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JP6623697B2 - Method and apparatus for calculating interaction energy, and program - Google Patents
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JP6623697B2 - Method and apparatus for calculating interaction energy, and program - Google Patents

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Description

本件は、標的分子と、薬候補分子との相互作用エネルギーの算出方法、及び算出装置、並びに前記算出方法を実行するプログラムに関する。   The present invention relates to a method and apparatus for calculating an interaction energy between a target molecule and a drug candidate molecule, and a program for executing the method.

あるタンパク質が体に悪影響を及ぼす機能部位を持つ場合、前記タンパク質をターゲットとする創薬では、前記タンパク質の前記機能部位と安定に結合するリガンドを設計することが必要である。前記リガンドが前記タンパク質に安定に結合することより、前記タンパク質の前記機能部位が塞がれる。その結果として、前記タンパク質による体への悪影響が抑制される。   When a certain protein has a functional site that has an adverse effect on the body, in drug discovery targeting the protein, it is necessary to design a ligand that stably binds to the functional site of the protein. The functional site of the protein is closed by the stable binding of the ligand to the protein. As a result, adverse effects on the body by the protein are suppressed.

タンパク質とリガンドとの結合が安定かどうかの判定には、一般的に、前記タンパク質と前記リガンドとの相互作用エネルギーを量子力学(QM;quantum mechanics)に基づく手法で高精度に求める技術が用いられている(例えば、非特許文献1参照)。
前記QMに基づく手法には、計算対象の原子の数が増えると、計算時間が指数関数的に増大してしまうという問題がある。タンパク質とリガンドとの複合体のみであれば、原子数は数千であっても、周囲に存在する水分子を含めると原子数は数万にもなり得る。そのため、水分子を含めたQM計算を実施することには、計算時間の点で問題がある。
In order to determine whether the binding between a protein and a ligand is stable, a technique is generally used to determine the interaction energy between the protein and the ligand with high accuracy by a technique based on quantum mechanical (QM). (For example, see Non-Patent Document 1).
The method based on QM has a problem that the calculation time increases exponentially as the number of atoms to be calculated increases. In the case of only a complex of a protein and a ligand, even if the number of atoms is several thousand, the number of atoms can be tens of thousands if water molecules existing around are included. Therefore, performing the QM calculation including the water molecule has a problem in terms of calculation time.

そこで、タンパク質とリガンドとの相互作用に影響を及ぼす水分子を特定し、特定した水分子のみを明示的に考慮する方法が、計算時間の点で有効である。水分子の特定方法としては、タンパク質のX線結晶構造と分子動力学(MD)計算とを用いた手法が提案されている(例えば、非特許文献2及び3参照)。
しかし、この提案の方法では、結晶構造に存在する水分子の位置を再現できない場合もある。
Therefore, a method of specifying a water molecule that affects the interaction between a protein and a ligand and explicitly considering only the specified water molecule is effective in terms of calculation time. As a method for specifying a water molecule, a method using an X-ray crystal structure of a protein and a molecular dynamics (MD) calculation has been proposed (for example, see Non-Patent Documents 2 and 3).
However, the proposed method may not be able to reproduce the position of the water molecule existing in the crystal structure.

したがって、考慮する水分子を適切に選択でき、かつ考慮する水分子を適切に選択することで、計算時間の短縮化が可能な相互作用エネルギーの算出方法が求められている。   Therefore, there is a need for a method of calculating interaction energy that can appropriately select the water molecule to be considered and that can shorten the calculation time by appropriately selecting the water molecule to be considered.

The Fragment Molecular Orbital Method: Practical Applications to Large Molecular Systems., CRC Press (2009) ISBN/ISSN:1420078488The Fragment Molecular Orbital Method: Practical Applications to Large Molecular Systems. , CRC Press (2009) ISBN / ISSN: 14200778488 Abel R, Young T, Farid R, Berne BJ, and Friesner RA. The role of the active−site solvent in the thermodynamics of factor Xa ligand binding. J Am Chem Soc, 130: 2817−2831, 2008.Abel R, Young T, Farid R, Berne BJ, and Friesner RA. The role of the active-site solvent in the thermodynamics of factor X alilig binding. J Am Chem Soc, 130: 2817-2831, 2008. Young T, Abel R, Kim B, Berne BJ, and Friesner RA. Motifs for molecular recognition exploiting hydrophobic enclosure in protein−ligand binding. PNAS, 104: 808−813, 2007.Young T, Abel R, Kim B, Berne BJ, and Friesner RA. Motifs for molecular recognition exploiting hydrophobic enclosure in protein-ligand binding. PNAS, 104: 808-813, 2007.

本件は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本件は、考慮する水分子を適切に選択でき、かつ計算時間の短縮化が可能な相互作用エネルギーの算出方法、及び算出装置、並びに前記算出方法を実行するプログラムを提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems in the related art and achieve the following objects. That is, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for calculating an interaction energy capable of appropriately selecting a water molecule to be considered and shortening the calculation time, and a program for executing the calculation method. I do.

前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
開示の相互作用エネルギーの算出方法は、
コンピュータを用いて、標的分子と、薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する、相互作用エネルギーの算出方法であって、
前記標的分子と、前記薬候補分子と、前記標的分子及び前記薬候補分子の周囲の複数の水分子とを用いて、第1の分子動力学計算を行う工程と、
前記第1の分子動力学計算により得られる、前記標的分子及び前記薬候補分子の複合体の構造の時間変化に基づいて、前記複合体の構造の時間変化を代表する1以上の代表構造を決定する工程と、
前記代表構造について、前記薬候補分子を拘束し、かつ前記標的分子において前記薬候補分子から相対的に離れた部分構造を拘束しながら、第2の分子動力学計算を行う工程と、
前記第2の分子動力学計算の結果を用いて、水分子を抽出する工程と、
抽出された前記水分子を考慮して、前記標的分子と、前記薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する工程と、
を含む。
The means for solving the above problems are as follows. That is,
The calculation method of the disclosed interaction energy is:
Using a computer, the interaction energy between the target molecule and the drug candidate molecule is calculated, a method for calculating the interaction energy,
Performing a first molecular dynamics calculation using the target molecule, the drug candidate molecule, and a plurality of water molecules around the target molecule and the drug candidate molecule;
At least one representative structure representing the time change of the structure of the complex is determined based on the time change of the structure of the complex of the target molecule and the drug candidate molecule obtained by the first molecular dynamics calculation. The process of
Performing a second molecular dynamics calculation while constraining the drug candidate molecule for the representative structure, and constraining a partial structure relatively distant from the drug candidate molecule in the target molecule;
Extracting a water molecule using the result of the second molecular dynamics calculation;
In consideration of the extracted water molecules, the target molecule, the step of calculating the interaction energy of the drug candidate molecule,
including.

開示のプログラムは、コンピュータに、
標的分子と、薬候補分子と、前記標的分子及び前記薬候補分子の周囲の複数の水分子とを用いて、第1の分子動力学計算を行う工程と、
前記第1の分子動力学計算により得られる、前記標的分子及び前記薬候補分子の複合体の構造の時間変化に基づいて、前記複合体の構造の時間変化を代表する1以上の代表構造を決定する工程と、
前記代表構造について、前記薬候補分子を拘束し、かつ前記標的分子において前記薬候補分子から相対的に離れた部分構造を拘束しながら、第2の分子動力学計算を行う工程と、
前記第2の分子動力学計算の結果を用いて、水分子を抽出する工程と、
抽出された前記水分子を考慮して、前記標的分子と、前記薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する工程と、
を実行させる。
The disclosed program is stored on a computer
Performing a first molecular dynamics calculation using a target molecule, a drug candidate molecule, and a plurality of water molecules around the target molecule and the drug candidate molecule;
At least one representative structure representing the time change of the structure of the complex is determined based on the time change of the structure of the complex of the target molecule and the drug candidate molecule obtained by the first molecular dynamics calculation. The process of
Performing a second molecular dynamics calculation while constraining the drug candidate molecule for the representative structure, and constraining a partial structure relatively distant from the drug candidate molecule in the target molecule;
Extracting a water molecule using the result of the second molecular dynamics calculation;
In consideration of the extracted water molecules, the target molecule, the step of calculating the interaction energy of the drug candidate molecule,
Is executed.

開示の相互作用エネルギーの算出装置は、
標的分子と、薬候補分子と、前記標的分子及び前記薬候補分子の周囲の複数の水分子とを用いて、第1の分子動力学計算を行う第1MD計算部と、
前記第1の分子動力学計算により得られる、前記標的分子及び前記薬候補分子の複合体の構造の時間変化に基づいて、前記複合体の構造の時間変化を代表する1以上の代表構造を決定する代表構造決定部と、
前記代表構造について、前記薬候補分子を拘束し、かつ前記標的分子において前記薬候補分子から相対的に離れた部分構造を拘束しながら、第2の分子動力学計算を行う第2MD計算部と、
前記第2の分子動力学計算の結果を用いて、水分子を抽出する水分子抽出部と、
抽出された前記水分子を考慮して、前記標的分子と、前記薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する算出部と、
を備える。
The disclosed interaction energy calculation device includes:
A first MD calculation unit that performs a first molecular dynamics calculation using a target molecule, a drug candidate molecule, and a plurality of water molecules around the target molecule and the drug candidate molecule;
At least one representative structure representing the time change of the structure of the complex is determined based on the time change of the structure of the complex of the target molecule and the drug candidate molecule obtained by the first molecular dynamics calculation. A representative structure determining unit,
A second MD calculation unit that performs a second molecular dynamics calculation while constraining the drug candidate molecule for the representative structure, and constraining a partial structure relatively far from the drug candidate molecule in the target molecule;
A water molecule extraction unit that extracts a water molecule using the result of the second molecular dynamics calculation;
In consideration of the extracted water molecules, the target molecule, a calculation unit that calculates the interaction energy of the drug candidate molecule,
Is provided.

開示の相互作用エネルギーの算出方法によると、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、考慮する水分子を適切に選択でき、かつ計算時間の短縮化が可能な相互作用エネルギーの算出方法を提供できる。
開示のプログラムによると、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、考慮する水分子を適切に選択でき、かつ計算時間の短縮化が可能なプログラムを提供できる。
開示の相互作用エネルギーの算出装置によると、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、考慮する水分子を適切に選択でき、かつ計算時間の短縮化が可能な相互作用エネルギーの算出装置を提供できる。
According to the disclosed calculation method of interaction energy, the above-mentioned conventional problems can be solved, the object can be achieved, water molecules to be considered can be appropriately selected, and the calculation time can be reduced. A method for calculating energy can be provided.
According to the disclosed program, it is possible to provide a program that can solve the above-described various problems in the related art, achieve the above object, appropriately select a water molecule to be considered, and reduce the calculation time.
According to the disclosed interaction energy calculation device, the above-mentioned conventional problems can be solved, the above-mentioned object can be achieved, the water molecule to be considered can be appropriately selected, and the calculation time can be reduced. An energy calculation device can be provided.

図1は、開示の相互作用エネルギーの算出方法を説明するための一例のフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart illustrating an example of the disclosed interaction energy calculation method. 図2は、開示の相互作用エネルギーの算出方法を説明するための他の一例のフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart of another example for explaining the disclosed interaction energy calculation method. 図3は、開示の相互作用エネルギーの算出装置の構成例である。FIG. 3 is a configuration example of the disclosed interaction energy calculation device. 図4は、開示の相互作用エネルギーの算出装置の他の構成例である。FIG. 4 is another configuration example of the disclosed interaction energy calculation device. 図5は、開示の相互作用エネルギーの算出装置の他の構成例である。FIG. 5 is another configuration example of the disclosed interaction energy calculation device. 図6は、実施例1の結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the results of Example 1. 図7は、比較例1の結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the results of Comparative Example 1.

創薬とは、医薬品の設計するプロセスを指す。前記創薬は、例えば、以下のような順で行われる。
(1) 標的分子の決定
(2) リード化合物等の探索
(3) 生理作用の検定
(4) 安全性・毒性試験
リード化合物等(リード化合物及びそれから派生する化合物)の探索においては、多数の薬候補分子の各々と、標的分子との相互作用を精度よく評価することが重要である。
Drug discovery refers to the process of designing a drug. The drug discovery is performed, for example, in the following order.
(1) Determination of target molecule (2) Search for lead compounds, etc. (3) Assay for physiological effects (4) Safety / toxicity test In search for lead compounds, etc. (lead compounds and compounds derived therefrom), many drugs are used. It is important to accurately evaluate the interaction between each of the candidate molecules and the target molecule.

コンピュータを用いて医薬品を設計するプロセスを、IT創薬と称することがある。IT創薬の技術は、創薬全般において利用可能である。その中でも、リード化合物等の探索にIT創薬の技術を利用することは、新薬開発の期間及び確率を高める上で有用である。   The process of designing a drug using a computer is sometimes referred to as IT drug discovery. The technology of IT drug discovery is available for drug discovery in general. Among them, utilizing the technology of IT drug discovery to search for lead compounds and the like is useful in increasing the period and probability of new drug development.

開示の技術は、例えば、高い薬理活性が期待されるリード化合物等の探索に利用できる。   The disclosed technology can be used, for example, for searching for a lead compound or the like expected to have high pharmacological activity.

(相互作用エネルギーの算出方法)
開示の相互作用エネルギーの算出方法は、コンピュータを用いて、標的分子と、薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する、相互作用エネルギーの算出方法である。
前記相互作用エネルギーの算出方法は、第1のMD計算工程と、代表構造決定工程と、第2のMD計算工程と、水分子抽出工程と、相互作用エネルギー算出工程とを含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
(Method of calculating interaction energy)
The disclosed method for calculating interaction energy is a method for calculating interaction energy in which the computer calculates the interaction energy between a target molecule and a drug candidate molecule.
The method for calculating the interaction energy includes a first MD calculation step, a representative structure determination step, a second MD calculation step, a water molecule extraction step, and an interaction energy calculation step. And other steps.

前記相互作用エネルギーの算出方法は、コンピュータを用いて行われる。前記相互作用エネルギーの算出方法に使用される前記コンピュータは、1つであってもよいし、複数であってもよい。例えば、複数のコンピュータに前記相互作用エネルギーの算出方法を分散させて実行させてもよい。   The method for calculating the interaction energy is performed using a computer. The computer used for the method for calculating the interaction energy may be one computer or a plurality of computers. For example, the calculation method of the interaction energy may be executed in a distributed manner by a plurality of computers.

前述のとおり、タンパク質のX線結晶構造と分子動力学(MD)計算とを用いた従来技術においては、結晶構造に存在する水分子の位置を再現できない場合がある。これに関し、本発明者は、その原因を、以下のように考えた。
X線結晶構造解析により得られる結晶構造における、タンパク質とリガンドとの位置関係は、実際に取りうる複数の位置関係のうち、1パターンのみに対応している。一方、タンパク質とリガンドとの複合体の構造が、前記結晶構造から少しでも揺らいでいる場合には、従来技術では、結晶構造に存在する水分子の位置を再現できない場合があると、本発明者は、考えた。
As described above, in the prior art using the X-ray crystal structure of a protein and the molecular dynamics (MD) calculation, the position of a water molecule existing in the crystal structure may not be able to be reproduced. In this regard, the present inventors considered the cause as follows.
The positional relationship between the protein and the ligand in the crystal structure obtained by the X-ray crystal structure analysis corresponds to only one pattern among a plurality of actually possible positional relationships. On the other hand, when the structure of the complex of the protein and the ligand is slightly fluctuating from the crystal structure, the conventional art may not be able to reproduce the position of the water molecule existing in the crystal structure. Thought.

そこで、本発明者は、標的分子と薬候補分子との位置関係(複合体)の全てのパターンを把握し、その中から適切なパターンを選択することで、従来技術の問題を解決できると考え、開示の技術の完成に至った。   Therefore, the present inventor thinks that the problem of the prior art can be solved by grasping all the patterns of the positional relationship (complex) between the target molecule and the drug candidate molecule and selecting an appropriate pattern from the patterns. , And the disclosed technology was completed.

図1は、前記相互作用エネルギーの算出方法を説明するためのフローチャートである。
このフローチャートでは、まず、前記第1のMD計算工程を行う。この工程では、標的分子と、薬候補分子と、前記標的分子及び前記薬候補分子の周囲の複数の水分子とを用いて、第1の分子動力学計算を行う。
次に、前記代表構造決定工程を行う。この工程では、前記第1の分子動力学計算により得られる、前記標的分子及び前記薬候補分子の複合体の構造の時間変化に基づいて、前記複合体の構造の時間変化を代表する1以上の代表構造を決定する。
次に、前記第2のMD計算工程を行う。この工程では、前記代表構造について、前記薬候補分子を拘束し、かつ前記標的分子において前記薬候補分子から相対的に離れた部分構造を拘束しながら、第2の分子動力学計算を行う。
次に、水分子抽出工程を行う。この工程では、前記第2の分子動力学計算の結果を用いて、水分子を抽出する。
次に、前記相互作用エネルギー算出工程(相互作用Eg算出工程)を行う。この工程では、抽出された前記水分子を考慮して、前記標的分子と、前記薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する。
FIG. 1 is a flowchart for explaining the method for calculating the interaction energy.
In this flowchart, first, the first MD calculation step is performed. In this step, a first molecular dynamics calculation is performed using a target molecule, a drug candidate molecule, and a plurality of water molecules around the target molecule and the drug candidate molecule.
Next, the representative structure determination step is performed. In this step, based on the time change of the structure of the complex of the target molecule and the drug candidate molecule, which is obtained by the first molecular dynamics calculation, one or more representative of the time change of the structure of the complex Determine the representative structure.
Next, the second MD calculation step is performed. In this step, a second molecular dynamics calculation is performed on the representative structure while restricting the drug candidate molecule and restricting a partial structure of the target molecule relatively distant from the drug candidate molecule.
Next, a water molecule extraction step is performed. In this step, water molecules are extracted using the result of the second molecular dynamics calculation.
Next, the interaction energy calculation step (interaction Eg calculation step) is performed. In this step, the interaction energy between the target molecule and the drug candidate molecule is calculated in consideration of the extracted water molecule.

<第1のMD計算工程>
前記第1のMD計算工程では、標的分子と、薬候補分子と、前記標的分子及び前記薬候補分子の周囲の複数の水分子とを用いて、第1の分子動力学計算を行う。
<First MD calculation step>
In the first MD calculation step, a first molecular dynamics calculation is performed using a target molecule, a drug candidate molecule, and a plurality of water molecules around the target molecule and the drug candidate molecule.

前記複数の水分子の数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記水分子は、例えば、前記標的分子及び前記薬候補分子の周囲に、通常の密度で配置される。水分子を、前記標的分子及び前記薬候補分子からどの程度離れた位置まで配置するかについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、配置される水分子と、前記標的分子及び前記薬候補分子との相互作用が生じる限界の位置まで、水分子を配置してもよい。ここでの相互作用は、非結合性の相互作用を意味し、例えば、静電相互作用、ファンデルワールス相互作用などが挙げられる。   The number of the plurality of water molecules is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the purpose. The water molecules are arranged at a normal density around the target molecule and the drug candidate molecule, for example. There is no particular limitation on how far the water molecule is located from the target molecule and the drug candidate molecule, and it can be appropriately selected according to the purpose. For example, the water molecules may be arranged up to a limit position at which an interaction between the arranged water molecule, the target molecule and the drug candidate molecule occurs. The interaction here means a non-bonding interaction, for example, an electrostatic interaction, a Van der Waals interaction, and the like.

前記第1の分子動力学計算は、前記薬候補分子を拘束して行うことが、大規模な構造変形の防止に繋がる点で、好ましい。
前記薬候補分子の拘束は、前記薬候補分子を構成する全ての原子に対して行ってもよいし、前記薬候補分子を構成する全ての重原子に対して行ってもよいし、前記薬候補分子を構成する1つの重原子に対して行ってもよい。ここで、本明細書において、重原子とは、水素原子以外の原子を意味する。
前記拘束の方法としては、例えば、拘束対象の原子について、前記原子が動いた場合に、特定の座標に戻るように、前記原子に力を加える方法などが挙げられる。
It is preferable that the first molecular dynamics calculation is performed with the drug candidate molecule restricted, since this leads to prevention of large-scale structural deformation.
The restriction of the drug candidate molecule may be performed on all atoms constituting the drug candidate molecule, or may be performed on all heavy atoms constituting the drug candidate molecule, or the drug candidate It may be carried out for one heavy atom constituting the molecule. Here, in this specification, a heavy atom means an atom other than a hydrogen atom.
As a method of the constraint, for example, a method of applying a force to the atom to be bound so as to return to a specific coordinate when the atom moves, and the like can be mentioned.

前記標的分子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、タンパク質、RNA(リボ核酸、ribonucleic acid)、DNA(デオキシリボ核酸、deoxyribonucleic acid)などが挙げられる。   The target molecule is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include proteins, RNA (ribonucleic acid), DNA (deoxyribonucleic acid, deoxyribonucleic acid), and the like.

前記第1の分子動力学計算は、分子動力学計算プログラムを用いて行うことができる。前記分子動力学計算プログラムとしては、例えば、AMBER、CHARMm、GROMACS、GROMOS、NAMD、myPrestoなどが挙げられる。   The first molecular dynamics calculation can be performed using a molecular dynamics calculation program. Examples of the molecular dynamics calculation program include AMBER, CHARMm, GROMACS, GROMOS, NAMD, myPresto, and the like.

<代表構造決定工程>
前記代表構造決定工程では、前記第1の分子動力学計算により得られる複合体の構造の時間変化に基づいて、1以上の代表構造を決定する。
前記複合体とは、前記標的分子及び前記薬候補分子の複合体である。
前記代表構造とは、前記複合体の構造の時間変化を代表する構造である。
<Representative structure determination process>
In the representative structure determination step, one or more representative structures are determined based on a temporal change in the structure of the complex obtained by the first molecular dynamics calculation.
The complex is a complex of the target molecule and the drug candidate molecule.
The representative structure is a structure that represents a temporal change in the structure of the complex.

前記代表構造を決定する具体的方法は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記複合体の構造の時間変化の程度に応じて適宜選択すればよい。例えば、前記複合体の構造の時間変化が大きい場合は、似た構造を選択して、それらの中から、代表構造を決定してもよい。また、前記複合体の構造の時間変化が小さい場合には、計算時間を一定の間隔で区切って、得られた時間区分毎に、座標の時間平均を求めて、座標の時間平均を代表構造としてもよい。
前記複合体の座標の時間平均により前記代表構造を決定する方法は、プログラミングが簡単で、かつ計算量が少ない点で好ましい。
The specific method for determining the representative structure is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, the specific method may be appropriately selected according to the degree of time change of the structure of the composite. For example, when the structure of the complex has a large time change, similar structures may be selected and a representative structure may be determined from them. When the time change of the structure of the complex is small, the calculation time is divided at regular intervals, the time average of coordinates is obtained for each obtained time section, and the time average of coordinates is used as a representative structure. Is also good.
The method of determining the representative structure by the time average of the coordinates of the complex is preferable in that the programming is simple and the amount of calculation is small.

<第2のMD計算工程>
前記第2のMD計算工程では、前記代表構造について、第2の分子動力学計算を行う。
前記第2の分子動力学計算の際には、前記薬候補分子を拘束する。更に、前記標的分子の部分構造も拘束する。前記部分構造とは、前記標的分子において前記薬候補分子から相対的に離れた位置の部分構造である。言い換えれば、前記部分構造は、前記標的分子に含まれる複数の部分構造のうち他の部分構造よりも前記薬候補分子から相対的に離れた第1部分構造である。
ここで、相対的に離れた位置とは、例えば、前記薬候補分子からの影響が、電荷の相互作用以外にない程度に離れた位置を指す。
<Second MD calculation step>
In the second MD calculation step, a second molecular dynamics calculation is performed on the representative structure.
At the time of the second molecular dynamics calculation, the drug candidate molecule is restricted. Further, the partial structure of the target molecule is restricted. The partial structure is a partial structure at a position relatively distant from the drug candidate molecule in the target molecule. In other words, the partial structure is a first partial structure that is relatively farther from the drug candidate molecule than other partial structures among the plurality of partial structures included in the target molecule.
Here, the relatively distant position refers to, for example, a position distant to such an extent that there is no influence from the drug candidate molecule other than the interaction of charges.

前記第2のMD計算工程では、前記標的分子において前記薬候補分子の近傍の部分構造は、拘束しない。この場合の前記部分構造としては、例えば、アミノ酸残基などが挙げられる。前記近傍としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記薬候補分子から6nm以内としてもよいし、前記薬候補分子とファンデルワールス相互作用が働く距離としてもよい。   In the second MD calculation step, a partial structure near the drug candidate molecule in the target molecule is not restricted. In this case, examples of the partial structure include an amino acid residue. The vicinity is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, the vicinity may be within 6 nm from the drug candidate molecule, or the distance at which van der Waals interaction with the drug candidate molecule works. Good.

前記第2のMD計算工程において分子動力学計算を行う際には、前記標的分子及び前記薬候補分子の周囲に水分子が配置されている。   When performing molecular dynamics calculation in the second MD calculation step, water molecules are arranged around the target molecule and the drug candidate molecule.

前記薬候補分子の拘束は、前記薬候補分子を構成する全ての原子に対して行ってもよいし、前記薬候補分子を構成する全ての重原子に対して行ってもよいし、前記薬候補分子を構成する1つの重原子に対して行ってもよい。   The restriction of the drug candidate molecule may be performed on all atoms constituting the drug candidate molecule, or may be performed on all heavy atoms constituting the drug candidate molecule, or the drug candidate It may be carried out for one heavy atom constituting the molecule.

前記部分構造の拘束は、前記部分構造を構成する全ての原子に対して行ってもよいし、前記部分構造を構成する全ての重原子に対して行ってもよいし、前記部分構造を構成する1つの重原子に対して行ってもよい。   The restriction of the partial structure may be performed on all atoms constituting the partial structure, may be performed on all heavy atoms constituting the partial structure, or may constitute the partial structure. It may be performed for one heavy atom.

前記拘束の方法としては、例えば、拘束対象の原子について、前記原子が動いた場合に、特定の座標に戻るように、前記原子に力を加える方法などが挙げられる。   As a method of the constraint, for example, a method of applying a force to the atom to be bound so as to return to a specific coordinate when the atom moves, and the like can be mentioned.

前記第2の分子動力学計算は、分子動力学計算プログラムを用いて行うことができる。前記分子動力学計算プログラムとしては、例えば、AMBER、CHARMm、GROMACS、GROMOS、NAMD、myPrestoなどが挙げられる。   The second molecular dynamics calculation can be performed using a molecular dynamics calculation program. Examples of the molecular dynamics calculation program include AMBER, CHARMm, GROMACS, GROMOS, NAMD, myPresto, and the like.

前記第2のMD計算工程により、前記標的分子と前記薬候補分子とが形成する複合体の局所的な構造変化(例えば、前記複合体の結合サイトの構造変化)を解析することができる。   By the second MD calculation step, a local structural change of a complex formed by the target molecule and the drug candidate molecule (for example, a structural change of a binding site of the complex) can be analyzed.

<水分子抽出工程>
前記水分子抽出工程では、前記第2の分子動力学計算の結果を用いて、水分子を抽出する。言い換えれば、前記水分子抽出工程は、前記第2の分子動力学計算の結果を用いて、前記複数の水分子のうちの第1水分子を特定する、水分子特定工程である。
前記水分子抽出工程は、前記水分子の座標の揺らぎ幅、及び前記水分子の存在頻度の少なくともいずれかに基づいて行われることが好ましい。言い換えれば、前記水分子特定工程は、前記複数の水分子の座標の揺らぎ幅、及び前記複数の水分子の存在頻度の少なくともいずれかに基づいて行われることが好ましい。
<Water molecule extraction process>
In the water molecule extraction step, water molecules are extracted using the result of the second molecular dynamics calculation. In other words, the water molecule extraction step is a water molecule identification step of identifying a first water molecule of the plurality of water molecules using a result of the second molecular dynamics calculation.
It is preferable that the water molecule extraction step is performed based on at least one of the fluctuation width of the coordinates of the water molecule and the existence frequency of the water molecule. In other words, it is preferable that the water molecule identification step is performed based on at least one of the fluctuation width of the coordinates of the plurality of water molecules and the existence frequency of the plurality of water molecules.

前記水分子の座標の揺らぎ幅は、例えば、前記第2の分子動力学計算の結果から、前記水分子の座標を解析し、根平均二乗揺らぎ(Root Mean Square Fluctuation:RMSF)により評価することで求めることができる。ここで、前記RMSFを求める式を以下に示す。
ここで、前記式中、W(t)は、時刻tにおける水分子の座標を表し、WREFは、リファレンスとなる水分子の座標を表し、Tは、シミュレーション時間を表す。
前記RMSF(W)が小さい水分子は、標的分子及び薬候補分子の双方から近距離の座標に存在しつづけるため、前記標的分子と前記薬候補分子との相互作用への影響が大きい。
The fluctuation width of the coordinates of the water molecule is obtained, for example, by analyzing the coordinates of the water molecule from the result of the second molecular dynamics calculation and evaluating the fluctuation width by root mean square fluctuation (RMSF). You can ask. Here, an equation for obtaining the RMSF is shown below.
Here, in the above equation, W (t) represents the coordinates of the water molecule at time t, W REF represents the coordinates of the reference water molecule, and T represents the simulation time.
The water molecule having a small RMSF (W) continues to exist at coordinates at a short distance from both the target molecule and the drug candidate molecule, and thus has a large influence on the interaction between the target molecule and the drug candidate molecule.

前記水分子の座標の揺らぎ幅に基づいて前記水分子を抽出する際には、しきい値を設けて抽出を行ってもよい。前記水分子の座標の揺らぎ幅に基づいて水分子を抽出する方法としては、例えば、前記RMSFが2Å以下の水分子を抽出する方法などが挙げられる。前記しきい値は、予め計算機内にデフォルト値として定められた値を用いてもよいし、使用者が任意の値を設定してもよい。   When extracting the water molecules based on the fluctuation width of the coordinates of the water molecules, a threshold may be provided to perform the extraction. Examples of the method of extracting water molecules based on the fluctuation width of the coordinates of the water molecules include a method of extracting water molecules having an RMSF of 2 ° or less. As the threshold value, a value predetermined as a default value in a computer may be used, or an arbitrary value may be set by a user.

前記水分子の存在頻度は、例えば、前記第2の分子動力学計算の全時間における全ての水分子を1つの空間に配置することで得られる水分子の密度分布から求めることができる。水分子の存在頻度が高い座標には、頻繁に水分子が存在する。水分子の存在頻度が高い座標に存在する水分子は、座標の揺らぎ幅が小さい水分子と同様に、前記標的分子及び前記薬候補分子の双方から近距離の座標に存在しつづけるため、前記標的分子と前記薬候補分子との相互作用への影響が大きい。   The presence frequency of the water molecule can be determined, for example, from the density distribution of the water molecule obtained by arranging all the water molecules in one space in the entire time of the second molecular dynamics calculation. Water molecules frequently exist at coordinates where the frequency of presence of water molecules is high. Water molecules existing at coordinates where the frequency of presence of water molecules is high, like water molecules having small fluctuations in coordinates, continue to be present at coordinates at short distances from both the target molecule and the drug candidate molecule. The effect on the interaction between the molecule and the drug candidate molecule is large.

水分子の存在頻度が高い座標の選択方法としては、例えば、水分子の密度分布における任意の低密度領域の密度よりも高い密度(例えば、10倍以上の密度)の座標を選択する方法などが挙げられる。   As a method of selecting coordinates having a high frequency of water molecules, for example, a method of selecting coordinates having a higher density (for example, a density of 10 times or more) than the density of an arbitrary low-density region in the density distribution of water molecules, and the like are available. No.

前記第2のMD計算工程、及び前記水分子抽出工程を行うことで、前記標的分子と前記薬候補分子とが形成する複合体の局所揺らぎを考慮に入れた際での、水分子の存在頻度が高くなる位置を特定することができる。   By performing the second MD calculation step and the water molecule extraction step, the presence frequency of water molecules when the local fluctuation of the complex formed by the target molecule and the drug candidate molecule is taken into account Can be specified.

<相互作用エネルギー算出工程>
前記相互作用エネルギー算出工程では、抽出された前記水分子を考慮して、前記標的分子と、前記薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する。
<Interaction energy calculation process>
In the interaction energy calculation step, the interaction energy between the target molecule and the drug candidate molecule is calculated in consideration of the extracted water molecule.

前記相互作用エネルギー算出工程は、例えば、以下の処理A〜処理Dを用いて行われる。 なお、これらの処理の順序は問わない。   The interaction energy calculation step is performed using, for example, the following processes A to D. The order of these processes does not matter.

<<処理A>>
前記処理Aでは、前記標的分子と、前記薬候補分子との複合体における、前記標的分子と、前記薬候補分子とのペア相互作用エネルギーを算出する。
<< Process A >>
In the process A, the pair interaction energy between the target molecule and the drug candidate molecule in the complex of the target molecule and the drug candidate molecule is calculated.

<<処理B>>
前記処理Bでは、前記複合体における前記標的分子の、前記標的分子単体に対する分極相互作用エネルギーを算出する。
<< Processing B >>
In the process B, the polarization interaction energy of the target molecule in the complex with respect to the target molecule alone is calculated.

前記分極相互作用エネルギーとは、前記標的分子単体の状態から、前記標的分子が前記薬候補分子とともに前記複合体を形成した際に生じる、前記標的分子内の分極のエネルギーである。   The polarization interaction energy is the energy of polarization in the target molecule generated when the target molecule forms the complex with the drug candidate molecule from the state of the target molecule alone.

前記分極相互作用エネルギーは、例えば、以下の方法で求めることができる。
前記標的分子単体の状態のエネルギー(EP0)を算出する。この際、前記標的分子の周囲には、仮想的な水分子を配置する。仮想的な水分子の配置は、例えば、連続体近似により行うことができる。
前記複合体における前記標的分子のエネルギー(EP1)を算出する。この際、前記複合体の周囲には、仮想的な水分子を配置する。仮想的な水分子の配置は、例えば、連続体近似により行うことができる。
そして、前記エネルギー(EP0)と前記エネルギー(EP1)との差から、前記分極相互作用エネルギーが求められる。
The polarization interaction energy can be determined, for example, by the following method.
The energy (E P0 ) of the target molecule alone is calculated. At this time, a virtual water molecule is arranged around the target molecule. The virtual arrangement of water molecules can be performed by, for example, continuum approximation.
The energy (E P1 ) of the target molecule in the complex is calculated. At this time, a virtual water molecule is arranged around the complex. The virtual arrangement of water molecules can be performed by, for example, continuum approximation.
Then, the polarization interaction energy is determined from the difference between the energy (E P0 ) and the energy (E P1 ).

<<処理C>>
前記処理Cでは、前記複合体における前記薬候補分子の、前記薬候補分子単体に対する分極相互作用エネルギーを算出する。
<< Processing C >>
In the process C, the polarization interaction energy of the drug candidate molecule in the complex with respect to the drug candidate molecule alone is calculated.

前記分極相互作用エネルギーとは、前記薬候補分子単体の状態から、前記薬候補分子が前記標的分子とともに前記複合体を形成した際に生じる、前記薬候補分子内の分極のエネルギーである。   The polarization interaction energy is a polarization energy in the drug candidate molecule generated when the drug candidate molecule forms the complex with the target molecule from the state of the drug candidate molecule alone.

前記分極相互作用エネルギーは、例えば、以下の方法で求めることができる。
前記薬候補分子が単体の状態のエネルギー(EL0)を算出する。この際、前記薬候補分子の周囲には、仮想的な水分子を配置する。仮想的な水分子の配置は、例えば、連続体近似により行うことができる。
前記複合体における前記薬候補分子のエネルギー(EL1)を算出する。この際、前記複合体の周囲には、仮想的な水分子を配置する。仮想的な水分子の配置は、例えば、連続体近似により行うことができる。
そして、前記エネルギー(EL0)と前記エネルギー(EL1)との差から、前記分極相互作用エネルギーが求められる。
The polarization interaction energy can be determined, for example, by the following method.
The energy (E L0 ) of the state in which the drug candidate molecule is a single substance is calculated. At this time, a virtual water molecule is arranged around the drug candidate molecule. The virtual arrangement of water molecules can be performed by, for example, continuum approximation.
The energy (E L1 ) of the drug candidate molecule in the complex is calculated. At this time, a virtual water molecule is arranged around the complex. The virtual arrangement of water molecules can be performed by, for example, continuum approximation.
Then, the polarization interaction energy is determined from the difference between the energy (E L0 ) and the energy (E L1 ).

<<処理D>>
前記処理Dでは、抽出された前記水分子と、前記薬候補分子とのペア相互作用エネルギーを算出する。
<< Process D >>
In the process D, a pair interaction energy between the extracted water molecule and the drug candidate molecule is calculated.

前記処理Dにおいては、抽出された前記水分子は、前記標的分子の一部とみなされることが、算出される前記相互作用エネルギーの精度が向上する点で好ましい。   In the processing D, it is preferable that the extracted water molecules are regarded as a part of the target molecules, in that the accuracy of the calculated interaction energy is improved.

抽出された前記水分子を考慮する際には、前記水分子を前記複合体の一部とみなすことが好ましい。   When considering the extracted water molecules, it is preferable to consider the water molecules as a part of the complex.

前記相互作用エネルギー算出工程は、例えば、量子力学(QM)計算により求められる。前記量子力学計算としては、例えば、分子軌道法による分子軌道計算が挙げられる。前記分子軌道計算としては、例えば、非経験的分子軌道計算(ab initio分子軌道計算)、半経験的分子軌道計算などが挙げられる。
前記非経験的分子軌道計算の方法論としては、例えば、ハートリー−フォック法、電子相関法などが挙げられる。
前記半経験的分子軌道計算の方法論としては、例えば、CNDO、INDO、AM1、PM3などが挙げられる。
前記非経験的分子軌道計算のプログラムとしては、例えば、Gaussian03、GAMESS、ABINIT−MP、Protein DFなどが挙げられる。
前記半経験的分子軌道計算のプログラムとしては、例えば、MOPACなどが挙げられる。
The interaction energy calculation step is obtained by, for example, quantum mechanics (QM) calculation. Examples of the quantum mechanical calculation include a molecular orbital calculation by a molecular orbital method. Examples of the molecular orbital calculation include ab initio molecular orbital calculation (ab initio molecular orbital calculation) and semi-empirical molecular orbital calculation.
Examples of the method of the ab initio molecular orbital calculation include a Hartree-Fock method and an electron correlation method.
The semi-empirical molecular orbital calculation methodology includes, for example, CNDO, INDO, AM1, PM3, and the like.
Examples of the program for the ab initio molecular orbital calculation include Gaussian 03, GAMESS, ABINIT-MP, and Protein DF.
The program for the semi-empirical molecular orbital calculation includes, for example, MOPAC.

前記相互作用エネルギーの算出方法は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ハードディスク、各種周辺機器等を備えた通常のコンピュータシステム(例えば、各種ネットワークサーバ、ワークステーション、パーソナルコンピュータ等)を用いることによって実現することができる。   The method of calculating the interaction energy may be, for example, a general computer system including a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a hard disk, various peripheral devices, and the like (eg, various network servers, workstations, personal computers). Etc.).

続いて、フローチャートを用いて、開示の相互作用エネルギーの算出方法の他の一例を説明する。
図2は、前記相互作用エネルギーの算出方法を説明するためのフローチャートである。
〔第1のMD計算工程〕
まず、前記第1のMD計算工程を行う。この工程では、標的分子と、薬候補分子と、前記標的分子及び前記薬候補分子の周囲の複数の水分子とを用いて、第1の分子動力学計算を行う。
具体的には、前記薬候補分子を拘束した、分子動力学計算を行う。
Subsequently, another example of the disclosed interaction energy calculation method will be described using a flowchart.
FIG. 2 is a flowchart for explaining a method of calculating the interaction energy.
[First MD calculation step]
First, the first MD calculation step is performed. In this step, a first molecular dynamics calculation is performed using a target molecule, a drug candidate molecule, and a plurality of water molecules around the target molecule and the drug candidate molecule.
Specifically, a molecular dynamics calculation in which the drug candidate molecule is restricted is performed.

〔代表構造決定工程〕
次に、前記代表構造決定工程を行う。この工程では、前記第1の分子動力学計算により得られる、前記標的分子及び前記薬候補分子の複合体の構造の時間変化に基づいて、前記複合体の構造の時間変化を代表する1以上の代表構造を決定する。
具体的には、前記薬候補分子の位置に対して、前記標的分子が同様の位置を取る構造毎に、分子動力学計算の軌跡に含まれる構造を分類する。そして、分類した各構造群における代表構造を、座標の時間平均により決定する。
ここでは、複数の代表構造が決定される。
(Representative structure determination step)
Next, the representative structure determination step is performed. In this step, based on the time change of the structure of the complex of the target molecule and the drug candidate molecule, which is obtained by the first molecular dynamics calculation, one or more representative of the time change of the structure of the complex Determine the representative structure.
Specifically, the structure included in the trajectory of the molecular dynamics calculation is classified for each structure in which the target molecule takes a similar position with respect to the position of the drug candidate molecule. Then, a representative structure in each of the classified structure groups is determined by a time average of coordinates.
Here, a plurality of representative structures are determined.

〔第2のMD計算工程〕
次に、前記第2のMD計算工程を行う。この工程では、前記代表構造について、前記薬候補分子を拘束し、かつ前記標的分子において前記薬候補分子から相対的に離れた部分構造を拘束しながら、第2の分子動力学計算を行う。
具体的には、前記薬候補分子を拘束するとともに、前記薬候補分子からの影響が、ほぼ電荷の相互作用以外にない程度に離れた、前記標的分子の部分構造も拘束した状態で、前記代表構造の分子動力学計算を行う。
[Second MD calculation step]
Next, the second MD calculation step is performed. In this step, a second molecular dynamics calculation is performed on the representative structure while restricting the drug candidate molecule and restricting a partial structure of the target molecule relatively distant from the drug candidate molecule.
Specifically, while the drug candidate molecule is constrained, the influence from the drug candidate molecule is separated to such an extent that there is almost no interaction other than the charge interaction, and the representative structure in a state where the partial structure of the target molecule is also constrained. Perform molecular dynamics calculations on structures.

〔水分子抽出工程〕
次に、水分子抽出工程を行う。この工程では、前記第2の分子動力学計算の結果を用いて、水分子を抽出する。
具体的には、水分子の抽出は、水分子の存在頻度に基づいて行う。水分子の存在頻度は、分子動力学計算の全時間に渡る各スナップショットを重ね合わせて求める。各スナップショットを重ね合わせる際には、拘束した部分構造の座標の揺らぎが最小になる座標を、重ね合わせるための基準点とする。
(Water molecule extraction step)
Next, a water molecule extraction step is performed. In this step, water molecules are extracted using the result of the second molecular dynamics calculation.
Specifically, extraction of water molecules is performed based on the frequency of presence of water molecules. The presence frequency of the water molecule is obtained by superimposing each snapshot over the entire time of the molecular dynamics calculation. When superimposing the snapshots, the coordinates at which the fluctuation of the coordinates of the constrained partial structure is minimized are set as the reference points for superimposition.

〔相互作用Eg算出工程〕
次に、前記相互作用エネルギー算出工程(相互作用Eg算出工程)を行う。この工程では、抽出された前記水分子を考慮して、前記標的分子と、前記薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する。
具体的には、抽出された水分子を、抽出した座標に配置して、標的分子と、薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する。
[Interaction Eg calculation step]
Next, the interaction energy calculation step (interaction Eg calculation step) is performed. In this step, the interaction energy between the target molecule and the drug candidate molecule is calculated in consideration of the extracted water molecule.
Specifically, the extracted water molecules are arranged at the extracted coordinates, and the interaction energy between the target molecule and the drug candidate molecule is calculated.

〔再計算〕
次に、前記代表構造決定工程で決定された複数の代表構造において、まだ、前記第2のMD計算工程、前記水分子抽出工程、及び前記相互作用Eg算出工程を行っていない代表構造がある場合、その代表構造について、前記第2のMD計算工程、前記水分子抽出工程、及び前記相互作用Eg算出工程を行う。
そして、前記代表構造決定工程で決定された代表構造の全てについて、前記相互作用Eg算出工程が終了するまで、再計算を繰り返す。
〔Recalculation〕
Next, in the plurality of representative structures determined in the representative structure determination step, there is a representative structure for which the second MD calculation step, the water molecule extraction step, and the interaction Eg calculation step have not been performed. For the representative structure, the second MD calculation step, the water molecule extraction step, and the interaction Eg calculation step are performed.
Then, recalculation is repeated for all the representative structures determined in the representative structure determination step until the interaction Eg calculation step ends.

〔最安定構造の決定〕
全ての代表構造について、相互作用エネルギーの算出が終了したら、算出された全ての相互作用エネルギーを対比して、最も安定な相互作用エネルギー(結合自由エネルギー)を決定する。そして、最も安定な相互作用エネルギーを取る構造を、最安定構造とする。
[Determination of the most stable structure]
When the calculation of the interaction energies is completed for all the representative structures, all the calculated interaction energies are compared to determine the most stable interaction energy (binding free energy). The structure that takes the most stable interaction energy is defined as the most stable structure.

(プログラム)
開示のプログラムは、コンピュータに、開示の前記相互作用エネルギーの算出方法を実行させるプログラムである。
前記相互作用エネルギーの算出方法の実行における好適な態様は、前記相互作用エネルギーの算出方法における好適な態様と同じである。
(program)
The disclosed program is a program that causes a computer to execute the disclosed interaction energy calculation method.
A preferred embodiment of the method for calculating the interaction energy is the same as a preferred embodiment of the method for calculating the interaction energy.

前記プログラムは、使用するコンピュータシステムの構成及びオペレーティングシステムの種類・バージョンなどに応じて、公知の各種のプログラム言語を用いて作成することができる。   The program can be created using various known programming languages according to the configuration of the computer system to be used and the type and version of the operating system.

前記プログラムは、内蔵ハードディスク、外付けハードディスクなどの記録媒体に記録しておいてもよいし、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD−ROM(Digital Versatile Disk Read Only Memory)、MOディスク(Magneto−Optical disk)、USBメモリ〔USB(Universal Serial Bus) flash drive〕などの記録媒体に記録しておいてもよい。前記プログラムをCD−ROM、DVD−ROM、MOディスク、USBメモリなどの記録媒体に記録する場合には、必要に応じて随時、コンピュータシステムが有する記録媒体読取装置を通じて、これを直接、又はハードディスクにインストールして使用することができる。また、コンピュータシステムから情報通信ネットワークを通じてアクセス可能な外部記憶領域(他のコンピュータ等)に前記プログラムを記録しておき、必要に応じて随時、前記外部記憶領域から情報通信ネットワークを通じてこれを直接、又はハードディスクにインストールして使用することもできる。
前記プログラムは、複数の記録媒体に、任意の処理毎に分割されて記録されていてもよい。
The program may be recorded on a recording medium such as a built-in hard disk or an external hard disk, or may be stored in a compact disc read only memory (CD-ROM), a digital versatile disk read only memory (DVD-ROM), or an MO disc ( It may be recorded on a recording medium such as a magneto-optical disk or a USB memory [USB (Universal Serial Bus) flash drive]. When recording the program on a recording medium such as a CD-ROM, DVD-ROM, MO disk, or USB memory, if necessary, through a recording medium reading device of a computer system, directly or directly to a hard disk. Can be installed and used. In addition, the program is recorded in an external storage area (another computer or the like) accessible from the computer system through the information communication network, and, if necessary, directly or through the information storage network from the external storage area through the information communication network, or It can also be installed and used on a hard disk.
The program may be divided and recorded on a plurality of recording media for each arbitrary process.

(コンピュータが読み取り可能な記録媒体)
開示のコンピュータが読み取り可能な記録媒体は、開示の前記プログラムを記録してなる。
前記コンピュータが読み取り可能な記録媒体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、内蔵ハードディスク、外付けハードディスク、CD−ROM、DVD−ROM、MOディスク、USBメモリなどが挙げられる。
前記記録媒体は、前記プログラムが任意の処理毎に分割されて記録された複数の記録媒体であってもよい。
(Computer readable recording medium)
The computer-readable recording medium of the disclosure records the above-described program of the disclosure.
The computer-readable recording medium is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples thereof include an internal hard disk, an external hard disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, an MO disk, and a USB memory. Is mentioned.
The recording medium may be a plurality of recording media in which the program is divided and recorded for each process.

(相互作用エネルギーの算出装置)
開示の相互作用エネルギーの算出装置は、第1MD計算部と、代表構造決定部と、第2MD計算部と、水分子抽出部と、算出部とを少なくとも備え、更に必要に応じて、その他の部を備える。
前記第1MD計算部は、標的分子と、薬候補分子と、前記標的分子及び前記薬候補分子の周囲の複数の水分子とを用いて、第1の分子動力学計算を行う。
前記代表構造決定部は、前記第1の分子動力学計算により得られる、前記標的分子及び前記薬候補分子の複合体の構造の時間変化に基づいて、前記複合体の構造の時間変化を代表する1以上の代表構造を決定する。
前記第2MD計算部は、前記代表構造について、前記薬候補分子を拘束し、かつ前記標的分子において前記薬候補分子から相対的に離れた部分構造を拘束しながら、第2の分子動力学計算を行う。
前記水分子抽出部は、前記第2の分子動力学計算の結果を用いて、水分子を抽出する。言い換えれば、前記水分子抽出部は、前記第2の分子動力学計算の結果を用いて、前記複数の水分子のうちの第1水分子を特定する、水分子特定部である。
前記算出部は、抽出された前記水分子を考慮して、前記標的分子と、前記薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する。
(Interaction energy calculation device)
The disclosed interaction energy calculation apparatus includes at least a first MD calculation unit, a representative structure determination unit, a second MD calculation unit, a water molecule extraction unit, and a calculation unit, and further includes other units as necessary. Is provided.
The first MD calculation unit performs a first molecular dynamics calculation using a target molecule, a drug candidate molecule, and a plurality of water molecules around the target molecule and the drug candidate molecule.
The representative structure determination unit represents a time change of the structure of the complex based on a time change of the structure of the complex of the target molecule and the drug candidate molecule, which is obtained by the first molecular dynamics calculation. One or more representative structures are determined.
The second MD calculation unit performs the second molecular dynamics calculation on the representative structure while constraining the drug candidate molecule and constraining a partial structure of the target molecule that is relatively far from the drug candidate molecule. Do.
The water molecule extraction unit extracts a water molecule using a result of the second molecular dynamics calculation. In other words, the water molecule extracting unit is a water molecule specifying unit that specifies a first water molecule of the plurality of water molecules by using a result of the second molecular dynamics calculation.
The calculation unit calculates an interaction energy between the target molecule and the drug candidate molecule in consideration of the extracted water molecule.

前記相互作用エネルギーの算出装置における各部の処理方法の好適な態様は、前記相互作用エネルギーの算出方法における各工程の好適な態様と同じである。
前記算出装置は、前記プログラムが任意の処理毎に分割されて記録された複数の記録媒体をそれぞれに備える複数の算出装置であってもよい。
The preferred mode of the processing method of each unit in the interaction energy calculation device is the same as the preferred mode of each step in the interaction energy calculation method.
The calculation device may be a plurality of calculation devices each including a plurality of recording media on which the program is divided and recorded for each arbitrary process.

図3に、開示の相互作用エネルギーの算出装置の構成例を示す。
相互作用エネルギーの算出装置10は、例えば、CPU11、メモリ12、記憶部13、表示部14、入力部15、出力部16、I/Oインターフェース部17等がシステムバス18を介して接続されて構成される。
FIG. 3 shows a configuration example of the disclosed interaction energy calculation device.
The interaction energy calculation device 10 is configured by connecting a CPU 11, a memory 12, a storage unit 13, a display unit 14, an input unit 15, an output unit 16, an I / O interface unit 17, and the like via a system bus 18, for example. Is done.

CPU(Central Processing Unit)11は、演算(四則演算、比較演算等)、ハードウエア及びソフトウエアの動作制御などを行う。   A CPU (Central Processing Unit) 11 performs operations (four arithmetic operations, comparison operations, and the like), and controls the operation of hardware and software.

メモリ12は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などのメモリである。前記RAMは、前記ROM及び記憶部13から読み出されたOS(Operating System)及びアプリケーションプログラムなどを記憶し、CPU11の主メモリ及びワークエリアとして機能する。   The memory 12 is a memory such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory). The RAM stores an OS (Operating System) and application programs read from the ROM and the storage unit 13, and functions as a main memory and a work area of the CPU 11.

記憶部13は、各種プログラム及びデータを記憶する装置であり、例えば、ハードディスクである。記憶部13には、CPU11が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、OSなどが格納される。
前記プログラムは、記憶部13に格納され、メモリ12のRAM(主メモリ)にロードされ、CPU11により実行される。
The storage unit 13 is a device that stores various programs and data, and is, for example, a hard disk. The storage unit 13 stores programs executed by the CPU 11, data necessary for executing the programs, an OS, and the like.
The program is stored in the storage unit 13, loaded into the RAM (main memory) of the memory 12, and executed by the CPU 11.

表示部14は、表示装置であり、例えば、CRTモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置である。
入力部15は、各種データの入力装置であり、例えば、キーボード、ポインティングデバイス(例えば、マウス等)などである。
出力部16は、各種データの出力装置であり、例えば、プリンタである。
I/Oインターフェース部17は、各種の外部装置を接続するためのインターフェースである。例えば、CD−ROM、DVD−ROM、MOディスク、USBメモリなどのデータの入出力を可能にする。
The display unit 14 is a display device, for example, a display device such as a CRT monitor and a liquid crystal panel.
The input unit 15 is an input device for various data, such as a keyboard and a pointing device (for example, a mouse).
The output unit 16 is an output device for various data, for example, a printer.
The I / O interface unit 17 is an interface for connecting various external devices. For example, input / output of data from a CD-ROM, a DVD-ROM, an MO disk, a USB memory, etc. is enabled.

図4に、開示の相互作用エネルギーの算出装置の他の構成例を示す。
図4の構成例は、クラウド型の構成例であり、CPU11が、記憶部13等とは独立している。この構成例では、ネットワークインターフェース部19、20を介して、記憶部13等を格納するコンピュータ30と、CPU11を格納するコンピュータ40とが接続される。
ネットワークインターフェース部19、20は、インターネットを利用して、通信を行うハードウェアである。
FIG. 4 shows another configuration example of the disclosed interaction energy calculation device.
The configuration example of FIG. 4 is a cloud-type configuration example, in which the CPU 11 is independent of the storage unit 13 and the like. In this configuration example, a computer 30 storing the storage unit 13 and the like and a computer 40 storing the CPU 11 are connected via the network interface units 19 and 20.
The network interface units 19 and 20 are hardware for performing communication using the Internet.

図5に、開示の相互作用エネルギーの算出装置の他の構成例を示す。
図5の構成例は、クラウド型の構成例であり、記憶部13が、CPU11等とは独立している。この構成例では、ネットワークインターフェース部19、20を介して、CPU11等を格納するコンピュータ30と、記憶部13を格納するコンピュータ40とが接続される。
FIG. 5 shows another configuration example of the disclosed interaction energy calculation device.
The configuration example in FIG. 5 is a cloud-type configuration example, and the storage unit 13 is independent of the CPU 11 and the like. In this configuration example, a computer 30 storing the CPU 11 and the like and a computer 40 storing the storage unit 13 are connected via the network interface units 19 and 20.

以下、開示の技術について説明するが、開示の技術は下記実施例に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the disclosed technology will be described, but the disclosed technology is not limited to the following examples.

(実施例1)
開示の相互作用エネルギーの算出方法を、図2に示すフローに従って、実施した。具体的には、以下のように実施した。なお、相互作用Eg算出工程は省略している。
標的分子として、タンパク質である血液凝固因子Xaを用いた。
薬候補分子として、RDRを用いた。
プロテインデータバンク(PDB)に登録されている結晶構造(1NFX)を初期値とする分子動力学シミュレーションを10ns実施した。
図6は、シミュレーション結果と、1NFXのRDRと、1NFWの水分子の結晶構造と、タンパク質fXaとを重ね合わせて表示した図である。シミュレーション結果は、2fs毎に計算して得られる5×10個のスナップショットから、1,000ポイント毎に抽出した5,000個のスナップショットを重ね合わせたものである。
図6において、タンパク質fXaは省略している。また、1NFXよりも1NFWの方が結晶水を良く捉えられているため、1NFWの水分子の結晶構造を用いている。また、図6において「水分子」と示しているのは、1NFWの水分子の結晶構造を示し、酸素原子の位置を代表して表している。RDRの周囲の細かい点が、シミュレーションによって得られた水分子の存在を表している。これらについては、図7でも同様である。
(Example 1)
The disclosed interaction energy calculation method was implemented according to the flow shown in FIG. Specifically, the operation was performed as follows. The step of calculating the interaction Eg is omitted.
Blood clotting factor Xa, which is a protein, was used as a target molecule.
RDR was used as a drug candidate molecule.
A molecular dynamics simulation using a crystal structure (1NFX) registered in a protein data bank (PDB) as an initial value was performed for 10 ns.
FIG. 6 is a diagram in which the simulation results, the RDR of 1NFX, the crystal structure of the water molecule of 1NFW, and the protein fXa are superimposed and displayed. The simulation result is obtained by superimposing 5,000 snapshots extracted every 1,000 points from 5 × 10 6 snapshots obtained by calculation every 2 fs.
In FIG. 6, the protein fXa is omitted. In addition, since 1NFW captures water of crystallization better than 1NFX, the crystal structure of a 1NFW water molecule is used. In FIG. 6, “water molecule” indicates the crystal structure of a 1 NFW water molecule, and represents the position of an oxygen atom as a representative. Fine points around the RDR indicate the presence of water molecules obtained by simulation. These are the same in FIG.

(比較例1)
以下の文献に記載の従来手法(水分子のみを自由に動かすMD計算)を用いた以外は、実施例1と同様にして、プロテインデータバンク(PDB)に登録されている結晶構造(1NFX)を初期値とする分子動力学シミュレーションを10ns実施した。
結果を図7に示した。図7は、シミュレーション結果について、1NFXのRDRと、1NFWの水分子の結晶構造と、タンパク質fXaを重ね合わせて表示した図である。
〔従来手法の文献〕
文献:Abel R, Young T, Farid R, Berne BJ, and Friesner RA. The role of the active−site solvent in the thermodynamics of factor Xa ligand binding. J Am Chem Soc, 130: 2817−2831, 2008.
(Comparative Example 1)
The crystal structure (1NFX) registered in the protein data bank (PDB) is changed in the same manner as in Example 1 except that the conventional method (MD calculation for freely moving only water molecules) described in the following document is used. A molecular dynamics simulation as an initial value was performed for 10 ns.
The results are shown in FIG. FIG. 7 is a diagram in which the RDR of 1NFX, the crystal structure of a water molecule of 1NFW, and the protein fXa are displayed in a superimposed manner with respect to the simulation result.
[Documents of conventional methods]
References: Abel R, Young T, Farid R, Berne BJ, and Friesner RA. The role of the active-site solvent in the thermodynamics of factor X alilig binding. J Am Chem Soc, 130: 2817-2831, 2008.

比較例1では、図7に示すように、結晶構造で確認された水分子の位置と、シミュレーションにおいて水分子の分布が集中する位置(タンパク質とリガンドとの相互作用に影響を及ぼす位置)との一致性は、悪く、6個の結晶水のうち、2個に相当する部分のみがシミュレーションによる水分子の分布から推定可能だった。
これに対し、実施例1では、図6に示すように、6個中5個の水分子の位置をシミュレーションによって推定できた。
この結果から、開示の技術が、標的分子と薬候補分子との間に働く相互作用エネルギーを算出する際に、考慮する水分子を適切に選択できることが確認できた。また、考慮する水分子を適切に選択できる結果、全ての水分子を考慮する必要がないため、計算時間の短縮化が可能である。
In Comparative Example 1, as shown in FIG. 7, the position of the water molecule confirmed in the crystal structure and the position where the distribution of the water molecule is concentrated in the simulation (the position that affects the interaction between the protein and the ligand) are shown. The concordance was poor, and only the portion corresponding to two of the six crystal waters could be estimated from the distribution of water molecules by simulation.
In contrast, in Example 1, as shown in FIG. 6, the positions of five out of six water molecules could be estimated by simulation.
From these results, it was confirmed that the disclosed technology can appropriately select a water molecule to be considered when calculating the interaction energy acting between the target molecule and the drug candidate molecule. Further, as a result of appropriately selecting the water molecules to be considered, it is not necessary to consider all the water molecules, so that the calculation time can be reduced.

以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
コンピュータを用いて、標的分子と、薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する、相互作用エネルギーの算出方法であって、
前記標的分子と、前記薬候補分子と、前記標的分子及び前記薬候補分子の周囲の複数の水分子とを用いて、第1の分子動力学計算を行う工程と、
前記第1の分子動力学計算により得られる、前記標的分子及び前記薬候補分子の複合体の構造の時間変化に基づいて、前記複合体の構造の時間変化を代表する1以上の代表構造を決定する工程と、
前記代表構造について、前記薬候補分子を拘束し、かつ前記標的分子において前記薬候補分子から相対的に離れた部分構造を拘束しながら、第2の分子動力学計算を行う工程と、
前記第2の分子動力学計算の結果を用いて、水分子を抽出する工程と、
抽出された前記水分子を考慮して、前記標的分子と、前記薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する工程と、
を含むことを特徴とする相互作用エネルギーの算出方法。
(付記2)
前記第1の分子動力学計算が、前記薬候補分子を拘束して行われる付記1に記載の相互作用エネルギーの算出方法。
(付記3)
前記代表構造が、前記複合体の座標の時間平均により決定される付記1から2のいずれかに記載の相互作用エネルギーの算出方法。
(付記4)
前記水分子を抽出する工程が、前記水分子の座標の揺らぎ幅、及び前記水分子の存在頻度の少なくともいずれかに基づいて行われる付記1から3のいずれかに記載の相互作用エネルギーの算出方法。
(付記5)
コンピュータに、
標的分子と、薬候補分子と、前記標的分子及び前記薬候補分子の周囲の複数の水分子とを用いて、第1の分子動力学計算を行う工程と、
前記第1の分子動力学計算により得られる、前記標的分子及び前記薬候補分子の複合体の構造の時間変化に基づいて、前記複合体の構造の時間変化を代表する1以上の代表構造を決定する工程と、
前記代表構造について、前記薬候補分子を拘束し、かつ前記標的分子において前記薬候補分子から相対的に離れた部分構造を拘束しながら、第2の分子動力学計算を行う工程と、
前記第2の分子動力学計算の結果を用いて、水分子を抽出する工程と、
抽出された前記水分子を考慮して、前記標的分子と、前記薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する工程と、
を実行させることを特徴とするプログラム。
(付記6)
前記第1の分子動力学計算が、前記薬候補分子を拘束して行われる付記5に記載のプログラム。
(付記7)
前記代表構造が、前記複合体の座標の時間平均により決定される付記5から6のいずれかに記載のプログラム。
(付記8)
前記水分子を抽出する工程が、前記水分子の座標の揺らぎ幅、及び前記水分子の存在頻度の少なくともいずれかに基づいて行われる付記5から7のいずれかに記載のプログラム。
(付記9)
標的分子と、薬候補分子と、前記標的分子及び前記薬候補分子の周囲の複数の水分子とを用いて、第1の分子動力学計算を行う第1MD計算部と、
前記第1の分子動力学計算により得られる、前記標的分子及び前記薬候補分子の複合体の構造の時間変化に基づいて、前記複合体の構造の時間変化を代表する1以上の代表構造を決定する代表構造決定部と、
前記代表構造について、前記薬候補分子を拘束し、かつ前記標的分子において前記薬候補分子から相対的に離れた部分構造を拘束しながら、第2の分子動力学計算を行う第2MD計算部と、
前記第2の分子動力学計算の結果を用いて、水分子を抽出する水分子抽出部と、
抽出された前記水分子を考慮して、前記標的分子と、前記薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する算出部と、
を備えることを特徴とする相互作用エネルギーの算出装置。
(付記10)
前記第1の分子動力学計算が、前記薬候補分子を拘束して行われる付記9に記載の相互作用エネルギーの算出装置。
(付記11)
前記代表構造が、前記複合体の座標の時間平均により決定される付記9から10のいずれかに記載の相互作用エネルギーの算出装置。
(付記12)
前記水分子を抽出する工程が、前記水分子の座標の揺らぎ幅、及び前記水分子の存在頻度の少なくともいずれかに基づいて行われる付記9から11のいずれかに記載の相互作用エネルギーの算出装置。
Regarding the above embodiments, the following supplementary notes are further disclosed.
(Appendix 1)
Using a computer, the interaction energy between the target molecule and the drug candidate molecule is calculated, a method for calculating the interaction energy,
Performing a first molecular dynamics calculation using the target molecule, the drug candidate molecule, and a plurality of water molecules around the target molecule and the drug candidate molecule;
At least one representative structure representing the time change of the structure of the complex is determined based on the time change of the structure of the complex of the target molecule and the drug candidate molecule obtained by the first molecular dynamics calculation. The process of
Performing a second molecular dynamics calculation while constraining the drug candidate molecule for the representative structure, and constraining a partial structure relatively distant from the drug candidate molecule in the target molecule;
Extracting a water molecule using the result of the second molecular dynamics calculation;
In consideration of the extracted water molecules, the target molecule, the step of calculating the interaction energy of the drug candidate molecule,
A method for calculating interaction energy, comprising:
(Appendix 2)
2. The interaction energy calculation method according to claim 1, wherein the first molecular dynamics calculation is performed with the drug candidate molecule restricted.
(Appendix 3)
3. The method according to claim 1, wherein the representative structure is determined by a time average of coordinates of the complex.
(Appendix 4)
The method for calculating interaction energy according to any one of Supplementary notes 1 to 3, wherein the step of extracting the water molecule is performed based on at least one of a fluctuation width of the coordinates of the water molecule and an occurrence frequency of the water molecule. .
(Appendix 5)
On the computer,
Performing a first molecular dynamics calculation using a target molecule, a drug candidate molecule, and a plurality of water molecules around the target molecule and the drug candidate molecule;
At least one representative structure representing the time change of the structure of the complex is determined based on the time change of the structure of the complex of the target molecule and the drug candidate molecule obtained by the first molecular dynamics calculation. The process of
Performing a second molecular dynamics calculation while constraining the drug candidate molecule for the representative structure, and constraining a partial structure relatively distant from the drug candidate molecule in the target molecule;
Extracting a water molecule using the result of the second molecular dynamics calculation;
In consideration of the extracted water molecules, the target molecule, the step of calculating the interaction energy of the drug candidate molecule,
A program characterized by executing
(Appendix 6)
The program according to supplementary note 5, wherein the first molecular dynamics calculation is performed with the drug candidate molecule restricted.
(Appendix 7)
7. The program according to claim 5, wherein the representative structure is determined by a time average of coordinates of the complex.
(Appendix 8)
8. The program according to any one of supplementary notes 5 to 7, wherein the step of extracting the water molecules is performed based on at least one of a fluctuation width of the coordinates of the water molecules and an occurrence frequency of the water molecules.
(Appendix 9)
A first MD calculation unit that performs a first molecular dynamics calculation using a target molecule, a drug candidate molecule, and a plurality of water molecules around the target molecule and the drug candidate molecule;
At least one representative structure representing the time change of the structure of the complex is determined based on the time change of the structure of the complex of the target molecule and the drug candidate molecule obtained by the first molecular dynamics calculation. A representative structure determining unit,
A second MD calculation unit that performs a second molecular dynamics calculation while constraining the drug candidate molecule for the representative structure, and constraining a partial structure relatively far from the drug candidate molecule in the target molecule;
A water molecule extraction unit that extracts a water molecule using the result of the second molecular dynamics calculation;
In consideration of the extracted water molecules, the target molecule, a calculation unit that calculates the interaction energy of the drug candidate molecule,
An interaction energy calculation device, comprising:
(Appendix 10)
The apparatus for calculating an interaction energy according to claim 9, wherein the first molecular dynamics calculation is performed by restricting the drug candidate molecule.
(Appendix 11)
11. The interaction energy calculating device according to any one of supplementary notes 9 to 10, wherein the representative structure is determined by a time average of coordinates of the complex.
(Appendix 12)
The apparatus for calculating an interaction energy according to any one of Supplementary Notes 9 to 11, wherein the step of extracting the water molecule is performed based on at least one of a fluctuation width of coordinates of the water molecule and an occurrence frequency of the water molecule. .

10 相互作用エネルギーの算出装置
11 CPU
12 メモリ
13 記憶部
14 表示部
15 入力部
16 出力部
17 I/Oインターフェース部
18 システムバス
19 ネットワークインターフェース部
20 ネットワークインターフェース部
30 コンピュータ
40 コンピュータ
10 Calculation device of interaction energy 11 CPU
12 memory 13 storage unit 14 display unit 15 input unit 16 output unit 17 I / O interface unit 18 system bus 19 network interface unit 20 network interface unit 30 computer 40 computer

Claims (9)

コンピュータを用いて、標的分子と、薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する、相互作用エネルギーの算出方法であって、
前記標的分子と、前記薬候補分子と、前記標的分子及び前記薬候補分子の周囲の複数の水分子とを用いて、第1の分子動力学計算を行う工程と、
前記第1の分子動力学計算により得られる、前記標的分子及び前記薬候補分子の複合体の構造の時間変化に基づいて、前記複合体の構造の時間変化を代表する1以上の代表構造を決定する工程と、
前記代表構造について、前記薬候補分子を拘束し、かつ前記標的分子に含まれる複数の部分構造のうち他の部分構造よりも前記薬候補分子から相対的に離れた第1部分構造を拘束しながら、第2の分子動力学計算を行う工程と、
前記第2の分子動力学計算の結果を用いて、前記複数の水分子のうちの第1水分子を特定する工程と、
特定された前記第1水分子を考慮して、前記標的分子と、前記薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する工程と、
を含み、
前記第1水分子を特定する工程が、前記複数の水分子の座標の揺らぎ幅、及び前記複数の水分子の存在頻度の少なくともいずれかに基づいて行われることを特徴とする相互作用エネルギーの算出方法。
Using a computer, the interaction energy between the target molecule and the drug candidate molecule is calculated, a method for calculating the interaction energy,
Performing a first molecular dynamics calculation using the target molecule, the drug candidate molecule, and a plurality of water molecules around the target molecule and the drug candidate molecule;
At least one representative structure representing the time change of the structure of the complex is determined based on the time change of the structure of the complex of the target molecule and the drug candidate molecule obtained by the first molecular dynamics calculation. The process of
For the representative structure, while constraining the drug candidate molecule, and while constraining a first partial structure relatively far from the drug candidate molecule than other partial structures among the plurality of partial structures included in the target molecule, Performing a second molecular dynamics calculation;
Using the result of the second molecular dynamics calculation to identify a first water molecule of the plurality of water molecules ;
Taking into account the identified first water molecule, calculating the interaction energy between the target molecule and the drug candidate molecule;
Only including,
Calculating the interaction energy , wherein the step of specifying the first water molecule is performed based on at least one of a fluctuation width of coordinates of the plurality of water molecules and an existence frequency of the plurality of water molecules. Method.
前記第1の分子動力学計算が、前記薬候補分子を拘束して行われる請求項1に記載の相互作用エネルギーの算出方法。   The method according to claim 1, wherein the first molecular dynamics calculation is performed with the drug candidate molecule restricted. 前記代表構造が、前記複合体の座標の時間平均により決定される請求項1から2のいずれかに記載の相互作用エネルギーの算出方法。   The method for calculating interaction energy according to claim 1, wherein the representative structure is determined by a time average of coordinates of the complex. コンピュータに、On the computer,
標的分子と、薬候補分子と、前記標的分子及び前記薬候補分子の周囲の複数の水分子とを用いて、第1の分子動力学計算を行う工程と、Performing a first molecular dynamics calculation using a target molecule, a drug candidate molecule, and a plurality of water molecules around the target molecule and the drug candidate molecule;
前記第1の分子動力学計算により得られる、前記標的分子及び前記薬候補分子の複合体の構造の時間変化に基づいて、前記複合体の構造の時間変化を代表する1以上の代表構造を決定する工程と、At least one representative structure representing the time change of the structure of the complex is determined based on the time change of the structure of the complex of the target molecule and the drug candidate molecule obtained by the first molecular dynamics calculation. The process of
前記代表構造について、前記薬候補分子を拘束し、かつ前記標的分子に含まれる複数の部分構造のうち他の部分構造よりも前記薬候補分子から相対的に離れた第1部分構造を拘束しながら、第2の分子動力学計算を行う工程と、For the representative structure, while constraining the drug candidate molecule, and while constraining a first partial structure relatively far from the drug candidate molecule than other partial structures among the plurality of partial structures included in the target molecule, Performing a second molecular dynamics calculation;
前記第2の分子動力学計算の結果を用いて、前記複数の水分子のうちの第1水分子を特定する工程と、Using the result of the second molecular dynamics calculation to identify a first water molecule of the plurality of water molecules;
特定された前記第1水分子を考慮して、前記標的分子と、前記薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する工程と、Taking into account the identified first water molecule, calculating the interaction energy between the target molecule and the drug candidate molecule;
を実行させ、And execute
前記第1水分子を特定する工程が、前記複数の水分子の座標の揺らぎ幅、及び前記複数の水分子の存在頻度の少なくともいずれかに基づいて行われることを特徴とするプログラム。A program, wherein the step of specifying the first water molecule is performed based on at least one of a fluctuation width of coordinates of the plurality of water molecules and an existence frequency of the plurality of water molecules.
前記第1の分子動力学計算が、前記薬候補分子を拘束して行われる請求項4に記載のプログラム。The program according to claim 4, wherein the first molecular dynamics calculation is performed while restricting the drug candidate molecule. 前記代表構造が、前記複合体の座標の時間平均により決定される請求項4から5のいずれかに記載のプログラム。The program according to claim 4, wherein the representative structure is determined by a time average of coordinates of the complex. 標的分子と、薬候補分子と、前記標的分子及び前記薬候補分子の周囲の複数の水分子とを用いて、第1の分子動力学計算を行う第1MD計算部と、A first MD calculation unit that performs a first molecular dynamics calculation using a target molecule, a drug candidate molecule, and a plurality of water molecules around the target molecule and the drug candidate molecule;
前記第1の分子動力学計算により得られる、前記標的分子及び前記薬候補分子の複合体の構造の時間変化に基づいて、前記複合体の構造の時間変化を代表する1以上の代表構造を決定する代表構造決定部と、At least one representative structure representing the time change of the structure of the complex is determined based on the time change of the structure of the complex of the target molecule and the drug candidate molecule obtained by the first molecular dynamics calculation. A representative structure determining unit,
前記代表構造について、前記薬候補分子を拘束し、かつ前記標的分子に含まれる複数の部分構造のうち他の部分構造よりも前記薬候補分子から相対的に離れた第1部分構造を拘束しながら、第2の分子動力学計算を行う第2MD計算部と、For the representative structure, while constraining the drug candidate molecule, and while constraining a first partial structure relatively far from the drug candidate molecule than other partial structures among the plurality of partial structures included in the target molecule, A second MD calculation unit for performing a second molecular dynamics calculation;
前記第2の分子動力学計算の結果を用いて、前記複数の水分子のうちの第1水分子を特定する水分子特定部と、A water molecule identification unit that identifies a first water molecule of the plurality of water molecules using a result of the second molecular dynamics calculation;
特定された前記第1水分子を考慮して、前記標的分子と、前記薬候補分子との相互作用エネルギーを算出する算出部と、In consideration of the identified first water molecule, the target molecule, a calculation unit that calculates the interaction energy between the drug candidate molecule,
を備え、With
前記水分子特定部における前記第1水分子を特定する工程が、前記複数の水分子の座標の揺らぎ幅、及び前記複数の水分子の存在頻度の少なくともいずれかに基づいて行われることを特徴とする相互作用エネルギーの算出装置。The step of specifying the first water molecule in the water molecule specifying unit is performed based on at least one of a fluctuation width of coordinates of the plurality of water molecules and an occurrence frequency of the plurality of water molecules. Device for calculating the interaction energy.
前記第1の分子動力学計算が、前記薬候補分子を拘束して行われる請求項7に記載の相互作用エネルギーの算出装置。The apparatus for calculating an interaction energy according to claim 7, wherein the first molecular dynamics calculation is performed while restricting the drug candidate molecule. 前記代表構造が、前記複合体の座標の時間平均により決定される請求項7から8のいずれかに記載の相互作用エネルギーの算出装置。The interaction energy calculation device according to claim 7, wherein the representative structure is determined by a time average of coordinates of the complex.
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