patterns. Furthermore, it can also be used for homology evaluation of conformational structures in a plurality of compounds to be analyzed. For the same analysis object, 3-7. The improved “swing tolerance calculation analysis method” shown in FIG. 3 is a homology analysis method based on the conventional method (Patent Document 4), 3-3. "Swing tolerance calculation analysis method" shown in 3-4. Applied in parallel with at least one of the “swing tolerance calculation analysis methods” shown in FIG. 1, and operations such as logical product, logical sum, negative logical product, negative logical sum, exclusive logical sum, etc. are obtained for the obtained calculation results. Processing may be performed.

最後に、以上のような操作を必要回数行った後に、構造パターン解析結果等の必要データの表示及び/あるいは出力を行う。なお、3−7.に示した改良型「揺れ許容演算解析法」、従来法(特許文献4)による相同性解析法、3−3.に示した「揺れ許容演算解析法」、3−4.に示した「揺れ許容演算解析法」を用いた評価、解析を行うには、独立行政法人産業技術総合研究所が所有する「揺れ許容演算解析法テンプレート」(H22PRO-1102)を用いることができる。   Finally, after performing the above operations as many times as necessary, necessary data such as structural pattern analysis results are displayed and / or output. In addition, 3-7. The improved “swing tolerance calculation analysis method” shown in 1), the homology analysis method by the conventional method (Patent Document 4), 3-3. "Swing tolerance calculation analysis method" shown in 3-4. To perform evaluation and analysis using the “Swing Permissible Calculation Analysis Method” shown in, you can use the “Swing Permitted Operation Analysis Template” (H22PRO-1102) owned by the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology. .

次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to the following examples.

(実施例1)インシュリンA鎖及びB鎖のX線結晶構造データへの揺れ許容演算解析法の適用
PDBjに登録されているインシュリンのX線結晶構造データ2vk0_ABと2c8rについて、前記特許文献4記載の方法を用いて、入力を受け付けた分子モデルに基づき、各々の化学結合部位に対応する二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードの組み合わせからなる前記符号化立体配座表記にコード化変換を行った。
インシュリンは21アミノ酸残基のA鎖と、30アミノ酸残基のB鎖が2つのジスルフィド結合を介してつながったものであるため、A鎖及びB鎖をそれぞれ別々に分けてコード化変換を行った。このとき、バリン(Val)側鎖やロイシン(Leu)側鎖の末端の二面角位置において、二面角分類コードを決定するための優先置換基が(2)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのものを選択するというケースにあたるため水素が選択されるが、水素原子の位置が決められていないことからコード化を行うことができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(B)本来存在するべき水素原子を紙面手前に置き、二面角位置コードのボンドを紙面向こう側に紙面に対して垂直に置き、水素原子と二面角位置コードのボンドのなす面と置換基あるいは原子と二面角位置コードのボンドのなす面による二面角が水素原子からみて時計回りに一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。また、アルギニン(Arg)側鎖、アスパラギン酸(Asn)側鎖及びグルタミン酸(Glu)側鎖の末端の二面角位置において、水素原子の位置が決められていないことから水素原子が結合している方の置換基を判定できず、二面角分類コードを決定するための優先置換基を選択することができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(C)その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。得られたX線結晶構造データを比較するための前記符号化立体配座表記を、文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。その際の2c8rのA鎖の文字列は以下の通りとなる。
「GLY-X4α4α-ILE-3α-1α1β-5α4β-VAL-3β-3β-5α4β-GLU-3β-3β2α2βX-5α4α-GLN-3β-3α3α5αX-1β4α-CYS-5β-3β6α(2α)-1β4α-CYS-5α-1βX-5α4β-THR-3β-2βX-1β4β-SER-6β-2αX-4β4α-ILE-3β-3β1β-3α4β-CYS-1β-1α2β(2α)-4β4β-SER-6β-2αX-4β4β-LEU-3β-1β1α-5α4β-TYR-3α-1α3βX-5α4α-GLN-3β-3β1α5βX-5α4β-LEU-3α-3β3β-5α4α-GLU-3β-3β1α3αX-1β4β-ASN-3β-3β1βX-1β4β-TYR-6α-3β3βX-1β4β-CYS-1β-3αX-3α4β-ASN-3β-3β3αX-4β」
(Example 1) Application of shake-allowing calculation analysis method to X-ray crystal structure data of insulin A chain and B chain
For the X-ray crystal structure data 2vk0_AB and 2c8r of insulin registered in PDBj, using the method described in Patent Document 4, the dihedral angle position corresponding to each chemical binding site based on the molecular model that accepted the input. Coding conversion was performed on the coded conformational notation composed of a combination of a code and a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts.
Insulin is composed of 21 amino acid residues A chain and 30 amino acid residues B chain connected via two disulfide bonds. . At this time, when the dihedral angle position at the end of the valine (Val) side chain or leucine (Leu) side chain is the only preferred substituent for determining the dihedral angle classification code (2) In this case, hydrogen is selected because it is the case of selecting itself regardless of the order, but the encoding cannot be performed because the position of the hydrogen atom is not determined. Therefore, when the X-ray crystal structure data were compared, (B) the hydrogen atom that should exist originally was placed in front of the paper, and the bond of the dihedral position code was placed perpendicular to the paper on the other side of the paper. A substituent or an atom whose dihedral angle due to a surface formed by a bond of a hydrogen atom and a dihedral angle position code or a surface formed by a bond of an atom and a dihedral angle position code is the smallest clockwise as viewed from the hydrogen atom Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting. In addition, hydrogen atoms are bonded because the position of the hydrogen atom is not determined at the dihedral angle positions of the arginine (Arg) side chain, aspartic acid (Asn) side chain, and glutamic acid (Glu) side chain. One of the substituents could not be determined, and the preferred substituent for determining the dihedral angle classification code could not be selected. Therefore, when the substituent or atom preferred when (C) other hydrogen atoms are excluded cannot be determined as determined when comparing the X-ray crystal structure data, the substitution with the smallest dihedral angle is performed. Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting groups or atoms. The encoded conformational notation for comparing the obtained X-ray crystal structure data was stored in a database as character string text data. The character string of the 2c8r A chain at that time is as follows.
`` GLY-X4α4α-ILE-3α-1α1β-5α4β-VAL-3β-3β-5α4β-GLU-3β-3β2α2βX-5α4α-GLN-3β-3α3α5αX-1β4α-CYS-5β-3β6α (2α) -1β4α-CYS- 5α-1βX-5α4β-THR-3β-2βX-1β4β-SER-6β-2αX-4β4α-ILE-3β-3β1β-3α4β-CYS-1β-1α2β (2α) -4β4β-SER-6β-2αX-4β4β-LEU -3β-1β1α-5α4β-TYR-3α-1α3βX-5α4α-GLN-3β-3β1α5βX-5α4β-LEU-3α-3β3β-5α4α-GLU-3β-3β1α3αX-1β4β-ASN-3β-3β1βX-1β4β-TYR-6α -3β3βX-1β4β-CYS-1β-3αX-3α4β-ASN-3β-3β3αX-4β ''

次に、表計算ソフトウェアによりデータ読み込みを行い、アミノ酸配列毎に、側鎖をはさんでN末端側の主鎖、C末端側の主鎖及び側鎖を分けて構造相同性比較が行えるように処理を行った。アミノ酸配列が完全に一致しているにもかかわらず、2vk0_ABと2c8rとでは360度を12分割して定められた二面角分類コードによるN末端側の主鎖の構造相同性比較では、60.0%(A鎖)、80.0%(B鎖)程度の相同性しかなく、C末端側の主鎖の構造相同性比較でも19.0%(A鎖)、52.0%(B鎖)程度の相同性しかなく、X線結晶構造データにおいてペプチド構造に揺れが存在していた。
そこで、構造の揺れに対処するため、対応する二面角位置における一つの二面角分類コードに関して、その二面角分類コードと隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高く、残りの二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理し構造相同性比較を行ったところ、N末端側の主鎖の構造相同性比較では、95.0%(A鎖)、100.0%(B鎖)の相同性、C末端側の主鎖の構造相同性比較でも95.2%(A鎖)、96.0%(B鎖)の相同性、主鎖全体としても90.5%(A鎖)、96.2%(B鎖)の相同性となっており、構造の揺れを考慮した相同性比較が行えることがわかった。インシュリン(2vk0_AB,2c8r)A鎖の符号化立体配座表記及び相同性の解析結果を表1に、インシュリン(2vk0_AB,2c8r)B鎖の符号化立体配座表記及び相同性の解析結果を表2に示す。(表中、最初の「相同性/aa配列」は、「アミノ酸配列相同性(同一性)」を指し、「相同性/12分割」は、従来法(特許文献4)により解析した相同性、「相同性/揺許容」及び「主鎖の相同性」は、本発明の「揺れ許容演算解析法」により計算した相同性を表す。また、表中の二面角分類コードにおいて、演算処理の負荷を減らすためにαという符号の代わりにaという符号を、βという符号の代わりにbという符号を用いている。)
あわせて、四角で囲ったαへリックス及びβシートに対応するアミノ酸配列に関して、構造の揺れを考慮した演算処理を行えばそれぞれの二次構造を符号化立体配座表記により、αへリックスであればN末端側の主鎖(二面角位置コードA)においては、{6α,3β,3α}という符号(CYSのみ優先則から選択されるボンドが異なるため例外となり、{5β,5α,1β}という符号で表される)で、C末端側の主鎖(二面角位置コードBC)においては、{5β4β,5β4α,5α4β,5α4α,1β4β,1β4α}という符号のいずれかの表記を中心に、βシートであればN末端側の主鎖(二面角位置コードA)においては、{1α,6β,6α,3β}という符号(CYSのみ優先則から選択されるボンドが異なるため例外となり、{2α,5β,5α}という符号で表される)で、C末端側の主鎖(二面角位置コードBC)においては、{3β4β,3β4α,3α4β,3α4α,4β4β,4β4α}という符号のいずれかの表記を中心に構成されており、タンパク質の二次構造がパターン認識できることがわかった。さらに、B鎖との結合位置にあるA鎖の11番目のCYSのみで若干の構造の違いが存在することが抽出された。
このことは、インシュリンにおいては、同じ機能を発現できる立体配座に起因する結晶多形が存在することを明確に示している。
Next, the data is read by spreadsheet software, and for each amino acid sequence, the structural homology can be compared by separating the main chain on the N-terminal side, the main chain on the C-terminal side, and the side chain across the side chain. Processed. Despite complete amino acid sequence matching, 2vk0_AB and 2c8r are 60.0% in the structural homology comparison of N-terminal main chain by dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts. (A chain), there is only about 80.0% (B chain) homology, and structural homology comparison of the main chain on the C-terminal side is only about 19.0% (A chain), 52.0% (B chain), There were fluctuations in the peptide structure in the X-ray crystal structure data.
Therefore, in order to deal with the structural fluctuation, with respect to one dihedral angle classification code at the corresponding dihedral angle position, the combination of the dihedral angle classification code and the adjacent dihedral angle classification code is highly homologous, and the remaining The dihedral angle classification code was judged to have low homology, and was processed and compared for structural homology. The structural homology comparison of the N-terminal main chain revealed 95.0% (A chain), 100.0% (B Chain) homology, 95.2% (A chain), 96.0% (B chain) homology, 90.5% (A chain), 96.2% (main chain as a whole) (B-chain) homology, and it was found that homology comparison can be performed in consideration of structural fluctuations. Table 1 shows the encoded conformational notation and homology analysis results of insulin (2vk0_AB, 2c8r) A chain, and Table 2 shows the encoded conformation notation and homology analysis results of insulin (2vk0_AB, 2c8r) B chain. Shown in (In the table, the first “homology / aa sequence” refers to “amino acid sequence homology (identity)”, and “homology / 12 split” refers to homology analyzed by the conventional method (Patent Document 4), "Homology / shaking tolerance" and "main chain homology" represent the homology calculated by the "shaking tolerance calculation analysis method" of the present invention, and in the dihedral angle classification code in the table, (In order to reduce the load, the code a is used instead of the code α, and the code b is used instead of the code β.)
In addition, if the amino acid sequence corresponding to the α helix and β sheet enclosed in the square is processed in consideration of the structure fluctuation, each secondary structure can be expressed in the encoded conformation notation. For example, in the N-terminal main chain (dihedral angle position code A), the sign {6α, 3β, 3α} is an exception because only the bond selected from the priority rule is different for CYS, {5β, 5α, 1β} In the main chain on the C-terminal side (dihedral angle position code BC), centering on the notation of one of the symbols {5β4β, 5β4α, 5α4β, 5α4α, 1β4β, 1β4α} In the case of a β sheet, the N-terminal main chain (dihedral angle position code A) is an exception because the sign {1α, 6β, 6α, 3β} (only the bond selected from the priority rule for CYS is different, { 2α, 5β, 5α}) and the main chain on the C-terminal side (dihedral angle position code BC In, {3β4β, 3β4α, 3α4β, 3α4α, 4β4β, 4β4α} is constructed around a one notation of the code of the secondary structure of the protein was found to be pattern recognition. Furthermore, it was extracted that there was a slight structural difference only with the 11th CYS of the A chain at the binding position with the B chain.
This clearly shows that there are crystal polymorphs due to the conformation capable of expressing the same function in insulin.

[表1]インシュリン(2vk0_AB,2c8r)A鎖の符号化立体配座表記と解析結果
[Table 1] Coding conformation notation and analysis results of insulin (2vk0_AB, 2c8r) A chain

[表2]インシュリン(2vk0_AB,2c8r)B鎖の符号化立体配座表記と解析結果
[Table 2] Coding conformation notation and analysis result of insulin (2vk0_AB, 2c8r) B chain

(実施例2)アミノ酸配列の相同性が高い免疫グロブリン軽鎖における二次構造の相違の存在
PDBjに登録されているアミノ酸配列の相同性が高い免疫グロブリン軽鎖(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)のX線結晶構造データ2immと2mcpについて、前記特許文献4記載の方法を用いて、入力を受け付けた分子モデルに基づき、各々の化学結合部位に対応する二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードの組み合わせからなる前記符号化立体配座表記にコード化変換を行った。X線結晶構造データ2immの分子モデルを図7に示す。このとき、バリン(Val)側鎖やロイシン(Leu)側鎖の末端の二面角位置において、二面角分類コードを決定するための優先置換基が(2)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのものを選択するというケースにあたるため水素が選択されるが、水素原子の位置が決められていないことからコード化を行うことができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(B)本来存在するべき水素原子を紙面手前に置き、二面角位置コードのボンドを紙面向こう側に紙面に対して垂直に置き、水素原子と二面角位置コードのボンドのなす面と置換基あるいは原子と二面角位置コードのボンドのなす面による二面角が水素原子からみて時計回りに一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。また、アルギニン(Arg)側鎖、アスパラギン酸(Asn)側鎖及びグルタミン酸(Glu)側鎖の末端の二面角位置において、水素原子の位置が決められていないことから水素原子が結合している方の置換基を判定できず、二面角分類コードを決定するための優先置換基を選択することができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(C)その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。得られたX線結晶構造データを比較するための前記符号化立体配座表記を、文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。
次に、表計算ソフトウェアによりデータ読み込みを行い、アミノ酸配列毎に、側鎖をはさんでN末端側の主鎖、C末端側の主鎖及び側鎖を分けて構造相同性比較が行えるように処理を行った。アミノ酸配列の相同性が99.1%にもかかわらず、2immと2mcpとでは360度を12分割して定められた二面角分類コードによるN末端側の主鎖の構造相同性比較では、54.9%程度の相同性しかなく、C末端側の主鎖の構造相同性比較でも27.4%程度の相同性しかなく、X線結晶構造データにおいてタンパク質構造に揺れが存在していた。
そこで、構造の揺れに対処するため、対応する二面角位置における一つの二面角分類コードに関して、その二面角分類コードと隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高く、残りの二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理し構造相同性比較を行ったところ、N末端側の主鎖の構造相同性比較では、92.0%の相同性、C末端側の主鎖の構造相同性比較でも95.6%の相同性、主鎖全体としても89.5%の相同性となっており、構造の揺れを考慮した相同性比較が行えることがわかった。免疫グロブリン軽鎖(2imm,2mcp)の符号化立体配座表記及び相同性の解析結果を表3に示す。(表中、最初の「相同性/aa配列」は、「アミノ酸配列相同性(同一性)」を指し、「相同性/12分割」は、従来法(特許文献4)により解析した相同性、「相同性/揺許容」及び「主鎖の相同性」は、本発明の「揺れ許容演算解析法」により計算した相同性を表す。また、表中の二面角分類コードにおいて、演算処理の負荷を減らすためにαという符号の代わりにaという符号を、βという符号の代わりにbという符号を用いている。)
あわせて、四角で囲ったαへリックス及びβシートに対応するアミノ酸配列に関して、構造の揺れを考慮した演算処理を行えばそれぞれの二次構造を符号化立体配座表記により、αへリックスであればN末端側の主鎖(二面角位置コードA)においては、{6α,3β,3α}という符号(CYSのみ優先則から選択されるボンドが異なるため例外となり、{5β,5α,1β}という符号で表される)で、C末端側の主鎖(二面角位置コードBC)においては、{5β4β,5β4α,5α4β,5α4α,1β4β,1β4α}という符号のいずれかの表記を中心に、βシートであればN末端側の主鎖(二面角位置コードA)においては、{1α,6β,6α,3β}という符号(CYSのみ優先則から選択されるボンドが異なるため例外となり、{2α,5β,5α}という符号で表される)で、C末端側の主鎖(二面角位置コードBC)においては、{3β4β,3β4α,3α4β,3α4α,4β4β,4β4α}という符号のいずれかの表記を中心に構成されており、タンパク質の二次構造がパターン認識できることがわかった。さらに、詳細な解析から14-15、50-51番目のアミノ酸に非常に大きな二次構造の違いをとることの可能な部位が存在することが見出された。超可変領域(表3のアミノ酸配列番号において四角で囲った部分)との比較では、非常に大きな二次構造の違いをとるアミノ酸配列部位の一つがCDR2の領域に一致していたが、超可変領域以外でも非常に大きな二次構造の違いをとることの可能な部位(アミノ酸配列14-15番目)が存在することがわかった。アミノ酸配列14-15番目における2immと2mcpの構造の違いを図8に示す。
(Example 2) Presence of secondary structure difference in immunoglobulin light chain having high amino acid sequence homology
The X-ray crystal structure data 2imm and 2mcp of immunoglobulin light chain (MUS MUSCULUS, HOUSE MOUSE) with high homology of amino acid sequences registered in PDBj was accepted using the method described in Patent Document 4 Based on the molecular model, coding conversion to the coded conformational notation consisting of a combination of a dihedral angle position code corresponding to each chemical bonding site and a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts Went. A molecular model of the X-ray crystal structure data 2imm is shown in FIG. At this time, when the dihedral angle position at the end of the valine (Val) side chain or leucine (Leu) side chain is the only preferred substituent for determining the dihedral angle classification code (2) In this case, hydrogen is selected because it is the case of selecting itself regardless of the order, but the encoding cannot be performed because the position of the hydrogen atom is not determined. Therefore, when the X-ray crystal structure data were compared, (B) the hydrogen atom that should exist originally was placed in front of the paper, and the bond of the dihedral position code was placed perpendicular to the paper on the other side of the paper. A substituent or an atom whose dihedral angle due to a surface formed by a bond of a hydrogen atom and a dihedral angle position code or a surface formed by a bond of an atom and a dihedral angle position code is the smallest clockwise as viewed from the hydrogen atom Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting. In addition, hydrogen atoms are bonded because the position of the hydrogen atom is not determined at the dihedral angle positions of the arginine (Arg) side chain, aspartic acid (Asn) side chain, and glutamic acid (Glu) side chain. One of the substituents could not be determined, and the preferred substituent for determining the dihedral angle classification code could not be selected. Therefore, when the substituent or atom preferred when (C) other hydrogen atoms are excluded cannot be determined as determined when comparing the X-ray crystal structure data, the substitution with the smallest dihedral angle is performed. Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting groups or atoms. The encoded conformational notation for comparing the obtained X-ray crystal structure data was stored in a database as character string text data.
Next, the data is read by spreadsheet software, and for each amino acid sequence, the structural homology can be compared by separating the main chain on the N-terminal side, the main chain on the C-terminal side, and the side chain across the side chain. Processed. Despite the amino acid sequence homology of 99.1%, 2imm and 2mcp are about 54.9% in the structural homology comparison of N-terminal main chain by dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 In comparison of the structural homology of the C-terminal main chain, the homology was only about 27.4%, and the protein structure was shaken in the X-ray crystal structure data.
Therefore, in order to deal with the structural fluctuation, with respect to one dihedral angle classification code at the corresponding dihedral angle position, the combination of the dihedral angle classification code and the adjacent dihedral angle classification code is highly homologous, and the remaining When the dihedral angle classification code was judged to have low homology, it was processed and the structural homology was compared. The structural homology comparison of the N-terminal main chain showed 92.0% homology and the C-terminal main homology. In the structural homology comparison of the chains, the homology was 95.6%, and the entire main chain was 89.5%, indicating that the homology can be compared in consideration of the structural fluctuation. Table 3 shows the encoded conformation and homology analysis results of the immunoglobulin light chain (2imm, 2mcp). (In the table, the first “homology / aa sequence” refers to “amino acid sequence homology (identity)”, and “homology / 12 split” refers to homology analyzed by the conventional method (Patent Document 4), "Homology / shaking tolerance" and "main chain homology" represent the homology calculated by the "shaking tolerance calculation analysis method" of the present invention, and in the dihedral angle classification code in the table, (In order to reduce the load, the code a is used instead of the code α, and the code b is used instead of the code β.)
In addition, if the amino acid sequence corresponding to the α helix and β sheet enclosed in the square is processed in consideration of the structure fluctuation, each secondary structure can be expressed in the encoded conformation notation. For example, in the N-terminal main chain (dihedral angle position code A), the sign {6α, 3β, 3α} is an exception because only the bond selected from the priority rule is different for CYS, {5β, 5α, 1β} In the main chain on the C-terminal side (dihedral angle position code BC), centering on the notation of one of the symbols {5β4β, 5β4α, 5α4β, 5α4α, 1β4β, 1β4α} In the case of a β sheet, the N-terminal main chain (dihedral angle position code A) is an exception because the sign {1α, 6β, 6α, 3β} (only the bond selected from the priority rule for CYS is different, { 2α, 5β, 5α}) and the main chain on the C-terminal side (dihedral angle position code BC In, {3β4β, 3β4α, 3α4β, 3α4α, 4β4β, 4β4α} is constructed around a one notation of the code of the secondary structure of the protein was found to be pattern recognition. Furthermore, detailed analysis has revealed that there are sites that can take very large secondary structure differences at amino acids 14-15 and 50-51. In comparison with the hypervariable region (the portion enclosed in the square in the amino acid sequence number of Table 3), one of the amino acid sequence sites that take a very large difference in secondary structure coincided with the CDR2 region. It was found that there is a site (amino acid sequence 14-15) that can take a very large difference in secondary structure even outside the region. The difference in structure between 2imm and 2mcp in amino acid sequence 14-15 is shown in FIG.

[表3]免疫グロブリン軽鎖(2imm,2mcp)の符号化立体配座表記と解析結果

[Table 3] Encoded conformation notation and analysis results of immunoglobulin light chain (2imm, 2mcp)

(実施例3)各種免疫グロブリン軽鎖における構造上の揺れを許容した二次構造パターンの抽出とCDR以外にも観測されるきわめて変化の大きい領域の抽出
PDBjに登録されている免疫グロブリン軽鎖(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)のX線結晶構造データ2imm、2mcp、1a7o及び3iy2について、前記特許文献4記載の方法を用いて、入力を受け付けた分子モデルに基づき、各々の化学結合部位に対応する二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードの組み合わせからなる前記符号化立体配座表記にコード化変換を行った。X線結晶構造データ1a7oの分子モデルを図9に示す。このとき、バリン(Val)側鎖やロイシン(Leu)側鎖の末端の二面角位置において、二面角分類コードを決定するための優先置換基が(2)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのものを選択するというケースにあたるため水素が選択されるが、水素原子の位置が決められていないことからコード化を行うことができなかった。
そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(B)本来存在するべき水素原子を紙面手前に置き、二面角位置コードのボンドを紙面向こう側に紙面に対して垂直に置き、水素原子と二面角位置コードのボンドのなす面と置換基あるいは原子と二面角位置コードのボンドのなす面による二面角が水素原子からみて時計回りに一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。また、アルギニン(Arg)側鎖、アスパラギン酸(Asn)側鎖及びグルタミン酸(Glu)側鎖の末端の二面角位置において、水素原子の位置が決められていないことから水素原子が結合している方の置換基を判定できず、二面角分類コードを決定するための優先置換基を選択することができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(C)その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。得られたX線結晶構造データを比較するための前記符号化立体配座表記を、文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。
次に、表計算ソフトウェアによりデータ読み込みを行い、アミノ酸配列毎に、側鎖をはさんでN末端側の主鎖、C末端側の主鎖及び側鎖を分けて構造相同性比較が行えるように処理を行った。構造の揺れに対処するため、対応する二面角位置における一つの二面角分類コードに関して、その二面角分類コードと隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高く、残りの二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理し構造相同性比較を行ったところ、アミノ酸配列の相同性が50.5%と非常に低いにもかかわらず、N末端側の主鎖の構造相同性比較では、94.2%の相同性、C末端側の主鎖の構造相同性比較でも92.2%の相同性、主鎖全体としても89.2%の相同性となっており、実施例2のアミノ酸配列の相同性が非常に高い場合とほとんど変わらない程度の二次構造の相同性をとることが確認された。免疫グロブリン軽鎖(2imm,2mcp,1a7o,3iy2)の符号化立体配座表記及び相同性の解析結果を表4に示す。(表中、最初の「相同性/aa配列」は、「アミノ酸配列相同性(同一性)」を指し、「相同性/揺許容」及び「主鎖の相同性」は、本発明の「揺れ許容演算解析法」により計算した相同性を表す。また、表中の二面角分類コードにおいて、演算処理の負荷を減らすためにαという符号の代わりにaという符号を、βという符号の代わりにbという符号を用いている。)四角で囲った部分はαへリックス及びβシートに対応するアミノ酸配列を示している。
このことから、αへリックス及びβシート以外のランダムコイルなどの二次構造についても符号化立体配座表記により構造のパターン認識ができるとともに、2imm及び2mcpのアミノ酸配列中の52番目から75番目「SER THR ARG GLU SER GLY VAL PRO ASP ARG
PHE THR GLY SER GLY SER GLY THR ASP PHE THR LEU THR ILE(配列番号2)」に対応する1a7oの「THR THR LEU ALA ASP GLY VAL PRO SER ARG PHE SER GLY SER GLY SER GLY THR GLN TYR SER LEU LYS ILE(配列番号3)」及び3iy2の「LYS THR LEU THR GLU GLY VAL PRO SER ARG PHE SER GLY SER GLY SER GLY THR GLN PHE SER LEU LYS ILE(配列番号4)」のように、アミノ酸配列の相同性は低くても構造の揺れを考慮した構造相同性の高いタンパク質構造をとることのできるアミノ酸配列パターンを、αへリックス及びβシート以外のランダムコイルなどの二次構造パターンを含んだ形で抽出できることがわかった。
さらに、詳細な解析から14-15、30-31、50-51、76-77、92-94番目のアミノ酸に非常に大きな二次構造の違いをとることの可能な部位が存在することが見出された。超可変領域(表4のアミノ酸配列番号において四角で囲った部分)との比較では、非常に大きな二次構造の違いをとるアミノ酸配列の3個の部位(30-31、50-51、92-94番目)が、それぞれ、CDR1、CDR2及びCDR3の領域に対応していた。それ以外にも、超可変領域ではないフレームワーク領域においても非常に大きな二次構造の違いをとることの可能な部位(14-15、76-77番目)が存在することがわかった。アミノ酸配列76-77番目における1a7oと3iy2の構造の違いを図10に示す。
(Example 3) Extraction of secondary structure patterns that allowed structural fluctuations in various immunoglobulin light chains and extraction of regions with extremely large changes other than CDRs
For the X-ray crystal structure data 2imm, 2mcp, 1a7o and 3iy2 of immunoglobulin light chain (MUS MUSCULUS, HOUSE MOUSE) registered in PDBj, using the method described in Patent Document 4, the molecular model accepts input. Based on the coded conformational notation consisting of a combination of a dihedral angle position code corresponding to each chemical bonding site and a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts. . A molecular model of the X-ray crystal structure data 1a7o is shown in FIG. At this time, when the dihedral angle position at the end of the valine (Val) side chain or leucine (Leu) side chain is the only preferred substituent for determining the dihedral angle classification code (2) In this case, hydrogen is selected because it is the case of selecting itself regardless of the order, but the encoding cannot be performed because the position of the hydrogen atom is not determined.
Therefore, when the X-ray crystal structure data were compared, (B) the hydrogen atom that should exist originally was placed in front of the paper, and the bond of the dihedral position code was placed perpendicular to the paper on the other side of the paper. A substituent or an atom whose dihedral angle due to a surface formed by a bond of a hydrogen atom and a dihedral angle position code or a surface formed by a bond of an atom and a dihedral angle position code is the smallest clockwise as viewed from the hydrogen atom Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting. In addition, hydrogen atoms are bonded because the position of the hydrogen atom is not determined at the dihedral angle positions of the arginine (Arg) side chain, aspartic acid (Asn) side chain, and glutamic acid (Glu) side chain. One of the substituents could not be determined, and the preferred substituent for determining the dihedral angle classification code could not be selected. Therefore, when the substituent or atom preferred when (C) other hydrogen atoms are excluded cannot be determined as determined when comparing the X-ray crystal structure data, the substitution with the smallest dihedral angle is performed. Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting groups or atoms. The encoded conformational notation for comparing the obtained X-ray crystal structure data was stored in a database as character string text data.
Next, the data is read by spreadsheet software, and for each amino acid sequence, the structural homology can be compared by separating the main chain on the N-terminal side, the main chain on the C-terminal side, and the side chain across the side chain. Processed. In order to deal with structural fluctuations, for one dihedral angle classification code at the corresponding dihedral angle position, the combination of the dihedral angle classification code and the adjacent dihedral angle classification code is highly homologous, and the remaining two surfaces The angle classification code was judged to have low homology, and was processed and compared for structural homology. The homology of the amino acid sequence was very low at 50.5%. In the sex comparison, the homology was 94.2%, the structural homology comparison of the main chain on the C-terminal side was 92.2% homology, and the entire main chain was 89.2% homology. It was confirmed that the homology of the secondary structure is almost the same as that of the case where the homology is very high. Table 4 shows the encoded conformation and homology analysis results of immunoglobulin light chain (2imm, 2mcp, 1a7o, 3iy2). (In the table, the first “homology / aa sequence” refers to “amino acid sequence homology (identity)”, and “homology / permissible” and “main chain homology” refer to “swing” of the present invention. Represents the homology calculated by the “allowable calculation analysis method.” In addition, in the dihedral angle classification code in the table, the symbol “a” is used instead of the symbol “α” in order to reduce the processing load, and the symbol “β” is substituted. The symbol b is used.) The portion enclosed by a square indicates the amino acid sequence corresponding to the α helix and β sheet.
From this, it is possible to recognize the structure pattern of the secondary structure such as a random coil other than the α helix and β sheet by the encoded conformation notation, and the 52nd to 75th amino acids in the amino acid sequence of 2imm and 2mcp. SER THR ARG GLU SER GLY VAL PRO ASP ARG
"THR THR LEU ALA ASP GLY VAL PRO SER ARG PHE SER GLY SER GLY SER GLY THR GLN TYR SER LEU LYS ILE corresponding to PHE THR GLY SER GLY SER GLY THR ASP PHE THR LEU THR ILE" (SEQ ID NO: 3) ”and 3iy2“ LYS THR LEU THR GLU GLY VAL PRO SER ARG PHE SER GLY SER GLY SER GLY THR GLN PHE SER LEU LYS ILE (SEQ ID NO: 4) ” Able to extract amino acid sequence patterns that can take a protein structure with high structural homology in consideration of structural fluctuations even if it is low, including secondary structure patterns such as random coils other than α helix and β sheet all right.
Furthermore, detailed analysis shows that there are sites that can take very large secondary structure differences in amino acids 14-15, 30-31, 50-51, 76-77, and 92-94. It was issued. In comparison with the hypervariable region (the portion enclosed in the square in the amino acid sequence number of Table 4), three sites (30-31, 50-51, 92- 94th) corresponded to the regions of CDR1, CDR2 and CDR3, respectively. In addition, it was found that there are sites (14-15, 76-77) that can take very large secondary structure differences in framework regions that are not hypervariable regions. The difference in structure between 1a7o and 3iy2 in amino acid sequence 76-77 is shown in FIG.

[表4]免疫グロブリン軽鎖(2imm,2mcp,1a7o,3iy2)の符号化立体配座表記と解析結果
[Table 4] Encoded conformational notation and analysis results of immunoglobulin light chain (2imm, 2mcp, 1a7o, 3iy2)

(実施例4)アミノ酸配列の相同性が高いシャペロニンGroELにおける構造上の揺れを許容した相同性比較
PDBjに登録されているアミノ酸配列の相同性が高いシャペロニンGroELのX線結晶構造データ1kidと1jonについて、前記特許文献4記載の方法を用いて、入力を受け付けた分子モデルに基づき、各々の化学結合部位に対応する二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードの組み合わせからなる前記符号化立体配座表記にコード化変換を行った。X線結晶構造データ1kidの分子モデルを図11に示す。このとき、バリン(Val)側鎖やロイシン(Leu)側鎖の末端の二面角位置において、二面角分類コードを決定するための優先置換基が(2)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのものを選択するというケースにあたるため水素が選択されるが、水素原子の位置が決められていないことからコード化を行うことができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(B)本来存在するべき水素原子を紙面手前に置き、二面角位置コードのボンドを紙面向こう側に紙面に対して垂直に置き、水素原子と二面角位置コードのボンドのなす面と置換基あるいは原子と二面角位置コードのボンドのなす面による二面角が水素原子からみて時計回りに一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。また、アルギニン(Arg)側鎖、アスパラギン酸(Asn)側鎖及びグルタミン酸(Glu)側鎖の末端の二面角位置において、水素原子の位置が決められていないことから水素原子が結合している方の置換基を判定できず、二面角分類コードを決定するための優先置換基を選択することができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(C)その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。得られたX線結晶構造データを比較するための前記符号化立体配座表記を、文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。
次に、表計算ソフトウェアによりデータ読み込みを行い、アミノ酸配列毎に、側鎖をはさんでN末端側の主鎖、C末端側の主鎖及び側鎖を分けて構造相同性比較が行えるように処理を行った。アミノ酸配列の相同性が100.0%にもかかわらず、1kidと1jonとでは360度を12分割して定められた二面角分類コードによるN末端側の主鎖の構造相同性比較では、76.3%程度の相同性しかなく、C末端側の主鎖の構造相同性比較でも48.2%程度の相同性しかなく、X線結晶構造データにおいてタンパク質構造に揺れが存在していた。
そこで、構造の揺れに対処するため、対応する二面角位置における一つの二面角分類コードに関して、その二面角分類コードと隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高く、残りの二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理し構造相同性比較を行ったところ、N末端側の主鎖の構造相同性比較では、99.3%の相同性、C末端側の主鎖の構造相同性比較でも99.3%の相同性、主鎖全体としても97.9%の相同性となっており、構造の揺れを考慮した相同性比較が行えることがわかった。シャペロニンGroEL(1kid,1jon)の符号化立体配座表記及び相同性の解析結果を表5に示す。(表中、最初の「相同性/aa配列」は、「アミノ酸配列相同性(同一性)」を指し、「相同性/12分割」は、従来法(特許文献4)により解析した相同性、「相同性/揺許容」及び「主鎖の相同性」は、本発明の「揺れ許容演算解析法」により計算した相同性を表す。また、表中の二面角分類コードにおいて、演算処理の負荷を減らすためにαという符号の代わりにaという符号を、βという符号の代わりにbという符号を用いている。)
あわせて、四角で囲ったαへリックス及びβシートに対応するアミノ酸配列に関して、構造の揺れを考慮した演算処理を行えばそれぞれの二次構造を符号化立体配座表記により、αへリックスであればN末端側の主鎖(二面角位置コードA)においては、{6α,3β,3α}という符号(CYSのみ優先則から選択されるボンドが異なるため例外となり、{5β,5α,1β}という符号で表される)で、C末端側の主鎖(二面角位置コードBC)においては、{5β4β,5β4α,5α4β,5α4α,1β4β,1β4α}という符号のいずれかの表記を中心に、βシートであればN末端側の主鎖(二面角位置コードA)においては、{1α,6β,6α,3β}という符号(CYSのみ優先則から選択されるボンドが異なるため例外となり、{2α,5β,5α}という符号で表される)で、C末端側の主鎖(二面角位置コードBC)においては、{3β4β,3β4α,3α4β,3α4α,4β4β,4β4α}という符号のいずれかの表記を中心に構成されており、タンパク質の二次構造がパターン認識できることがわかった。
(Example 4) Comparison of homology allowing structural fluctuations in chaperonin GroEL having high amino acid sequence homology
For the X-ray crystal structure data 1kid and 1jon of chaperonin GroEL with high homology of amino acid sequences registered in PDBj, using the method described in Patent Document 4 above, each chemical bond Coding conversion was performed on the encoded conformation notation composed of a combination of a dihedral angle position code corresponding to a part and a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts. A molecular model of the X-ray crystal structure data 1kid is shown in FIG. At this time, when the dihedral angle position at the end of the valine (Val) side chain or leucine (Leu) side chain is the only preferred substituent for determining the dihedral angle classification code (2) In this case, hydrogen is selected because it is the case of selecting itself regardless of the order, but the encoding cannot be performed because the position of the hydrogen atom is not determined. Therefore, when the X-ray crystal structure data were compared, (B) the hydrogen atom that should exist originally was placed in front of the paper, and the bond of the dihedral position code was placed perpendicular to the paper on the other side of the paper. A substituent or an atom whose dihedral angle due to a surface formed by a bond of a hydrogen atom and a dihedral angle position code or a surface formed by a bond of an atom and a dihedral angle position code is the smallest clockwise as viewed from the hydrogen atom Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting. In addition, hydrogen atoms are bonded because the position of the hydrogen atom is not determined at the dihedral angle positions of the arginine (Arg) side chain, aspartic acid (Asn) side chain, and glutamic acid (Glu) side chain. One of the substituents could not be determined, and the preferred substituent for determining the dihedral angle classification code could not be selected. Therefore, when the substituent or atom preferred when (C) other hydrogen atoms are excluded cannot be determined as determined when comparing the X-ray crystal structure data, the substitution with the smallest dihedral angle is performed. Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting groups or atoms. The encoded conformational notation for comparing the obtained X-ray crystal structure data was stored in a database as character string text data.
Next, the data is read by spreadsheet software, and for each amino acid sequence, the structural homology can be compared by separating the main chain on the N-terminal side, the main chain on the C-terminal side, and the side chain across the side chain. Processed. Although the homology of the amino acid sequence is 100.0%, 1kid and 1jon are approximately 76.3% in the comparison of the structural homology of the N-terminal main chain according to the dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts. In comparison with the structural homology of the C-terminal main chain, the homology was only about 48.2%, and the protein structure was shaken in the X-ray crystal structure data.
Therefore, in order to deal with the structural fluctuation, with respect to one dihedral angle classification code at the corresponding dihedral angle position, the combination of the dihedral angle classification code and the adjacent dihedral angle classification code is highly homologous, and the remaining When the dihedral angle classification code was judged to have low homology, it was processed and compared for structural homology. The structural homology comparison of the main chain on the N-terminal side showed 99.3% homology and the main homology on the C-terminal side. The structural homology comparison of the strands also showed 99.3% homology and 97.9% homology of the entire main chain, indicating that homology comparison can be performed taking into account structural fluctuations. Table 5 shows the encoded conformation and homology analysis results of chaperonin GroEL (1kid, 1jon). (In the table, the first “homology / aa sequence” refers to “amino acid sequence homology (identity)”, and “homology / 12 split” refers to homology analyzed by the conventional method (Patent Document 4), "Homology / shaking tolerance" and "main chain homology" represent the homology calculated by the "shaking tolerance calculation analysis method" of the present invention, and in the dihedral angle classification code in the table, (In order to reduce the load, the code a is used instead of the code α, and the code b is used instead of the code β.)
In addition, if the amino acid sequence corresponding to the α helix and β sheet enclosed in the square is processed in consideration of the structure fluctuation, each secondary structure can be expressed in the encoded conformation notation. For example, in the N-terminal main chain (dihedral angle position code A), the sign {6α, 3β, 3α} is an exception because only the bond selected from the priority rule is different for CYS, {5β, 5α, 1β} In the main chain on the C-terminal side (dihedral angle position code BC), centering on the notation of one of the symbols {5β4β, 5β4α, 5α4β, 5α4α, 1β4β, 1β4α} In the case of a β sheet, the N-terminal main chain (dihedral angle position code A) is an exception because the sign {1α, 6β, 6α, 3β} (only the bond selected from the priority rule for CYS is different, { 2α, 5β, 5α}) and the main chain on the C-terminal side (dihedral angle position code BC In, {3β4β, 3β4α, 3α4β, 3α4α, 4β4β, 4β4α} is constructed around a one notation of the code of the secondary structure of the protein was found to be pattern recognition.

[表5]シャペロニンGroEL(1kid,1jon)の符号化立体配座表記と解析結果
[Table 5] Coordinate conformation notation and analysis result of chaperonin GroEL (1kid, 1jon)

(実施例5)アミノ酸配列の相同性が低いシャペロニンGroELにおいて、構造上の揺れを許容した二次構造パターンが保存され構造相同性が高いことの確認
PDBjに登録されているシャペロニンGroELのX線結晶構造データ1srvと1kidについて、前記特許文献4記載の方法を用いて、入力を受け付けた分子モデルに基づき、各々の化学結合部位に対応する二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードの組み合わせからなる前記符号化立体配座表記にコード化変換を行った。X線結晶構造データ1srvの分子モデルを図12に示す。このとき、バリン(Val)側鎖やロイシン(Leu)側鎖の末端の二面角位置において、二面角分類コードを決定するための優先置換基が(2)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのものを選択するというケースにあたるため水素が選択されるが、水素原子の位置が決められていないことからコード化を行うことができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(B)本来存在するべき水素原子を紙面手前に置き、二面角位置コードのボンドを紙面向こう側に紙面に対して垂直に置き、水素原子と二面角位置コードのボンドのなす面と置換基あるいは原子と二面角位置コードのボンドのなす面による二面角が水素原子からみて時計回りに一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。また、アルギニン(Arg)側鎖、アスパラギン酸(Asn)側鎖及びグルタミン酸(Glu)側鎖の末端の二面角位置において、水素原子の位置が決められていないことから水素原子が結合している方の置換基を判定できず、二面角分類コードを決定するための優先置換基を選択することができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(C)その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。得られたX線結晶構造データを比較するための前記符号化立体配座表記を、文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。
次に、表計算ソフトウェアによりデータ読み込みを行い、アミノ酸配列毎に、側鎖をはさんでN末端側の主鎖、C末端側の主鎖及び側鎖を分けて構造相同性比較が行えるように処理を行った。構造の揺れに対処するため、対応する二面角位置における一つの二面角分類コードに関して、その二面角分類コードと隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高く、残りの二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理し構造相同性比較を行ったところ、アミノ酸配列の相同性が69.0%と低いにもかかわらず、N末端側の主鎖の構造相同性比較では、99.3%の相同性、C末端側の主鎖の構造相同性比較でも99.3%の相同性、主鎖全体としても97.9%の相同性となっており、実施例4のアミノ酸配列の相同性が一致する場合とほぼ同一の二次構造の相同性をとることが確認された。シャペロニンGroEL(1srv,1kid)の符号化立体配座表記及び相同性の解析結果を表6に示す。(表中、最初の「相同性/aa配列」は、「アミノ酸配列相同性(同一性)」を指し、「相同性/揺許容」及び「主鎖の相同性」は、本発明の「揺れ許容演算解析法」により計算した相同性を表す。また、表中の二面角分類コードにおいて、演算処理の負荷を減らすためにαという符号の代わりにaという符号を、βという符号の代わりにbという符号を用いている。)四角で囲った部分はαへリックス及びβシートに対応するアミノ酸配列を示している。
このことから、αへリックス及びβシート以外のランダムコイルなどの二次構造についても符号化立体配座表記により構造のパターン認識ができるとともに、1srvのアミノ酸配列中の193番目から223番目「TYR GLN PHE ASP LYS GLY TYR ILE SER PRO TYR PHE VAL THR ASN PRO GLU THR MET GLU ALA VAL LEU GLU ASP ALA PHE ILE LEU ILE VAL(配列番号5)」に対応する1kidの「MET GLN PHE ASP ARG GLY TYR LEU SER PRO TYR PHE ILE ASN LYS PRO GLU THR GLY ALA VAL GLU LEU GLU SER PRO PHE ILE LEU LEU ALA(配列番号6)」のように、アミノ酸配列の相同性は低くても構造の揺れを考慮した構造相同性の高いタンパク質構造をとることのできるアミノ酸配列パターンを、αへリックス及びβシート以外のランダムコイルなどの二次構造パターンを含んだ形で抽出できることがわかった。
さらに、主鎖の構造において224-225番目のアミノ酸に若干の構造の違いが存在することが抽出された。アミノ酸配列224-225番目における1srvと1kidの構造の違いを図13に示す。
(Example 5) In chaperonin GroEL with low homology of amino acid sequences, confirmation of secondary structural pattern allowing structural fluctuation and high structural homology
For the X-ray crystal structure data 1srv and 1kid of chaperonin GroEL registered in PDBj, the dihedral angles corresponding to each chemical binding site based on the molecular model that has been input using the method described in Patent Document 4 above. Coding conversion was performed on the coded conformational notation composed of a combination of a position code and a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts. A molecular model of the X-ray crystal structure data 1srv is shown in FIG. At this time, when the dihedral angle position at the end of the valine (Val) side chain or leucine (Leu) side chain is the only preferred substituent for determining the dihedral angle classification code (2) In this case, hydrogen is selected because it is the case of selecting itself regardless of the order, but the encoding cannot be performed because the position of the hydrogen atom is not determined. Therefore, when the X-ray crystal structure data were compared, (B) the hydrogen atom that should exist originally was placed in front of the paper, and the bond of the dihedral position code was placed perpendicular to the paper on the other side of the paper. A substituent or an atom whose dihedral angle due to a surface formed by a bond of a hydrogen atom and a dihedral angle position code or a surface formed by a bond of an atom and a dihedral angle position code is the smallest clockwise as viewed from the hydrogen atom Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting. In addition, hydrogen atoms are bonded because the position of the hydrogen atom is not determined at the dihedral angle positions of the arginine (Arg) side chain, aspartic acid (Asn) side chain, and glutamic acid (Glu) side chain. One of the substituents could not be determined, and the preferred substituent for determining the dihedral angle classification code could not be selected. Therefore, when the substituent or atom preferred when (C) other hydrogen atoms are excluded cannot be determined as determined when comparing the X-ray crystal structure data, the substitution with the smallest dihedral angle is performed. Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting groups or atoms. The encoded conformational notation for comparing the obtained X-ray crystal structure data was stored in a database as character string text data.
Next, the data is read by spreadsheet software, and for each amino acid sequence, the structural homology can be compared by separating the main chain on the N-terminal side, the main chain on the C-terminal side, and the side chain across the side chain. Processed. In order to deal with structural fluctuations, for one dihedral angle classification code at the corresponding dihedral angle position, the combination of the dihedral angle classification code and the adjacent dihedral angle classification code is highly homologous, and the remaining two surfaces The angle classification code was judged to have low homology and was processed and compared for structural homology. The structural homology of the main chain on the N-terminal side was compared even though the homology of the amino acid sequence was as low as 69.0%. , 99.3% homology, 99.3% homology in the structural homology comparison of the C-terminal main chain, and 97.9% homology in the entire main chain, the homology of the amino acid sequence of Example 4 It was confirmed that the homology of the secondary structure was almost the same as in the case of matching. Table 6 shows the encoded conformation and homology analysis results of chaperonin GroEL (1srv, 1kid). (In the table, the first “homology / aa sequence” refers to “amino acid sequence homology (identity)”, and “homology / permissible” and “main chain homology” refer to “swing” of the present invention. Represents the homology calculated by the “allowable calculation analysis method.” In addition, in the dihedral angle classification code in the table, the symbol “a” is used instead of the symbol “α” in order to reduce the processing load, and the symbol “β” is substituted. The symbol b is used.) The portion enclosed by a square indicates the amino acid sequence corresponding to the α helix and β sheet.
From this, secondary structures such as random coils other than α-helix and β-sheet can be recognized by structural conformation, and the 193rd to 223th “TYR GLN” in the amino acid sequence of 1srv. PHE ASP LYS GLY TYR ILE SER PRO TYR PHE VAL THR ASN PRO GLU THR MET GLU ALA VAL LEU GLU ASP ALA PHE ILE LEU ILE VAL (SEQ ID NO: 5) “PRO TYR PHE ILE ASN LYS PRO GLU THR GLY ALA VAL GLU LEU GLU SER PRO PHE ILE LEU LEU ALA” (SEQ ID NO: 6) ” It was found that an amino acid sequence pattern capable of having a high protein structure can be extracted in a form including a secondary structure pattern such as a random coil other than an α helix and a β sheet.
Furthermore, it was extracted that there are some structural differences in amino acids 224 to 225 in the main chain structure. FIG. 13 shows the difference in structure between 1srv and 1kid in the amino acid sequence 224-225.

[表6]シャペロニンGroEL(1srv,1kid)の符号化立体配座表記と解析結果
[Table 6] Coordinate conformation notation and analysis result of chaperonin GroEL (1srv, 1kid)

(実施例6)グルタチオン-S-トランスフェラーゼに取り込まれたグルタチオンのX線結晶構造データと密度汎関数法による構造最適化分子モデルに対する「揺れ許容演算解析法」の適用
PDBjに登録されているグルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)のX線結晶構造データ6gstにおいて、2分子の下記化学構造式(I)で表せるグルタチオンが取り込まれているが、その6gst_Iについて、前記特許文献4記載の方法を用いて、入力を受け付けた分子モデルに基づき、各々の化学結合部位に対応する二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードの組み合わせからなる前記符号化立体配座表記にコード化変換を行った。X線結晶構造データ6gst_Iの分子モデルを図14に示す。このとき、cglu側鎖の末端及びgly主鎖の末端の二面角位置において、水素原子の位置が決められていないことから水素原子が結合している方の置換基を判定できず、二面角分類コードを決定するための優先置換基を選択することができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(C)その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。得られたX線結晶構造データを比較するための前記符号化立体配座表記を、文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。
一方で、6gst_Iの保存された符号化立体配座表記を基に、不足している水素原子位置の予測を立て、立体配座の異なるいくつかのグルタチオン(I)の分子モデルを作成した後、密度汎関数法(B3LYP/6-31G*)を用いて構造最適化及び振動数計算を行った。その中で、もっとも安定な立体配座構造を選択し、X線結晶構造データと比較するために定義された、
(A)立体配座に関するIUPAC命名法の規則に準拠して、水素原子を除いた場合でも優先する置換基あるいは原子が決定できる場合にはその優先する置換基あるいは原子を選択する。
(B)立体配座に関するIUPAC命名法の(2)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのものを選択するという規則で水素が選択される場合には、本来存在するべき水素原子を紙面手前に置き、二面角位置コードのボンドを紙面向こう側に紙面に対して垂直に置き、水素原子と二面角位置コードのボンドのなす面と置換基あるいは原子と二面角位置コードのボンドのなす面による二面角が水素原子からみて時計回りに一番小さくなる置換基あるいは原子を選択する。
(C)その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択する。
という優先則に従いコード化変換を行った後、その符号化立体配座表記を、文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。
次に、表計算ソフトウェアによりデータ読み込みを行い、アミノ酸配列毎に、側鎖をはさんでN末端側の主鎖、C末端側の主鎖及び側鎖を分けて構造相同性比較が行えるように処理を行った。アミノ酸配列が完全に一致しているにもかかわらず、6gst_IとB3LYP計算から得られた分子モデルとでは、360度を12分割して定められた二面角分類コードによる主鎖の構造相同性比較ではあまり相同性は高くなく、ペプチド性チオール構造に揺れが存在していた。
そこで、構造の揺れに対処するため、対応する二面角位置における一つの二面角分類コードに関して、その二面角分類コードと隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高く、残りの二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理し構造相同性比較を行ったところ、N末端側の主鎖の構造相同性比較、C末端側の主鎖の構造相同性比較とも100.0%の相同性となっており、X線結晶構造データと理論計算から求められた構造データとの間で、構造の揺れを考慮した相同性比較が行えることがわかった。理論計算から求められたグルタチオン(I)の分子モデルを図15に示す。グルタチオン(I)(6gst_I,B3LYP計算)の符号化立体配座表記及び相同性の解析結果を表7に示す。(表中、最初の「相同性/aa配列」は、「アミノ酸配列相同性(同一性)」を指し、「相同性/12分割」は、従来法(特許文献4)により解析した相同性、「相同性/揺許容」及び「主鎖の相同性」は、本発明の「揺れ許容演算解析法」により計算した相同性を表す。また、表中の二面角分類コードにおいて、演算処理の負荷を減らすためにαという符号の代わりにaという符号を、βという符号の代わりにbという符号を用いている。)
(Example 6) Application of “sway tolerance calculation analysis method” to X-ray crystal structure data of glutathione incorporated into glutathione-S-transferase and a molecular optimization molecular model by density functional theory
In the X-ray crystal structure data 6gst of glutathione-S-transferase (GST) registered in PDBj, two molecules of glutathione represented by the following chemical structural formula (I) are incorporated. Based on the molecular model that received the input using the method described in 4, the combination of a dihedral angle position code corresponding to each chemical bonding site and a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 A coding conversion was performed on the coded conformational notation. A molecular model of the X-ray crystal structure data 6gst_I is shown in FIG. At this time, in the dihedral angle position of the end of the cglu side chain and the end of the gly main chain, since the position of the hydrogen atom is not determined, the substituent to which the hydrogen atom is bonded cannot be determined. The preferred substituent for determining the corner classification code could not be selected. Therefore, when the substituent or atom preferred when (C) other hydrogen atoms are excluded cannot be determined as determined when comparing the X-ray crystal structure data, the substitution with the smallest dihedral angle is performed. Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting groups or atoms. The encoded conformational notation for comparing the obtained X-ray crystal structure data was stored in a database as character string text data.
On the other hand, based on the conserved encoded conformational notation of 6gst_I, we predicted the missing hydrogen atom position, and created several glutathione (I) molecular models with different conformations, Structural optimization and frequency calculation were performed using the density functional method (B3LYP / 6-31G *). Among them, the most stable conformational structure was selected and defined to compare with X-ray crystal structure data.
(A) In accordance with the IUPAC nomenclature rules regarding conformation, when a preferred substituent or atom can be determined even when a hydrogen atom is removed, the preferred substituent or atom is selected.
(B) Conformational IUPAC nomenclature (2) When only one is different from the other, when hydrogen is selected according to the rule of selecting itself regardless of the order, Place the bond of the dihedral angle position code in front of the page, and place the bond of the dihedral angle code perpendicular to the surface of the sheet on the other side of the sheet. Select the substituent or atom whose dihedral angle due to the bond plane is the smallest in the clockwise direction when viewed from the hydrogen atom.
(C) If the preferred substituent or atom cannot be determined when other hydrogen atoms are removed, the substituent or atom having the smallest dihedral angle is selected.
The coded conformation notation was stored in the database as character string text data.
Next, the data is read by spreadsheet software, and for each amino acid sequence, the structural homology can be compared by separating the main chain on the N-terminal side, the main chain on the C-terminal side, and the side chain across the side chain. Processed. Despite the complete match of the amino acid sequences, 6gst_I and the molecular model obtained from the B3LYP calculation compare the structural homology of the main chain with the dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 However, the homology was not so high, and there was a fluctuation in the peptide thiol structure.
Therefore, in order to deal with the structural fluctuation, with respect to one dihedral angle classification code at the corresponding dihedral angle position, the combination of the dihedral angle classification code and the adjacent dihedral angle classification code is highly homologous, and the remaining The dihedral angle classification code was judged to have low homology, and was processed and compared for structural homology. Both structural homology comparison of the main chain on the N-terminal side and structural homology comparison of the main chain on the C-terminal side were performed. The homology was 100.0%, and it was found that the homology could be compared between the X-ray crystal structure data and the structure data obtained from the theoretical calculation in consideration of the structural fluctuation. A molecular model of glutathione (I) obtained from theoretical calculation is shown in FIG. Table 7 shows the encoded conformation notation and homology analysis results of glutathione (I) (6gst_I, B3LYP calculation). (In the table, the first “homology / aa sequence” refers to “amino acid sequence homology (identity)”, and “homology / 12 split” refers to homology analyzed by the conventional method (Patent Document 4), "Homology / shaking tolerance" and "main chain homology" represent the homology calculated by the "shaking tolerance calculation analysis method" of the present invention, and in the dihedral angle classification code in the table, (In order to reduce the load, the code a is used instead of the code α, and the code b is used instead of the code β.)

[表7]グルタチオン(I) (6gst_I,B3LYP計算)の符号化立体配座表記と解析結果
[Table 7] Encoded conformational notation and analysis results of glutathione (I) (6gst_I, B3LYP calculation)

(実施例7)ヒト血清アルブミン(HSA)に取り込まれた(S)-イブプロフェンのX線結晶構造データと赤外円二色性(VCD)スペクトル解析から求められた分子モデルに対する「揺れ許容演算解析法」の適用
PDBjに登録されているヒト血清アルブミン(HSA)のX線結晶構造データ2bxgにおいて、4分子の下記化学構造式(II)で表せる(S)-イブプロフェンが取り込まれているが、その2bxg_A1、2bxg_A2、2bxg_B1及び2bxg_B2について、前記特許文献4記載の方法を用いて、入力を受け付けた分子モデルに基づき、各々の化学結合部位に対応する二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードの組み合わせからなる前記符号化立体配座表記にコード化変換を行った。このとき、二面角位置コードAのイソプロピル基において、二面角分類コードを決定するための優先置換基が(2)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのものを選択するというケースにあたるため水素が選択されるが、水素原子の位置が決められていないことからコード化を行うことができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(B)本来存在するべき水素原子を紙面手前に置き、二面角位置コードのボンドを紙面向こう側に紙面に対して垂直に置き、水素原子と二面角位置コードのボンドのなす面と置換基あるいは原子と二面角位置コードのボンドのなす面による二面角が水素原子からみて時計回りに一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。また、二面角位置コードDのカルボキシル基において、水素原子の位置が決められていないことから水素原子が結合している方の置換基を判定できず、二面角分類コードを決定するための優先置換基を選択することができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(C)その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。得られたX線結晶構造データを比較するための前記符号化立体配座表記を、それぞれ文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。
一方で、前記特許文献4の実施例8に記載の、赤外円二色性(VCD)スペクトルの密度汎関数法(B3LYP/6-31G*)を用いた解析から求められた重クロロホルム溶液中で存在比の大きい(S)-イブプロフェン(II)の立体配座構造の分子モデルを、保存していたデータベースから読み込み、X線結晶構造データと比較するために新たに定義された、
(A)立体配座に関するIUPAC命名法の規則に準拠して、水素原子を除いた場合でも優先する置換基あるいは原子が決定できる場合にはその優先する置換基あるいは原子を選択する。
(B)立体配座に関するIUPAC命名法の(2)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのものを選択するという規則で水素が選択される場合には、本来存在するべき水素原子を紙面手前に置き、二面角位置コードのボンドを紙面向こう側に紙面に対して垂直に置き、水素原子と二面角位置コードのボンドのなす面と置換基あるいは原子と二面角位置コードのボンドのなす面による二面角が水素原子からみて時計回りに一番小さくなる置換基あるいは原子を選択する。
(C)その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択する。
という優先則に従いコード化変換を行った後、そのX線結晶構造データ比較用符号化立体配座表記を、文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。
次に、表計算ソフトウェアによりデータ読み込みを行い、二面角位置コード毎に構造相同性比較が行えるように処理を行った。360度を12分割して定められた二面角分類コードによる二面角位置コード毎の構造相同性比較では、X線結晶構造データ同士及びX線結晶構造データと理論計算から求められた構造データの組み合わせともあまり相同性は高くなく、構造に揺れが存在していた。
そこで、構造の揺れに対処するため、対応する二面角位置における一つの二面角分類コードに関して、その二面角分類コードと隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高く、残りの二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理し構造相同性比較を行ったところ、4個のX線結晶構造データ(2bxg_A1,2bxg_A2,2bxg_B1,2bxg_B2)と理論計算から求められた構造データ(B3LYP計算)との間で、12分割相同性では、25.0%であるのに対して本発明の演算処理を行うと、相同性75.0%と評価され、構造の揺れを考慮した相同性比較が行えることがわかった。
また、重クロロホルム溶液において複数存在する、存在比の大きい(S)-イブプロフェン(II)の立体配座構造の中に構造の揺れを考慮した相同性が一致するものが存在し、その符号化立体配座表記を抽出できることがわかった。(S)-イブプロフェン(II) (2bxg_A1,2bxg_A2,2bxg_B1,2bxg_B2,B3LYP計算)の符号化立体配座表記及びそれらの組み合わせによる相同性の解析結果を表8に示す。(表中、「相同性/12分割」は、従来法(特許文献4)により解析した相同性、「相同性」は、本発明の「揺れ許容演算解析法」により計算した相同性を表す。また、表中の二面角分類コードにおいて、演算処理の負荷を減らすためにαという符号の代わりにaという符号を、βという符号の代わりにbを、τという符号の代わりにtという符号という符号を用いている。)
さらに、2bxg_B1、2bxg_B2及びB3LYP計算の構造データにおいて、構造の揺れを考慮した相同性は非常に高いが、特に2bxg_A1のみphpa-CDの部位の立体配座の構造が大きく異なっていることがわかった。
(Example 7) “Swing tolerance calculation analysis for molecular model obtained from X-ray crystal structure data and infrared circular dichroism (VCD) spectrum analysis of (S) -ibuprofen incorporated into human serum albumin (HSA)” Of law
In the X-ray crystal structure data 2bxg of human serum albumin (HSA) registered in PDBj, (S) -ibuprofen represented by the following chemical structural formula (II) of 4 molecules is incorporated, but 2bxg_A1, 2bxg_A2, 2bxg_B1 and 2bxg_B2 were determined by dividing the dihedral angle position code corresponding to each chemical binding site and 360 degrees into 12 parts based on the molecular model that accepted the input using the method described in Patent Document 4. Coding conversion was performed on the coded conformational notation composed of a combination of dihedral angle classification codes. In this case, in the isopropyl group of dihedral angle position code A, when (2) only one of the preferential substituents for determining the dihedral angle classification code is different from the other, it selects itself regardless of the order. Therefore, hydrogen was selected, but the encoding could not be performed because the position of the hydrogen atom was not determined. Therefore, when the X-ray crystal structure data were compared, (B) the hydrogen atom that should exist originally was placed in front of the paper, and the bond of the dihedral position code was placed perpendicular to the paper on the other side of the paper. A substituent or an atom whose dihedral angle due to a surface formed by a bond of a hydrogen atom and a dihedral angle position code or a surface formed by a bond of an atom and a dihedral angle position code is the smallest clockwise as viewed from the hydrogen atom Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting. In addition, in the carboxyl group of dihedral angle position code D, since the position of the hydrogen atom is not determined, the substituent to which the hydrogen atom is bonded cannot be determined, and the dihedral angle classification code for determining the dihedral angle classification code The preferred substituent could not be selected. Therefore, when the substituent or atom preferred when (C) other hydrogen atoms are excluded cannot be determined as determined when comparing the X-ray crystal structure data, the substitution with the smallest dihedral angle is performed. Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting groups or atoms. The encoded conformational notation for comparing the obtained X-ray crystal structure data was stored in the database as character string text data.
On the other hand, in the deuterated chloroform solution obtained from the analysis using the density functional method (B3LYP / 6-31G *) of the infrared circular dichroism (VCD) spectrum described in Example 8 of Patent Document 4 above. The (S) -ibuprofen (II) conformational structure molecular model, which has a large abundance ratio, is newly defined to read from the stored database and compare it with the X-ray crystal structure data.
(A) In accordance with the IUPAC nomenclature rules regarding conformation, when a preferred substituent or atom can be determined even when a hydrogen atom is removed, the preferred substituent or atom is selected.
(B) Conformational IUPAC nomenclature (2) When only one is different from the other, when hydrogen is selected according to the rule of selecting itself regardless of the order, Place the bond of the dihedral angle position code in front of the page, and place the bond of the dihedral angle code perpendicular to the surface of the sheet on the other side of the sheet. Select the substituent or atom whose dihedral angle due to the bond plane is the smallest in the clockwise direction when viewed from the hydrogen atom.
(C) If the preferred substituent or atom cannot be determined when other hydrogen atoms are removed, the substituent or atom having the smallest dihedral angle is selected.
Then, the coded conformation notation for X-ray crystal structure data comparison was stored in the database as character string text data.
Next, data was read by spreadsheet software, and processing was performed so that structural homology comparison could be performed for each dihedral angle position code. In the structural homology comparison for each dihedral angle position code by the dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12, the X-ray crystal structure data and the structural data obtained from the X-ray crystal structure data and theoretical calculation There was not much homology with this combination, and there was shaking in the structure.
Therefore, in order to deal with the structural fluctuation, with respect to one dihedral angle classification code at the corresponding dihedral angle position, the combination of the dihedral angle classification code and the adjacent dihedral angle classification code is highly homologous, and the remaining The dihedral angle classification code was judged to have low homology and was processed and subjected to structural homology comparison. As a result, four X-ray crystal structure data (2bxg_A1,2bxg_A2,2bxg_B1,2bxg_B2) and theoretical calculation were obtained. Compared to the structural data (B3LYP calculation), the 12-fold homology is 25.0%, but when the calculation processing of the present invention is performed, the homology is evaluated as 75.0%, and the homology considering the fluctuation of the structure It was found that comparison was possible.
In addition, there are several conformational structures of (S) -ibuprofen (II) that exist multiple times in deuterochloroform solution, and the homologous structure considering the fluctuation of the structure is consistent. It was found that conformation notation can be extracted. Table 8 shows the results of the analysis of the homology of the (S) -ibuprofen (II) (2bxg_A1,2bxg_A2,2bxg_B1,2bxg_B2, B3LYP calculation) coding conformation and combinations thereof. (In the table, “homology / 12 division” represents the homology analyzed by the conventional method (Patent Document 4), and “homology” represents the homology calculated by the “swing allowable arithmetic analysis method” of the present invention. Also, in the dihedral angle classification codes in the table, in order to reduce the processing load, the code a is used instead of the code α, b is used instead of the code β, and code t is used instead of the code τ. The sign is used.)
Furthermore, in the structural data of the 2bxg_B1, 2bxg_B2 and B3LYP calculations, it was found that the homology considering the structural fluctuation was very high, but the conformation structure of the ppa-CD site was particularly different only in 2bxg_A1. .

[表8](S)-イブプロフェン(II) (2bxg_A1,2bxg_A2,2bxg_B1,2bxg_B2,B3LYP計算)の符号化立体配座表記及びそれらの組み合わせによる相同性の解析結果
[Table 8] Coordinate conformation notation of (S) -ibuprofen (II) (2bxg_A1,2bxg_A2,2bxg_B1,2bxg_B2, B3LYP calculation) and results of homology analysis by their combination

(実施例8)プリオンタンパク質における免疫グロブリンとの相互作用の有無での構造の揺れを考慮した構造相同性比較
PDBjに登録されているプリオンタンパク質(HOMO SAPIENS、HUMAN)のX線結晶構造データ1i4mとプリオンタンパク質(HOMO SAPIENS、HUMAN)が免疫グロブリン(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)と相互作用しているX線結晶構造データ2w9eについて、前記特許文献4記載の方法を用いて、入力を受け付けた分子モデルに基づき、各々の化学結合部位に対応する二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードの組み合わせからなる前記符号化立体配座表記にコード化変換を行った。プリオンタンパク質のX線結晶構造データ1i4m及び2w9eの分子モデルをそれぞれ、図16及び図17に示す。このとき、バリン(Val)側鎖やロイシン(Leu)側鎖の末端の二面角位置において、二面角分類コードを決定するための優先置換基が(2)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのものを選択するというケースにあたるため水素が選択されるが、水素原子の位置が決められていないことからコード化を行うことができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(B)本来存在するべき水素原子を紙面手前に置き、二面角位置コードのボンドを紙面向こう側に紙面に対して垂直に置き、水素原子と二面角位置コードのボンドのなす面と置換基あるいは原子と二面角位置コードのボンドのなす面による二面角が水素原子からみて時計回りに一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。また、アルギニン(Arg)側鎖、アスパラギン酸(Asn)側鎖及びグルタミン酸(Glu)側鎖の末端の二面角位置において、水素原子の位置が決められていないことから水素原子が結合している方の置換基を判定できず、二面角分類コードを決定するための優先置換基を選択することができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(C)その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。得られたX線結晶構造データを比較するための前記符号化立体配座表記を、文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。
次に、表計算ソフトウェアによりデータ読み込みを行い、アミノ酸配列毎に、側鎖をはさんでN末端側の主鎖、C末端側の主鎖及び側鎖を分けて構造相同性比較が行えるように処理を行った。アミノ酸配列は同一であるが、1i4mにおいてタンパク質分子中のジスルフィド結合が切れており、図16及び17で示されるように分子全体としても非常に構造は異なっていた。さらに、1i4mと2w9eとでは360度を12分割して定められた二面角分類コードによるN末端側の主鎖の構造相同性比較では、48.0%程度の相同性しかなく、C末端側の主鎖の構造相同性比較でも42.9%程度の相同性しかなく、X線結晶構造データにおいて、分子全体の構造の違いとともにタンパク質構造に揺れも同時に存在していた。
そこで、構造の揺れの影響を除くため、対応する二面角位置における一つの二面角分類コードに関して、その二面角分類コードと隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高く、残りの二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理し構造相同性比較を行ったところ、N末端側の主鎖の構造相同性比較では、91.8%程度の相同性、C末端側の主鎖の構造相同性比較でも90.8%程度の相同性、主鎖全体としても86.9%程度の相同性となっており、構造の揺れを考慮した構造変化相同性比較が行えることがわかった。プリオンタンパク質(1i4m,2w9e)の符号化立体配座表記及び相同性の解析結果を表9に示す。(表中、最初の「相同性/aa配列」は、「アミノ酸配列相同性(同一性)」を指し、「相同性/12分割」は、従来法(特許文献4)により解析した相同性、「相同性/揺許容」及び「主鎖の相同性」は、本発明の「揺れ許容演算解析法」により計算した相同性を表す。また、表中の二面角分類コードにおいて、演算処理の負荷を減らすためにαという符号の代わりにaという符号を、βという符号の代わりにbという符号を用いている。)
このことから、αへリックス、βシート、ランダムコイルなどのその他の二次構造に対応するアミノ酸配列に関して、構造の揺れを考慮した演算処理を行えばそれぞれの二次構造を符号化立体配座表記によりパターン認識できるとともに、分子全体として大きく構造は異なっていてもアミノ酸配列に対応する構造相同性は86.9%程度と高いことがわかった。
さらに、詳細な解析から141-143、190-198番目のアミノ酸に非常に大きな二次構造の違いをとることの可能な部位が存在することが見出された。アミノ酸配列141-143番目における1i4mと2w9eの構造の違いを図18に示す。特に、αへリックスの大きな二次構造変化が可能なアミノ酸配列パターンとして、1i4m及び2w9eのアミノ酸配列中の190番目から193番目「THR THR THR THR(配列番号7)」及び1i4m及び2w9eのアミノ酸配列中の195番目から198番目「GLY GLU ASN PHE(配列番号8)」のフラグメントが抽出された。アミノ酸配列190-198番目における1i4mと2w9eの構造の違いを図19に示す。
(Example 8) Structural homology comparison in consideration of fluctuation of structure in the presence or absence of interaction with immunoglobulin in prion protein
X-ray crystal structure data 1i4m of prion protein (HOMO SAPIENS, HUMAN) registered with PDBj and prion protein (HOMO SAPIENS, HUMAN) interact with immunoglobulin (MUS MUSCULUS, HOUSE MOUSE) For the data 2w9e, the dihedral angle position code corresponding to each chemical binding site and 360 degrees divided into 12 are determined based on the molecular model that has received the input using the method described in Patent Document 4. Coding conversion was performed on the coded conformational notation composed of combinations of face angle classification codes. The molecular models of the prion protein X-ray crystal structure data 1i4m and 2w9e are shown in FIGS. 16 and 17, respectively. At this time, when the dihedral angle position at the end of the valine (Val) side chain or leucine (Leu) side chain is the only preferred substituent for determining the dihedral angle classification code (2) In this case, hydrogen is selected because it is the case of selecting itself regardless of the order, but the encoding cannot be performed because the position of the hydrogen atom is not determined. Therefore, when the X-ray crystal structure data were compared, (B) the hydrogen atom that should exist originally was placed in front of the paper, and the bond of the dihedral position code was placed perpendicular to the paper on the other side of the paper. A substituent or an atom whose dihedral angle due to a surface formed by a bond of a hydrogen atom and a dihedral angle position code or a surface formed by a bond of an atom and a dihedral angle position code is the smallest clockwise as viewed from the hydrogen atom Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting. In addition, hydrogen atoms are bonded because the position of the hydrogen atom is not determined at the dihedral angle positions of the arginine (Arg) side chain, aspartic acid (Asn) side chain, and glutamic acid (Glu) side chain. One of the substituents could not be determined, and the preferred substituent for determining the dihedral angle classification code could not be selected. Therefore, when the substituent or atom preferred when (C) other hydrogen atoms are excluded cannot be determined as determined when comparing the X-ray crystal structure data, the substitution with the smallest dihedral angle is performed. Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting groups or atoms. The encoded conformational notation for comparing the obtained X-ray crystal structure data was stored in a database as character string text data.
Next, the data is read by spreadsheet software, and for each amino acid sequence, the structural homology can be compared by separating the main chain on the N-terminal side, the main chain on the C-terminal side, and the side chain across the side chain. Processed. Although the amino acid sequence was the same, the disulfide bond in the protein molecule was broken at 1i4m, and the structure of the whole molecule was very different as shown in FIGS. Furthermore, in the comparison of the structural homology of the N-terminal main chain according to the dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 for 1i4m and 2w9e, there is only about 48.0% homology, and the C-terminal main The structural homology comparison of the chains also showed a homology of only 42.9%, and in the X-ray crystal structure data, there was a fluctuation in the protein structure as well as the difference in the structure of the whole molecule.
Therefore, in order to eliminate the influence of structural fluctuation, for one dihedral angle classification code at the corresponding dihedral angle position, the combination of the dihedral angle classification code and the adjacent dihedral angle classification code is highly homologous, and the remaining The dihedral angle classification code was judged to have low homology, and was processed and compared for structural homology. The structural homology comparison of the main chain on the N-terminal side revealed a homology of about 91.8% and the C-terminal side. Comparison of the structural homology of the main chain of the protein was about 90.8% homology, and the whole main chain was about 86.9% of homology, indicating that structural change homology comparison can be performed in consideration of structural fluctuations. Table 9 shows the encoded conformation and homology analysis results of the prion protein (1i4m, 2w9e). (In the table, the first “homology / aa sequence” refers to “amino acid sequence homology (identity)”, and “homology / 12 split” refers to homology analyzed by the conventional method (Patent Document 4), "Homology / shaking tolerance" and "main chain homology" represent the homology calculated by the "shaking tolerance calculation analysis method" of the present invention, and in the dihedral angle classification code in the table, (In order to reduce the load, the code a is used instead of the code α, and the code b is used instead of the code β.)
Therefore, with regard to amino acid sequences corresponding to other secondary structures such as α-helix, β-sheet, and random coil, each secondary structure is encoded conformational notation if arithmetic processing considering structural fluctuation is performed. It was found that the structure homology corresponding to the amino acid sequence was as high as 86.9% even though the structure was greatly different as a whole.
Furthermore, it was found from detailed analysis that there is a site capable of taking a very large secondary structure difference at amino acids 141-143 and 190-198. The difference in structure between 1i4m and 2w9e in amino acid sequence 141-143 is shown in FIG. In particular, as amino acid sequence patterns capable of changing the secondary structure of a large α helix, the 190 th to 193 th “THR THR THR THR (SEQ ID NO: 7)” and 1 i4m and 2w9e amino acid sequences in the 1i4m and 2w9e amino acid sequences Among them, the 195th to 198th “GLY GLU ASN PHE (SEQ ID NO: 8)” fragment was extracted. FIG. 19 shows the difference in structure between 1i4m and 2w9e in the amino acid sequence 190-198.

[表9]プリオンタンパク質(1i4m,2w9e)の符号化立体配座表記と解析結果
[Table 9] Encoded conformational notation and analysis results of prion protein (1i4m, 2w9e)

(実施例9)各種免疫グロブリンにおけるプリオンタンパク質との相互作用の有無での構造の揺れを考慮した構造相同性比較
PDBjに登録されている免疫グロブリン(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)のX線結晶構造データ2mcpとプリオンタンパク質(HOMO SAPIENS、HUMAN)が免疫グロブリン(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)と相互作用しているX線結晶構造データ2w9eについて、可変領域とアミノ酸配列がよく保存されている定常領域を含む軽鎖の全領域に関して、前記特許文献4記載の方法を用いて、入力を受け付けた分子モデルに基づき、各々の化学結合部位に対応する二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードの組み合わせからなる前記符号化立体配座表記にコード化変換を行った。プリオンタンパク質と免疫グロブリンが相互作用しているX線結晶構造データ2w9eの分子モデルを図20に示す。このとき、バリン(Val)側鎖やロイシン(Leu)側鎖の末端の二面角位置において、二面角分類コードを決定するための優先置換基が(2)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのものを選択するというケースにあたるため水素が選択されるが、水素原子の位置が決められていないことからコード化を行うことができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(B)本来存在するべき水素原子を紙面手前に置き、二面角位置コードのボンドを紙面向こう側に紙面に対して垂直に置き、水素原子と二面角位置コードのボンドのなす面と置換基あるいは原子と二面角位置コードのボンドのなす面による二面角が水素原子からみて時計回りに一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。また、アルギニン(Arg)側鎖、アスパラギン酸(Asn)側鎖及びグルタミン酸(Glu)側鎖の末端の二面角位置において、水素原子の位置が決められていないことから水素原子が結合している方の置換基を判定できず、二面角分類コードを決定するための優先置換基を選択することができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(C)その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。得られたX線結晶構造データを比較するための前記符号化立体配座表記を、文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。
次に、表計算ソフトウェアによりデータ読み込みを行い、アミノ酸配列毎に、側鎖をはさんでN末端側の主鎖、C末端側の主鎖及び側鎖を分けて構造相同性比較が行えるように処理を行った。アミノ酸配列の相同性が78.8%の2mcpと2w9eとでは360度を12分割して定められた二面角分類コードによるN末端側の主鎖の構造相同性比較では、52.1%程度の相同性しかなく、C末端側の主鎖の構造相同性比較でも31.8%程度の相同性しかなく、X線結晶構造データにおいてタンパク質構造に揺れが存在していた。
そこで、構造の揺れに対処するため、対応する二面角位置における一つの二面角分類コードに関して、その二面角分類コードと隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高く、残りの二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理し構造相同性比較を行ったところ、N末端側の主鎖の構造相同性比較では、89.6%の相同性、C末端側の主鎖の構造相同性比較でも91.5%の相同性、主鎖全体としても84.4%の相同性となっており、構造の揺れを考慮した相同性比較によりアミノ酸配列の相同性程度の構造の相同性が確認された。免疫グロブリン軽鎖(2mcp,2w9e)の符号化立体配座表記及び相同性の解析結果を表10に示す。(表中、最初の「相同性/aa配列」は、「アミノ酸配列相同性(同一性)」を指し、「相同性/12分割」は、従来法(特許文献4)により解析した相同性、「相同性/揺許容」及び「主鎖の相同性」は、本発明の「揺れ許容演算解析法」により計算した相同性を表す。また、表中の二面角分類コードにおいて、演算処理の負荷を減らすためにαという符号の代わりにaという符号を、βという符号の代わりにbという符号を用いている。)
詳細な解析から、可変領域では14-15、29-31、41-42、50-51番目のアミノ酸に非常に大きな二次構造の違いをとることの可能な部位が存在することが見出され、そのうちの2カ所が超可変領域(表10のアミノ酸配列番号において四角で囲った部分)のCDR1とCDR2の領域に一致していた。さらに、定常領域のアミノ酸配列はほぼ一致しているにもかかわらず、2mcp及び2w9eのアミノ酸配列中の150番目から158番目「ILE ASP GLY SER GLU ARG GLN ASN GLY(配列番号9)」のような比較的長いペプチド鎖間で、非常に大きな二次構造の違いをとることの可能な部位が存在することがわかった。アミノ酸配列150-158番目における2mcpと2w9eの構造の違いを図21に示す。
(Example 9) Comparison of structural homology in consideration of fluctuation of structure with and without interaction with prion protein in various immunoglobulins
X-ray crystal structure data 2mcp and prion protein (HOMO SAPIENS, HUMAN) of immunoglobulin (MUS MUSCULUS, HOUSE MOUSE) registered with PDBj interact with immunoglobulin (MUS MUSCULUS, HOUSE MOUSE) With respect to the structure data 2w9e, with respect to the entire region of the light chain including the variable region and the constant region in which the amino acid sequence is well conserved, each chemistry is determined based on the molecular model that has received input using the method described in Patent Document 4. Coding conversion was performed to the coded conformational notation composed of a combination of a dihedral angle position code corresponding to the binding site and a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts. FIG. 20 shows a molecular model of X-ray crystal structure data 2w9e in which prion protein and immunoglobulin interact. At this time, when the dihedral angle position at the end of the valine (Val) side chain or leucine (Leu) side chain is the only preferred substituent for determining the dihedral angle classification code (2) In this case, hydrogen is selected because it is the case of selecting itself regardless of the order, but the encoding cannot be performed because the position of the hydrogen atom is not determined. Therefore, when the X-ray crystal structure data were compared, (B) the hydrogen atom that should exist originally was placed in front of the paper, and the bond of the dihedral position code was placed perpendicular to the paper on the other side of the paper. A substituent or an atom whose dihedral angle due to a surface formed by a bond of a hydrogen atom and a dihedral angle position code or a surface formed by a bond of an atom and a dihedral angle position code is the smallest clockwise as viewed from the hydrogen atom Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting. In addition, hydrogen atoms are bonded because the position of the hydrogen atom is not determined at the dihedral angle positions of the arginine (Arg) side chain, aspartic acid (Asn) side chain, and glutamic acid (Glu) side chain. One of the substituents could not be determined, and the preferred substituent for determining the dihedral angle classification code could not be selected. Therefore, when the substituent or atom preferred when (C) other hydrogen atoms are excluded cannot be determined as determined when comparing the X-ray crystal structure data, the substitution with the smallest dihedral angle is performed. Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting groups or atoms. The encoded conformational notation for comparing the obtained X-ray crystal structure data was stored in a database as character string text data.
Next, the data is read by spreadsheet software, and for each amino acid sequence, the structural homology can be compared by separating the main chain on the N-terminal side, the main chain on the C-terminal side, and the side chain across the side chain. Processed. In 2mcp and 2w9e with 78.8% amino acid sequence homology, the structural homology comparison of the N-terminal main chain by dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 is only 52.1% homology Furthermore, even in the structural homology comparison of the main chain on the C-terminal side, there was only about 31.8% homology, and there was a fluctuation in the protein structure in the X-ray crystal structure data.
Therefore, in order to deal with the structural fluctuation, with respect to one dihedral angle classification code at the corresponding dihedral angle position, the combination of the dihedral angle classification code and the adjacent dihedral angle classification code is highly homologous, and the remaining When the dihedral angle classification code was judged to have low homology, it was processed and the structural homology was compared. The structural homology comparison of the N-terminal main chain revealed that the homology of 89.6% In the structural homology comparison of the chains, the homology is 91.5% and the whole main chain is 84.4% homology. confirmed. Table 10 shows the encoded conformation and homology analysis results of the immunoglobulin light chain (2mcp, 2w9e). (In the table, the first “homology / aa sequence” refers to “amino acid sequence homology (identity)”, and “homology / 12 split” refers to homology analyzed by the conventional method (Patent Document 4), "Homology / shaking tolerance" and "main chain homology" represent the homology calculated by the "shaking tolerance calculation analysis method" of the present invention, and in the dihedral angle classification code in the table, (In order to reduce the load, the code a is used instead of the code α, and the code b is used instead of the code β.)
Detailed analysis reveals that in the variable region, amino acids 14-15, 29-31, 41-42, and 50-51 have sites that can take very large secondary structure differences. Two of them corresponded to the CDR1 and CDR2 regions of the hypervariable region (the portion surrounded by a square in the amino acid sequence number of Table 10). Furthermore, although the amino acid sequences of the constant regions are almost the same, the 150th to 158th “ILE ASP GLY SER GLU ARG GLN ASN GLY (SEQ ID NO: 9)” in the amino acid sequences of 2mcp and 2w9e It was found that there are sites that can take very large secondary structure differences between relatively long peptide chains. FIG. 21 shows the difference in structure between 2mcp and 2w9e in the amino acid sequence 150-158.

[表10]免疫グロブリン軽鎖(2mcp,2w9e)の符号化立体配座表記と解析結果
[Table 10] Encoded conformational notation and analysis results of immunoglobulin light chain (2mcp, 2w9e)

(実施例10)免疫グロブリンと相互作用をしているプリオンタンパク質の側鎖を含む相互作用部位に対する「揺れ許容演算解析法」の適用
PDBjに登録されているプリオンタンパク質(HOMO SAPIENS、HUMAN)が免疫グロブリン(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)と相互作用しているX線結晶構造データ2w9eとそのアミノ酸配列が一致する免疫グロブリン(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)のみのX線結晶構造データ2w9dについて、超可変領域を含む、プリオンタンパク質と免疫グロブリンが相互作用している軽鎖の領域のみを抽出して、前記特許文献4記載の方法を用いて、入力を受け付けた分子モデルに基づき、各々の化学結合部位に対応する二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードの組み合わせからなる前記符号化立体配座表記にコード化変換を行った。抽出されたプリオンタンパク質と免疫グロブリン軽鎖が相互作用している領域のX線結晶構造データ2w9eの分子モデルを図22に示す。このとき、バリン(Val)側鎖やロイシン(Leu)側鎖の末端の二面角位置において、二面角分類コードを決定するための優先置換基が(2)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのものを選択するというケースにあたるため水素が選択されるが、水素原子の位置が決められていないことからコード化を行うことができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(B)本来存在するべき水素原子を紙面手前に置き、二面角位置コードのボンドを紙面向こう側に紙面に対して垂直に置き、水素原子と二面角位置コードのボンドのなす面と置換基あるいは原子と二面角位置コードのボンドのなす面による二面角が水素原子からみて時計回りに一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。また、アルギニン(Arg)側鎖、アスパラギン酸(Asn)側鎖及びグルタミン酸(Glu)側鎖の末端の二面角位置において、水素原子の位置が決められていないことから水素原子が結合している方の置換基を判定できず、二面角分類コードを決定するための優先置換基を選択することができなかった。そこで、X線結晶構造データを比較する際に定められた、(C)その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択するという優先則に従いコード化変換を行った。得られたX線結晶構造データを比較するための前記符号化立体配座表記を、文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。
次に、表計算ソフトウェアによりデータ読み込みを行い、アミノ酸配列毎に、側鎖をはさんでN末端側の主鎖、C末端側の主鎖及び側鎖を分けて構造相同性比較が行えるように処理を行った。アミノ酸配列が一致する2w9eと2w9dとでは360度を12分割して定められた二面角分類コードによるN末端側の主鎖の構造相同性比較では、72.2%程度の相同性しかなく、C末端側の主鎖の構造相同性比較でも51.9%程度の相同性しかなく、X線結晶構造データにおいてタンパク質構造に揺れが存在していた。
そこで、構造の揺れに対処しかつ側鎖の構造相同性比較も行うため、対応する二面角位置における一つの二面角分類コードに関して、1)その二面角分類コードと隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高い(○)、2)一つの二面角分類コードをはさんだ比較的近い二面角分類コードの組み合わせの相同性は中程度(△)、3)それ以外の二面角分類コードの組み合わせの相同性は低い(×)と判定して演算処理し構造相同性比較を行ったところ、N末端側の主鎖の構造相同性比較では、98.1%の相同性、C末端側の主鎖の構造相同性比較で100.0%の相同性となっており、構造の揺れを考慮した相同性比較によりプリオンタンパク質が相互作用しても免疫グロブリン軽鎖の超可変領域付近の主鎖に大きな二次構造の変化は起こらないことが確認された。抽出された領域の免疫グロブリン軽鎖(2w9e,2w9d)の符号化立体配座表記及び相同性の解析結果を表11に示す。(表中、最初の「相同性/aa配列」は、「アミノ酸配列相同性(同一性)」を指し、「相同性/(厳密)」は、従来法(特許文献4)により解析した相同性、「相同性/揺許容」は、本発明の「揺れ許容演算解析法」により計算した相同性を表す。また、表中の二面角分類コードにおいて、演算処理の負荷を減らすためにαという符号の代わりにaという符号を、βという符号の代わりにbという符号を用いている。)
詳細な解析から、免疫グロブリン軽鎖のアミノ酸側鎖においても構造の揺れを考慮すると、プリオンタンパク質が相互作用しても78.7%の構造相同性をとることが見出された。特に、プリオンタンパク質と直接相互作用している31番目のTYR、49番目のASP、90番目のTRP、91番目のARG及び95番目のTYRにおいて、91番目のARGの二カ所の二面角分類コードを除いて、構造の揺れを考慮して構造相同性は高いことがわかった。さらに、アミノ酸側鎖において大きな構造の違いをとることの可能な部位が抽出された。アミノ酸配列90-92番目における2w9eと2w9dの構造の違いを図23に示す。
さらに、抽出された領域のプリオンタンパク質側についても実施例8の解析結果を用いて、2w9eと1i4mのアミノ酸側鎖の構造相同性比較もあわせて行った。抽出された領域のプリオンタンパク質(2w9e,1i4m)の符号化立体配座表記及び相同性の解析結果を表12A(主鎖)及び表12B(側鎖)に示す。(表12A中、最初の「相同性/aa配列」は、「アミノ酸配列相同性(同一性)」を指し、「相同性/(厳密)」は、従来法(特許文献4)により解析した相同性、「相同性/揺許容」は、本発明の「揺れ許容演算解析法」により計算した相同性を表す。表12B中、最初の「相同性/aa配列」は、「アミノ酸配列相同性(同一性)」を指し、「相同性/(厳密)」は、従来法(特許文献4)により解析した相同性、「相同性/揺許容」は、本発明の「揺れ許容演算解析法」により計算した相同性を表す。また、表12A及び表12B中の二面角分類コードにおいて、演算処理の負荷を減らすためにαという符号の代わりにaという符号を、βという符号の代わりにbという符号を用いている。)特に、免疫グロブリン軽鎖と直接相互作用している148番目のARG及び151番目のARGにおいて、構造の揺れを考慮して主鎖のみならず側鎖についても構造相同性は非常に高いことがわかった。また、アミノ酸側鎖の根本の部分のみの二面角分類コードの比較では、抽出された領域において構造の揺れを考慮して92.0%の構造相同性が見出された。アミノ酸配列151-152番目における2w9eと1i4mの構造の違いを図24に示す。
(Example 10) Application of “sway tolerance calculation analysis method” to an interaction site containing a side chain of a prion protein interacting with an immunoglobulin
Immunoglobulin (MUS MUSCULUS, HOUSE) whose amino acid sequence matches the X-ray crystal structure data 2w9e in which prion protein (HOMO SAPIENS, HUMAN) registered in PDBj interacts with immunoglobulin (MUS MUSCULUS, HOUSE MOUSE) MOUSE) only for X-ray crystal structure data 2w9d, extracting only the region of the light chain in which the prion protein and immunoglobulin interact, including the hypervariable region, and using the method described in Patent Document 4, The encoded conformation notation comprising a combination of a dihedral angle position code corresponding to each chemical bonding site and a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 based on the molecular model that has received the input Coded conversion was performed. FIG. 22 shows a molecular model of the X-ray crystal structure data 2w9e in the region where the extracted prion protein interacts with the immunoglobulin light chain. At this time, when the dihedral angle position at the end of the valine (Val) side chain or leucine (Leu) side chain is the only preferred substituent for determining the dihedral angle classification code (2) In this case, hydrogen is selected because it is the case of selecting itself regardless of the order, but the encoding cannot be performed because the position of the hydrogen atom is not determined. Therefore, when the X-ray crystal structure data were compared, (B) the hydrogen atom that should exist originally was placed in front of the paper, and the bond of the dihedral position code was placed perpendicular to the paper on the other side of the paper. A substituent or an atom whose dihedral angle due to a surface formed by a bond of a hydrogen atom and a dihedral angle position code or a surface formed by a bond of an atom and a dihedral angle position code is the smallest clockwise as viewed from the hydrogen atom Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting. In addition, hydrogen atoms are bonded because the position of the hydrogen atom is not determined at the dihedral angle positions of the arginine (Arg) side chain, aspartic acid (Asn) side chain, and glutamic acid (Glu) side chain. One of the substituents could not be determined, and the preferred substituent for determining the dihedral angle classification code could not be selected. Therefore, when the substituent or atom preferred when (C) other hydrogen atoms are excluded cannot be determined as determined when comparing the X-ray crystal structure data, the substitution with the smallest dihedral angle is performed. Coded conversion was performed according to the priority rule of selecting groups or atoms. The encoded conformational notation for comparing the obtained X-ray crystal structure data was stored in a database as character string text data.
Next, the data is read by spreadsheet software, and for each amino acid sequence, the structural homology can be compared by separating the main chain on the N-terminal side, the main chain on the C-terminal side, and the side chain across the side chain. Processed. In 2w9e and 2w9d, which have the same amino acid sequence, the structural homology of the main chain on the N-terminal side according to the dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 is only about 72.2% homology, and the C-terminal The structural homology comparison of the main chain on the side showed only about 51.9% homology, and there was fluctuation in the protein structure in the X-ray crystal structure data.
Therefore, in order to cope with structural fluctuation and to compare the structural homology of the side chains, one dihedral angle classification code at the corresponding dihedral angle position is as follows: 1) Dihedral angle adjacent to the dihedral angle classification code Combination of classification codes has high homology (○), 2) Moderate homology of relatively close dihedral angle classification codes across one dihedral angle classification code (△), 3) Other When the homology of the dihedral angle classification code combination was judged to be low (×) and the structural homology comparison was performed, the structural homology comparison of the N-terminal main chain showed 98.1% homology, Compared to the structural homology of the main chain on the C-terminal side, the homology is 100.0%, and even if the prion protein interacts with the homology comparison considering structural fluctuations, it is near the hypervariable region of the immunoglobulin light chain. No major secondary structure changes in the main chain It has been confirmed. Table 11 shows the encoded conformation and homology analysis results of the extracted regions of the immunoglobulin light chain (2w9e, 2w9d). (In the table, the first “homology / aa sequence” refers to “amino acid sequence homology (identity)”, and “homology / (strict)” refers to homology analyzed by the conventional method (Patent Document 4). , “Homology / shaking tolerance” represents the homology calculated by the “shaking tolerance calculation analysis method” of the present invention, and α in order to reduce the processing load in the dihedral angle classification code in the table. (The code a is used instead of the code, and the code b is used instead of the code β.)
From the detailed analysis, it was found that even when the amino acid side chain of the immunoglobulin light chain was taken into account in the structural fluctuation, even when the prion protein interacted, it had 78.7% structural homology. In particular, in the 31st TYR, 49th ASP, 90th TRP, 91th ARG and 95th TYR that interact directly with the prion protein, two dihedral angle classification codes of the 91st ARG Except for, it was found that the structural homology was high considering the fluctuation of the structure. Furthermore, the site | part which can take a big structural difference in an amino acid side chain was extracted. The difference in structure between 2w9e and 2w9d in amino acid sequence 90-92 is shown in FIG.
Furthermore, on the prion protein side of the extracted region, the structural homology comparison of the amino acid side chains of 2w9e and 1i4m was also performed using the analysis results of Example 8. Table 12A (main chain) and Table 12B (side chain) show the encoded conformational notation and homology analysis results of the extracted region of the prion protein (2w9e, 1i4m). (In Table 12A, the first “homology / aa sequence” refers to “amino acid sequence homology (identity)”, and “homology / (strict)” refers to homology analyzed by the conventional method (Patent Document 4). The sex, “homology / accuracy” represents the homology calculated by the “sway tolerance calculation analysis method” of the present invention.In Table 12B, the first “homology / aa sequence” is “amino acid sequence homology ( Identity ”),“ homology / (strict) ”is the homology analyzed by the conventional method (Patent Document 4), and“ homology / shaking ”is the“ shaking tolerance calculation analysis method ”of the present invention. In addition, in the dihedral angle classification codes in Tables 12A and 12B, the sign a is substituted for the sign α and b is substituted for the sign β in the dihedral angle classification codes in Tables 12A and 12B. In particular, the number 148 interacts directly with the immunoglobulin light chain. In the ARG and 151 th ARG, structural homology also not without side chain only the main chain in view of the sway of the structure was found to be very high. In addition, in the comparison of dihedral angle classification codes of only the base part of the amino acid side chain, a structural homology of 92.0% was found in the extracted region in consideration of the structural fluctuation. The difference in structure between 2w9e and 1i4m in the amino acid sequence 151-152 is shown in FIG.

[表11]抽出された領域の免疫グロブリン軽鎖(2w9e,2w9d)の符号化立体配座表記と解析結果
[Table 11] Encoded conformational notation and analysis result of immunoglobulin light chain (2w9e, 2w9d) of extracted region

[表12A]抽出された領域のプリオンタンパク質(2w9e,1i4m)の符号化立体配座表記と解析結果(主鎖)
[表12B]抽出された領域のプリオンタンパク質(2w9e,1i4m)の符号化立体配座表記と解析結果(側鎖)
[Table 12A] Encoded conformational notation and analysis results (principal chain) of prion protein (2w9e, 1i4m) in the extracted region
[Table 12B] Encoded conformational notation and analysis result (side chain) of prion protein (2w9e, 1i4m) in the extracted region

(実施例11)遊離因子RF2におけるαへリックス及びβシート構造パターン解析
実施例8のαへリックスフラグメントの多い、プリオンタンパク質(HOMO SAPIENS、HUMAN)のX線結晶構造データ1i4mとプリオンタンパク質(HOMO SAPIENS、HUMAN)から、主鎖(ABC)のαへリックス構造パターンとして、3β5α4βを抽出した。
一方で、実施例9のβシートフラグメントの多い、免疫グロブリン(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)のX線結晶構造データ2mcpとプリオンタンパク質(HOMO SAPIENS、HUMAN)が免疫グロブリン(MUS MUSCULUS、HOUSE MOUSE)と相互作用しているX線結晶構造データ2w9eから、主鎖(ABC)のβシート構造パターンとして、6α4β4βを抽出した。
次にPDBjに登録されているリボソームRNA(THERMUS THERMOPHILUS)が遊離因子RF2(THERMUS THERMOPHILUS)と相互作用しているX線結晶構造データ2wh1とそのアミノ酸配列の相同性が高い遊離因子RF2(THERMUS THERMOPHILUS)のみのX線結晶構造データ2ihrについて、実施例8と同様の方法を用いてコード化変換を行った。得られたX線結晶構造データを比較するための前記符号化立体配座表記を、文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。
表計算ソフトウェアによりデータ読み込みを行い、アミノ酸配列毎に、側鎖をはさんでN末端側の主鎖、C末端側の主鎖及び側鎖を分けて構造相同性比較が行えるように処理を行った。2ihrについて、主鎖(ABC)のαへリックス構造パターンとの前記3−7.の改良した「揺れ許容演算解析法」を用いた解析を行ったところ、表13に示すようにαへリックス構造パターンは59.4%程度存在することが確認でき、それ以外の領域ではαへリックス以外の構造パターンが抽出された。同様に、2ihrについて、主鎖(ABC)のβシート構造パターンとの前記3−7.の改良した「揺れ許容演算解析法」を用いた解析を行ったところ、表14に示すようにβシート構造パターンは30.0%程度存在することが確認でき、それ以外の領域ではβシート以外の構造パターンが抽出された。
さらに、大きな立体配座構造の違いのみ取り出すために、遊離因子RF2単独の場合の構造データ2ihrと、リボソームRNA分子との相互作用によって分子構造中の比較的大きな揺れが予想される2wh1の構造データについて、前記3−7.の改良した「揺れ許容演算解析法」を適用した構造相同性評価を行った。当該構造相同性評価によれば、表15に示すように、88.9%程度の構造相同性をとることが確認された。(なお、表13〜15中、最初の「相同性/aa配列」は、「アミノ酸配列相同性(同一性)」を指し、「相同性/12分割」は、従来法(特許文献4)により解析した相同性、「主鎖の相同性」は、本発明の前記3−7.の改良した「揺れ許容演算解析法」により計算した相同性を表す。また、表13〜15中の二面角分類コードにおいて、演算処理の負荷を減らすためにαという符号の代わりにaという符号を、βという符号の代わりにbという符号を用いている。)さらに、先に抽出された、αへリックス以外の構造パターン及びβシート以外の構造パターンの解析結果と組み合わせて、2ihrのαへリックス及びβシート以外の構造パターンにおける主鎖の構造変化フラグメントが抽出された(表15)。分子モデルの重ね合わせによる、2ihrと2wh1の中の遊離因子RF2の分子全体の構造の違いを図25に示す。図25に示されるように、2ihrと2wh1では複数箇所での構造変化が同時に起こっており、従来の分子モデルの重ね合わせによる解析では構造の違いを把握することは困難であるが、表15に示される解析結果から、他分子との相互作用により起こる分子構造変化において、本質的に機能するフラグメントの構造変化領域をコード化により理解できることが立証された。
(Example 11) Analysis of α-helix and β-sheet structure pattern in free factor RF2 X-ray crystal structure data 1i4m and prion protein (HOMO SAPIENS) of prion protein (HOMO SAPIENS, HUMAN) rich in α-helix fragment of Example 8 , HUMAN), 3β5α4β was extracted as the α-helix structure pattern of the main chain (ABC).
On the other hand, the X-ray crystal structure data 2mcp of immunoglobulin (MUS MUSCULUS, HOUSE MOUSE) and prion protein (HOMO SAPIENS, HUMAN), which are rich in β-sheet fragments of Example 9, interact with immunoglobulin (MUS MUSCULUS, HOUSE MOUSE). From the acting X-ray crystal structure data 2w9e, 6α4β4β was extracted as the β-sheet structure pattern of the main chain (ABC).
Next, the ribosomal RNA (THERMUS THERMOPHILUS) registered in PDBj interacts with the release factor RF2 (THERMUS THERMOPHILUS). X-ray crystal structure data 2wh1 and the release factor RF2 (THERMUS THERMOPHILUS) have high amino acid sequence homology. Only X-ray crystal structure data 2ihr was subjected to coding conversion using the same method as in Example 8. The encoded conformational notation for comparing the obtained X-ray crystal structure data was stored in a database as character string text data.
Data is read by spreadsheet software and processed so that the structure homology can be compared for each amino acid sequence by separating the main chain on the N-terminal side, the main chain on the C-terminal side, and the side chain across the side chain. It was. 2ihr and the α-helix structure pattern of the main chain (ABC) 3-7. As shown in Table 13, it was confirmed that there was about 59.4% α-helix structure pattern as shown in Table 13, and in other areas, other than α-helix. The structure pattern was extracted. Similarly, for 2ihr, the above 3-7. With the β sheet structure pattern of the main chain (ABC) As shown in Table 14, it was confirmed that there was about 30.0% of the β sheet structure pattern, and in other areas, the structure other than the β sheet was analyzed. A pattern was extracted.
Furthermore, in order to extract only the difference in the large conformational structure, the structure data 2ihr when the free factor RF2 alone is used and the structure data of 2wh1 where a relatively large fluctuation in the molecular structure is expected due to the interaction with the ribosomal RNA molecule 3-7. The structural homology was evaluated by applying the improved "sway tolerance calculation method". According to the structural homology evaluation, as shown in Table 15, it was confirmed that the structural homology was about 88.9%. (In Tables 13 to 15, the first “homology / aa sequence” refers to “amino acid sequence homology (identity)”, and “homology / 12 division” is determined by the conventional method (Patent Document 4). The analyzed homology, “main-chain homology”, represents the homology calculated by the “swing tolerance calculation analysis method” improved in 3-7 of the present invention. In the angle classification code, in order to reduce the processing load, the code a is used instead of the code α, and the code b is used instead of the code β.) In addition, the α helix previously extracted is used. The structural change fragments of the main chain in the structural pattern other than 2ihr α-helix and β-sheet were extracted in combination with the structural pattern other than 1 and structural pattern analysis other than β-sheet (Table 15). FIG. 25 shows the difference in the structure of the whole molecule of the free factor RF2 in 2ihr and 2wh1 due to the superposition of the molecular models. As shown in FIG. 25, in 2ihr and 2wh1, structural changes occur at a plurality of locations at the same time, and it is difficult to grasp the difference in structure by analysis by superimposing conventional molecular models. From the analysis results shown, it was proved that the structural change region of the fragment that essentially functions can be understood by coding in the molecular structural change caused by the interaction with other molecules.

[表13]遊離因子RF2(2ihr)の符号化立体配座表記とαへリックス構造パターン解析結果
[Table 13] Coding conformation notation of release factor RF2 (2ihr) and α helix structure pattern analysis result

[表14]遊離因子RF2(2ihr)の符号化立体配座表記とβシート構造パターン解析結果
[Table 14] Coding conformation notation of release factor RF2 (2ihr) and β sheet structure pattern analysis result

[表15]遊離因子RF2(2ihr,2wh1)の符号化立体配座表記と解析結果
[Table 15] Coding conformation notation and analysis results of free factor RF2 (2ihr, 2wh1)

(実施例12)リボソームRNAにおけるステム型構造パターンの確認と伸長因子EF-Tu及び遊離因子RF2の違いにより生じるリボソームRNAの構造変化に特徴的な構造パターンの抽出
PDBjに登録されているステム型の二重らせん構造を有する合成されたRNAのX線結晶構造データ1r9fについて、下記化学構造式(III)で表せるRNAを構成するフラグメントの二面角位置コードの定義に基づき、実施例8と同様の方法を用いてコード化変換を行った。1r9fから、主鎖(ABC-D-EF)のステム型構造パターンとして、3β1β3β-1α-1α3βを抽出した。
次にPDBjに登録されているリボソーム(THERMUS THERMOPHILUS)が伸長因子EF-Tu(THERMUS THERMOPHILUS)と相互作用しているX線結晶構造データ2wrnとリボソーム(THERMUS THERMOPHILUS)が遊離因子RF2(THERMUS THERMOPHILUS)と相互作用しているX線結晶構造データ2wh1のそれぞれのリボソームRNAの分子構造データについて、下記化学構造式(III)で表せるRNAを構成するフラグメントの二面角位置コードの定義に基づき、実施例8と同様の方法を用いてコード化変換を行った。得られたX線結晶構造データを比較するための前記符号化立体配座表記を、文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。
表計算ソフトウェアによりデータ読み込みを行い、核酸塩基配列毎に、主鎖及び側鎖を分けて構造相同性比較が行えるように処理を行った。2wrnについて、主鎖(ABC-D-EF)ステム型構造パターン3β1β3β-1α-1α3βとの前記3−7.の改良した「揺れ許容演算解析法」を用いた解析を行ったところ、ステム型構造パターンは63.6%程度存在し、ステム型以外の構造パターンが抽出された。
さらに、大きな立体配座構造の違いのみ取り出すために、2wrnと2wh1の中のリボソームRNAの構造データについて、前記3−7.の改良した「揺れ許容演算解析法」を用いた構造相同性評価を行った。前記3−7.の改良した「揺れ許容演算解析法」を用いた構造相同性評価では表16に示すように、88.5%程度の構造相同性をとることが確認された。(表中、最初の「相同性/base配列」は、「核酸塩基配列相同性(同一性)」を指し、「相同性/12分割」は、従来法(特許文献4)により解析した相同性、「主鎖の相同性」は、本発明の前記3−7.の改良した「揺れ許容演算解析法」により計算した相同性を表す。また、表中の二面角分類コードにおいて、演算処理の負荷を減らすためにαという符号の代わりにaという符号を、βという符号の代わりにbという符号を用いている。)さらに、先に抽出された、ステム型以外の構造パターンの解析結果と組み合わせて、2wrnのステム型以外の構造パターンにおける主鎖の構造変化フラグメントが抽出された(表16)。分子モデルの重ね合わせによる、2wrnと2wh1の中のリボソームRNAの分子全体の構造の違いを図26に示す。図26に示されるように、リボソームRNA のような巨大生体高分子になると、従来の分子モデルの重ね合わせによる解析では構造の違いを把握することは困難であるが、表16に示される解析結果から、他分子との相互作用により起こる分子構造変化において、本質的に機能するフラグメントの構造変化領域をコード化により理解できることが立証された。
さらに、2wrnにおいて図27に示す伸長因子EF-Tuと相互作用している周縁部に焦点を当てて詳細な解析を行ったところ、A55、C366-U368及びC372において、それぞれステム型以外の、A-1β5β2α-6α-3β6α、C-3α1β3β-6α-3β1α-U-2α1α2β-6α-3β3β-U-3β5β2α-6α-6β2α及びC-3β5β2β-6α-6α1βという主鎖の構造パターンを持ち、2wh1にみられる構造とは異なる構造パターンを取りうるRNAフラグメントであることがわかった。分子モデルの重ね合わせによる、2wrnと2wh1の中のリボソームRNAのC366-C372における構造の違いを図28に示す。このように、従来の分子モデルの重ね合わせによる解析では構造の違いを把握することは困難であるが、他分子との相互作用により起こる分子構造変化において、機能に関与する特徴的な構造パターンがコード化により理解できることが立証された。
(Example 12) Confirmation of stem-type structural pattern in ribosomal RNA and extraction of structural pattern characteristic of structural change of ribosomal RNA caused by difference between elongation factor EF-Tu and release factor RF2
Definition of dihedral angle position codes of fragments constituting RNA represented by the following chemical structural formula (III) for Xr-ray crystal structure data 1r9f of synthesized RNA having stem type double helix structure registered in PDBj Based on the above, coding conversion was performed using the same method as in Example 8. From 1r9f, 3β1β3β-1α-1α3β was extracted as the stem-type structure pattern of the main chain (ABC-D-EF).
Next, the ribosome registered in PDBj (THERMUS THERMOPHILUS) interacts with the elongation factor EF-Tu (THERMUS THERMOPHILUS). Regarding the molecular structure data of each ribosomal RNA of the interacting X-ray crystal structure data 2wh1, based on the definition of the dihedral angle position code of the fragment constituting the RNA represented by the following chemical structural formula (III), Example 8 The coding conversion was performed using the same method. The encoded conformational notation for comparing the obtained X-ray crystal structure data was stored in a database as character string text data.
Data was read by spreadsheet software, and processing was performed so that the structure homology comparison could be performed by separating the main chain and side chain for each nucleobase sequence. 2wrn with the main chain (ABC-D-EF) stem-type structure pattern 3β1β3β-1α-1α3β, 3-7. As a result of analysis using the improved “swing tolerance calculation analysis method”, about 63.6% of the stem type structural patterns existed, and structural patterns other than the stem type were extracted.
Further, in order to extract only the difference in the large conformational structure, the structure data of ribosomal RNA in 2wrn and 2wh1 are described in 3-7. The structural homology was evaluated using the improved "sway tolerance calculation analysis method". 3-7. As shown in Table 16, it was confirmed that structural homology of about 88.5% was obtained in the structural homology evaluation using the improved “swing tolerance calculation analysis method”. (In the table, the first “homology / base sequence” refers to “nucleobase sequence homology (identity)”, and “homology / 12 division” refers to homology analyzed by the conventional method (Patent Document 4). , “Homology of main chain” represents the homology calculated by the improved “swing tolerance calculation analysis method” of 3-7 of the present invention. In order to reduce the load, the code a is used in place of the code α and the code b is used in place of the code β.) In combination, structurally altered fragments of the main chain in a structural pattern other than the 2wrn stem type were extracted (Table 16). FIG. 26 shows the difference in the structure of the entire molecule of ribosomal RNA in 2wrn and 2wh1 due to the superposition of molecular models. As shown in FIG. 26, when a giant biopolymer such as ribosomal RNA is used, it is difficult to grasp the difference in structure by analysis by conventional molecular model superposition, but the analysis results shown in Table 16 From the above, it was proved that the structural change region of the fragment that essentially functions in the molecular structural change caused by the interaction with other molecules can be understood by coding.
Furthermore, when a detailed analysis was performed focusing on the peripheral part interacting with the elongation factor EF-Tu shown in FIG. 27 at 2wrn, A55, C366-U368 and C372 each had an A -1β5β2α-6α-3β6α, C-3α1β3β-6α-3β1α-U-2α1α2β-6α-3β3β-U-3β5β2α-6α-6β2α and C-3β5β2β-6α-6α1β main chain structural pattern, only 2wh1 It was found to be an RNA fragment that can take a structural pattern different from the structure obtained. FIG. 28 shows the difference in structure at C366-C372 of ribosomal RNA in 2wrn and 2wh1 by superimposing molecular models. In this way, it is difficult to grasp the difference in structure by the conventional analysis by superimposing molecular models, but there are characteristic structural patterns related to the function in the molecular structure change caused by the interaction with other molecules. It was proved that it can be understood by coding.

[表16]リボソームRNA
(2wrn,2wh1)の符号化立体配座表記と解析結果

[Table 16] Ribosomal RNA
(2wrn, 2wh1) coding conformation notation and analysis results

(実施例13)small interfering RNA(siRNA)における特徴的な新規構造パターンの抽出
PDBjに登録されているsmall interfering RNA(siRNA)のX線結晶構造データ1di2_C、1di2_D、1di2_E、1di2_G、1r9f_B、1r9f_C、1rpu_CA、1rpu_CB、1rpu_DA、1rpu_DB、1si2_B、1si3_B、1zbh_E、1zbh_F、2bgg_P、2bgg_Q、2bgg_R、2bgg_S、2f8s_C、2f8s_D、2f8t_C、2f8t_D、2g92_A、2g92_B、3cz3_EA、3cz3_EB、3cz3_FA、3cz3_FB、3cz3_GA、3cz3_GB、3cz3_HA、3cz3_HBについて、実施例12と同様の方法を用いてRNAを構成するフラグメントの二面角位置コードの定義に基づきコード化変換を行った。得られた、新規構造パターンを抽出するための前記符号化立体配座表記を、文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。
表計算ソフトウェアにより、データベースに保存された、新規構造パターンを抽出するための前記符号化立体配座表記及び実施例12の1r9fから抽出された、主鎖(ABC-D-EF)のステム型構造パターン(3β1β3β-1α-1α3β)のデータ読み込みを行い、核酸塩基配列毎に、主鎖及び側鎖を分けて構造相同性比較が行えるように処理を行った。新規構造パターンを抽出するための、siRNAの前記符号化立体配座表記について、主鎖(ABC-D-EF)ステム型構造パターン3β1β3β-1α-1α3βとの前記3−7.の改良した「揺れ許容演算解析法」を用いた解析を行ったところ、ステム型構造パターン3β1β3β-1α-1α3βと相同性が高い構造パターンは72.6%程度存在し、それ以外の構造パターンが抽出された。
それ以外の構造パターンの中から、出現頻度の高い構造パターン1β1α2β-1α-6α3βを抽出し、前記3−7.の改良した「揺れ許容演算解析法」を用いて、ステム型構造パターン3β1β3β-1α-1α3βとは異なる構造パターンであることを確認した。次に、新規構造パターンを抽出するための、siRNAの前記符号化立体配座表記について、構造パターン1β1α2β-1α-6α3βとの前記3−7.の改良した「揺れ許容演算解析法」を用いた解析を行ったところ、構造パターン1β1α2β-1α-6α3βと相同性が高い構造パターンは10.8%程度存在し、それ以外の構造パターンが抽出された。
ステム型構造パターン3β1β3β-1α-1α3β及び構造パターン1β1α2β-1α-6α3β以外の構造パターンの中から、前記3−7.の改良した「揺れ許容演算解析法」を用いて、新規構造パターンであることを確認した上で、前記新規構造パターン抽出処理を繰り返したところ、21個の構造パターンが抽出され、解析を行ったsiRNAのX線結晶構造データはすべてこれら21個の構造パターンのいずれかに属する構造パターンを有していた。抽出された21個の構造パターンの分類を、出現頻度の高い順に表17に示す。(表中の二面角分類コードにおいて、αという符号の代わりにaという符号を、βという符号の代わりにbという符号を用いている。)
(Example 13) Extraction of characteristic new structure pattern in small interfering RNA (siRNA)
Small interfering RNA (siRNA) X-ray crystal structure data registered in PDBj 1di2_C, 1di2_D, 1di2_E, 1di2_G, 1r9f_B, 1r9f_C, 1rpu_CA, 1rpu_CB, 1rpu_DA, 1rpu_DB, 1si2_B, 1si3_B, 1b 2bgg_R, 2bgg_S, 2f8s_C, 2f8s_D, 2f8t_C, 2f8t_D, 2g92_A, 2g92_B, 3cz3_EA, 3cz3_EB, 3cz3_FA, 3cz3_FB, 3cz3_GA, 3cz3_GB, 3cz3_H, 3cz3 The coding conversion was performed based on the definition of the face angle position code. The obtained encoded conformation notation for extracting a new structure pattern was stored in a database as character string text data.
Stem structure of main chain (ABC-D-EF) extracted from the encoded conformation notation for extracting a new structure pattern and 1r9f of Example 12 stored in a database by spreadsheet software The pattern (3β1β3β-1α-1α3β) data was read and processed so that the structure homology could be compared by separating the main chain and side chain for each nucleobase sequence. Regarding the encoded conformational notation of siRNA for extracting a new structural pattern, the 3-7 above with the main chain (ABC-D-EF) stem type structural pattern 3β1β3β-1α-1α3β. As a result of analysis using the improved `` swing tolerance calculation analysis method '', there are about 72.6% of structural patterns that are highly homologous to the stem type structural pattern 3β1β3β-1α-1α3β, and other structural patterns are extracted. It was.
From the other structural patterns, a structural pattern 1β1α2β-1α-6α3β having a high appearance frequency is extracted, and the above 3-7. Using the improved “sway tolerance calculation analysis method”, it was confirmed that the structure pattern is different from the stem-type structure pattern 3β1β3β-1α-1α3β. Next, with respect to the coded conformational notation of siRNA for extracting a new structure pattern, the 3-7 above with the structure pattern 1β1α2β-1α-6α3β. As a result of analysis using the improved “swing tolerance calculation method”, about 10.8% of structural patterns having high homology with the structural pattern 1β1α2β-1α-6α3β existed, and other structural patterns were extracted.
Among the structural patterns other than the stem-type structural pattern 3β1β3β-1α-1α3β and the structural pattern 1β1α2β-1α-6α3β, 3-7. After confirming that the pattern was a new structure pattern using the improved “swing tolerance calculation analysis method” of the above, when the new structure pattern extraction process was repeated, 21 structure patterns were extracted and analyzed. All X-ray crystal structure data of siRNA had a structure pattern belonging to any of these 21 structure patterns. Table 17 shows the classification of the 21 extracted structural patterns in descending order of appearance frequency. (In the dihedral angle classification codes in the table, the symbol a is used instead of the symbol α, and the symbol b is used instead of the symbol β.)

[表17]siRNAにみられる構造パターンの分類
[Table 17] Classification of structural patterns found in siRNA

(実施例14)SARCIN-RICIN LOOPを有するRNAにおける特徴的な新規構造パターンの抽出と評価
PDBjに登録されているSARCIN-RICIN LOOPを有するRNA(SACCHAROMYCES CEREVISIAE、BAKER'S YEAST、FRAGMENT 2684-2711)のX線結晶構造データ2x7n_Aについて、実施例12と同様の方法を用いてRNAを構成するフラグメントの二面角位置コードの定義に基づきコード化変換を行った。得られたX線結晶構造データを比較するための前記符号化立体配座表記を、文字列テキストデータとしてデータベースに保存した。
表計算ソフトウェアにより、データベースに保存された前記符号化立体配座表記及び実施例13で抽出された21個の構造パターンのデータ読み込みを行い、核酸塩基配列毎に、主鎖及び側鎖を分けて構造相同性比較が行えるように処理を行った。2x7n_Aの前記符号化立体配座表記について、主鎖(ABC-D-EF)ステム型構造パターン3β1β3β-1α-1α3βとの前記3−7.の改良した「揺れ許容演算解析法」を用いた解析を行ったところ、ステム型構造パターン3β1β3β-1α-1α3βと相同性が高い構造パターンは74.1%程度存在し、それ以外の構造パターンが抽出された。
それ以外の構造パターンについて、siRNAにみられる残り20個の構造パターンの分類を用いて、前記3−7.の改良した「揺れ許容演算解析法」を用いた解析を行ったところ、実施例13の表17で示した構造パターン5と相同性が高い構造パターンが1個、構造パターン6と相同性が高い構造パターンが2個、構造パターン10と相同性が高い構造パターンが1個存在していた。また、A8及びG9において、SARCIN-RICIN LOOPに特徴的な主鎖の構造パターンA-1β5α3β-3β-6α1β及びG-3β2α2β-6α-1α5αが見出された。表18に示すように、これら2個の新規構造パターンは、siRNAにみられる21個の構造パターンと前記3−7.の改良した「揺れ許容演算解析法」を用いた相同性評価を行っても、構造相同性は全く確認されなかった。2x7n_Aの構造パターン解析結果を表19に示す。(表18及び表19中、最初の「相同性/12分割」は、従来法(特許文献4)により解析した相同性、「主鎖の相同性」は、本発明の前記3−7.の改良した「揺れ許容演算解析法」により計算した相同性を表す。また、表18及び表19中の二面角分類コードにおいて、演算処理の負荷を減らすためにαという符号の代わりにaという符号を、βという符号の代わりにbという符号を用いている。)表19に示される解析結果から、グラフィカルインターフェースをまったく使用せずともSARCIN-RICIN LOOPに特徴的な主鎖の構造パターンをコード化により理解できることが立証された。図29にSARCIN-RICIN LOOPに特徴的な主鎖の構造パターンを示すための2x7n_Aの分子モデルを示す。(図中の分子モデルにおいて、分子全体はリボン表示を用い、SARCIN-RICIN LOOPに特徴的な主鎖の新規構造パターンのみスティック表示を用いて示している。)
(Example 14) Extraction and evaluation of characteristic new structure pattern in RNA having SARCIN-RICIN LOOP
For X-ray crystal structure data 2x7n_A of RNA having SARCIN-RICIN LOOP registered in PDBj (SACCHAROMYCES CEREVISIAE, BAKER'S YEAST, FRAGMENT 2684-2711), The coding conversion was performed based on the definition of dihedral angle position code. The encoded conformational notation for comparing the obtained X-ray crystal structure data was stored in a database as character string text data.
Using spreadsheet software, read the encoded conformational notation stored in the database and the 21 structural patterns extracted in Example 13, and separate the main and side chains for each nucleic acid base sequence. Processing was performed so that structural homology comparison could be performed. Regarding the above encoded conformational notation of 2x7n_A, the above 3-7 with the main chain (ABC-D-EF) stem type structural pattern 3β1β3β-1α-1α3β. As a result of analysis using the improved `` swing tolerance calculation analysis method '', there are about 74.1% of structural patterns highly homologous to the stem type structural pattern 3β1β3β-1α-1α3β, and other structural patterns are extracted It was.
For the other structural patterns, the classification of the remaining 20 structural patterns found in siRNA is used, and the above 3-7. As a result of analysis using the improved “swing tolerance calculation analysis method”, one structural pattern having high homology with structural pattern 5 shown in Table 17 of Example 13 and high homology with structural pattern 6 were obtained. There were two structural patterns and one structural pattern having high homology with structural pattern 10. In A8 and G9, the main chain structural patterns A-1β5α3β-3β-6α1β and G-3β2α2β-6α-1α5α characteristic of SARCIN-RICIN LOOP were found. As shown in Table 18, these two new structural patterns include 21 structural patterns found in siRNA and 3-7. The structural homology was not confirmed at all even when the homology was evaluated using the improved “sway tolerance calculation analysis method”. Table 19 shows the structure pattern analysis results of 2x7n_A. (In Table 18 and Table 19, the first “homology / 12 division” is the homology analyzed by the conventional method (Patent Document 4), and the “homology of the main chain” is the above-mentioned 3-7. This represents the homology calculated by the improved “swing tolerance calculation analysis method.” In addition, in the dihedral angle classification codes in Table 18 and Table 19, the code “a” is used instead of the code “α” in order to reduce the processing load. The symbol b is used in place of the symbol β.) Based on the analysis results shown in Table 19, the structural pattern of the main chain characteristic of SARCIN-RICIN LOOP is encoded without using any graphical interface. It was proved that it can be understood. FIG. 29 shows a 2 × 7n_A molecular model for showing the structural pattern of the main chain characteristic of SARCIN-RICIN LOOP. (In the molecular model in the figure, the whole molecule is shown using a ribbon display, and only the new structure pattern of the main chain characteristic of SARCIN-RICIN LOOP is shown using a stick display.)

[表18]siRNAにみられる構造パターンとSARCIN-RICIN LOOPに特徴的な構造パターンとの主鎖の構造相同性評価
[Table 18] Evaluation of structural homology of the main chain between the structural pattern seen in siRNA and the structural pattern characteristic of SARCIN-RICIN LOOP

[表19]SARCIN-RICIN LOOPを有するRNA(2x7n_A)の符号化立体配座表記と構造パターン解析結果
[Table 19] Encoded conformational notation and structural pattern analysis results of RNA (2x7n_A) with SARCIN-RICIN LOOP

本発明に係る前記立体配座相同性評価装置は、符号の一致による単純な演算処理では完全には分子構造の揺れの問題に対処できない場合においても、対応する二面角位置における一つの前記二面角分類コードに関して、該二面角分類コードと隣接する二面角分類コードの組み合わせは相同性が高く、残りの二面角分類コードは相同性が低いと判定して演算処理するようにしたので、平衡に基づく分子構造の揺れの問題を考慮した立体配座構造の相同性の評価を簡便に行うことができる。従って、例えば抗体医薬の液体製剤化プロセス中に凍結乾燥工程があるが、その凍結乾燥前後の溶液中で抗体医薬の構造変化が起きていないことを、前記符号化立体配座表記を用いた構造相同性比較により簡易に確認することができる。   The conformational homology evaluation apparatus according to the present invention is capable of dealing with one of the two dihedral angle positions at a corresponding dihedral angle position even when a simple arithmetic process based on the coincidence of codes cannot completely cope with the problem of fluctuation of the molecular structure. Regarding the face angle classification code, the combination of the dihedral angle classification code and the adjacent dihedral angle classification code is highly homologous, and the remaining dihedral angle classification codes are judged to be low in homology, and are processed. Therefore, the conformational structure homology can be easily evaluated in consideration of the problem of fluctuation of the molecular structure based on the equilibrium. Therefore, for example, there is a lyophilization step in the liquid preparation process of the antibody drug, but the structure using the encoded conformation notation indicates that the structure change of the antibody drug has not occurred in the solution before and after the lyophilization. It can be easily confirmed by homology comparison.

また、本発明によれば、水素原子の位置情報を持たないX線結晶構造解析から得られた分子モデルと理論計算から得られた分子モデルとの比較を行うことができ、解析対象化合物がタンパク質あるいはペプチドの場合にアミノ酸配列が異なっていながら、構造相同性は非常に高いアミノ酸配列パターンを詳細な立体配座表記とともに抽出することができる。また、リガンド分子とタンパク質分子の相互作用部位について、構造相同性評価によりその構造変化をアミノ酸側鎖も含めた詳細な立体配座表記により簡便に記述することができる。さらに、αへリックス型、βシート型等のフラグメントの特徴的な構造パターンについての解析が、コードを用いて簡便な操作で行うことができる。同様に、各種RNAにおいても、ステム構造、ループ構造など特徴的な二次構造に対応する構造パターンが抽出でき、さらに、タンパク質、RNAなどにおける新規な構造パターンを見つけることもできる。
したがって、例えば、未だその機能が明らかにされていないオーファン受容体タンパク質の構造相同性解析により、その機能解明に役立てることができることから、新規薬剤設計などに活用することができる。
Further, according to the present invention, the molecular model obtained from the X-ray crystal structure analysis without the position information of the hydrogen atom can be compared with the molecular model obtained from the theoretical calculation, and the analysis target compound is a protein. Alternatively, an amino acid sequence pattern having a very high structural homology can be extracted together with a detailed conformation notation in the case of a peptide, although the amino acid sequence is different. In addition, regarding the interaction site between the ligand molecule and the protein molecule, the structural change can be simply described by detailed conformational notation including amino acid side chains by structural homology evaluation. Furthermore, analysis of characteristic structural patterns of fragments such as α-helix type and β-sheet type can be performed with a simple operation using a code. Similarly, in various RNAs, a structure pattern corresponding to a characteristic secondary structure such as a stem structure or a loop structure can be extracted, and a new structure pattern in a protein, RNA or the like can be found.
Therefore, for example, the structure homology analysis of an orphan receptor protein whose function has not yet been clarified can be used for elucidation of the function, so that it can be used for designing a new drug.

よって、本発明は、バイオ医薬品のさらなる安全性を保証する品質管理手法、薬理プロテオミクスによる創薬、構造活性相関等を活用した、有害物質の人体への影響評価などの応用面での展開が充分に期待されるものである。   Therefore, the present invention is sufficiently developed in applications such as quality control methods that guarantee further safety of biopharmaceuticals, drug discovery by pharmacological proteomics, and assessment of the effects of harmful substances on the human body. Is expected.

配列番号1:インシュリンA鎖
配列番号2:免疫グロブリン軽鎖(52〜75aa)2imm,2mcp
配列番号3:免疫グロブリン軽鎖(52〜75aa)1a7o
配列番号4:免疫グロブリン軽鎖(52〜75aa)3iy2
配列番号5:シャペロニンGroEL(193〜223aa)1srv
配列番号6:シャペロニンGroEL(193〜223aa)1kid
配列番号7:プリオンタンパク質(190〜193aa)1i4m,2w9e
配列番号8:プリオンタンパク質(195〜198aa)1i4m,2w9e
配列番号9:免疫グロブリン軽鎖(150〜158aa)2mcp,2w9e
SEQ ID NO: 1: Insulin A chain SEQ ID NO: 2: Immunoglobulin light chain (52-75aa) 2imm, 2mcp
Sequence number 3: Immunoglobulin light chain (52-75aa) 1a7o
Sequence number 4: Immunoglobulin light chain (52-75aa) 3iy2
Sequence number 5: Chaperonin GroEL (193-223aa) 1srv
Sequence number 6: Chaperonin GroEL (193-223aa) 1kid
Sequence number 7: Prion protein (190-193aa) 1i4m, 2w9e
Sequence number 8: Prion protein (195-198aa) 1i4m, 2w9e
Sequence number 9: immunoglobulin light chain (150-158aa) 2mcp, 2w9e

Claims (10)

処理部が、複数の解析対象化合物それぞれの立体配座構造の分子モデルの入力を受け付け、
前記処理部が、入力を受け付けた分子モデルに基づき、各々の化学結合部位に対応する二面角位置コードと、360度を12分割して定められた二面角分類コードの組み合わせからなる立体配座表記(以下、符号化立体配座表記と示す)により、一つの該符号化立体配座表記で立体配座を一義的に決定できる構造について、前記立体配座表記に必要となる、注目する化学結合部位の表記を残して不要な表記を省略した符号化立体配座表記を前記分子モデルから抽出するとともに、抽出した符号化立体配座表記を記憶部に記憶させ、
前記処理部が、前記記憶部から複数の前記符号化立体配座表記を取り出し、
対応関係にある二面角位置におけるそれぞれの位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った3個の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、
各解析対象化合物中の前記位置における集合の要素を対比させ、
それぞれの化合物に帰属する集合の要素のうちで少なくとも1個の要素は全ての化合物において共通しており、かつ当該共通した要素が少なくとも1つの化合物に帰属する集合における中央の要素であるという条件を満たすか否かを検索し、
満たす場合には相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定する演算処理を行う操作を繰り返すことを特徴とする立体配座相同性評価方法。
The processing unit accepts input of a molecular model of the conformation structure of each of a plurality of analysis target compounds,
Based on the molecular model for which the processing unit has received the input, the processing unit includes a three-dimensional configuration composed of a combination of a dihedral angle position code corresponding to each chemical bonding site and a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts. Note that the conformation notation is necessary for a structure in which the conformation can be uniquely determined by one conformation notation by means of the conformation notation (hereinafter referred to as an encoded conformation notation). Extracting the encoded conformation notation that leaves the notation of the chemical bonding site and omits unnecessary notation from the molecular model, and stores the extracted encoded conformation notation in the storage unit,
The processing unit retrieves a plurality of the encoded conformational representations from the storage unit;
At each position in the corresponding dihedral angle position, the dihedral angle classification code on both sides is extracted together with the selected dihedral angle classification code, and the three dihedral angles that are consecutively adjacent as elements are extracted. Create a set with classification code as an element,
Contrast elements of the set at each position in each analyte compound;
The condition that at least one element among the elements of the set belonging to each compound is common to all compounds, and that the common element is the central element in the set belonging to at least one compound. Search for whether or not
A conformation homology evaluation method characterized by repeating an operation of performing a calculation process for determining that the homology is high when satisfying and low otherwise.
比較する解析対象化合物の少なくとも1つの立体配座構造がX線結晶構造解析による分子モデルの場合であって、かつIUPAC命名法に準拠した二面角分類コードを決定する標準則によると座標位置が定まらないために水素原子が関与する二面角分類コードが決定できないときに、下記(A)〜(C)の優先則に従い、前記符号化立体配座表記を選択することを特徴とする請求項1に記載の立体配座相同性評価方法;
(A)立体配座に関するIUPAC命名法の規則に準拠して、水素原子を除いた場合でも優先する置換基あるいは原子が決定できる場合にはその優先する置換基あるいは原子を選択する、
(B)立体配座に関するIUPAC命名法の(2)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのものを選択するという規則で水素が選択される場合には、本来存在するべき水素原子を紙面手前に置き、二面角位置コードのボンドを紙面向こう側に紙面に対して垂直に置き、水素原子と二面角位置コードのボンドのなす面と置換基あるいは原子と二面角位置コードのボンドのなす面による二面角が水素原子からみて時計回りに一番小さくなる置換基あるいは原子を選択する、
(C)その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択する。
According to the standard rule for determining the dihedral angle classification code based on the IUPAC nomenclature, the coordinate position is at least one conformational structure of the compound to be compared is a molecular model by X-ray crystal structure analysis. The coded conformational notation is selected according to the following priority rules (A) to (C) when a dihedral angle classification code involving a hydrogen atom cannot be determined due to being undefined: Conformational homology evaluation method according to 1,
(A) In accordance with the rules of IUPAC nomenclature regarding conformation, when a preferred substituent or atom can be determined even when a hydrogen atom is removed, the preferred substituent or atom is selected.
(B) Conformational IUPAC nomenclature (2) When only one is different from the other, when hydrogen is selected according to the rule of selecting itself regardless of the order, Place the bond of the dihedral angle position code in front of the page, and place the bond of the dihedral angle code perpendicular to the surface of the sheet on the other side of the sheet. Select the substituent or atom whose dihedral angle due to the surface formed by the bond is the smallest clockwise when viewed from the hydrogen atom,
(C) If the preferred substituent or atom cannot be determined when other hydrogen atoms are removed, the substituent or atom having the smallest dihedral angle is selected.
比較する解析対象化合物がタンパク質又はペプチドの場合に、各アミノ酸残基を結合する主鎖を基準に選択して接頭辞に各アミノ酸残基を用い、アミノ酸配列と対応させた前記符号化立体配座表記を行うものであり、主鎖のみについて構造相同性評価を行うことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の立体配座相同性評価方法。   When the target compound to be compared is a protein or peptide, the encoded conformation corresponding to the amino acid sequence is selected based on the main chain that binds each amino acid residue and using each amino acid residue as a prefix. The conformation homology evaluation method according to claim 1 or 2, wherein the structure homology is evaluated only for the main chain. 解析対象化合物となるタンパク質又はペプチド間において、構造相同性は高いがアミノ酸配列は異なっている前記符号化立体配座表記及びアミノ酸配列パターンを抽出することを特徴とする、請求項3に記載の立体配座相同性評価方法。   The three-dimensional conformation according to claim 3, wherein the encoded conformation notation and amino acid sequence pattern having high structural homology but different amino acid sequences are extracted between proteins or peptides to be analyzed. Conformational homology evaluation method. 比較する解析対象化合物同士で同一のフラグメントを有する場合において、そのフラグメントの接頭辞を含めた二面角位置コードの表記が完全に一致しており、そのうちの1つを基準となる化合物として選択できる場合に、当該化合物の立体配座構造の二面角分類コードを、連続して隣り合った3個のうち中央のコードとし、構造相同性評価を行う化合物の対応する二面角位置における二面角分類コードの集合のすべての要素が、基準となる該二面角分類コードの中央値あるいはそれと隣り合った二面角分類コードに一致すれば相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定して演算処理を行うことを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の立体配座相同性評価方法。   In the case where the analysis target compounds to be compared have the same fragment, the notation of the dihedral angle position code including the prefix of the fragment is completely the same, and one of them can be selected as a reference compound In this case, the dihedral angle classification code of the conformation structure of the compound is the central code among the three consecutively adjacent ones, and the dihedral angle at the corresponding dihedral angle position of the compound for which structural homology evaluation is performed If all the elements of the set of angle classification codes match the median value of the standard dihedral angle classification code or the dihedral angle classification code adjacent to it, the homology is high. The conformation homology evaluation method according to claim 1, wherein the calculation processing is performed after determination. 表示部、入力部、処理部、主記憶部、出力部、I/O部、データベース部及び各部を接続するバスから構成される立体配座相同性評価装置であって、
入力部において、入力操作に従い、複数の解析対象化合物それぞれの立体配座構造の分子モデルをデータベース部から取り出して処理部に送り、
前記処理部において、入力を受け付けた各々の分子モデルに対して、
注目する化学結合部位に対応する二面角位置コードを表記すると共に、各二面角位置コードのそれぞれに、360度を12分割して定められた二面角分類コードを組み合わせて表記する符号化立体配座表記を施すことで、各分子モデルに関する立体配座を一義的に決定し、
次いで、構造相同性評価のための演算に必要な注目する化学結合部位の表記以外の不要な表記を省略した符号化立体配座表記を抽出し、
抽出した各符号化立体配座表記を記憶部に記憶させ、
前記処理部において、前記記憶部から前記複数の解析対象化合物に対応する各々の前記符号化立体配座表記を取り出し、
対応関係にある二面角位置における最初の位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った3個の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、
各解析対象化合物中の前記位置における集合の要素を対比させ、
それぞれの化合物に帰属する集合の要素のうちで少なくとも1個の要素は全ての化合物において共通しており、かつ当該共通した要素が少なくとも1つの化合物に帰属する集合における中央の要素であるという条件を満たすか否かを検索し、
満たす場合には相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定し、
続いて次の位置における同様の操作を行い、全ての対応する位置についての操作を繰り返して完了したときに、出力部に送り、
前記出力部は、前記処理部により生成された処理結果を出力することを特徴とする立体配座相同性評価装置。
A conformation homology evaluation apparatus comprising a display unit, an input unit, a processing unit, a main storage unit, an output unit, an I / O unit, a database unit, and a bus connecting each unit,
In the input unit, in accordance with the input operation, the molecular model of the conformation structure of each of the plurality of analysis target compounds is extracted from the database unit and sent to the processing unit,
In the processing unit, for each molecular model that has received an input,
Encoding that expresses a dihedral angle position code corresponding to the chemical bonding site of interest and combines each dihedral angle position code with a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts. By giving conformation notation, the conformation about each molecular model is uniquely determined,
Then, extract the conformation conformation that omits unnecessary notation other than the notation of the chemical bonding site of interest necessary for the calculation for structural homology evaluation,
Each extracted conformation conformation notation is stored in the storage unit,
In the processing unit, each of the encoded conformational representations corresponding to the plurality of analysis target compounds is extracted from the storage unit,
At the first position in the corresponding dihedral angle position, the dihedral angle classification codes on both sides are extracted together with the selected dihedral angle classification code, and the three dihedral angles that are consecutively adjacent as elements are extracted. Create a set with classification code as an element,
Contrast elements of the set at each position in each analyte compound;
The condition that at least one element among the elements of the set belonging to each compound is common to all compounds, and that the common element is the central element in the set belonging to at least one compound. Search for whether or not
If it satisfies, it is determined that the homology is high, otherwise it is determined that the homology is low,
Subsequently, the same operation at the next position is performed, and when the operation for all corresponding positions is repeated and sent to the output unit,
The conformation homology evaluation apparatus , wherein the output unit outputs a processing result generated by the processing unit.
前記処理部において各分子モデルに関する符号化立体配座表記を決定するにあたり、前記入力を受け付けた各々の分子モデルの少なくとも1つがX線結晶構造解析による分子モデルの場合であって、かつIUPAC命名法に準拠した二面角分類コードを決定する標準則によると座標位置が定まらないために水素原子が関与する二面角分類コードが決定できない場合に、下記(A)〜(C)の優先則に従い、前記符号化立体配座表記を選択する工程を設けることを特徴とする、請求項6に記載の立体配座相同性評価装置;
(A)立体配座に関するIUPAC命名法の規則に準拠して、水素原子を除いた場合でも優先する置換基あるいは原子が決定できる場合にはその優先する置換基あるいは原子を選択する、
(B)立体配座に関するIUPAC命名法の(2)一つだけが他と違うときは順位に関係なくそのものを選択するという規則で水素が選択される場合には、本来存在するべき水素原子を紙面手前に置き、二面角位置コードのボンドを紙面向こう側に紙面に対して垂直に置き、水素原子と二面角位置コードのボンドのなす面と置換基あるいは原子と二面角位置コードのボンドのなす面による二面角が水素原子からみて時計回りに一番小さくなる置換基あるいは原子を選択する、
(C)その他の水素原子を除いた場合に優先する置換基あるいは原子が決定できない場合には、二面角が一番小さくなる置換基あるいは原子を選択する。
In determining the encoded conformational notation for each molecular model in the processing unit, at least one of the molecular models that has received the input is a molecular model by X-ray crystal structure analysis, and IUPAC nomenclature When the dihedral angle classification code involving hydrogen atoms cannot be determined because the coordinate position is not determined according to the standard rule for determining the dihedral angle classification code in accordance with the above, the following priority rules (A) to (C) are followed. A conformation homology evaluation apparatus according to claim 6, further comprising a step of selecting the encoded conformation notation;
(A) In accordance with the rules of IUPAC nomenclature regarding conformation, when a preferred substituent or atom can be determined even when a hydrogen atom is removed, the preferred substituent or atom is selected.
(B) Conformational IUPAC nomenclature (2) When only one is different from the other, when hydrogen is selected according to the rule of selecting itself regardless of the order, Place the bond of the dihedral angle position code in front of the page, and place the bond of the dihedral angle code perpendicular to the surface of the sheet on the other side of the sheet. Select the substituent or atom whose dihedral angle due to the surface formed by the bond is the smallest clockwise when viewed from the hydrogen atom,
(C) If the preferred substituent or atom cannot be determined when other hydrogen atoms are removed, the substituent or atom having the smallest dihedral angle is selected.
比較する解析対象化合物同士で同一のフラグメントを有する場合において、そのフラグメントの接頭辞を含めた二面角位置コードの表記が完全に一致しており、そのうちの1つを基準となる化合物として選択できる場合に、当該化合物の立体配座構造の二面角分類コードを、連続して隣り合った3個のうち中央のコードとし、構造相同性評価を行う化合物の対応する二面角位置における二面角分類コードの集合のすべての要素が、基準となる該二面角分類コードの中央値あるいはそれと隣り合った二面角分類コードに一致すれば相同性が高く、それ以外は相同性が低いと判定する演算処理を行わせることを特徴とする、請求項6又は7に記載の立体配座相同性評価装置。   In the case where the analysis target compounds to be compared have the same fragment, the notation of the dihedral angle position code including the prefix of the fragment is completely the same, and one of them can be selected as a reference compound In this case, the dihedral angle classification code of the conformation structure of the compound is the central code among the three consecutively adjacent ones, and the dihedral angle at the corresponding dihedral angle position of the compound for which structural homology evaluation is performed If all the elements of the set of angle classification codes match the median value of the standard dihedral angle classification code or the dihedral angle classification code adjacent to it, the homology is high. The conformation homology evaluation apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that arithmetic processing for determination is performed. 処理部が、1つ又は複数の基準となる構造パターンに対応するフラグメントの立体配座構造の分子モデルの入力を受け付け、
前記処理部が、入力を受け付けた分子モデルに対して、注目する化学結合部位に対応する二面角位置コードを表記すると共に、各二面角位置コードのそれぞれに、360度を12分割して定められた二面角分類コードを組み合わせて表記する符号化立体配座表記を施すことで、各分子モデルに関する立体配座を一義的に決定し、
次いで、構造相同性評価のための演算に必要な注目する化学結合部位の表記以外の不要な表記を省略した符号化立体配座表記を抽出し、
抽出した符号化立体配座表記をそれぞれ基準構造パターンとしてあらかじめ記憶部に記憶させ、
別途、解析対象化合物の立体配座構造の分子モデルの入力を受け付け、
前記処理部において、入力を受け付けた解析対象化合物の分子モデルに対して、
注目する化学結合部位に対応する二面角位置コードを表記すると共に、各二面角位置コードのそれぞれに、360度を12分割して定められた二面角分類コードを組み合わせて表記する符号化立体配座表記を施すことで、各分子モデルに関する立体配座を一義的に決定し、
次いで、構造パターン解析のための演算に必要な注目する化学結合部位の表記以外の不要な表記を省略した符号化立体配座表記を抽出し、
抽出した各符号化立体配座表記を記憶部に記憶させ、
前記処理部において、前記記憶部から前記解析対象化合物の符号化立体配座表記を取り出すと共に、あらかじめ記憶部に記憶させていた前記基準構造パターンのうちで、比較しようとする基準構造パターンを選択し、当該構造パターンに一致する前記符号化立体配座表記を比較対象の参照として取り出し、
対応関係にある二面角位置における最初の位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った3個の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、
前記解析対象化合物及び参照となる構造パターン中の前記位置における集合の要素を対比させ、
各二面角分類コードが帰属する集合の要素のうちで少なくとも1個の要素が基準の構造パターンと共通しているという条件を満たすか否かを検索し、
満たす場合には、基準の構造パターンに一致するとして判定し、満たさない場合には、それ以外の構造パターンに該当すると判定する演算処理を行い、
続いて次の位置における同様の演算処理を行う操作を行い、全ての対応する位置についての操作を繰り返すことを特徴とする構造パターン解析方法。
The processing unit accepts an input of a molecular model of a conformation structure of a fragment corresponding to one or more reference structural patterns,
The processing unit describes the dihedral angle position code corresponding to the chemical bonding site of interest for the molecular model that has received the input, and 360 degrees is divided into 12 for each dihedral angle position code. By applying the encoded conformation notation that combines the specified dihedral angle classification codes, the conformation regarding each molecular model is uniquely determined,
Then, extract the conformation conformation that omits unnecessary notation other than the notation of the chemical bonding site of interest necessary for the calculation for structural homology evaluation,
The extracted encoded conformation notation is stored in advance in the storage unit as a reference structure pattern,
Separately, accepting the input of the molecular model of the conformational structure of the compound to be analyzed,
In the processing unit, for the molecular model of the analysis target compound that received the input,
Encoding that expresses a dihedral angle position code corresponding to the chemical bonding site of interest and combines each dihedral angle position code with a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts. By giving conformation notation, the conformation about each molecular model is uniquely determined,
Next, an extracted conformational notation that omits unnecessary notation other than the notation of the chemical bonding site of interest necessary for the calculation for the structural pattern analysis is extracted,
Each extracted conformation conformation notation is stored in the storage unit,
In the processing unit, the encoded conformational notation of the analysis target compound is taken out from the storage unit, and the reference structure pattern to be compared is selected from the reference structure patterns stored in the storage unit in advance. , Taking out the encoded conformational notation that matches the structure pattern as a reference for comparison,
At the first position in the corresponding dihedral angle position, the dihedral angle classification codes on both sides are extracted together with the selected dihedral angle classification code, and the three dihedral angles that are consecutively adjacent as elements are extracted. Create a set with classification code as an element,
Contrasting elements of the set at the positions in the structural pattern to be analyzed and the reference structural pattern,
Search for whether or not the condition that at least one element is common to the reference structure pattern among the elements of the set to which each dihedral angle classification code belongs,
If it satisfies, it is determined that it matches the reference structure pattern, and if it does not, it is determined that it corresponds to the other structure pattern.
Subsequently, an operation for performing the same calculation process at the next position is performed, and the operation for all corresponding positions is repeated.
表示部、入力部、処理部、主記憶部、出力部、I/O部、データベース部及び各部を接続するバスから構成される立体配座相同性評価装置であって、
入力部において、入力操作に従い、1つ又は複数の基準となる構造パターンに対応するフラグメントの立体配座構造の分子モデルの入力を受け付け、
各々の構造パターンの立体配座構造の分子モデルをデータベース部から取り出して処理部に送り、
処理部において、入力を受け付けた各々の構造パターンの分子モデルに対して、
注目する化学結合部位に対応する二面角位置コードを表記すると共に、各二面角位置コードのそれぞれに、360度を12分割して定められた二面角分類コードを組み合わせて表記する符号化立体配座表記を施すことで、各分子モデルに関する立体配座を一義的に決定し、
次いで、構造相同性評価のための演算に必要な注目する化学結合部位の表記以外の不要な表記を省略した符号化立体配座表記を抽出し、
抽出した符号化立体配座表記をそれぞれ基準構造パターンとしてあらかじめ記憶部に記憶させ、
別途、解析対象化合物の立体配座構造の分子モデルの入力を受け付け、
前記処理部において、入力を受け付けた解析対象化合物の分子モデルに対して、
注目する化学結合部位に対応する二面角位置コードを表記すると共に、各二面角位置コードのそれぞれに、360度を12分割して定められた二面角分類コードを組み合わせて表記する符号化立体配座表記を施すことで、各分子モデルに関する立体配座を一義的に決定し、
次いで、構造相同性評価のための演算に必要な注目する化学結合部位の表記以外の不要な表記を省略した符号化立体配座表記を抽出し、
抽出した各符号化立体配座表記を記憶部に記憶させ、
前記処理部において、前記記憶部から前記解析対象化合物の符号化立体配座表記を取り 出すと共に、あらかじめ記憶部に記憶させていた前記基準構造パターンのうちで、比較しようとする基準構造パターンを選択し、当該構造パターンに一致する前記符号化立体配座表記を比較対象の参照として取り出し、
対応関係にある二面角位置における最初の位置において、選択された二面角分類コードと共にその両側の二面角分類コードを抽出して、要素として連続して隣り合った3個の二面角分類コードを要素とする集合を作成し、
前記解析対象化合物及び参照となる構造パターン中の前記位置における集合の要素を対比させ、
各二面角分類コードが帰属する集合の要素のうちで少なくとも1個の要素が基準の構造パターンと共通しているという条件を満たすか否かを検索し、
満たす場合には、基準の構造パターンに一致するとして判定し、満たさない場合には、それ以外の構造パターンに該当すると判定する演算処理を行い、
続いて次の位置における同様の演算処理を行う操作を行い、全ての対応する位置についての操作を繰り返して完了したときに、出力部に送り、
前記出力部は、前記処理部により生成された処理結果を出力することを特徴とする立体配座相同性評価装置。
A conformation homology evaluation apparatus comprising a display unit, an input unit, a processing unit, a main storage unit, an output unit, an I / O unit, a database unit, and a bus connecting each unit,
In the input unit, in accordance with an input operation, accepts an input of a molecular model of a conformation structure of a fragment corresponding to one or more reference structure patterns,
The molecular model of the conformational structure of each structural pattern is taken out from the database part and sent to the processing part,
In the processing unit, for each molecular model of each structural pattern that received the input,
Encoding that expresses a dihedral angle position code corresponding to the chemical bonding site of interest and combines each dihedral angle position code with a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts. By giving conformation notation, the conformation about each molecular model is uniquely determined,
Then, extract the conformation conformation that omits unnecessary notation other than the notation of the chemical bonding site of interest necessary for the calculation for structural homology evaluation,
The extracted encoded conformation notation is stored in advance in the storage unit as a reference structure pattern,
Separately, accepting the input of the molecular model of the conformational structure of the compound to be analyzed,
In the processing unit, for the molecular model of the analysis target compound that received the input,
Encoding that expresses a dihedral angle position code corresponding to the chemical bonding site of interest and combines each dihedral angle position code with a dihedral angle classification code determined by dividing 360 degrees into 12 parts. By giving conformation notation, the conformation about each molecular model is uniquely determined,
Then, extract the conformation conformation that omits unnecessary notation other than the notation of the chemical bonding site of interest necessary for the calculation for structural homology evaluation,
Each extracted conformation conformation notation is stored in the storage unit,
The processing unit extracts the encoded conformational notation of the analysis target compound from the storage unit, and selects a reference structure pattern to be compared from the reference structure patterns stored in the storage unit in advance. And taking out the encoded conformational notation that matches the structure pattern as a reference for comparison,
At the first position in the corresponding dihedral angle position, the dihedral angle classification codes on both sides are extracted together with the selected dihedral angle classification code, and the three dihedral angles that are consecutively adjacent as elements are extracted. Create a set with classification code as an element,
Contrasting elements of the set at the positions in the structural pattern to be analyzed and the reference structural pattern,
Search for whether or not the condition that at least one element is common to the reference structure pattern among the elements of the set to which each dihedral angle classification code belongs,
If it satisfies, it is determined that it matches the reference structure pattern, and if it does not, it is determined that it corresponds to the other structure pattern.
Subsequently, an operation for performing the same calculation process at the next position is performed, and when the operation for all corresponding positions is completed repeatedly, it is sent to the output unit,
The conformation homology evaluation apparatus , wherein the output unit outputs a processing result generated by the processing unit.
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