三維結構活性相關法的製作方法

2023-09-23 22:13:50

專利名稱：三維結構活性相關法的製作方法
技術領域：
本發明涉及用統計學方法來定量地解析化合物的立體結構及生理活性的相關性的三維結構活性相關(3 Dimensional Quantitative structure-activityrelationship3D QSAR)法及其程序。
背景技術：
作為設計具有以生理活性為目的的藥物分子的方法，現在應用的是使用了三維結構活性相關(3D QSAR)解析及ファ-マコフォアマフピング的邏輯分子設計方法。在該類方法中，按照適當的規則在虛擬空間內使現有的藥物互相疊合，然後用PLS(partial least square of latent valuables)法、神經網絡(NN)法或遺傳記數法(GA)等進行統計處理，再提取生物活性、疏水性、靜電相互作用等各種參數間的特徵。所得結果可以圖解表示，由此視覺地認識分子結構中貢獻活性的部分(官能團、立體結構)，這樣就有可能成為分子設計的線索，也能應用於預測新設計的分子的活性。
在實行3D QSAR解析時，在最初進行的分子疊合中，目前採用的方法是在進行比較的多個分子之間，將預想的相對應的原子-原子或官能團-官能團疊合的方法；以及用評價函數(分子類似性)來尋求最佳疊合順序的方法。但是，在將原子-原子或官能團-官能團疊合的方法中，雖然疊合可以在短時間內進行，但是另一方面存在著無法避免研究者帶有主觀願望的缺陷。例如，研究者主觀地將不同的分子進行疊合時，有時實際的分子和與適體蛋白質相互作用的構象進行疊合後的分子大相逕庭。此外，在由計算機自動提取官能團的方法中，選擇疊合的官能團種類及數量的方法還存在著依靠軟體的任意性及研究者帶有主觀性的問題。另一方面，採用評價函數的方法雖然作為分子疊合方法而言是理想的，但是存在著計算花時間的問題。因此，本申請的發明者研究並設計出一種更加快速、不帶任意性的分子疊合方法，它是能用一般的PC實行、且計算速度以往快100～1000倍的方法(Kotani，T.；Higashiura，K.Rapid evaluationof molecular shape similarity index using pairwise calculation of the nearest atomicdistances.J.Chem.Inf.Comput.Sci.2002，42，58-63.)。
分子疊合的另一必要因素是3D QSAR解析的程序。但是，能用一般的個人電腦PC計算的3D QSAR方法只有極少數的分子設計綜合一攬子計劃的報告，這些3D QSAR解析是作為專門的分子設計綜合一攬子計劃的模式提供的，因此不能單獨取得。並且幾乎所有的3D QSAR解析大多使用高價的通用機及工位，因此合成研究者在實驗的同時簡便地進行3D QSAR、應用於目標化合物的最優化有困難。以下，對目前提出的幾種3D QSAR解析加以具體的說明。
(1)傳統的QSAR方法以Fujita-Hansch法為代表的傳統的QSAR方法是在其解析中，使用由官能團分配的疏水性參數π、靜電參數σ、立體參數Es等參數，用多重回歸計算(Multiple Regression Analysis、MRA)等統計方法提取有助於活性的物理化學性質，並應用於開發新藥的方法。因此，存在著對具有不能提供參數的官能團的化合物群只能用骨架比較接近的化合物群進行解析而不能進行QSAR解析的缺點。並且，其最大的缺點是不能應用於三維的QSAR解析。
(2)Comparative Molecular Field Analysis(CoMFA，比較分子場分析)法由Cramer等開發的CoMFA(Cramer III，R.D.；Patterson，D.E.；Bunce，J.D.Comparative Molecular Field Analysis(CoMFA).1.Effect of Shape on Bindingof Steroids to Carrier Proteins.J.Am..Chem.Soc.1988，110，5959-5967)是著眼於藥物分子周圍的「場」而進行QSAR解析的。在CoMFA解析中，假定各分子結構的差異構成了分子周圍的「場」的差異，它左右著生物活性值。因此，與CoMFA以外的3D QSAR方法相同，為了在數據上恰當地反映出結構的差異，因此必須適當地將分子結構進行疊合。疊合處理結束的話，接著考慮將重疊閉合的分子圈成箱體狀，在箱體的內部製作以1或2為間隔的數千個晶格結點。然後，在各晶格結點的位置上模擬配置具有電荷+1的sp3碳原子，再計算各藥物分子在配置後的所有的sp3碳原子之間的立體及靜電電位，作為各藥物分子的三維結構描述符使用(CoMFA場)。
計算CoMFA場時，立體相互作用通過Lennard-Jones式，靜電相互作用通過Coulomb電位計算。分別計算疊合分子的CoMFA場，作為各分子的三維結構描述符使用，再統計解析其與活性值的關係。統計解析採用PLS(Partial LeastSquare)法，算出的活性預測式表示對於藥物分子所要求的性質，因此能三維立體地圖示。為得到更高活性的化合物，用計算機圖解能圖示且容易判斷有關這些的藥物設計的方針，是在分子的什麼部位引入何種性質的立體的、靜電的取代基為好還是反過來怎樣減少為好。
由於CoMFA沒有表示疏水性相互作用的參數，因此Kellogg等設計了稱為HINT的參數並用於CoMFA解析(Kellogg，G.E.；Semus，S.F.；Abraham，D.J.HINTa new method of empirical hydrophobic field calculation for CoMFA.J.Comput.Aided Mol.Des.1991，5，545-552、Kellogg，G.E.Abraham，D.J.Hydrophobicityis LogP(o/w)more than the sum of its parts？Eur.J.Med.Chem.2000，35，651-661.)。
(3)Comparative Molecular Similarity Analysis(CoMSIA，比較分子相似分析)法作為擴充CoMFA的3D QSAR計算方法，Klebe等設計了CoMSIA(Klebe，G.；Abraham，U.；Mietzner，T.Molecular similarity indices in a comparativeanalysis(CoMSIA)of drug molecules to correlate and predict their biologicalactivity.J.Med.Chem.1994，37，4130-4146.、Klebe，G.Comparative MolecularSimilarity Indices AnalysisCoMSIA.Perspect.Drug Discov.Design 1998，12/13/14，87-104、Klebe，G.；Abraham，U.Comparative molecular similarity indexanalysis(CoMSIA)to study hydrogen-bonding properties and to scorecombinatorial libraries.J.Comput.Aided MOL.Des.1999，13，1-10)。
相對於CoMFA計算採用立體電位與靜電電位若干個追加的場來進行計算，CoMSIA計算採用Similarity Index(相似指數)與CoMFA同樣進行「場」的計算。
CoMSIA是針對CoMFA具有的若干個缺點進行改進的方法。具體地說，CoMFA所用的Lennard-Jones電位由於在van der Waals表面近旁成為大錐角，因此接近分子表面的晶格結點的電位能產生劇烈變化。因此，有時會由於分子微小的構造變化而使結果大不相同。另外，Lennard-Jones電位及Coulomb電位由於存在於原子上的晶格結點變成了特異點，成為不具有類似無限大或無限小的意義的值，所以必須要截止(cut off)電位能。並且，由於Lennard-Jones電位與Coulomb電位中的電位傾向不同，因此具有離開被截止分子的距離不同的缺點。也就是說，必須以各種電位、離分子不同的距離進行截止，因此可以想像它不能正確地反映貢獻度。由此，CoMSIA中採用作為分子疊合法使用的SEAL的函數來計算立體場·靜電場(關於「SEAL的函數」，參照Klebe，G.；Mietzner，T.；Weber，F.Different approaches to ward an automatic structural alignment ofdrug moleculesapplications to sterol mimics，thrombin and thermolysin inhibitors.J.Comput.Aided Mol.Des.1994，8，751-778.)。關於SEAL的函數，有氫鍵Donor(供體)場·氫鍵Accepto(受體)場、疏水性場的應用例的報告。而且，由於SEAL中採用Gaussian型的評價式，因此CoMSIA中就不會出現成為問題的特異點，所以就沒必要截止。
相反，人們知道在CoMFA、CoMSIA中製作晶格結點時會產生任意性，有時要影響QSAR解析的結果。為解決該缺點，雖然MFA法對晶格結點的製作方法進行了改進，但是不論採用這些方法中的任一方法，為了提高計算的精確度，都必須使晶格結點的間隔變窄，有時需要數千以上的晶格結點。這樣，為了得到正確的3D QSAR的解析結果，就需要更多的晶格結點，而計算量也隨之增大，這就顯示出3D QSAR的可靠性受計算機的能力影響較大。
(4)Hypothetical Active Site Lattice(HASL，假想活性點陣)法由Doweyko開發的HASL法與CoMFA及CoMSIA不同，它是在分子的van der Waals半徑以內的區域以2左右的間隔產生晶格結點，在各晶格結點上分配分子的物理化學性質，然後獨自進行配合的方法(參照Doweyko，A.M.Three-dimensional pharmacophores from binding data.J.Med.Chem.1994，37，1769-1778、Guccione，S.；Doweyko，A.M.；Chen，H.；Barretta，G.U.；Balzano，F.3D QSAR using multiconformer』alignmentthe use of HASL in the analysis of5-HTIA thienopyrimidinone ligands.J.Comput.Aided Mol.Des.2000，14，647-657.)。HASL與CoMFA及CoMSIA、MFA(由Accelrys Inc.提供)比較，所需的晶格結點數在很大程度上顯著地變少，因此能用通常的PC計算，但是在製作晶格結點時，與CoMFA及CoMSIA同樣地存在著任意性的問題。此外，HASL只有1種HASL原子類型，它們只能通過其物理化學性質得到+1、0、-1的值。對於未被定義的HASL原子類型的衍生物不能進行QSAR解析。
(5)實行藥效基團的疊合的方法該方法是通過評價模型中顯現哪一種活性所必需的氫鍵、靜電相互作用、疏水性處(pocket)等物理化學特徵而進行的3D QSAR方法。具體地有DISCO和Catalyst、Apex-3D等。不過這些計算方法雖然由於簡便而被用於衍生物的疊合，但是存在著定義不同的物理化學性質而結果不同的缺點。關於DISCO，參照Martin，Y.C.；Bures，M.G.；Danaher，E.A.；DeLazzer，J.；Lico，I.；Pavlik，P.A.A fast new approachto pharmacophore mapping and its application to dopaminergic and benzodiazepineagonists.J.Comput.Aided Mol.Des.1993，7，83-102.。關於Catalyst，參照Greene，J.；Kahn，S.；Savoj，H.；Sprague，P.；Teig，S.Chemical Function Queries for 3DDatabase Search.J.Chem.Inf.Comput.Sci.，1994，34，1297-1308.。
歸納起來，以往的3D QSAR方法有以下缺點(a)由於產生數千個晶格結點，使得計算量增大，同時需要較多的存儲空間，因此不能用通常的PC進行3D QSAR解析。
(b)對於晶格結點，對成為模型的化合物進行不同的配置，使結果有時也不相同。
(c)必須對特異點進行取消或截止的處理。
(d)原子類型的歸屬困難，無法分配。
發明的揭示本發明的三維結構活性相關法具備以下工序在虛擬空間內使多個分子疊合的工序A；對在虛擬空間內已疊合的多個分子的原子坐標進行組解析，製作代表點的工序B；計算已疊合的多個分子的各原子與代表點的相互作用(例如，立體相互作用、靜電相互作用、疏水相互作用)的工序C；統計解析相互作用的工序D。
特別是組解析的工序B還具備以下的工序尋求在虛擬空間內已疊合的多個分子所包含的各原子坐標的第1工序B1；計算各原子與其它原子的原子間距離，對算得的原子間距離中的最短的原子間距離及構成該最短的原子間距離的2個原子進行特定的第2工序B2；當算得的最短原子間距離在規定的閾值以下時，將具有最短原子間距離的2個原子從三維空間刪除的同時，在該刪除的2個原子坐標的加權平均坐標上製作代表這2個原子的原子的第3工序B3；在第3工序B3之後，返回到第2工序B2，含有在第3工序製作的原子，再進行第2工序的第4工序B4；所計算的最短原子間距離超過規定的閾值時，結束工序B的第5工序B5。
在本發明的另一三維結構活性相關法中，工序B特別還包含以下的工序
在虛擬空間內已疊合的分子具備環結構或官能團時，在代表該環結構或官能團的位置虛擬原子(模擬原子)的工序B1；計算含有虛擬的原子的虛擬空間內的所有原子與其它原子的原子間距離，對所計算的原子間距離中的最短的原子間距離及構成該最短的原子間距離的2個原子進行特定的工序B2；所計算的最短原子間距離在規定的閾值以下時，將具有最短原子間距離的2個原子從三維空間刪除的同時，在該刪除的2個原子坐標的加權平均坐標上製作代表這2個原子的原子的工序B3；在第3工序B3之後，返回到第2工序B2的工序B4；所計算的最短原子間距離超過規定的閾值時，結束工序B的工序B5。
這樣，作為代表官能團的點虛擬模擬原子時，由於計算中所用的「原子」數減少，因而能減少3D QSAR解析時的必要的工作量，有可能進行更加快速簡便地解析。是否設置代表官能團的點以及設置在怎樣的位置上等等，可根據官能團的種類及使用的參數來適當決定。也就是說，代表官能團的點可以設置在使用了已考慮官能團的中心及原子量的加權平均或簡單平均的位置等，即使有多個也沒關係。在分子具備環結構時，也可以在代表該環結構的位置上追加並設置模擬原子。這時，與官能團的模擬原子的設置不同，構成該環結構的原子保留著，因此要追加並設置模擬原子。這樣就能加入分子的環部分的特徵，可以顯現更加理想的結構活性相關性。設置該模擬原子的位置，可以與代表上述官能團的模擬原子的設置同樣進行。
本發明還涉及以虛擬空間內疊合的多個分子的原子坐標為基礎，用計算機提取該化合物的特徵，並以視覺表示的三維結構活性相關法所採用的程序，在計算機上進行如下的處理在虛擬空間內使多個分子疊合的處理A；對在虛擬空間內已疊合的多個分子的原子坐標進行組解析，並製作代表點的處理B；計算代表點與疊合的多個分子的各原子的相互作用的處理C；統計解析相互作用的處理D。
特別是組解析的處理B還包含以下的分處理尋求在虛擬空間內已疊合的多個分子所包含的各原子坐標的第1處理B1；計算各原子與其它原子的原子間距離，對所計算的原子間距離中的最短的原子間距離及構成該最短的原子間距離的2個原子進行特定的第2處理B2；
所計算的最短原子間距離在規定的閾值以下時，將具有最短原子間距離的2個原子從三維空間刪除的同時，在該刪除的2個原子的坐標的加權平均坐標上製作代表這2個原子的原子的第3處理B3；在第3處理B3之後，返回到第2處理B2，含有在第3處理B3製作的原子，再進行第2處理B2的第4處理B4；所計算的最短原子間距離超過規定的閾值時，結束處理B的第5處理B5。
在本發明的另一程序中，組解析的處理B還包括以下的分處理在虛擬空間內已疊合的分子具備環結構或官能團時，根據需要在代表該環結構或官能團的位置上虛擬原子的第1處理B1；計算含有虛擬原子的虛擬空間內的所有原子與其它原子的原子間距離，對所計算的原子間距離中的最短的原子間距離及構成該最短的原子間距離的2個原子進行特定的第2處理B2；所計算的最短原子間距離在規定的閾值以下時，將具有最短原子間距離的2個原子從三維空間刪除的同時，在該刪除的2個原子坐標的加權平均坐標上製作代表這2個原子的原子的第3處理B3；在第3處理B3之後，返回到第2處理B2，含有在第3處理B3製作的原子，再進行第2處理B2的第4處理B4；所計算的最短原子間距離超過規定的閾值時，結束處理B的第5處理B5。
上述構成的三維結構活性相關法及其程序與CoMFA或CoMSIA、MFA不同，未在分子的周圍產生晶格結點，而是使分子內產生用於計算相互作用的代表點，因此需要計算的點數大幅度地減少。由此可以大幅度地削減3D QSAR解析時必需的工作量與存儲空間。
此外，計算相互作用的點不使用晶格結點，以具有分子的原子坐標的閾值作為指標來進行並決定組解析。即抽出用於計算的分子的原子坐標及根據需要設定的模擬原子坐標，使用對某閾值以內的原子及模擬原子坐標的xyz坐標進行加權平均得到的xyz坐標。這樣，不論在xyz軸上怎樣配置分子，得到的結果都是相同的。並且，由於在結構變化大的部分產生許多坐標點，因此可以期待在預計有助於活性的區域中使坐標點的間隔變窄，而在預計對活性影響不大的區域中使坐標點的間隔變寬。
另外，由於在相互作用的計算中使用快速的分子疊合法的評價式或高斯型評價式或模擬係數，所以能避開特異點及截止。
並且，由於立體參數及靜電參數分別直接使用van der Waals半徑及電子的部分電荷，或使用從這些數值衍生的模擬係數，因此能適應所有的原子種類。另外，對於疏水性參數及氫鍵參數，可使用已知參數。
附圖的簡單說明

圖1簡略表示本發明的三維結構活性相關法的流程圖。
圖2詳細表示圖1的組解析(步驟2)的示意圖。
圖3CoMFA法的計算過程的示意圖。
圖4用於疊合的類固醇衍生物的化合物組的示意圖。
圖5CoMSIA的解析結果(立體相互作用)的視覺示意圖。
圖6CoMSIA的解析結果(靜電相互作用)的視覺示意圖。
圖7以疊合分子的原子坐標為基礎製作代表點的示意圖。
圖8在環中心部分增加新的點(模擬原子)製作代表點的示意圖。
圖9表示使用快速疊合法的PLS解析的結果的曲線圖。
圖10使用快速疊合法的PLS解析的結果的視覺示意圖。
圖11表示使用SEAL評價式的PLS解析的結果的曲線圖。
圖12使用SEAL評價式的PLS解析結果對立體項的貢獻視覺示意圖。
圖13使用SEAL評價式的PLS解析結果對靜電項的貢獻視覺示意圖。
圖14表示使用Good等的分子類似性評價式的PLS解析結果的曲線圖。
圖15使用Good等的分子類似性評價式的PLS解析結果對立體項的貢獻視覺示意圖。
圖16使用Good等的分子類似性評價式的PLS解析結果對靜電項的貢獻視覺示意圖。
圖17表示使用了模擬變量的PLS解析結果的曲線圖。
圖18使用了模擬變量的PLS解析結果對立體項的貢獻視覺示意圖。
圖19使用了模擬變量的PLS解析結果對靜電項的貢獻視覺示意圖。
圖20表示在環的中央設置原子、並使用SEAL評價式進行PLS解析的結果的曲線圖。
圖21表示在環的中央設置原子、並使用SEAL評價式進行PLS解析的結果對立體項的貢獻視覺示意圖。
圖22表示在環的中央設置原子、並使用SEAL評價式進行PLS解析的結果對靜電項的貢獻視覺示意圖。
圖23在環的中央設置原子，使用Good等的分子類似性評價式，表示PLS解析結果的曲線圖。
圖24表示在環的中央設置原子、並使用Good等的分子類似性評價式的PLS解析結果對立體項的貢獻視覺示意圖。
圖25表示在環的中央設置原子、並使用Good等的分子類似性評價式的PLS解析結果對靜電項的貢獻視覺示意圖。
圖26根據SEAL法中所用的疏水性參數、採用高斯型評價式進行PLS解析的結果對疏水項的貢獻視覺示意圖。
圖27根據SEAL法中所用的疏水性參數、使用模擬變量進行PLS解析的結果對疏水項的貢獻視覺示意圖。
圖28根據FLEXS法中所用的疏水性參數、使用高斯型評價式進行PLS解析的結果對疏水項的貢獻視覺示意圖。
圖29根據FLEXS法中所用的疏水性參數、使用模擬變量進行PLS解析的結果對疏水項的貢獻視覺示意圖。
圖30根據HASL中所用的參數、使用高斯型評價式進行PLS解析的結果對HSAL參數的貢獻視覺示意圖。
圖31對以HASL中所用的參數使用模擬變量進行PLS解析的結果，HSAL參數項的貢獻視覺示意圖。
圖32以Audry式作為衰減函數進行PLS解析的結果對立體項的貢獻視覺示意圖。
圖33以Fauchère式作為衰減函數進行PLS解析的結果對立體項的貢獻視覺示意圖。
圖34以修正Fauchère式作為衰減函數進行PLS解析的結果對立體項的貢獻視覺示意圖。
圖35使用SEAL的高斯函數進行PLS解析的結果對立體項的貢獻視覺示意圖。
圖36使用模擬變量進行PLS解析的結果對立體項的貢獻視覺示意圖。
圖37以Audry式作為衰減函數進行PLS解析的結果對靜電項的貢獻視覺示意圖。
圖38以Fauchère式作為衰減函數進行PLS解析的結果對靜電項的貢獻視覺示意圖。
圖39以修正Fauchère式作為衰減函數進行PLS解析的結果對靜電項的貢獻視覺示意圖。
圖40使用SEAL的高斯函數進行PLS解析的結果對靜電項的貢獻視覺示意圖。
圖41使用模擬變量進行PLS解析的結果對靜電項的貢獻視覺示意圖。
圖42使用FLEXS的參數、以Fauchère式作為衰減函數進行PLS解析的結果對疏水項的貢獻視覺示意圖。
圖43使用FLEXS的參數、以修正Fauchère式作為衰減函數進行PLS解析的結果對疏水項的貢獻視覺示意圖。
圖44使用FLEXS的參數、以SEAL的高斯函數作為衰減函數進行PLS解析的結果對疏水項的貢獻視覺示意圖。
圖45使用AlogP的參數、以Audry式作為衰減函數進行PLS解析的結果對疏水項的貢獻視覺示意圖。
圖46使用AlogP的參數、以Fauchère式作為衰減函數進行PLS解析的結果對疏水項的貢獻視覺示意圖。
圖47使用AlogP的參數、以修正Fauchère式作為衰減函數進行PLS解析的結果對疏水項的貢獻視覺示意圖。
圖48進行了COX-2的3D QSAR的結果對靜電項的貢獻視覺示意圖。
圖49進行了COX-2的3D QSAR的結果對立體項的貢獻視覺示意圖。
圖50進行了COX-2的3D QSAR的結果對疏水項的貢獻視覺示意圖。
實施發明的最佳方式下面，參照附圖對採用本發明計算方法的三維結構活性相關法加以說明。另外，雖然未在附圖中表示，但由於本發明的結構活性相關法是使用計算機進行的，因此可以實現通過適當的程序語言對被記述的程序用計算機進行操作。程序被記錄在CD-ROM等各種現有的記錄媒介中，或者通過互連網及電話線路等通迅線路來提供程序。
圖1表示的是本發明的結構活性相關法的概略流程。如圖所示，該結構活性相關法將作為解析對象的各種分子在虛擬空間(x、y、z坐標空間)內疊合(步驟1)。例如，對硝基苯與甲基吡咯進行解析時，如圖2(A)所示，得到硝基苯1與甲基吡咯2的兩分子的三維結構數據(含有各分子所包含的多個原子的三維坐標的數據)，用其結構數據在虛擬的三維空間內疊合兩分子，製成疊合模型3。為了便於說明，在附圖上僅表示使2個分子疊合的狀態，其實分子數是任意的。
回到圖1，對已疊合的分子進行組解析(步驟2)。首先在該組解析中抽出虛擬空間內疊合的2個分子的原子坐標。如圖2(B)所示，只抽出疊合的2個分子(硝基苯與甲基吡咯)所含的原子坐標，製成原子坐標模型4。然後，計算各原子與其它原子間的距離(空間距離)，確定具有最短原子間距離的一對原子(最相鄰的原子對5)。接著，比較最相鄰原子對5的最短原始間距離和預先規定的閾值。閾值的設定是任意的，如採用0.75。比較結果如圖2(C)所示，最短原子間距離在閾值以下(或未滿閾值)時，將構成最相鄰原子對5的2個原子從虛擬空間刪除，同時計算該2個原子坐標的加權平均坐標(2個原子中間的坐標)，在該加權平均坐標製作代表原子6(步驟3)。為了在以後的計算中區別代表原子與代表原子以外的原子，最好是付加與構成代表原子的原子數相適應的分量。
應該注意的是，在虛擬空間內疊合的分子具備官能團時，根據需要可以在代表該官能團的位置上虛擬模擬原子，而這時計算中所使用的「原子」數減少，因而可以減少3D QSAR解析所需的計算量，能進行更加快速簡便的解析。是否設置代表官能團的點以及設置在什麼位置上等等，可根據官能團的種類及使用的參數來適當地決定。也就是說，代表官能團的點可以設置在官能團的中心及已考慮了原子量的加權平均或使用了簡單平均的位置上面，即使有多個也沒關係。此外，在分子具備環結構時，也可以在代表該環結構的位置上追加並設置模擬原子。這時與官能團的模擬原子的設置不同，保留著構成該環結構的原子，同時追加設置模擬原子。這樣就能加入分子的環部分的特徵，可以發現更加理想的結構活性相關性。設置該模擬原子的位置可以與代表上述官能團的模擬原子的設置情況相同地進行適當地設置。
然後，將新製作的代表原子6看作1個原子，與上述相同，計算各原子與其它原子的原子間距離，最短原子間距離在閾值以下(或未滿)時，將構成這些最短原子間距離的2個原子從虛擬空間刪除，同時製作新的代表原子6。
代表原子6的製作在最短原子間距離達到閾值以上為止反覆進行，如圖2(D)所示，製作原子模型7。將按以上的方法作成的代表原子6的坐標稱為「代表點」。
回到圖1，組解析後，採用適當的評價函數計算代表點與分子的相互作用(步驟4)。如圖3所示，這裡的計算是計算疊合的多個分子的各原子與代表點的立體相互作用、靜電相互作用、疏水性相互作用。如立體相互作用、靜電相互作用採用高斯式計算。立體相互作用可以適當利用本發明者在Kotani，T.；Higashiura，K.Rapid evaluation of molecular shape similarity index using pairwisecalculation of the nearest atomic distances.J.Chem.Inf.Comput.Sci.2002，42，58-63.)中提出的分子類似性評價方法。疏水性相互作用可以適當利用FLEXS法(Lemmen，C.；Lengauer，T.；Klebe，G.FLEXSa method for fast flexible ligandsuperposition.J.Med.Chem.1998，41，4502-4520)的參數。
接著，與CoMFA及CoMSIA相同，將所得的相互作用的結果進行PLS解析(步驟5)，把數據視覺化(步驟6)。作為現有的3D GSAR方法的CoMFA等中，必須將對(依據分子的大小)成百上千的大量的晶格結點計算所得的電位值作為各分子的結構描述符(說明變量)使用，為實現這一可能，採用回歸分析方法的一種—PLS法。PLS法是從大量的描述符中抽出與目的變量(藥理活性值等)相關的稱為某「成分」的值，組成回歸式。該「成分」具有與在主成分分析中被計算的主成分十分相似的性質，並具有在多次取出的情況下各自進行正交的性質。因此，可以從含有非常多變量的CoMFA等的數據製作活性預測式。該PLS成分數由稱為Leave-one-out法的可靠性評價法決定，為製作可靠性極高的活性預測式，則要用必要的成分數進行活性預測式的構築。
實施例I.計算中使用的模型為研究本發明的3D QSAR法的有用性，Cramer等在CoMFA的報告中發表、並將成為以後多個3D QSAR解析軟體的基準程序的類固醇衍生物的結構活性相關用於模型，進行3D QSAR解析。用於疊合的類固醇衍生物示於圖4，相對於各種化合物的人類皮質類固醇鍵合球蛋白的鍵合活性用表1表示。
表1相對於人類皮質類固醇鍵合球蛋白的鍵合活性

類固醇分子的xyz坐標、部分電荷等被用於CoMFA的報告，並直接使用チュ-トリアル所包含的外存儲器。COX-2抑制劑的xyz坐標、部分電荷等直接使用Liu等的數據。計算全部採用Windows NT4.0上的Cygwin 1.3.2進行，程序用Fortran與C、Tcl/tk製作。PLS計算採用SAMPLS(QCPE#650)(Bush，B.L.；Nachbar，R.B.，Jr.Sample-distance partial least squaresPLS optimized for many variables，withapplication to CoMFA.J.Comput.Aided Mol.Des.1993，7，587-619.)，計算結果的視覺化採用WebLab ViewerLite 4.0(Accerlys公司)。
作為確認本方法的有效性的方法，使用Liu等研製的環(加)氧酶(COX-2)抑制劑進行3D QSAR解析。(Liu，H.；Huang，X.；Shen，J.；Luo，X.；Li，M.；Xiong，B.；Chen，G.；Yang，Y.；Jiang，H.；Chen，K.Inhibitory Mode of 1，5-DiarylpyrazoleDerivatives Against Cyclooxygenase-2 and Cyclooxygenase-1Molecular Docking and3D QSAR Analyses.J. Med.Chem.2002，45，4816-4827)。本解析使用Liu等用AutoDock算出的1，5-二芳基吡唑衍生物與COX-2的鍵構象。
II.用以往的解析方法的結果(比較例)作為對比，在由SYBYL，Tripos Inc.St.Louis提供的CoMFA解析例中，只對波及影響活性的取代基的立體因子進行3D QSAR解析，結果在從17位開始的側鏈部分出現立體地使活性增加的區域及使活性降低的區域，在A環3位附近出現使活性降低的區域。另一方面，通過CoMSIA採用立體項、靜電項、疏水項這3個參數進行QSAR解析的結果報告如圖5所示，關於立體項的貢獻，在從17位開始的側鏈部分只出現立體地使活性增加的區域(綠色G)，得到大致與CoMFA相同的結果。如圖6所示，靜電的貢獻在A環3位及17位側鏈部分出現，特別在17位側鏈部分，提示氧原子的負電化參與了活性的增強。
III.本發明的計算本發明的3D QSAR計算結果表示如下。
III-1.立體相互作用及靜電相互作用的計算作為代表點的取法，可以試用下面兩種情況只根據原子坐標疊合製作的情況(例1)；作為代表環的位置，在環的中央放置模擬原子，與原子坐標一起疊合製作的情況(例2)。
(1)評價函數評價函數採用下面4個式子等。
A)快速分子疊合法的評價式(Kotani，T.；Higashiura，K.Rapid evaluation of molecular shape similarityindex using pairwise calculation of the nearest atomic distances.J.Chem.Inf.Comput.Sci.2002，42，58-63.)。
B)SEAL的評價式
(Kearsley，S.K.；Smith，G.M.An alternative method for the alignment ofmolecular structuresmaximizing electrostatic and steric overlap.Tetrahedron Comput.Method.1990，3，615-633.、Klebe，G..；Mietzner，T.；Weber，F.Different approachestoward an automatic structural alignment of drug moleculesapplications to sterolmimics，thrombin and thermolysin inhibitors.J.Comput.Aided Mol.Des.1994，8，751-778.)。
C)Good等的分子類似性評價式(Good，A.C.；Hodgkin，E.E.；Richatds，W.G.Utilization of Gaussian functionsfor the rapid evaluation of molecular similarity.J.Chem.Inf.Comput.Sci.1992，32，188-191.)D)用模擬變量時(作為表示立體貢獻的模擬變量，設距代表點最近的原子的位置在閾值以內時為1，在閾值的2倍以內時為0.5，非此類時為0。作為表示靜電貢獻的模擬變量，設距代表點最近的原子的位置在閾值以內時為最近的原子的電荷，在閾值的2倍以內時為最近的原子的電荷的1/2，非此類時為0。)這4個評價函數中，A)～C)法為用於計算分子類似性的評價函數。A)法用作評價函數時，可以只用於立體項的3D QSAR解析，也可以快速地計算各代表點與分子的相互作用。B)法、C)法的評價函數，對於被提供的參數不僅是立體的貢獻，還使靜電的貢獻及疏水性相互作用考慮在內的3D QSAR成為可能。D)法是A)法的改進法，可以進行把靜電作用考慮在內的3D QSAR。由於追加疏水性相互作用、氫給予體、氫接受體等的參數，所以也能計算它們的相互作用。
(2)代表點的製作關於代表點的製作，只以原子坐標為基礎製作代表點時(例1)，取經組解析的代表點製作的閾值為0.75，這時得到92個點作為代表點(參照圖7)。
在代表環的位置上放置模擬原子時，具有環結構的分子也可以在環的中心部分等添加新的原子(模擬原子＝點)，製作代表點。這時代表點增加到97個(參照圖8)。這樣，由於加入了分子的環部分的特徵的代表點的數目也增多，因此也提高了計算精度。
此外，由組解析得到的代表點與成千的CoMFA及CoMSIA的晶格結點相比較，就變得格外得小。這樣，不但可以縮短以後計算所需的時間，還可以減少PC內存區域的使用量。
CoMFA經計算得到的晶格結點進行的相互作用全部為電位能(kcal/mol)，因此不必計數。不過，CoMSIA及本發明中，由於使用LogP等非電位能單位的不同的描述符，為了綜合疏水項、靜電項等各個項目的影響力，因此必須進行計數。為此，在本方法中進行區間計數。
(3)3D QSAR解析例1以疊合的各分子的原子坐標為基礎製作代表點的情況1-A)使用快速分子疊合法的評價式使用在Kotani，T.；Higashiura，K.Rapid evaluation of molecular shapesimilarity index using pairwise calculation of the nearest atomic distances.J.Chem.Inf.Comput.Sci.2002，42，58-63.中提出的快速分子疊合法進行疊合後，進行3D QSAR解析。PLS解析的結果用圖9表示。這裡，以r2表示多重相關係數、以q2表示cross-validated r2、以1-(n-1)(1-q2)/(n-c)表示由Tropsha等提出的最合適的單位數(component)的評價函數。此時，單位數為2時q2的值最高，表示可以信賴的模型。
將計算得到的結果進行視覺化後用圖10表示。圖中，綠色部分使活性立體地增加，即表示由於體態高大的取代基的存在而增強活性的區域，而黃色部分則相反，表示由於體態高大的取代基的存在而活性被減弱的區域。該結果顯示出與CoMFA及CoMSIA幾乎一致的傾向。但在D環15位的附近，產生了在CoMFA及CoMSIA中未見過的區域。
1-B)使用SEAL的評價式時下面使用SEAL的評價式進行3D QSAR解析。r2、q2、1-(n-1)(1-q2)/(n-c)的曲線圖用圖11表示。此時，q2的值成為單位數為4時的最大值，因此可以認為是在本條件下解析的可靠性最高的值。這時，不僅對立體項、對靜電項也能進行評價。各自的圖用圖12及圖13表示。如圖中所示的那樣，關於立體及靜電的貢獻，能得到與CoMSIA十分相似的結果。
1-C)使用Good等的分子類似性的評價式時使用Good等的分子類似性的評價式時的r2、q2、1-(n-1)(1-q2)/(n-c)的曲線圖用圖14表示。此時，單位數為4時的q2＝0.822顯示出非常高的值。這就表示該模型具有極高的可靠性。但是可以看出，表示其立體項、靜電項的貢獻的圖(圖15及圖16)與以前的3者大不相同。
1-D)使用模擬變量時作為模擬變量的立體因子、靜電因子共同設為0.5時的r2、q2、1-(n-1)(1-q2)/(n-c)的曲線圖用圖17表示。單位數4時的q2成為最大值。該條件下的3D QSAR解析結果如圖18及圖19所示。此時，表示立體項貢獻的示意圖與CoMFA及CoMSIA的結果、表示靜電項的貢獻的圖與CoMSIA的結果十分相似。關於立體項貢獻的結果，給出了與1-A)使用快速分子疊合法的評價式得到結果的十分相似的結果。
例2在代表環的位置上添加新的點製作代表點時在環的中心部分添加新的點(模擬原子)作為代表環的位置，進行同樣的計算。由於添加模擬原子，使得疊合精度提高，因此可以期待能得到更加正確的3D QSAR的結果。
2-A)使用快速分子疊合法的評價式時此時得到與1-A相同的結果。這就意味著我們研製的快速分子疊合法不必放置模擬原子也能高精度地進行分子之間的疊合。
2-B)使用SEAL的評價式時在環中央放置模擬原子進行疊合後，使用SEAL的評價式進行3D QSAR解析。r2、q2、1-(n-1)(1-q2)/(n-c)的曲線圖用圖20表示。此時，q2成為單位數為4時的最大值，因此可以認為是在本條件下解析的可靠性最高的值。立體項、靜電項各自評價的圖用圖21及圖22表示。若與在代表環的位置上不放置模擬原子時(例1-B)進行比較，則靜電項給出了完全相同的結果，立體項也給出了幾乎相同的結果。
2-C)使用Good等的分子類似性的評價式時使用Good等的分子類似性評價式時的r2、q2、1-(n-1)(1-q2)/(n-c)的曲線圖用圖23表示。此時，單位數為4時q2＝0.741，顯現出較高值。這雖然表示該模型具有極高的可靠性，但是與例1-C的情況相同，也可以看出表示其立體項、靜電項貢獻的圖(圖24及圖25)與先前的CoMSIA等的結果大不相同。
2-D)使用模擬變量時得到與1-D相同的結果。
若僅著眼於使用的評價式進行解析，則在使用Good等的分子類似性的評價式時(1-C、2-C)，3D QSAR解析中的r2、q2與其它的評價函數比較，均能得到較高的值，然而，影響活性的區域與用CoMFA及CoMSIA得到的結果相當不同，因此本發明的方法作為3D QSAR的評價函數必須進一步進行討論。不拘泥於相同的Gaussian-type的評價式，使用SEAL評價式的方法(1-B、2-B)能與在CoMFA(立體的貢獻)及CoMSIA中提出的等高線圖得到幾乎同樣的結果，但是若著眼於r2、q2與其它的評價函數相比較，則成為稍微低的值。另一方面，使用快速分子疊合法的評價式時(1-A)及使用模擬變量時(1-D)，r2、q2均能得到比CoMFA及CoMSIA高的值。影響活性的區域與使用SEAL的評價函數時相比較，顯示稍微不同性質的區域是複雜的，但也能得到幾乎相同的結果。在由組解析來決定代表點時，作為代表環的位置，在環中心部分添加新的點時與不添加時，未發現對3D QSAR的結果有大的差異。
III-2.疏水性相互作用的計算計算疏水性的貢獻有各種方法，但是一般使用CoMSIA法中所用的評價函數SEAL法作為計算疏水性相互作用的方法。Viswanadhan等的AlogP(Viswanadhan，V.N.；Ghose，A.K.；Singh，U.C.；Wendoloski，J.J.Predictionof Solvation Free Energies of Small Organic MoleculesAdditive-ConstitutiveModels Based on Molecular Fingerprints and Atomic Constants.J.chem..Inf.Comput.Sci.1999，39，405-412)，以及Klebe等的考慮了自由度的快速疊合法即在FLEXS法(Lemmen，C.；Lengauer，T.；Klebe，G.FLEXSa method for fastflexible ligand superposition.J.Med.Chem.1998，41，4502-4520)使用的用疏水性相互作用參數作為本發明的疏水性相互作用評價函數。另外，並不僅是表示疏水性相互作用的參數，也作為HSAL法所用的參數試用於本發明。
使用與SEAL同樣的高斯型函數及模擬變量這2種函數，對各種參數進行了討論。代表點的製作以及3D QSAR解析用與III-1同樣的方法進行。代表點的製作不在環的中央添加模擬原子而進行。圖26為圖示計算所得的結果。圖中，橙色部分表示疏水性相互作用使活性增強的區域，淺藍色部分表示疏水性相互作用使活性減弱的區域，即表示親水性相互作用使活性增強的區域。
使用以下的參數作為疏水性參數。
3)SEAL法使用的疏水性參數(Viswanadhan等的AlogP)。
4)FLEXS法使用的疏水性參數。
5)HASL法使用的參數。
使用以下所示的E、F的2種方法作為評價函數。
E)使用高斯型的評價式時已有各種表示疏水性相互作用的衰減曲線的報告，而這次採用下式表示的式子作為CoMSIA法所用的高斯型的評價函數。
AF、K表示分子j與代表點q間的相互作用。這裡wik為原子i被各物理化學性質分配的值，wprobe.k為被探針原子的各物理化學性質分配的值。使用疏水性參數時套用SEAL法、FLEXS法或HASL法的參數值。探針原子設為電荷1、原子半徑1、疏水性1。α為指數的係數，riq為代表點上的探針原子與計算相互作用的分子上的點i間的距離。本發明中用0.3作為α。
F)使用模擬變量時作為表示疏水貢獻的模擬變量，距代表點最近的原子的位置在閾值以內時，取依賴於原子種的參數值；在閾值的2倍以內時，取參數乘以0.5的值；非此類時為0。
對於上述的疏水性參數與評價函數的組合共計6種方法，評價本發明的疏水性貢獻。
3-E)以SEAL法所用的疏水性參數使用了高斯型評價式時以SEAL法所用的疏水性參數使用高斯型評價式進行3D QSAR解析。(圖26)3-F)以SEAL法所用的疏水性參數使用了模擬變量時以SEAL法所用的疏水性參數使用模擬變量進行3D QSAR解析。(圖27)4-E)以FLEXS法所用的疏水性參數使用了高斯型評價式時以FLEXS法所用的疏水性參數使用高斯型評價式進行3D QSAR解析。(圖28)4-F)以FLEXS法所用的疏水性參數使用了模擬變量時以FLEXS法所用的疏水性參數使用模擬變量進行3D QSAR解析。(圖29)5-E)以HASL法所用的參數使用了高斯型評價式時以HASL所用的參數使用高斯型評價式進行3D QSAR解析。(圖30)5-F)以HASL法所用的參數使用了模擬變量時以HASL所用的參數使用模擬變量進行3D QSAR解析。(圖31)III-3.用於計算的衰減函數對相互作用的影響本發明使用2種高斯型衰減函數與模擬變量對3D QSAR中的精度進行了研究。該結果給人的啟發是將Good等的分子類似性應用於本發明時，r2、q2與其它方法比較，儘管均能得到較高的值，但是影響活性的區域與用CoMFA法及CoMSIA法得到的結果相當不同，不適合應用於3D QSAR。可以明確的是，不拘泥於在物理化學性質的相互作用計算中使用相同的高斯型的函數，使用SEAL評價式的方法與在CoMFA法(立體的貢獻)及CoMSIA法中提出的等高線圖，得到幾乎同樣的結果。
在上述方法中，討論了適合MLP中提出的3種衰減函數(式1～3)時對本方法的精度所給予的影響。以計算CoMFA解析中疏水性相互作用的貢獻為目的，導入的分子疏水性電位(Molecular Lipophilic Potential；MLP)除了在CoMSIA法及CoMFA法中使用的衰減函數之外，還提出了如下的衰減函數Audry的式(式1)(Furet，P.；Cohen，N.C.3D molecular lipophilicity potential profilesa new toolin molecular modeling.J.Mol.Graph.1988，6，182-189)、Fauchère的式(式2)(Fauchère，J.L.；Quarendon，P.；Kaetterer，L.Estimation and representinghydrophobicity potential.J.Mol.Grapn.1988，6，202-206)、以及修正Fauchère的式(式3)(Kearsley，S.K.；Smith，G.M.An alternative method for the alignmentof molecular structuresmaximizing electrostatic and steric overlap.TetrahedronComput Method.1990，3，615-633)。
(式1)MLP=ifie-]]>(式2)MLP=ifie-2]]>但、4＜d1時MLP＝0(式3)其中，fi為第i個原子(片斷)的疏水常數。這些衰減函數的原子(片斷)上的值為1，距離則設計為在無限遠的極限處接近於0。
討論以下所示的(6)、(7)、(8)及(9)等4項作為物理化學性質。
(6)立體相互作用(7)靜電相互作用(8)使用FLEXS的參數的疏水的相互作用
(9)使用AlogP參數的疏水的相互作用使用式1～3及SEAL的高斯函數與模擬變量作為衰減函數。
(G)將Audry式(式1)用作衰減函數(H)將Fauchère式(式2)用作衰減函數(I)將修正Fauchère式(式3)用作衰減函數作為衰減函數的比較，使用(J)SEAL的高斯函數(K)在本發明的F中使用的模擬變量計算各種衰減函數對立體相互作用(6)、靜電相互作用(7)、疏水性相互作用(8)及(9)的影響。探針原子取電荷為1、原子半徑為1。
代表點的製作及3D QSAR解析用與III-1、III-2同樣的方法進行。代表點的製作採用在環的中央不添加模擬原子的方法進行。
用圖32後的附圖來圖示計算所得的結果。圖中表示各個區域的顏色與III-1、III-2相同。
對上述物理化學的參數(6)～(9)與衰減函數(G)～(K)組合中的、如下所示的17種組合方式進行3D QSAR解析。用多重相關係數(r2)及cross-validated r2(q2)評價QSAR解析結果。
(6)立體相互作用的討論用5種衰減函數來討論對立體相互作用的影響。
6-G)將Audry式(式1)用作衰減函數的立體相互作用的討論對將Audry式(式1)用作衰減函數的立體相互作用進行了討論，其結果如圖32所示。
6-H)將Fauchère式(式2)用作衰減函數的立體相互作用的討論對將Fauchère式(式2)用作衰減函數的立體相互作用進行了討論，其結果如圖33所示。
6-I)將修正Fauchère式(式3)用作衰減函數的立體相互作用的討論對將修正Faucère式(式3)用作衰減函數的立體相互作用進行了討論，其結果如圖34所示。
6-J)使用SEAL的高斯函數的立體相互作用的討論對使用了SEAL的高斯函數的立體相互作用進行了討論，結果如圖35所示。
6-K)使用本發明F所用的模擬變量的立體相互作用的討論對使用了本發明中的F所用的模擬變量的立體相互作用進行了討論，結果如圖36所示。
(7)靜電相互作用的討論用5種衰減函數討論對靜電相互作用的影響。
7-G)將Audry式用作衰減函數的立體相互作用的討論對將Audry式用作衰減函數的立體相互作用進行了討論，其結果如圖37所示。
7-H)將Fauchère式用作衰減函數的立體相互作用的討論對將Fauchère式用作衰減函數的立體相互作用進行了討論，其結果如圖38所示。
7-I)將修正Fauchère式用作衰減函數的靜電相互作用的討論對將修正Fauchère式用作衰減函數的靜電相互作用進行了討論，其結果如圖39所示。
7-J)使用了SEAL的高斯函數的靜電相互作用的討論對使用了SEAL的高斯函數的靜電相互作用進行了討論，結果如圖40所示。
7-K)使用了本發明的F所用的模擬變量的靜電相互作用的討論對使用了本發明的F所用的模擬變量的靜電相互作用進行了討論，結果如圖41所示。
(8)使用了FLEXS參數的疏水相互作用的討論由於使用模擬變量(K)時不能得到良好的結果，因此這次討論使用除此以外的4種衰減函數(G～J)對3D QSAR的影響。
8-G)將Audry式用作衰減函數的疏水性相互作用的討論對將Audry式用作衰減函數的疏水性相互作用進行了討論，但未能得到最合適的單位數。
8-H)將Fauchère式用作衰減函數的疏水性相互作用的討論對將Fauchère式用作衰減函數的疏水性相互作用進行了討論，其結果如圖42所示。
8-I)將修正Fauchère式用作衰減函數的疏水性相互作用的討論對將修正Fauchère式用作衰減函數的疏水性相互作用進行了討論，其結果如圖43所示。
8-J)將SEAL的高斯函數用作衰減函數的疏水性相互作用的討論對將SEAL高斯函數用作衰減函數的疏水性相互作用進行了討論，結果如圖44所示。
(9)使用AlogP參數的疏水相互作用的討論由於以AlogP參數使用SEAL的高斯函數或模擬變量時不能得到良好的結果，因此這次討論使用除此以外的3種衰減函數(G～I)對3D QSAR的影響。
9-G)將Audry式用作衰減函數的疏水性相互作用的討論對將Audry式用作衰減函數的疏水性相互作用進行了討論，其結果如圖45所示。
9-H)將Fauchère式用作衰減函數的疏水性相互作用的討論對將Fauchère式用作衰減函數的疏水性相互作用進行了討論，其結果如圖46所示。
9-I)將修正Fauchère式用作衰減函數的疏水性相互作用的討論對將修正Fauchère式用作衰減函數的疏水性相互作用進行了討論，其結果如圖47所示。
III-4使用環(加)氧酶(COX-2)抑制劑的3D QSAR解析使用由Liu等提出的40個環(加)氧酶(COX-2)抑制劑進行3D QSAR解析，作為確認本發明有效性的方法。(Liu，H.；Huang，X.；Shen，J.；Luo，X.；Li，M.；Xiong，B.；Chen，G.；Yang，Y.；Jiang，H.；Chen，K.Inhibitory Modeof 1，5-Diarylpyrazole Derivatives Against Cyclooxygenase-2 andCyclooxygenase-lMolecular Docking and 3D QSAR Analyses.J.Med.Chem.2002，45，4816-4827)。在本解析中使用了Liu等用AutoDock算出的1，5-二芳基吡唑衍生物與COX-2的鍵構象。
關於代表點的製作，在代表環的位置上不添加模擬原子而進行組解析。製作代表點的閾值取0.75。此時，能得到97個點作為代表點。
代表點與用於解析的各種原子的相互作用是以迄今為止進行的方法中，獲得良好結果的方法組合起來進行的。即，以使用SEAL的衰減函數的方法(10；在立體的、靜電的及疏水的相互作用計算中用1-B及4-E組合起來的方法)與使用模擬變量的方法(11；在立體的、靜電的及疏水的相互作用計算中用6-J、7-K及4-F組合起來的方法)這2種方法進行3D QSAR解析。
(10)使用SEAL衰減函數的方法使用SEAL中所用的高斯型衰減函數，立體及靜電相互作用用SEAL參數；疏水的相互作用用FLEXS參數。本方法沒能得到良好的結果。
(11)使用模擬變量的方法使用模擬變量，疏水的相互作用用FLEXS參數。即，在立體的、靜電的及疏水的相互作用計算中用6-J、7-K及4-F組合的方法。計算得到的結果用圖48～50表示。圖中各個區域顯示的顏色用與III-1、111-2、III-3相同的顏色。
IV.結果與考察IV-1.立體相互作用及靜電相互作用的計算表2表示本發明的結果、CoMFA與CoMSIA的結果。此時，在CoMFA中僅立體的貢獻用於QSAR解析。另一方面，由於CoMSIA中使用立體項、靜電項、疏水項這3個參數進行QSAR解析，因此不能進行精密的比較，但q2在CoMFA、CoMSIA中均能得到相同的值，r2在某些CoMSIA中能得到良好的結果。
表2

IV-2.疏水性相互作用的計算對本發明的疏水性相互作用進行討論後發現，與由疏水性參數和評價函數的組合得到的結果大不相同。即，作為疏水性參數使用Viswanadhan等的AlogP時(3-E、3-F)，在SEAL法所用的評價函數中能得到只表示疏水性相互作用使活性減弱的區域的示意圖(圖26、3-E)。這時r2、q2與其它方法相比較，均得到不好的結果。(表3；圖27，3-F)
表3

另一方面，以模擬變量作為評價函數時，結果是疏水性相互作用使活性增強的區域與使活性減弱的區域變得混在一起。得到了與本方法以AlogP用作疏水性參數不相符的結果。在使用FLEXS法所用的疏水性參數時(4-E、4-F)，作為評價函數，在使用SEAL法所用的衰減函數時與使用模擬變量時的兩種方法中，能得到與CoMSIA中的結果相類似的結果。(圖28、29、4-E、4-F)由於本方法在結構變化大的部分產生較多的坐標點，因此在預料的有助於活性的區域內坐標點的間隔變得狹窄，而在預料的對活性影響不大的區域內坐標點的間隔變寬。若與CoMSIA比較，則可以推測在17位附近出現較多的疏水性貢獻使活性減弱的區域，而在A環附近不一定出現使活性減弱的區域。這時，使用模擬變量時能得到若干好的結果(表3、4-E對4-F)，但是不管用哪種方法作為模型都能得到可靠的q2值。使用模擬變量時r2、q2均能得到與CoMSIA法幾乎相同程度的結果。(表3、4-F)。
HSAL法的參數不僅是疏水性參數還是包含電子密度的參數，因此，與CoMSIA法相比較，r2、q2均變成更高，但是卻得到不同的圖(圖30)。即，使用SEAL法所用的衰減函數時(5-E)，在3位與17位的側鏈附近發現正的HASL參數增強活性的區域，在C環側鏈發現使活性減弱的部分。不管怎麼說，可以認為正的HASL參數表示帶有負電荷的具有疏水性相互作用的原子多，負的參數表示帶有負電荷的疏水性相互作用的原子多。因此，可以認為在3位及17位側鏈附近，若有表示帶有負電荷的疏水性相互作用的原子，則使活性增加。但該結果與上述內容及CoMSIA法的傾向相反。這可以推測HASL參數並不是單純地表示疏水的或靜電相互作用的參數。因此，通過討論HASL法的參數在本方法中是否很好地反映物理化學的參數，就有希望擴大本方法的應用範圍。
另外，HASL法的參數以模擬變量作為評價函數時得不到良好的結果。(圖31)IV-3.用於計算的衰減函數對相互作用的影響討論各種衰減函數在本方法的應用結果，未發現因衰減函數的不同而使立體相互作用及靜電相互作用有大的不同。使用SEAL的高斯函數(J)時r2、q2均達到最佳值，其次，使用Fauchère的式(H)時，也能得到良好的結果。將貢獻活性的區域進行比較，相對於CoMSIA及(G)、(H)、(I)，在17位甲基附近立體地使活性增強的區域，SEAL的高斯函數(J)則未出現這樣的區域。由於在CoMFA法中也未出現該區域的等高線圖，因此可以認為是對活性的顯現沒什麼貢獻的區域。該方法也會在A環3位附近出現使活性降低的區域；在類固醇側鏈部分出現使活性增強的區域。結果如表4所示。
表4 衰減函數對立體相互作用的影響

對活性影響的區域各欄的係數×標準偏差對靜電相互作用，不管用怎樣的方法都顯示同樣的結果。若將A環3位附近的靜電效果進行比較，則在CoMSIA法中只出現正電荷使活性增強的區域，而在從(G)到(K)的衰減函數中，在正電荷使活性增強的區域的周圍，也出現負電荷使活性增強的區域。這就表示由於本發明比CoMSIA法能減小代表點或晶格結點的間隔，因此能進行更加細緻的3D QSAR解析。另外，與立體相互作用不同，使用SEAL的高斯函數(E)時能給予最佳的r2，而使用Fauchère式(H)能得到最佳的q2。結果用表5表示。表中的項目與表2相同。
表5 衰減函數對靜電相互作用的影響

對活性的影響的區域各欄的係數×標準偏差該衰減函數是將分子疏水場電位(MLP)的電位函數應用於本發明中的衰減函數，與預想的相反，未能得到良好的結果。MLP本來就是為計算疏水性相互作用而設計的電位函數，在計算AlogP等的logP的方法中使用已設計的固有的參數與衰減函數。用AlogP參數時，上述的SEAL高斯函數(J)得不到理想的結果，同樣，3種衰減函數(G)、(H)、(I)也得不到理想的結果。結果用表6表示。表中的項目與表2相同。
表6 使用AlogP的參數的衰減函數對疏水性相互作用的影響

對活性影響的區域各欄的係數×標準偏差在使用FLEXS的參數進行靜電相互作用的討論時，Audry式(G)得不到最佳的QSAR模型。H、J中疏水性相互作用使活性增強的區域及使活性降低的區域幾乎相同，而r2、q2在使用各種Fauchère式(H)、SEAL高斯函數(J)時達到最佳值。結果用表7表示。表中的項目與表2相同。
表7 使用FLEXS參數的衰減函數對疏水性相互作用的影響

對活性影響的區域各欄的係數×標準偏差根據上述結果綜合判斷，可以得出本發明的SEAL高斯函數或Fauchère式(式2)是合適的結論。
IV-4.使用環(加)氧酶(COX-2)抑制劑的3D QSAR解析雖然在(10)的方法中得不到理想的結果，但是在(11)的方法中能得到十分高的q2及r2值。Soliva等對(i)中央的5元環部分(5MR)，(ii)碸/磺胺取代了的苯環部分(SR)，(iii)其它的取代基及無取代苯部分(BR)定義了部分結構，提出了結構與活性的關係(Soliva，R.；Almansa，C.；Kalko，S.G.；Luque，F.J.；Orozco，M.Theoretical Studies on the Inhibition Mechanism of Cyclooxygenase-2.Is Therea Unique Recognition Site？J.Med.Chem.2003，46，1372-1382)。在BR部分的附近出現了與Soliva等的解析結果大不相同的立體相互作用增強活性的部分。
這些被認為與CoMFA及CoMSIA的結果不同，且CoMFA及CoMSIA反映了分子周圍的狀況，而本方法是計算被分子佔有部分的相互作用，因此可以推測本發明具有顯示充分反映分子的哪一部分參與了活性增強的特徵。
表8 COX-2抑制劑的3D QSAR解析

另外，關於5MR附近的立體相互作用對活性不理想的部分得到與CoMFA及CoMSIA類似的結果。
如有時對立體不理想的區域出現在理想的區域的附近，本發明可以通過該現象以高於CoMFA及CoMSIA的精度，具體地提出分子的合成候補方案。
使用的評價函數除上述已有的評價式外，其他任何的評價式也可以利用。本發明者所討論的評價式中，用SEAL的評價式的方法(1-B)及用模擬變量的方法(1-D)可以作為能夠用通常的PC進行簡便且良好的3D QSAR法的方法而應用於有效的藥物設計。
權利要求
1.三維結構活性相關法，它是以虛擬空間內疊合的多個分子的原子坐標為基礎，提取該化合物的特徵並視覺化地表示的方法，其特徵在於，包括以下工序在虛擬空間內使多個分子疊合的工序A，對在虛擬空間內已疊合的多個分子的原子坐標進行組解析，製作代表點的工序B，計算已疊合的多個分子的各原子與代表點的相互作用的工序C，統計解析相互作用的工序D；進行組解析的工序B還包含以下的工序尋求在虛擬空間內已疊合的多個分子所包含的各原子坐標的第1工序B1；計算各原子與其它原子的原子間距離，對所計算的原子間距離中的最短的原子間距離及構成該最短的原子間距離的2個原子進行特定的第2工序B2；所計算的最短原子間距離在規定的閾值以下時，將具有最短原子間距離的2個原子從三維空間刪除的同時，在該刪除的2個原子的坐標的加權平均坐標上製作代表這2個原子的原子的第3工序B3；在第3工序B3之後，返回到第2工序B2，包含在第3工序製作的原子再進行第2工序的第4工序B4；所計算的最短原子間距離超過規定的閾值時，結束工序B的第5工序B5。
2.三維結構活性相關法，它是以虛擬空間內疊合的多個分子的原子坐標為基礎，提取該化合物的特徵並視覺化地表示的方法，其特徵在於，包括以下工序在虛擬空間內使多個分子疊合的工序A，對在虛擬空間內已疊合的多個分子的原子坐標進行組解析，製作代表點的工序B，計算已疊合的多個分子的各原子與代表點的相互作用的工序C，統計解析相互作用的工序D；進行組解析的工序B還含有以下的工序在虛擬空間內已疊合的分子具備環結構或官能團時，根據需要在代表該環結構或官能團的位置虛擬原子的第1工序B1；計算含有虛擬的原子的虛擬空間內的所有原子與其它原子的原子間距離，對所計算的原子間距離中的最短的原子間距離及構成該最短的原子間距離的2個原子進行特定的第2工序B2；所計算的最短原子間距離在規定的閾值以下時，將具有最短原子間距離的2個原子從三維空間刪除的同時，在該刪除的2個原子的坐標的加權平均坐標上製作代表這2個原子的原子的第3工序B3；在第3工序B3之後，返回到第2工序B2，包含第3工序中製得的原子再進行第2工序的第4工序B4；所計算的最短原子間距離超過規定的閾值時，結束工序B的工序B5。
3.如權利要求1或2所述的三維結構活性相關法，其特徵還在於，通過工序C計算的相互作用包含立體相互作用、靜電相互作用、疏水相互作用中的至少任一種。
4.程序，它是以虛擬空間內疊合的多個分子的原子坐標為基礎、用計算機提取該化合物的特徵、並以視覺表示的三維結構活性相關法所利用的程序，其特徵在於，在計算機上進行如下的處理在虛擬空間內使多個分子疊合的處理A，對在虛擬空間內已疊合的多個分子的原子坐標進行組解析，並製作代表點的處理B，計算疊合的多個分子的各原子與代表點的相互作用的處理C，統計解析相互作用的處理D；進行組解析的處理B還包含以下的分處理尋求在虛擬空間內已疊合的多個分子所包含的各原子坐標的第1處理B1；計算各原子與其它原子的原子間距離，對所計算的原子間距離中的最短的原子間距離及構成該最短的原子間距離的2個原子進行特定的第2處理B2；所計算的最短原子間距離在規定的閾值以下時，將具有最短原子間距離的2個原子從三維空間刪除的同時，在該刪除的2個原子的坐標的加權平均坐標上製作代表這2個原子的原子的第3處理B3；在第3處理B3之後，返回到第2處理B2，包含在第3處理製作的原子再進行第2處理的第4處理B4；所計算的最短原子間距離超過規定的閾值時，結束處理B的第5處理B5。
5.程序，它是以虛擬空間內疊合的多個分子的原子坐標為基礎、用計算機提取該化合物的特徵、並以視覺表示的三維結構活性相關法所利用的程序，其特徵在於，在計算機上進行如下的處理在虛擬空間內使多個分子疊合的處理A，對在虛擬空間內已疊合的多個分子的原子坐標進行組解析，並製作代表點的處理B，計算疊合的多個分子的各原子與代表點的相互作用的處理C，統計解析相互作用的處理D；進行組解析的處理B還包含以下的分處理在虛擬空間內已疊合的分子具備環結構或官能團時，根據需要在代表該環結構或官能團的位置虛擬原子的第1處理B1；計算含有虛擬的原子的虛擬空間內的所有原子與其它原子的原子間距離，對所計算的原子間距離中的最短的原子間距離及構成該最短的原子間距離的2個原子進行特定的第2處理B2；所計算的最短原子間距離在規定的閾值以下時，將具有最短原子間距離的2個原子從三維空間刪除的同時，在該刪除的2個原子的坐標的加權平均坐標上製作代表這2個原子的原子的第3處理B3；在第3處理B3之後，返回到第2處理B2，包含第3處理中製得的原子再進行第2處理的第4處理B4；所計算的最短原子間距離超過規定的閾值時，結束處理B的第5處理B5。
6.如權利要求4或5所述的程序，其特徵還在於，通過處理C計算的相互作用包含立體相互作用、靜電相互作用、疏水相互作用中的至少任一種。
全文摘要
三維結構活性相關法的組解析包含以下的工序尋求在虛擬空間內已疊合的多個分子所包含的各原子坐標的工序B1；計算各原子與其它原子的原子間距離，對所計算的原子間距離中的最短的原子間距離及構成該最短的原子間距離的2個原子進行特定的工序B2；所計算的最短原子間距離在規定的閾值以下時，將具有最短原子間距離的2個原子從三維空間刪除的同時，在該刪除的2個原子的坐標的加權平均坐標上製作代表這2個原子的原子的工序B3；在工序B3之後，返回到工序B2的工序B4；所計算的最短原子間距離超過規定的閾值時，結束工序B的第5工序B5。該方法能夠大幅度減少3D QSAR解析所需的計算量和存儲空間。
文檔編號G06F19/00GK1703704SQ20038010098
公開日2005年11月30日 申請日期2003年10月7日 優先權日2002年10月7日
發明者小谷孝行, 東浦邦彥 申請人:日本臓器製藥株式會社