WO2003107218A1

WO2003107218A1 - 相互作用予測装置

Info

Publication number: WO2003107218A1
Application number: PCT/JP2003/006952
Authority: WO
Inventors: 静司齋藤; 大野　一樹; 和田　光人; 今井　建策; 細木　信也; 島田　尚
Original assignee: セレスター・レキシコ・サイエンシズ株式会社
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2003-12-24
Also published as: EP1510943A1; EP1510943A4; US20050130224A1

Description

相互作用予測装置

技術分野明

本発明は、相互作用部位予測装置、相田互作用部位予測方法、プログラム、および、記録媒体に関し、特に、局所部位のフラストレーションに基づいて相互作用部位を予測する相互作用部位予測装置、相互作用部位予測方法、プロダラム、および、記録媒体に関する。

また、本発明は、活性部位予測装置、活性部位予測方法、プログラム、および、記録媒体に関し、特に、生理活性ポリペプチドもしくは蛋白質の活性部位を高精度で推定する活性部位予測装置、活性部位予測方法、プログラム、およぴ、記録媒体に関する。

また、本発明は、タンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体に関し、特に、タンパク質の構造データから求めた疎水相互作用およぴ静電相互作用に基づいてタンパク質単体時の不安定性の高い部位を特定し相互作用部位を特定すること等のできるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体に関する。

また、本発明は、結合部位予測装置、結合部位予測方法、プログラム、および、記録媒体に関し、特に、アミノ酸配列データから予測された、または、実験的に求められた立体構造情報（アミノ酸残基間の空間上の距離情報）と、電荷の情報とを用いて静電的に不安定な部分を予測することにより、蛋白質または生理活性ポリぺプチドの結合部位や結合相手を効率的に予測すること等ができる結合部位予測装置、結合部位予測方法、プログラム、および、記録媒体に関する。

さらに、本発明は、タンパク質構造最適化装置、タンパク質構造最適化方法、プログラム、および、記録媒体に関し、特に、蛋白質の構造を分割しながら所望の原子座標の最適化を行うことのできるタンパク質構造最適化装置、タンパク質構造最適化方法、プログラム、および、記録媒体に関する。背景技術

( I ) タンパク質が働くため、すなわちタンパク質が一定の機能を表すためには他のタンパク質や基質等となんらかの相互作用をすることが必要である。したがって、タンパク質の相互作用部位を決定することは、創薬等の分野においては極めて重要な研究テーマであり、従来より、バイオインフォマティクス分野などにおいて、タンパク質の一次配列情報（アミノ酸配列情報）に対してモチーフ検索を実行するなどの手法によりタンパク質の相互作用部位を解析する技術が開発されている。すなわち、既知の相互作用部位に特異的に存在するァミノ酸配列を探索することにより、タンパク質の相互作用部位を予測している。しかしながら、従来のモチーフ検索などによる相互作用部位の解析手法は、既知の相互作用部位については解析することができる力未知の相互作用部位については解析することができないというシステム構造上の基本的問題点を有していた。以下、この問題点の内容について、一層具体的に説明する。

すなわち、従来の相互作用部位の解析手法は、予め判明している相互作用部位に特異的な一次配列をモチーフデータベースなどに登録し、その情報を用いて相互作用部位の予測を行うものであるため、今までに発見されていない相互作用部位については、その解析をすることができなかった。従って、今まで発見されていない未知の相互作用部位をバイオインフォマティクス技術を用いてコンピュータ上で予測する際には、まったく別の手法を用いる必要があるが、有効な手法は未だ確立していない。ところで、タンパク質のネイティブの立体構造は、できるだけアミノ酸間の相互作用にフラストレーシヨンが無いような構造に形作られている。すなわち、タンパク質のエネルギー曲面はフラストレーシヨンが無いような全体構造（ネィティブ構造）へ向かって漏斗状に設計されていると言われている（f o l d i n g f u n n e l ) 。ここで、ネイティブ構造はフラストレーションが少ない構造ではあるが、要素間に働く相互作用の複雑さ、自由度の大きさ、進化的な経緯などの点から、フラストレーションが完全に無くなっているわけではない。

最近の計算機実験では、進化の産物であるタンパク質の漏斗状のエネルギー面は本質的に等方的ではなく、フラストレーションの大きい方向と小さな方向が存在している（異方性を持つ）ことがわかってきた（a n i s o t r o p i c f u n n e 1 ) 。これは構造的に言うならば、局所的な構造にはフラストレーシヨンの大きい構造と小さい構造があることを示している。そして、フラストレーションの大きい局所構造部位は、全体構造の安定化のために犠牲になつている構造部位であり、この部分は、全体構造の安定ィヒのために歪んだ構造を取らざるを得ない状況下に置かれており、いわば全体構造の中における不安定部位であることを示している。

一方、タンパク質の相互作用は二つの安定な全体構造をもつタンパク質同士が作用することにより、さらに安定化する過程であるといえる。タンパク質が相互作用する際の構造の変化について更に説明すると、タンパク質 Aと Bとが相互作用する際には、タンパク質 Aの一部分の構造とタンパク質 Bの一部分の構造に変化が起こり結合する。

変化が起こる一部分の構造として考えられる部位について考察すると、まず、局所的に見ても、かつ全体的に'見ても安定な局所構造は、それ以上安定化する必要性がない。一方、全体的に見れば安定であるが局所的に見ると不安定である部分は、他のタンパク質等と結合することによりその部分が安定化し、さらに結合することにより全体もさらに安定化するという状況が考えられる。すなわち、局所的に不安定な構造領域は、タンパク質相互作用部位である可能性が比較的高いと考えることができる。このように局所的に不安定な部位を一次配列から予測することにより、相互作用部位の候補を挙げることができるようになる可能性がある。

また、タンパク質の二次構造予測は、一次配列から局所的に安定な構造のパターンを予測するものである。この予測方法には、様々なものが考えられている。古くはァミノ酸の二次構造帰属情報に基づく Ch o u— F a sma nの方法から、現在では 3 r d g e n e r a t i o nと呼ばれる進化的に関係のある配列をも考慮して構造予測を行う方法として、（1) n e u r a l n e t wo r kを使う手法や、（2) l i n e a r s t a t i s t i c sを用いる牛法や、 (3ノ n e a r e s t n e i g h b o r me t h o d 用レヽる手法などが考案されており、種々の異なる手法を用いて二次構造予測を行うことができる。

これらの二次構造予測手法は、基本的には一次配列情報のうち一部の局所配列を見て予測を行うが、二次構造はタンパク質の全体の構造との関係で最終的に決定されるので、全体と局所部分との間に整合性が取れない部位、すなわちフラストレーションが大きい局所的部位では二次構造予測結果は外れる場合が多い（二次構造予測の限界）。

ここで、このようなフラストレーシヨンの大きい局所部位の二次構造予測においては、上述した様々な手法における処理の仕方の差が大きいといえるだろう。すなわち、種々の手法による誤差が大きくなる、すなわち精度の悪くなる部位等が、フラストレーシヨンの大きい局所部位である可能性が高いといえる。よって、様々な手法における二次構造予測の結果比較を通して、フラストレーションの比較的大きな局所部位の予測が可能になると考えることができる。また、タンパク質の立体構造データが分かっている場合、すなわち、既存の P D Bなどに立体構造データが登録されているタンパク質は、その全体構造が既知であるため、様々な二次構造予測手法の予測結果とその実際の構造との差を見ることにより、より明確にフラストレーションのある局所部位（相互作用部位になっている確率の高い部位）を見つけることが可能になると考えられる。従って、本発明は、タンパク質の一次配列情報においてフラストレーションのある局所部位を発見することにより相互作用部位を効果的に予測することのできる、相互作用部位予測装置、相互作用部位予測方法、プログラム、および、記録媒体を提供することを目的としている。

( Π ) また、生理活性ポリペプチド又は蛋白質の活性部位を推定する方法は種々提案されているが、それらの方法はアミノ酸配列、遺伝配列のみを用いた方法と、立体構造の情報を用いた方法の 2つに大別される。

しかしながら、従来技術による活性部位の予測方法は予測精度が低いという問題点を有していた。

以下、この問題点の内容について、一層具体的に説明する。

まず、前者の遺伝配列のみを用いた予測方法の代表的な技術として、例えば、特開平 1 1一 2 1 3 0 0 3号公報（『蛋白質機能部位の予測方法と予測装置』）のようにオリゴぺプチドの出現頻度を利用して機能部位を予測する方法が挙げられる。前者の方法は、時間、計算コストの面で優れている、立体構造の情報のない蛋白質の解析に利用できる、などの利点がある。しかしながら、立体構造の情報が有る場合と比べると、精度が低いという問題点を有する。一方、後者の立体構造を用いる活性部位予測方法において最も一般的に利用されている方法は、蛋白質の大きな溝を探す方法である。ほとんどの活性部位は結合ポケットと呼ばれる蛋白質の溝に位置している。その溝を探すことで酵素の活性部位を予測するという技術である。しかしながら、溝が複数見つかる場合や溝の位置と活性部位が一致しない場合も多く、精度が高くないという問題点を有する。さらに、活性に必要なアミノ酸残基と、単に活性部位の側に存在しているアミノ酸残基を区別することができないという問題点を有する。 ' そこで、単にトポロジーの情報のみに頼るのではなく、計算化学を利用して、予測精度を高めようとする試みが多くされている。例えば、 O n d r e c h e nらは活性部位においては解離性ァミノ酸残基の p H滴定曲線が異常になりやすいという事実を利用して、活性部位を予測するシステムを発表している（P r o c. Na t l . Ac a d. S c i . USA, Vo l . 98， I s s u e 22， 1 2473-1 2478, Oc t o b e r 23, 2001) 。しかし、この方法では古典論による計算を採用しているために、そもそも計算精度が低いという問題点を有する。また、弓 I用した論文にも発表されているデータによると、 p H滴定曲線が異常な解離性ァミノ酸残基でも活性部位にならない場合があるという問題点を有する。

他にも、 E l o c kらは蛋白質を不安定化させているアミノ酸残基を古典論の計算によって求めて、結合部位または活性部位になる可能性が高いことを示してレヽる、「 J o u r n a l o f Mo l e c u l a r B i o l o g y」 Vo l . 31 2， No. 4， 885-896, S e p t emb e r 28, 2 001) 。しかしながら、前述の方法と同様に古典論を利用しているために計算精度が低く、また、蛋白質を不安定ィ匕しているアミノ酸残基が、活性部位になるという理論的な根拠はないという問題点を有する。

以上の従来技術による予測方法の問題点をまとめると、活性部位予測方法に理論的な裏付けが乏しいこと、用いている計算の精度が不十分であること等が挙げられる。これらの問題点により従来の活性部位の予測精度に限界がある。従って、本発明は、分子軌道計算によって得られた分子軌道のエネルギーや広がりの情報から蛋白質の活性部位を予測することのできる、活性部位予測装置、活性部位予測方法、プログラム、および、記録媒体を提供することを目的としている。

(m) また、タンパク質が働くため、すなわちタンパク質が一定の機能を表すためには他のタンパク質や基質等となんらかの相互作用をすることが必要である。したがって、タンパク質の相互作用部位を決定することは、創薬等の分野においては極めて重要な研究テーマであり、従来より、バイオインフォマティタス分野などにおいて、タンパク質の一次配列情報（アミノ酸配列情報）に対してモチーフ検索を実行するなどの手法によりタンパク質の相互作用部位を解析する技術が開発されている。すなわち、既知の相互作用部位に特異的に存在するアミノ酸配列を探索することにより、タンパク質の相互作用部位を予測している。

しかしながら、従来のモチーフ検索などによる相互作用部位の解析手法は、既知の相互作用部位については解析することができるが、未知の相互作用部位については解析することができないというシステム構造上の基本的問題点を有していた。

すなわち、従来の相互作用部位の解析手法は、予め判明している相互作用部位に特異的な一次配列をモチーフデータベースなどに登録し、その情報を用いて相互作用部位の予測を行うものであるため、今までに発見されていない相互作用部位については、その解析をすることができなかった。従って、今まで発見されていない未知の相互作用部位をバイオインフォマティクス技術を用いてコンピュータ上で予測する際には、まったく別の手法を用いる必要があるが、有効な手法は未だ確立していない。

変化が起こる一部分の構造として考えられる部位について考察すると、まず、局所的に見ても、かつ全体的に見ても安定な局所構造は、それ以上安定化する必要性がない。一方、全体的に見れば安定であるが局所的に見ると不安定である部分は、他のタンパク質等と結合することによりその部分が安定化し、さらに結合することにより全体もさらに安定ィ匕するという状況が考えられる。すなわち、局所的に不安定な構造領域は、タンパク質相互作用部位である可能性が比較的高いと考えることができる。このように局所的に不安定な部位を一次配列から予測することにより、相互作用部位の候補を挙げることができるようになる可能性がある。

従って、本発明は、タンパク質の構造データから求めた疎水相互作用および静電相互作用に基づいてタンパク質単体時の不安定性の高い部位を特定し相互作用部位を特定すること等のできる、タンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体を提供することを目的としている。

(IV) また、蛋白質または生理活性ポリペプチドが一定の機能を示すためには、他の蛋白質等と相互作用することが重要である。特定の蛋白質の相互作用を阻害したり、相互作用を強めたりするような物質は医薬品になる可能性を秘めてレ、る。したがって、蛋白質の相互作用部位、さらには、蛋白質の相互作用相手を予測することは生物学、医学、薬学上、極めて重要な問題である。このため、バイオインフォマティクスの分野においては、従来から様々な方法により蛋白質の相互作用相手を予測することが試みられている。

しかしながら、既知のバイオインフォマティクスによる蛋白質の相互作用の予測手法は計算負担が大きく処理時間が長時間かかるものであり、また、予測精度は低いためさらなる精度の高くかつ処理時間が短い手法の開発が望まれているという問題点を有していた。

例えば、バイオインフォマティクス分野における相互作用部位予測に関しては、モチーフ検索などによる予測技術が開発されてきた。しかし、モチーフ検索は既知の相互作用部位については解析することができるが、未知の相互作用部位については解析できないという問題点がある。

他にも、アミノ酸頻度角军析を利用して結合部位を予測する方法も開発されている。例えば、特開平 1 1— 2 1 3 0 0 3号公報、特開平 1 0— 2 2 2 4 8 6 号公報、特開平 1 0— 0 4 5 7 9 5号公報などがある。しかしながら、これらの予測方法は、予測精度が低いという問題点がある。また、この他にも、例えば、 2つの蛋白質の立体構造をドッキングさせ、最も安定な複合体構造を得る方法がある。この方法の予測精度は高いが、いくつかの問題点がある。第一に、蛋白質のうちに立体構造が分かっているのはほんの一部に過ぎないので、ほとんどの蛋白質には適応できないことである。第二に、これらの手法は計算負担が大きく処理時間が長時間かかるものであるため、網羅的な計算を行うことが困難であることである。

さらに、相互作用部位予測よりも難しい相互作用相手予測については有効な手段が確立されていない。つまり、全く未知の相互作用部位、さらには、相互作用相手を高精度に予測するためには、全く新しいアプローチが必要であるが、有効な手段は未だ確立していない。

従って、本発明は、バイオインフォマティクスによる蛋白質の相互作用の予測を極めて短時間で計算可能にし、網羅的な解析を可能にする、結合部位予測装置、結合部位予測方法、プログラム、および、記録媒体を提供することを目的としている。

(V) また、タンパク質の立体構造を基にしたドラッグデザインを行う際には、一般的に結晶構造が出発構造となる場合が多いが（例えば、「H. — D. ヘルツエ， G. フォルカース著，江崎俊之訳，「分子モデリング」，地人書館， 1 998年」参照。）、これには 2つの問題がある。ひとつは、 X線結晶回折では一般的には水素位置が決められないことである（例えば、「平山令明著，「生命科学のための結晶解析入門」，丸善株式会社， 1 996年」参照。 ) 。欠落している水素は、モデリングソフト（例えば、 Ac c e l r y s I n c. (会社名）の「We b L a b V i ewe r P r o 4. 2」（製品名）や「 I n s i g h t I I」 (製品名) (www. a c c e l r y s. c om) T r i p o s , I n c. (会社名）の「SYBYL 6. 7」 (製品名）（w ww. t r i p o s, c omノ、 C amb r i d g e S o i t C o r p o r a t i o n (会社名）の「C h e m 3 D 7. 0」（製品名）（www. c a m s o f t. c o m) など）を用いて機械的に付加することはできるが、エネルギー的に安定となる配向となるわけではない。もう一つの問題は、結晶構造中では分子がパッキングされるために、いわば「干物」のような状態となっており、その構造が必ずしも生体中で機能している構造を反映しているとは限らないことである。「生身の状態」に近づけるためには、少なくとも側鎖部分をリラックスさせる必要がある。そのため、局所的な原子構造の安定化のために、構造最適化が不可欠となる（例えば、「H. -D. ヘルツエ， G. フォルカース著，江崎俊之訳，「分子モデリング」 , 地人書館， 1998年」参照。）。また、タンパク質の電子状態を計算する手法には、例えば、半経験的分子軌道計算プログラムである「MOPAC 2000 V e r . 1. 0」（製品名） (F u j i t u L i m i t e d (会社名） To k y o, 2000) に実装されている「MOZYME法」 (例えば、 Γ J . J . p. S t ewa r t, I n t . J. Qu a n t. C h e m. ， 58， 133， 1996. 」参照。）などがある。この方法を用いると、 2万原子程度、 1000残基のタンパク質の実用的なレベルで計算できる。ただし、これは「EF (E i g e n v e c t o r F o 1 1 o w i n g ) 法」（例えば、「 J . B a k e r , J . C o m p . C h e m. , 7, 385， 1 986. 」参照。）や「BFGS (B r o y d e n-F 1 e t c h e r -Go 1 d f a r b-S h a nn o) 法」（例えば、「C. G. B r o y d e n, C omp u t r J o u r n a l , 1 3， 31 7, 1970. 」、「R. F l e t c h e r, J . I n s t. Ma t h. Ap p l . ， 6， 222, 1 970. 」、「D. Go l d f a r b， Ma t h ema t i c s o f C omp u t a t i o n, 24, 23, 1 970. J 、「D. F . Sh a nn o, Ma t h ema t i c s o f C omp u t a t i o n, 24, 647， 1 970. j 参照。）などの構造最適化を行わない場合である。 MOP AC 2000では通常、低分子に対しては信頼性の高い EF法が用いられ、高分子に対しては収束が速く必要メモリの少量ィ匕が図れる BFGS法が用いられる。

また、生体分子の計算においては溶媒効果を考慮することが重要である（例 W

11

えば、「H. — D . ヘルツエ， G . フォルカース著，江崎俊之訳，「分子モデリング」，地人書館， 1 9 9 8年」および「櫻井実，猪飼篤編，「生物ェ学基礎コース計算機化学入門」，丸善株式会社， 1 9 9 9」参照。 ) 。

しかしながら、蛋白質の全原子について上述したいずれかの手法により構造最適化を行う際の実用的な最適化計算は、水素原子だけ最適化する場合には 8 0 0残基程度、側鎖を最適化する場合には 5 0 0残基程度が限度となるというシステム構造上の問題点を有していた。

ここで、本問題点は近傍に位置する原子の立体障害などが主要因であるため、何も全原子を一度に計算に考慮する必要はなく、それぞれの部位について、局所的に見て安定な構造を求めてあげれば良いはずである。つまり、全体構造を部分構造に分割し、局所的な構造最適化を繰り返すことで、この問題を実用的な計算資源を用いて解決することができる。しかしながら、従来の最適化計算において、蛋白質の構造を分割しながら高精度で最適化を行う手法は存在しなかった。

生体分子の計算における溶媒効果の重要性について種々の文献により指摘されているが（例えば、「H. - D . ヘルツヱ， G . フォルカース著，江崎俊之訳，「分子モデリング」，地人書館， 1 9 9 8年」および「櫻井実，猪飼篤編，「生物工学基礎コース計算機化学入門」，丸善株式会社， 1 9 9 9」参照。）、従来の方法では溶媒効果を考慮に入れたタンパク質の構造最適化が不可能であった。

従って、本発明は、蛋白質の構造を分割しながら所望の原子座標の最適化を行うことのできる、タンパク質構造最適化装置、タンパク質構造最適化方法、プログラム、および、記録媒体を提供することを目的としている。発明の開示

( I ) 上述した目的を達成するため、本発明にかかる相互作用部位予測装置、相互作用部位予測方法、および、プログラムは、目的のタンパク質の一次配列情報を入力する入力手段（入力ステップ）と、タンパク質の一次配列情報から当該タンパク質の二次構造を予測する二次構造予測プログラムに対して上記入力手段（入力ステップ）により入力された上記一次配列情報の二次構造予測シミュレーションを実行させる二次構造予測プログラム実行手段（二次構造予測プログラム実行ステップ）と、上記二次構造予測プログラム実行手段（二次構造予測プログラム実行ステップ）による上記二次構造予測プログラムの二次構造予測結果を比較する予測結果比較手段（予測結果比較ステップ）と、上記予測結果比較手段（予測結果比較ステップ）による比較結果に基づいて、上記目的のタンパク質の一次配列情報の局所部分のフラストレーシヨンを計算するフラストレーシヨン計算手段（フラストレーション計算ステップ）と、上記フラストレーシヨン計算手段（フラストレーション計算ステップ）により計算された上記局所部分の上記フラストレーシヨンにより上記目的のタンパク質の相互作用部位を予測する相互作用部位予測手段（相互作用部位予測ステップ）とを備えた（含む）ことを特徴とする。

この装置、方法、および、プログラムによれば、目的のタンパク質の一次配列情報を入力し、タンパク質の一次配列情報から当該タンパク質の二次構造を予測する二次構造予測プログラムに対して入力された一次配列情報の二次構造予測シミュレーシヨンを実行させ、二次構造予測プログラムの二次構造測結果を比較し、比較結果に基づいて、目的のタンパク質の一次配列情報の局所部分のフラストレーションを計算し、計算された局所部分のフラストレーションにより目的のタンパク質の相互作用部位を予測するので、タンパク質の一次配列情報においてフラストレーシヨンのある局所部位を発見することにより相互作用部位を効果的に予測することができる。

つぎの発明にかかる相互作用部位予測装置、相互作用部位予測方法、および、プログラムは、目的のタンパク質の一次配列情報を入力する入力手段（入カステツプ）と、上記目的のタンパク質の二次構造データを取得する二次構造データ取得手段（二次構造データ取得ステップ）と、タンパク質の一次配列情報から当該タンパク質の二次構造を予測する二次構造予測プログラムに対して上記入力手段（入力ステップ）により入力された上記一次配列情報の二次構造予測シミュレーシヨンを実行させる二次構造予測プログラム実行手段（二次構造予測プログラム実行ステップ）と、上記二次構造予測プログラム実行手段（二次構造予測プログラム実行ステップ）による上記二次構造予測プログラムの二次構造予測結果と、上記二次構造データ取得手段（二次構造データ取得ステツプ）により取得した上記二次構造データとを比較する予測結果比較手段（予測結果比較ステップ）と、上記予測結果比較手段（予測結果比較ステップ）による比較結果に基づいて、上記目的のタンパク質の一次配列情報の局所部分のフラストレーシヨンを計算するフラストレーション計算手段（フラストレーション計算ステップ）と、上記フラストレーション計算手段（フラストレーション計算ステップ）により計算された上記局所部分の上記フラストレーションにより上記目的のタンパク質の相互作用部位を予測する相互作用部位予測手段（相互作用部位予測ステップ）とを備えた（含む）ことを特徴とする。

この装置、方法、および、プログラムによれば、目的のタンパク質の一次配列情報を入力し、目的のタンパク質の二次構造データを取得し、タンパク質の一次配列情報から当該タンパク質の二次構造を予測する二次構造予測プロダラムに対して入力された一次配列情報の二次構造予測シミュレーションを実行させ、二次構造予測プログラムの二次構造予測結果と、取得した二次構造データとを比較し、比較結果に基づいて、目的のタンパク質の一次配列情報の局所部分のフラストレーションを計算し、計算された局所部分のブラストレーションにより目的のタンパク質の相互作用部位を予測するので、二次構造予測プログラムの予測結果と目的のタンパク質の実際の二次構造との差を見ることにより、より明確にフラストレーションのある局所部位（相互作用部位になっている確率の高い部位）を見つけることが可能になる。

つぎの発明にかかる相互作用部位予測装置、相互作用部位予測方法、および、プログラムは、上記に記載の相互作用部位予測装置、相互作用部位予測方法、および、プログラムにおいて、上記二次構造予測プログラムの上記二次構造予測結果に対する確信度を示す確信度情報を設定する確信度情報設定手段（確信度情報設定ステップ）をさらに備え（含み）、上記フラストレーション計算手段（フラストレーション計算ステップ）は、上記確信度情報設定手段（確信度情報設定ステップ）により設定された上記確信度情報および上記比較結果に基づいて、上記局所部分の上記フラストレーションを計算することを特徴とする。これはフラストレーシヨン計算の一例を一層具体的に示すものである。この装置、方法、および、プログラムによれば、二次構造予測プログラムの二次構造予測結果に対する確信度を示す確信度情報を設定し、設定された確信度情報および比較結果に基づいて、局所部分のフラストレーションを計算するので、確信度情報が高い（すなわち、シミュレーションの精度の高い）プログラムによる二次構造予測結果データに対する重みを高くすることにより、フラストレーシヨン計算においてシミュレーシヨン結果に対する確信度を反映させることができるようになる。

また、本発明は記録媒体に関するものであり、本発明にかかる記録媒体は、上記に記載されたプログラムを記録したことを特徴とする。

この記録媒体によれば、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンビユータに読み取らせて実行することによって、上記に記載されたプログラムをコンピュータを利用して実現することができ、これら各方法と同様の効果を得ることができる。

(Π) また、このような状況下、本発明者は、簡便でかつ正確な蛋白質の機能部位（活性部位）の推定方法等につき鋭意検討を行った結果、 1) 分子軌道法によって求められる蛋白質の最高被占軌道（HOMO； h i g e s t o c c u p i e d mo l e c u l a r o r b i t a l) または最低空軌道 (L UMO； l o e s t un o c c up i e d mo l e c u l a r o r b i t a 1 ) 、ならびに、その周辺軌道の位置と活性部位の位置との間に関係があること、 2) 蛋白質の主鎖原子に分布する分子軌道の軌道エネルギーが相対的に高いァミノ酸残基と活性部位との間に関連があることを見出し、本発明を成した。

本発明は、以下に後述するように、 1) 精度が高いと言われている分子軌道計算を利用していること、 2) 福井謙一らによって提唱され、多くの科学者によって実証されてきたフロンティア軌道の位置と反応部位との関係性を蛋白質の系に応用したものであるので、理論的な根拠があるという 2点によって、高い精度の予想が期待できるという特徴を有している。

すなわち、この発明の活性部位予測装置、活性部位予測方法、プログラム、および、記録媒体は、以下の考えに立脚してなされたものである。福井謙一のフロンティア軌道理論によれば、最高被占軌道（HOMO) は化学物質の電子供与的反応に関与し、最低空軌道（LUMO) は化学物質の電子受容的反応に関与する。この理論は低分子化合物に関してはよく実証されている。そこで、本発明者は、蛋白質のような巨大分子でも同様の理論が成立するのではないかと考えた。その可能性については計算化学的なアプローチによって提示してい ¾ (J o u r n a l o f t h e Am e r ι c a n (c h em i c a l

S o c i e t y ; 2001 ; 1 23 (33) ; 816 1— 8162) 。そして、本発明者は計算条件の改良、フロンティア軌道とその周辺の軌道という抽象的な概念から具体的な定義に変更、計算条件を詳細に検討して、さらに実施例を増やしたことにより、電子状態から逆に活性部位を予測するという本発明を完成させた。

上述した目的を達成するため、本発明にかかる活性部位予測方法は、蛋白質または生理活性ポリべプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めて、フロンティア軌道とその周辺軌道、および Zまたは、主鎖の重原子に局在する軌道エネルギーを特定し、当該フロンティア軌道とその周辺軌道の位置、および z または、当該軌道エネルギーに基づいて当該蛋白質または生理活性ポリぺプチドの活性部位となるァミノ酸残基を予測することを特徴とする。

この方法によれば、蛋白質または生理活性ポリべプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めて、フロンティア軌道とその周辺軌道、および/または、主鎖の重原子に局在する軌道エネルギーを特定し、当該フ口ンティア軌道とその周辺軌道の位置、および Zまたは、当該軌道エネルギーに基づいて当該蛋白質または生理活性ポリぺプチドの活性部位となるァミノ酸残基を予測するので、精度が高いと言われている分子軌道計算を利用し、フロンティア軌道の位置または軌道エネルギーの高い位置と反応部位との関係性を蛋白質または生理活性ポリペプチドの系に応用するため高い精度の活性部位予想を行うことができるようになる。

つぎの発明にかかる活性部位予測装置、活性部位予測方法、および、プログラムは、目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドの構造データを取得する構造データ取得手段（構造データ取得ステップ）と、上記構造データ取得手段 (構造データ取得ステップ）にて取得した上記構造データに基づいて上記蛋白質または生理活性ポリペプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めてフロンティァ軌道を特定するフロンティァ軌道計算手段（フロンティァ軌道計算ステツプ）と、上記フロンティア軌道と予め定めたエネルギー差になる分子軌道を当該フロンティア軌道の周辺軌道として決定する周辺軌道決定手段（周辺軌道決定ステップ）と、上記フロンティア軌道と上記周辺軌道が分布しているァミノ酸残基を活性部位の候補のァミノ酸残基として決定する候補ァミノ酸残基決定手段（候補アミノ酸残基決定ステップ）と、上記候補アミノ酸残基決定手段（候補アミノ酸残基決定ステップ）により決定された上記候補アミノ酸残基の中から活性部位を選択して活性部位を予測する活性部位予測手段（活性部位予測ステップ）とを備えた（含む）ことを特徴とする。

この装置、方法、および、プログラムによれば、目的の蛋白質または生理活性ポリぺプチドの構造データを取得し、取得した構造データに基づいて蛋白質または生理活性ポリぺプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めてフロンティア軌道を特定し、フロンティア軌道と予め定めたエネルギー差になる分子軌道を当該フロンティア軌道の周辺軌道として決定し、フロンティア軌道と周辺軌道が分布しているアミノ酸残基を活性部位の候補のアミノ酸残基として決定し、決定された候補アミノ酸残基の中から活性部位を選択して活性部位を予測するので、精度が高いと言われている分子軌道計算を利用し、フロンティア軌道の位置と反応部位との関係性を蛋白質または生理活性ポリぺプチドの系に応用するため高い精度の活性部位予想を行うことができるようになる。

つぎの発明にかかる活性部位予測装置、活性部位予測方法、および、プログラムは、目的の蛋白質または生理活性ポリぺプチドの構造データを取得する構造データ取得手段（構造データ取得ステップ）と、上記構造データ取得手段 (構造データ取得ステップ）にて取得した上記構造データに基づいて上記蛋白質または生理活性ポリべプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めて主鎖の重原子に局在する軌道エネルギ"を特定する軌道エネルギー計算手段（軌道エネルギー計算ステップ）と、上記軌道エネルギー計算手段（軌道エネルギー計算ステップ）にて特定された上記軌道エネルギーのうち予め定めた値を超える軌道エネルギーとなる分子軌道および/または相対的に軌道エネルギーが高い分子軌道が分布しているアミノ酸残基を活性部位の候補のァミノ酸残基として決定する候補アミノ酸残基決定手段（候補アミノ酸残基決定ステップ）とを備えた（含む）ことを特徴とする。

この装置、方法、および、プログラムによれば、目的の蛋白質または生理活性ポリべプチドの構造データを取得し、取得した構造データに基づいて蛋白質または生理活性ポリべプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めて主鎖の重原子に局在する軌道エネルギーを特定し、特定された軌道エネルギーのうち予め定めた値を超える軌道エネルギーとなる分子軌道および/または相対的に軌道エネルギーが高い分子軌道が分布しているアミノ酸残基を活性部位の候捕のアミノ酸残基として決定するので、精度が高いと言われている分子軌道計算を利用し、軌道エネルギーの高い位置と反応部位との関係性を蛋白質または生理活性ポリぺプチドの系に応用するため高い精度の活性部位予想を行うことができるようになる。つぎの発明にかかる活性部位予測装置、活性部位予測方法、および、プログラムは、目的の蛋白質または生理活性ポリぺプチドの構造データを取得する構造データ取得手段（構造データ取得ステップ）と、上記構造データ取得手段 (構造データ取得ステップ）にて取得した上記構造データに基づレ、て上記蛋白質または生理活性ポリぺプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めてフロンティァ軌道を特定するフロンティァ軌道計算手段（フロンティァ軌道計算ステツプ）と、上記構造データ取得手段（構造データ取得ステップ）にて取得した上記構造データに基づいて上記蛋白質または生理活性ポリぺプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めて主鎖の重原子に局在する軌道エネルギーを特定する軌道エネルギー計算手段（軌道エネルギー計算ステップ）と、上記フロンティァ軌道と予め定めたエネルギー差になる分子軌道を当該フロンティア軌道の周辺軌道として決定する周辺軌道決定手段（周辺軌道決定ステップ）と、上記フロンティア軌道と上記周辺軌道が分布しているアミノ酸残基、および Z または、上記軌道エネルギー計算手段（軌道エネルギー計算ステップ）にて特定された上記軌道エネルギーのうち予め定めた値を超える軌道エネルギーとなる分子軌道および Zまたは相対的に軌道エネルギーが高い分子軌道が分布しているアミノ酸残基を活性部位の候補のアミノ酸残基として決定する候補アミノ酸残基決定手段（候補アミノ酸残基決定ステップ）と、上記候補アミノ酸残基決定手段（候補アミノ酸残基決定ステップ）により決定された上記候補アミノ酸残基の中から活性部位を選択して活性部位を予測する活性部位予測手段（活性部位予測ステップ）とを備えた（含む）ことを特徴とする。 ■

この装置、方法、および、プログラムによれば、目的の蛋白質または生理活性ポリぺプチドの構造データを取得し、取得した構造データに基づいて蛋白質または生理活性ポリぺプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めてフロンティア軌道を特定し、取得した構造データに基づいて蛋白質または生理活性ポリペプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めて主鎖の重原子に局在する軌道エネルギーを特定し、フロンティア軌道と予め定めたエネルギー差になる分子軌道を当該フロンティア軌道の周辺軌道として決定し、フロンティ：と周辺軌道が分布しているアミノ酸残基、および/または、特定された軌道ェネルギ一のうち予め定めた値を超える軌道エネルギーとなる分子軌道おょぴ z または相対的に軌道エネルギーが高い分子軌道が分布しているアミノ酸残基を活性部位の候補のアミノ酸残基として決定し、決定された候補アミノ酸残基の中から活性部位を選択して活性部位を予測するので、精度が高いと言われている分子軌道計算を利用し、フロンティア軌道の位置または軌道エネルギーの高 V、位置と反応部位との関係性を蛋白質または生理活性ポリぺプチドの系に応用するため高い精度の活性部位予想を行うことができるようになる。

つぎの発明にかかる活性部位予測装置、活性部位予測方法、および、プログラムは、上記に記載の活性部位予測装置、活性部位予測方法、および、プログラムにおいて、分子軌道計算において、以下の 3つの計算条件、 1 ) 蛋白質または生理活性ポリペプチドのまわりに水分子を発生させる、 2 ) 蛋白質または生理活性ポリペプチドの周りに連続的な誘電体を置く、 3 ) 蛋白質または生理活性ポリぺプチド表面の解離性ァミノ酸残基を無電荷の状態にし、内部に埋まつている解離性アミノ酸を電荷状態にする、のうち少なくとも一つの計算条件を設定する計算条件設定手段（計算条件設定ステップ）をさらに備えた（含む）ことを特徴とする。

これは分子軌道計算の一例を一層具体的に示すものである。この装置、方法、および、プログラムによれば、分子軌道計算において、以下の 3つの計算条件、 1 ) 蛋白質または生理活性ポリペプチドのまわりに水分子を発生させる、 2 ) 蛋白質または生理活性ポリペプチドの周りに連続的な誘電体を置く、 3 ) 蛋白質または生理活性ポリべプチド表面の解離性アミノ酸残基を無電荷の状態にし、内部に埋まっている解離性アミノ酸を電荷状態にする、のうち少なくとも一つの計算条件を設定するので、 3つの計算条件を適宜設定することにより、効率的に分子軌道計算を実行することができ、さらに、活性部位予測の精度を大幅に向上させることができるようになる。また、本発明は記録媒体に関するものであり、本発明にかかる記録媒体は、上記に記載されたプログラムを記録したことを特徴とする。

. この記録媒体によれば、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンビユータに読み取らせて実行することによって、上記に記載されたプログラムをコンピュータを利用して実現することができ、これら各方法と同様の効果を得ることができる。

(m) また、上述した目的を達成するため、本発明にかかるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、および、プログラムは、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および zまたは複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する構造データ取得手段 (構造データ取得ステップ）と、上記構造データ取得手段（構造データ取得ステツプ）にて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定する疎水面特定手段（疎水面特定ステップ）と、上記構造データ取得手段（構造データ取得ステップ）にて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するァミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する静電相互作用部位特定手段（静電相互作用部位特定ステップ）と、上記疎水面特定手段（疎水面特定ステツプ）にて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定手段（静電相互作用部位特定ステップ）にて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記ァミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する相互作用部位特定手段（相互作用部位特定ステップ）とを備えた（含む）ことを特徴とする。

この装置、方法、および、プログラムによれば、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および/または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するァミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定し、特定された疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネノレギーに基づいて不安定性の高いァミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、構造データによりタンパク質の相互作用^位を容易に特定することができるようになる。

つぎの発明にかかるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、および、プログラムは、上記に記載のタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、および、プログラムにおいて、上記構造データ取得手段（構造データ取得ステップ）にて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する溶媒接触面特定手段（溶媒接触面特定ステップ）をさらに備え（含み）、上記相互作用部位特定手段（相互作用部位特定ステップ）は、上記溶媒接触面特定手段（溶媒接触面特定ステップ）にて特定された上記溶媒接触面、上記疎水面特定手段（疎水面特定ステップ）にて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定手段（静電相互作用部位特定ステップ）にて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記ァミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定することを特徴とする。 .

この装置、方法、および、プログラムによれば、取得した構造データに従つて、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定し、特定された溶媒接触面、疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギ一に基づいて不安定性の高いァミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、複合体時の構造データがある場合に、タンパク質の相互作用部位をさらに正確かつ容易に特定することができるようになる。

つぎの発明にかかるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、および、プログラムは、上記に記載のタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、および、プログラムにおいて、上記相互作用部位特定手段（相互作用部位特定ステップ）にて特定された上記相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する候補タンパク質検索手段

(候補タンパク質検索ステップ）をさらに備え（含み）、上記候補タンパク質検索手段（候補タンパク質検索ステップ）にて検索された上記候補タンパク質について、上記相手側の一次配列の部分が上記候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認することを特徴とする。

この装置、方法、および、プログラムによれば、相互作用部位特定手段（相互作用部位特定ステップ）にて特定された相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索し、検索された候補タンパク質について、上述した構造データ取得手段（構造データ取得ステップ）、溶媒接触面特定手段（溶媒接触面特定ステップ）（複合体時の構造データがある場合）、疎水面特定手段（疎水面特定ステツプ）、静電相互作用部位特定手段（静電相互作用部位特定ステップ）、おょぴ、相互作用部位特定手段（相互作用部位特定ステップ）を実行することにより、相手側の一次配列の部分が候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認するので、未知の相互作用を予測することが容易にできるようになる。

この記録媒体によれば、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンビユータに読み取らせて実行することによって、上記に記載されたプログラムをコンピュータを利用して実現することができ、これら各方法と同様の効果を得るこ. とができる。

(IV) また、 2つの蛋白質が自発的に相互作用するためには、結合することにより系全体のエネルギーが下がることが必要となる。つまり、蛋白質の中で不安定な部分は、結合によって安定ィヒする可能性を秘めているので、結合しやすい部分と考えることができる。また、相互作用相手は他の蛋白質と比べて結合する能力が高いと考えられる。つまり、相互作用相手を予測するためには、網羅的に相互作用を計算した上で、他よりも相互作用する能力が高いものを探索する必要がある。そのためには、 1対 1の相互作用だけではなく、多対多の相互作用の計算が必要なので、計算コストを大幅に改善する必要がある。

本発明の中心的な概念は、蛋白質の構造上、他の部位よりも不安定な領域が結合部位の可能性が高いというものである。つまり、本発明は、局所的に不安定な領域を比較的簡易な計算によって求めることで、結合部位を予測するものである。

すなわち、本発明は、主に、基本的に蛋白質の配列情報のみから高精度に結合部位を予測できるようにすること（ただし、必要に応じて立体構造情報を追加できる。）極めて短時間で計算可能にし、網羅的な解析を可能にすること、の 2点を特徴とするものである。 .

従って、本発明は、蛋白質のアミノ酸情報から立体構造情報（アミノ酸間の空間上の距離）を予測して、立体構造と電荷の情報から静電的に不安定な部分を予測する、および/または、 2つの蛋白質が結合する時の静電的なエネルギ一を計算することにより、結合部位、結合相手を予測すること等ができる、結合部位予測装置、結合部位予測方法、プログラム、および、記録媒体に関する。上述した目的を達成するため、本発明にかかる結合部位予測方法は、蛋白質または生理活性ポリべプチドのアミノ酸配列データから当該蛋白質または生理活性ポリべプチドの立体構造における各アミノ酸残基間の空間上の距離データを求め、当該 £巨離データと各ァミノ酸の電荷に従って静電的に不安定なァミノ酸残基を特定することにより結合部位を予測することを特徴とする。

この方法によれば、蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列データから当該蛋白質または生理活性ポリぺプチドの立体構造における各アミノ酸残基間の空間上の距離データを求め、当該距離データと各アミノ酸の電荷に従つて静電的に不安定なァミノ酸残基を特定することにより結合部位を予測するので、蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列から静電的に不安定になりそうなァミノ酸残基が結合部位になりやすいことを利用して、高速かつ高精度に結合部位を予測することができるようになる。

つぎの発明にかかる結合部位予測装置、結合部位予測方法、および、プログラムは、目的の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのアミノ酸配列データを取得するアミノ酸配列データ取得手段（アミノ酸配列データ取得ステップ）と、上記ァミノ酸配列データ取得手段（ァミノ酸配列データ取得ステップ）により取得されたァミノ酸配列データに含まれる各ァミノ酸残基の間の空間上の距離を決定する空間距離決定手段（空間距離決定ステップ）と、上記アミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基が持つ電荷を決定する電荷決定手段（電荷決定ステップ）と、上記空間距離決定手段（空間距離決定ステップ）により決定された各アミノ酸残基間の空間上の距離と、上記電荷決定手段（電荷決定ステップ）により決定された各アミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各アミノ酸残基のエネルギーを計算するエネルギー計算手段（エネルギー計算ステップ）と、上記エネルギー計算手段（エネルギー計算ステップ）により計算された上記ェネルギ一に従って、結合部位となる候補アミノ酸残基を決定する候補アミノ酸残基決定手段（候補アミノ酸残基決定ステップ）とを備えた（含む）ことを特徴とする。

この装置、方法、および、プログラムによれば、目的の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列データを取得し、取得されたァミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基の間の空間上の距離を決定し、アミノ酸配列データに含まれる各ァミノ酸残基が持つ電荷を決定し、決定された各ァミノ酸残基間の空間上の距離と、決定された各アミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各ァミノ酸残基のエネルギーを計算し、計算されたエネルギーに従って、結合部位となる候補ァミノ酸残基を決定するので、蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列から静電的に不安定になりそうなアミノ酸残基が結合部位になりやすいことを利用して、高速かつ高精度に結合部位を予測することができるようになる。つぎの発明にかかる結合部位予測装置、結合部位予測方法、および、プログラムは、目的の複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのアミノ酸配列データを取得するアミノ酸配列データ取得手段（アミノ酸配列データ取得ステツプ）と、上記目的の複数の蛋白質または生理活性ポリペプチドの結合した複合体の立体構造情報を生成する複合体構造生成手段（複合体構造生成ステップ）と、上記アミノ酸配列データ取得手段（アミノ酸配列データ取得ステップ）により取得された複数のアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基の間の空間上の距離を、上記複合体構造生成手段（複合体構造生成ステップ）により生成した上記複合体の立体構造情報に従って決定する空間距離決定手段（空間距離決定ステップ）と、上記複数のアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基が持つ電荷を決定する電荷決定手段（電荷決定ステップ）と、'上記空間距離決定手段（空間距離決定ステップ）により決定された各アミノ酸残基間の空間上の距離と、上記電荷決定手段（電荷決定ステップ）により決定された各アミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各アミノ酸残基のエネルギーを計算するエネルギー計算手段（エネルギー計算ステップ）と、上記複合体構造生成手段（複合体構造生成ステップ）により上記複合体について結合部位を変えて上記複合体の立体構造情報を生成し、上記エネルギー計算手段（エネルギー計算ステツプ）により各ァミノ酸残基のエネルギーを計算し、当該エネルギーの総和が最小となる結合部位を求めるエネルギー最小化手段（エネルギー最小化ステツプ）と、上記エネルギー最小化手段（エネルギー最小化ステップ）によりエネルギ一の総和が最小となる結合部位を、結合部位の候補ァミノ酸残基として決定する候補アミノ酸残基決定手段（候補アミノ酸残基決定ステップ）とを備えた（含む）ことを特徴とする。

この装置、方法、および、プログラムによれば、目的の複数の蛋白質または生理活性ポリペプチドのアミノ酸配列データを取得し、目的の複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドの結合した複合体の立体構造情報を生成し、取得された複数のアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基の間の空間上の距離を、生成した複合体の立体構造情報に従って決定し、複数のアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基が持つ電荷を決定し、決定された各アミノ酸残基間の空間上の距離と、決定された各アミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各ァミノ酸残基のエネルギーを計算し、複合体について結合部位を変えて複合体の立体構造情報を生成し、各アミノ酸残基のエネルギーを計算し、当該エネルギ一の総和が最小となる結合部位を求め、エネルギーの総和が最小となる結合部位を、結合部位の候補アミノ酸残基として決定するので、蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列から静電的に不安定になりそうなァミノ酸残基が結合部位になりやすいことを利用して、高速かつ高精度に結合部位を予測することができるようになる。

つぎの発明にかかる結合部位予測装置、結合部位予測方法、および、プログラムは、目的の蛋白質または生理活性ポリべプチドのアミノ酸配列データと、結合候補となる 1つまたは複数の蛋白質または生理活性ポリべプチドのァミノ酸配列データとを取得するァミノ酸配列データ取得手段（ァミノ酸配列データ取得ステップ）と、上記目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドと、上記結合候補となる蛋白質または生理活性ポリぺプチドとが結合した複合体の立体構造情報を生成する複合体構造生成手段（複合体構造生成ステップ）と、上記ァミノ酸配列データ取得手段（ァミノ酸配列データ取得ステップ）により取得された目的のァミノ酸配列データと結合候補のァミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基の間の空間上の距離を、上記複合体構造生成手段（複合体構造生成ステップ）により生成した上記複合体の立体構造情報に従って決定する空間距離決定手段（空間距離決定ステップ）と、上記目的のアミノ酸配列データと上記結合候補のアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基が持つ電荷を決定する電荷決定手段（電荷決定ステップ）と、上記空間距離決定手段（空間距離決定ステップ）により決定された各アミノ酸残基間の空間上の距離と、上記電荷決定手段（電荷決定ステップ）により決定された各アミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各アミノ酸残基のエネルギーを計算するエネルギー計算手段 (エネルギー計算ステップ）と、上記複合体構造生成手段（複合体構造生成ステップ）により上記複合体について結合部位を変えて上記複合体の立体構造情報を生成し、上記エネルギー計算手段（エネルギー計算ステップ）により各ァミノ酸残基のエネルギーを計算し、当該エネルギーの総和が最小となる結合部位を求めるエネルギー最小化手段（エネルギー最小化ステップ）と、全ての結合候補について上記エネルギー最小化手段（エネルギー最小化ステップ）を実行した結果、上記エネルギーの総和が最小となる結合部位をもつ結合候補を決定する結合候補決定手段（結合候捕決定ステップ）とを備えた（含む）ことを特徴とする。

この装置、方法、および、プログラムによれば、目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドのアミノ酸配列データと、結合候補となる 1つまたは複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列データとを取得し、目的の蛋白質または生理活性ポリぺプチドと、結合候補となる蛋白質または生理活性ポリぺプチドとが結合した複合体の立体構造情報を生成し、取得された目的のァミノ酸配列データと結合候補のアミノ酸配列データに含まれる各ァミノ酸残基の間の空間上の距離を、生成した複合体の立体構造情報に従って決定し、目的のァミノ酸配列データと結合候補のァミノ配列データに含まれる各ァミノ酸残基が持つ電荷を決定し、決定された各アミノ酸残基間の空間上の距離と、決定された各アミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各アミノ酸残基のエネルギーを計算し、複合体について結合部位を変えて複合体の立体構造情報を生成し、各ァミノ酸残基のエネルギーを計算し、当該エネルギーの総和が最小となる結合部位を求め、全ての結合候補についてエネルギー最小化処理を実行した結果、エネルギーの総和が最小となる結合部位をもつ結合候捕を決定するので、蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列から静電的に不安定になりそうなアミノ酸残基が結合部位になりやすいことを利用して、高速かつ高精度に最適な結合候補の蛋白質を予測することができるようになる。

(V) また、上述した目的を達成するため、本発明にかかるタンパク質構造最適化装置、タンパク質構造最適化方法、および、プログラムは、タンパク質の座標データを取得する座標データ取得手段（座標データ取得ステップ）と、上記タンパク質の座標データについて、特定のアミノ酸残基から所定の距離内に含まれる近傍アミノ酸残基群の座標を抽出する近傍アミノ酸残基群抽出手段

(近傍アミノ酸残基群抽出ステップ）と、上記近傍アミノ酸残基群の切り口の部分にキヤップ用置換基を付加するキヤップ付加手段（キヤップ付加ステツプ）と、上記キャップ付加手段 (キャップ付加ステップ) により上記キャップ用置換基が付加された上記近傍アミノ酸残基群の全体の電荷を計算する電荷計算手段（電荷計算ステップ）と、上記キャップ付加手段（キャップ付加ステツプ）により上記キヤップ用置換基が付加された上記近傍ァミノ酸残基群について、上記電荷計算手段（電荷計算ステップ）により計算された上記電荷を用いて上記特定のアミノ酸残基の原子座標について構造最適化を実行する構造最適化手段（構造最適化ステップ）と、上記構造最適化手段（構造最適化ステツプ）にて最適化された上記原子座標を、上記タンパク質の座標データ上の対応する原子座標と置換する原子座標置換手段（原子座標置換ステップ）とを備えた（含む）ことを特徴とする。

この装置、方法、および、プログラムによれば、タンパク質の座標データを取得し、タンパク質の座標データについて、特定のアミノ酸残基から所定の距離内に含まれる近傍アミノ酸残基群の座標を抽出し、近傍アミノ酸残基群の切り口の部分にキャップ用置換基を付カ卩し、キャップ用置換基が付加された近傍ァミノ酸残基群の全体の電荷を計算し、キヤップ用置換基が付加された近傍ァミノ酸残基群について、計算された電荷を用いて特定のアミノ酸残基の原子座標について構造最適化を実行し、最適化された原子座標を、タンパク質の座標データ上の対応する原子座標と置換するので、水素位置の決定ゃパッキングの問題の解消を、実用的な計算資源を用いて行うことが可能となる。

また、この装置、方法、および、プログラムによれば、既存の計算プロダラムには一切手を加えずに最適化処理の高速化を図ることができる。すなわち、既存の分子軌道計算プログラムや、分子力学計算プログラムの入出力ファイルを用いて、本装置を実行することができる。但し、本装置のアルゴリズムを既存の分子軌道計算プログラムや、分子力学計算プログラムに組み込むことも可能である。

また、この装置、方法、および、プログラムによれば、従来の方法では不可能な溶媒効果を考慮に入れたタンパク質の構造最適化が可能になる。

つぎの発明にかかるタンパク質構造最適化装置、タンパク質構造最適化方法、および、プログラムは、上記に記載のタンパク質構造最適化装置、タンパク質構造最適化方法、および、プログラムにおいて、上記キャップ用置換基は、水素原子（H) またはメチル基（C H₃) であることを特徴とする。

これはキャップ用置換基の一例を一層具体的に示すものである。この装置、方法、および、プログラムによれば、キャップ用置換基は、水素原子（H) またはメチル基（C H₃) であるので、近傍アミノ酸残基群について機械的に座標を切り取ったときの切り口が、ラジカルとなり計算に不都合を生じることを容易に解消することができるようになる。

つぎの発明にかかるタンパク質構造最適化装置、タンパク質構造最適化方法、および、プログラムは、上記に記載のタンパク質構造最適化装置、タンパク質構造最適化方法、および、プログラムにおいて、上記近傍アミノ酸残基群抽出手段（近傍アミノ酸残基群抽出ステップ）は、抽出した上記近傍アミノ酸残基群の中にシスティン（C Y S ) が含まれている場合には、当該システィン（C Y S ) とジスルフィド結合をしておりかつ上記近傍ァミノ酸残基群には含まれない別のシスティン（CYS) が存在しているか判定し、当該別のシスティン (CYS) が存在する場合には当該別のシスティン（CYS) も近傍アミノ酸残基群に加えることを特徴とする。

これは近傍アミノ酸残基群抽出手段（近傍アミノ酸残基群抽出ステップ）の —例を一層具体的に示すものである。この装置、方法、および、プログラムによれば、近傍アミノ酸残基群抽出手段（近傍アミノ酸残基群抽出ステップ）は、抽出した近傍アミノ酸残基群の中にシスティン（CYS) が含まれている場合には、当該システィン（CYS) とジスルフイド結合をしておりかつ近傍アミノ酸残基群には含まれない別のシスティン（CYS) が存在しているか判定し、当該別のシスティン（CYS) が存在する場合には当該別のシスティン（CY S) も近傍アミノ酸残基群に加えるので、システィン間のジスルフイド結合を考慮して構造最適化を行うことができるようになる。

この記録媒体によれば、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンビユータに読み取らせて実行することによって、上記に記載されたプログラムをコンピュータを利用して実現することができ、これら各方法と同様の効果を得ることができる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の基本原理を示す原理構成図であり、第 2図は、本発明が適用される本システムの構成の一例を示すブロック図であり、第 3図は、予測結果データベース 1◦ 6 aに格納される情報の一例を示す図であり、第 4図は、本実施形態における本システムのメイン処理の一例を示すフローチャートであり、第 5図は、本実施形態における本システムの二次構造データ取得処理の一例を示すフローチャートであり、第 6図は、本システムのフラストレーション計算部 102 eにより実行されるフラストレーション実行処理の一例を示すフローチャートであり、第 7図は、相互作用部位予測装置 1 0 0の出力装置 1 1 4に表示される相互作用部位予測結果の表示画面の一例を示す図であり、第 8 図は、相互作用部位予測装置 1 0 0のモニタに表示される本実施例の処理結果出力画面の一例を示す図であり、第 9図は、既知のドッキング .シミュレーションによりフラストレーションが大きい部位であると予測された部位が実際に相互作用部位として機能しているかを確認するための図であり、第 1 0図は、本発明の基本原理を示す原理構成図であり、第 1 1図は、本発明が適用される本システムの構成の一例を示すブロック図であり、第 1 2図は、フロンティア軌道計算部 1 1 0 2 aの構成の一例を示すブロック図であり、第 1 3図は、活性部位予測部 1 1 0 2 gの構成の一例を示すプロック図であり、第 1 4図は、本実施形態における本システムのメイン処理の一例を示すフローチャートであり、第 1 5図は、本実施形態における本システムの分子軌道計算処理の一例を示すフローチャートであり、第 1 6図は、本実施形態における本システムのフ口ンティア軌道とその周辺軌道による候補ァミノ酸残基決定処理の一例を示すフローチャートであり、第 1 7図は、本実施形態における本システムの各分子軌道のァミノ酸への帰属情報決定処理の一例を示すフローチャートであり、第 1 8図は、本実施形態における本システムの候補アミノ酸残基比較処理の一例を示すフローチャートであり、第 1 9図は、本実施形態における本システムの主鎖の重原子に局在する軌道エネルギーによる候補アミノ酸残基決定処理の一例を示すフローチャートであり、第 2 0図は、分子軌道計算で得られた計算結果の一例を示す図であり、第 2 1図は、候補アミノ酸残基が蛋白質の立体構造中どの位置に存在しているかを確認するための表示画面の一例を示す図であり、第 2 2図は、分子軌道計算で得られた計算結果の一例を示す図であり、第 2 3 図は、実施例 1においてリボヌクレアーゼ T 1のフロンティア軌道が分布したアミノ酸残基を示す図表であり、第 2 4図は、本実施例 1において主鎖の窒素原子に分布している分子軌道の軌道エネルギーをアミノ酸の残基番号に対してプロットした図であり、第 2 5図は、本実施例 1において軌道エネルギーが高いアミノ酸残基と軌道エネルギーとを抽出した図表であり、第 26図は、本実施例 1において第 23図に示したフロンティア軌道による候補アミノ酸残基と、第 24図および第 25図に示した主鎖原子の軌道エネルギーによる候捕ァミノ酸残基の共通部分を抽出した図表であり、第 27図は、実施例 2においてリポヌクレアーゼ Aのフロンティア軌道が分布したアミノ酸残基を示す図表であり、第 28図は、本実施例 2において主鎖の窒素原子に分布している分子軌道の軌道エネルギーをアミノ酸の残基番号に対してプロットした図であり、第 29図は、本実施例 2において軌道エネルギーが高いァミノ酸残基と軌道エネルギーとを抽出した図表であり、第 30図は、本実施例 2において第 27図に示したフロンティア軌道による候補アミノ酸残基と、第 28図および第 29図に示した主鎖原子の軌道エネルギーによる候補アミノ酸残基の共通部分を抽出した図表であり、第 3 1図は、本発明の基本原理を示す原理構成図であり、第 32図は、本発明が適用される本システムの構成の一例を示すブロック図であり、第 33図は、本実施形態における本システムのメイン処理の一例を示すフローチヤートであり、第 34図は、本実施形態における本システムの溶媒接触面特定処理の一例を示すフローチャートであり、第 35図は、本実施形態における本システムの疎水面特定処理の一例を示すフローチャートであり、第 36図は、本実施形態における本システムの静電相互作用部位特定処理の一例を示すフロ一チャートであり、第 37図は、本実施形態における本システムの相互作用部位特定処理の一例を示すフローチャートであり、第 38図は、本実施形態における本システムの相互作用部位予測処理の一例を示すフローチヤ一トであり、第 39図は、タンパク質相互作用情報処理装置 100が、溶媒接触面特定部 1 02 bの処理により、 b a r n a s e— b a r s t a r複合体の結晶構造に基づき、 b a r n a s eについて各ァミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差 Δ Sを計算した処理図であり、第 40図は、タンパク質相互作用情報処理装置 100力疎水面特定部 102 cの処理により、 b a r n a s e単体の結晶構造に基づき、 b a r n a s eについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図であり、第 41図は、タンパク質相互作用情報処理装置 1 00が、静電相互作用特定部 102 dの処理により、 b a r n a s e単体の結晶構造に基づき、 b a r n a s eについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギを計算した処理図であり、第 42図は、タンパク質相互作用情報処理装置 10 0力溶媒接触面特定部 102 bの処理により、 b a r n a s e— b a r s t a r複合体の結晶構造に基づき、 b a r s t a rについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差 A Sを計算した処理図であり、第 43図は、タンパク質相互作用情報処理装置 100力疎水面特定部 102 cの処理により、 b a r s t a r単体の結晶構造に基づき、 b a r s t a rについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図であり、第 44図は、タンパク質相互作用情報処理装置 100が、静電相互作用特定部 102 dの処理により、 b a r s t a r単体の結晶構造に基づき、 b a r s t a rについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図であり、第 45図は、タンパク質相互作用情報処理装置 10◦力溶媒接触面特定部 102 bの処理により、 R i b o n c l e a s e- i n h i b i t o r複合体の結晶構造に基づき、 R i b o nu c l e a s eについて各ァミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差 Δ S を計算した処理図であり、第 46図は、タンパク質相互作用情報処理装置 1 0 0が、疎水面特定部 102 cの処理により、 R i b o nu c l e a s e単体の結晶構造に基づき、 R i b o nu c l e a s eについて各ァミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図であり、第 47図は、タンパク質相互作用情報処理装置 100力静電相互作用特定部 102 dの処理により、 R i b o nu c l e a s e単体の結晶構造に基づき、 R i b o nu c l e a s e について各ァミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図であり、第 48図は、タンパク質相互作用情報処理装置 100が、溶媒接触面特定部 1 02 bの処理により、 R i b o n u c l e a s e— i nh i b i t o r複合体の結晶構造に基づき、 i nh i b i t o rについて各ァミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差 Δ Sを計算した処理図であり、第 49図は、タンパク質相互作用情報処理装置 100 、疎水面特定部 102 cの処理により、 i n h i b i t o r単体の結晶構造に基づき、 i nh i b i t o rについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図であり、図 50は、タンパク質相互作用情報処理装置 100が、静電相互作用特定部 102 dの処理により、 i n h i b i t o r単体の結晶構造に基づき、 i nh i b i t o rについて各ァミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図であり、第 5 1図は、本発明により 1つの蛋白質のァミノ酸配列情報からその蛋白質の結合部位を予測する場合の概念を説明する図であり、第 52図は、本発明により複数の蛋白質のァミノ酸配列情報からそれらの蛋白質で複合体を形成するときの結合部位を予測する場合の概念を説明する図であり、第 53図は、本発明が適用される本システムの構成の一例を示すプロック図であり、第 54図は、本発明が適用される空間距離決定部 31 02 bの構成の一例を示すプロック図であり、第 5 5図は、本発明が適用されるエネルギー計算部 3102 dの構成の一例を示すブロック図であり、第 56図は、本発明の高速計算手法の概念を示す図であり、第 57図は、複数のアミノ酸配列上で結合残基を仮定する場合の概念を示す図であり、第 58図は、着目残基の概念を説明する図であり、第 59図は、本実施形態における本システムの処理の一例を示すフローチャートであり、第 60 図は、処理結果の候補ァミノ酸残基のエネルギーなどの一例を示す図であり、第 6 1図は、立体構造上で不安定な部分がクラスター化している場合の一例を示す図であり、第 62図は、ドッキングシミュレーションを用いて複合体構造を生成する場合の概念を示す図であり、第 63図は、蛋白質 Aと蛋白質 Bの各アミノ酸残基を結合残基とした場合のエネルギーの総和をプロットした図の一例であり、第 64図は、 2つのグルタミン酸の配列上の距離と空間上の距離との関係を示す図であり、第 65図は、リポヌクレアーゼ Aの各アミノ酸残基のエネルギーをアミノ酸残基番号に対してプロットした図であり、第 66図は、リボヌクレアーゼ Aのアミノ酸残基のエネルギーが 0以上のものを結合部位候補として表にまとめた図であり、第 67図は、 PDBに格納されたァセチルコ W

35

リン ·エステラーゼ ·インヒビターの立体構造情報データの一部を示す図であり、第 68図は、本発明により求めたアセチルコリン ·エステラーゼ .インヒビターのエネルギーを示す図であり、第 69図は、アセチルコリン 'エステラーゼ 'インヒビターのエネルギーが 0以上のもの 10個を結合部位候補として取り出し、実際に結合部位かどうかを実験的に調べた結果を示す図であり、第飞 0図は、横車由に、 h un t i n g t i n— a s s o c i t a t e d p r o t e i n i n t e r a c t i n g p r o t e i nの結合咅 |5位のァミノ酸残基番号をとり、縦車由に n i t r i c o x i d e s y n t h a s e 2Aの結合部位のァミノ酸残基番号をとり、各結合部位で複合体を生成したときのェネルギ一の総和を等高線表示した図であり、第 71図は、各候補蛋白質の相互作用エネルギーと遺伝子の数のヒストグラムであり、第 72図は、本発明の基本原理を示すフローチャートであり、第 73図は、本発明が適用される本システムの構成の一例を示すブロック図であり、第 74図は、本実施形態における本システムのメイン処理の一例を示すフローチャートであり、第 75図は、タンパク質の座標データの一例を示す図であり、第 76図は、本実施形態における切り口に水素原子を付加する場合のキヤップ付加処理の一例を示すフローチヤートであり、第 77図は、もとの座標とキャップ置換基を付加した後の座標の概念を示す図であり、第 78図は、本実施形態における切り口に水素原子を付加する場合のキャップ付加処理の一例を示すフローチャートであり、第 79 図は、もとの座標とキャップ置換基を付カ卩した後の座標の概念を示す図であり、第 80図は、本実施形態における切り口にメチル基を付加する場合のキャップ付加処理の一例を示すフローチャートであり、第 8 1図は、もとの座標とキヤップ置換基を付加した後の座標の概念を示す図であり、第 82図は、本実施形態における切り口にメチル基を付加する場合のキヤップ付加処理の一例を示すフローチャートであり、第 83図は、もとの座標とキャップ置換基を付加した後の座標の概念を示す図であり、第 84図は、 PDB形式データの三文字表記 (1 8— 20カラムの文字）でアミノ酸種別を判別する場合の概念を説明する図であり、第 85図は、アミノ酸残基 iの水素原子に最適化フラグを設定する場合の一例を示す図であり、第 86図は、アミノ酸残基 iの水素と側鎖原子に最適化フラグを設定する場合の一例を示す図であり、第 87図は、 MOPAC 2000の入力ファイルの一例を示す図であり、第 88図は、 MOP AC 20 00による構造最適化処理の結果を示す出力ファイルの一例を示す図であり、第 89図は、従来の最適化手法（MOZ YME法 +B FG S法）と本発明の手法により水素構造を最適化した場合の計算結果を示す図であり、第 90図は、従来の最適化手法（MOZYME法 +BFGS法）と本発明の手法により側鎖構造を最適化した場合の計算結果を示す図である。発明を実施するための最良の形態

(I) 以下に、本発明にかかる相互作用部位予測装置、相互作用部位予測方法、プログラム、および、記録媒体の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

[本発明の概要]

以下、本発明の概要について説明し、その後、本発明の構成おょぴ処理等について詳細に説明する。図 1は本発明の基本原理を示す原理構成図である。本発明は、概略的に、以下の基本的特徴を有する。まず、利用者は、目的のタンパク質の一次配列情報である目的配列データ 10を本発明の相互作用部位予測装置に入力する。この目的配列データ 10の入力は、例えば、利用者が S WI S S— PROTや P I Rや Tr EMB L等の外部のデータベースに登録された一次配列情報を選択することにより入力してもよく、また、所望の一次配列情報を直接入力してもよい。

ついで、本発明の相互作用部位予測装置は、タンパク質の一次配列情報から当該タンパク質の二次構造を予測する二次構造予測プログラム 20 a〜20 d に対して入力された目的配列データ 10の二次構造予測シミュレーシヨンを実行する。ここで、二次構造プログラム 20 a〜20 dは、例えば、 Ch o u— F a s m a nの方法や、 n e u r a l n e t o r kを使う手法や、 1 i n e a r s t a t i s t i c s ·¾:用レヽる手や、 n e a r e s t n e i g h b o r me t h o dを用いる手法などを利用して二次構造予測シミュレーションを実行する。

ついで、本発明の相互作用部位予測装置は、各二次構造予測プログラム 20 a〜 20 dの二次構造予測結果 3 0 a〜 30 dを比較する（6 0) 。すなわち、目的配列データ 6 1に対応する各予測プログラムの実行結果を並置して比較する（6 3〜6 6) 。

そして、本発明の相互作用部位予測装置は、この比較結果に基づいて、目的のタンパク質の一次配列情報の局所部分のフラストレーションを計算する（7 0) 。すなわち、比較結果から各予測結果データ（6 3~6 6) で異なる二次構造を予測した局所部分を抽出して、その部分のフラストレーシヨンを計算する。既存の二次構造予測プログラム 20 a〜 20 dは、基本的には一次配列情報のうち一部の局所配列を見て予測を行うが、二次構造はタンパク質の全体の構造との関係で最終的に決定されるので、全体と局所部分との間に整合性が取れない部位、すなわちフラストレーシヨンが大きい局所的部位では二次構造予測結果は外れる場合が多い。従って、複数のプログラムにおいて予測結果が外れる局所部分については、フラストレーシヨンが大きいと仮定することができる。

フラストレーションの計算方法は、例えば、異なる予測結果データを出力した二次構造予測プログラム数に応じてフラストレーションを増減してもよく、あるいは、異なる予測結果のそれぞれの構造における確信度の平均値や分散値などに応じてフラストレーションを増減してもよく、また、その部分のァミノ酸配列を分子力学または分子動力学などの手法を用いてエネルギー量を求めそのエネルギー量を用いてフラストレーションを計算してもよい。

そして、本発明の相互作用部位予測装置は、計算された局所部分のフラストレーシヨンにより目的のタンパク質の相互作用部位を予測する（8 0) 。すなわち、例えば、一定の閾値を超えるフラストレーションが存在する局所部分 ( 6 7 ) を相互作用部位と予測する。

また、本発明の相互作用部位予測装置は、例えば、 P D Bや S C O Pなどの外部のデータベースに目的のタンパク質の二次構造データが登録されている場合にはその二次構造データ 4 0を取得し、予測結果の比較において用いる（6 0 ) 。すなわち、目的のタンパク質が実際に採る二次構造データ 6 2と、予測プログラムの予測結果データ 6 3〜 6 6とを比較する。

そして、実際の二次構造データ 6 2と予測プログラムの予測結果データ 6 3 〜6 6とが異なっている部分については、高いフラストレーシヨンを計算する。タンパク質の立体構造データが分かっている場合、すなわち、既存の P D Bなどに立体構造データが登録されているタンパク質は、その全体構造が既知であるため、様々な二次構造予測手法の予測結果とその実際の構造との差を見ることにより、より明確にフラストレーションのある局所部位（相互作用部位になつている確率の高い部位）を見つけることが可能になる。例えば、実際の二次構造データ 6 2と異なる予測結果データを出力した二次構造予測プログラム数に応じてフラストレーシヨンを増減してもよい。

さらに、本発明の相互作用部位予測装置は、二次構造予測プログラム 2 0 a 〜 2 0 dの二次構造予測結果データ 3 0 a〜 3 0 dに対する確信度を示す確信度情報 5 0を設定する。すなわち、二次構造予測プログラム 2 0 a〜2 0 dのシミュレーション精度を実際の二次構造データなどに基づいて設定する。

そして、本発明の相互作用部位予測装置は、設定された確信度情報おょぴ比較結果に基づいて、局所部分の上記フラストレーションを計算する。すなわち、確信度情報が高い（すなわち、シミュレーションの精度の高い）プログラムによる二次構造予測結果データに対する重みを高くすることにより、フラストレーシヨン計算においてシミュレーシヨン結果に対する確信度を反映させることができる。

構成] まず、本システムの構成について説明する。図 2は、本発明が適用される本システムの構成の一例を示すプロック図であり、該構成のうち本発明に関係する部分のみを概念的に示している。本システムは、概略的に、相互作用部位予測装置 1 0 0と、配列情報や立体構造等に関する外部データベースおよびホモ口ジー検索や二次構造予測等の外部プログラム等を提供する外部システム 2 0 0とを、ネットワーク 3 0 0を介して通信可能に接続して構成されている。図 2においてネットワーク 3 0 0は、相互作用部位予測装置 1 0 0と外部システム 2 0 0とを相互に接続する機能を有し、例えば、インタ一ネット等である。

図 2において外部システム 2 0 0は、ネットワーク 3 0 0を介して、相互作用部位予測装置 1 0 0と相互に接続され、利用者に対して配列情報や立体構造等に関する外部データベース、および、ホモロジ一検索やモチーフ検索や二次構造予測等の外部プログラムを実行するウェブサイトを提供する機能を有する。ここで、外部システム 2 0 0は、 WE Bサーバや A S Pサーバ等として構成してもよく、そのハードウェア構成は、一般に市販されるワークステーション、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置およびその付属装置により構成してもよい。また、外部システム 2 0 0の各機能は、外部システム 2 0 0のハードウェア構成中の C P U、ディスク装置、メモリ装置、入力装置、出力装置、通信制御装置等およびそれらを制御するプログラム等により実現される。

図 2において相互作用部位予測装置 1 0 0は、概略的に、相互作用部位予測装置 1 0 0の全体を統括的に制御する C P U等の制御部 1 0 2、通信回線等に接続されるルータ等の通信装置（図示せず）に接続される通信制御インターフエース部 1 0 4、入力装置 1 1 2および出力装置 1 1 4に接続される入出力制御インターフェース部 1 0 8、および、各種のデータベースやテーブル（予測結果データベース 1 0 6 a〜タンパク質構造データベース 1 0 6 c ) を格納する記憶部 1 0 6を備えて構成されており、これら各部は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。さらに、この相互作用部位予測装置 1 0 0は、ル一タ等の通信装置および専用線等の有線または無線の通信回線を介して、ネットワーク 3 0 0に通信可能に接続されている。

図 2において記憶部 1 0 6に格納される各種のデータベースやテーブル（予測結果データベース 1 0 6 a〜タンパク質構造データベース 1 0 6 c ) は、固定ディスク装置等のストレージ手段であり、各種処理に用いる各種のプロダラムゃテ一ブルやフアイルゃデ一タベースゃゥェブページ用フアイル等を格納する。

これら記憶部 1 0. 6の各構成要素のうち、予測結果データベース 1 0 6 aは、二次構造予測プログラムの予測結果などに関する情報を格納する予測結果情報格納手段である。図 3は、予測結果データベース 1 0 6 aに格納される情報の一例を示す図である。

この予測結果データベース 1 0 6 aに格納される情報は、図 3に示すように、目的のタンパク質の一次配列情報（アミノ酸配列情報）である目的配列データ、タンパク質構造データベースから取得した目的配列データの二次構造データ、およぴ、各二次構造予測プログラムの予測結果データを相互に関連付けて構成されている。

また、確信度情報データベース 1 0 6 bは、二次構造予測プログラムの二次構造予測結果データに対する確信度を示す確信度情報を格納する予測結果情報格納手段である。例えば、シミュレーション結果の精度の標準的な値（例えば、二次構造予測結果と実際の二次構造データとの一致率であるシミュレーション精度が 6 0 %の場合など）の確信度を 1とし、標準値より精度が高い場合にはその精度に応じて確信度の値を大きくし、また、標準値より精度が低い場合にはその精度に応じて確信度の値を小さくしてもよい。さらに、二次構造プログラムごと、構造ごと、各配列におけるアミノ酸ごとに確信度を設定してもよい。すなわち、例えば、ある二次構造予測プログラムがある配列のあるアミノ酸についてその二次構造を予測するとき、その構造がひ構造である確信度、構造である確信度等をそれぞれ別々に設定してもよい。また、タンパク質構造データベース 1 0 6 cは、タンパク質の立体構造データを格納したデータベースである。タンパク質構造データベース 1 0 6 cは、インターネットを経由してアクセスする外部のタンパク質構造データベースであってもよく、また、これらのデータベースをコピーしたり、オリジナルの配列情報を格納したり、さらに独自のァノテーション情報等を付加したりして作成したィンハウスデータベースであってもよい。

また、図 2において、通信制御インターフェース部 1 0 4は、相互作用部位予測装置 1 0 0とネットワーク 3 0 0 (またはルータ等の通信装置）との間における通信制御を行う。すなわち、通信制御インターフェース部 1 0 4は、他の端末と通信回線を介してデータを通信する機能を有する。

また、図 2において、入出力制御インターフェース部 1 0 8は、入力装置 1 1 2や出力装置 1 1 4の制御を行う。ここで、出力装置 1 1 4としては、モニタ（家庭用テレビを含む）の他、スピーカを用いることができる（なお、以下においては出力装置をモニタとして記載する）。また、入力装置 1 1 2としては、キーボード、マウス、および、マイク等を用いることができる。また、モニタも、マウスと協働してポインティングデバイス機能を実現する。

また、図 2において、制御部 1 0 2は、 O S (O e r a t i n g S y s t e m) 等の制御プログラム、各種の処理手順等を規定したプログラム、およぴ所要データを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラム等により、種々の処理を実行するための情報処理を行う。制御部 1 0 2は、機能概念的に、目的配列入力部 1◦ 2 a、二次構造予測プログラム実行部 1 0 2 b、二次構造予測プログラム 1 0 2 c、予測結果比較部 1 0 2 d、フラストレーション計算部 1 0 2 e、相互作用部位予測部 1 0 2 f 、二次構造データ取得部 1 0 2 g、および、確信度情報設定部 1 0 2 hを備えて構成されている。

このうち、目的配列入力部 1 0 2 aは、目的のタンパク質の一次配列情報 (目的配列データ）を入力する入力手段である。また、二次構造予測プロダラム実行部 1 0 2 bは、二次構造予測プログラムに対して入力手段により入力された一次配列情報（目的配列データ）の二次構造予測シミュレーションを実行させる二次構造予測プログラム実行手段である。また、二次構造予測プロダラム 1 0 2 cは、タンパク質の一次配列情報から当該タンパク質の二次構造を予測する二次構造予測プログラムである。

また、予測結果比較部 1 0 2 dは、二次構造予測プログラムの二次構造予測結果を比較する予測結果比較手段、および、二次構造予測プログラムの二次構造予測結果と二次構造データ取得手段により取得した二次構造データとを比較する予測結果比較手段である。また、フラストレーシヨン計算部 1 0 2 eは、予測結果比較手段による比較結果に基づいて、目的のタンパク質の一次配列情報（目的配列データ）の局所部分のフラストレーションを計算するフラストレーシヨン計算手段、および、確信度情報設定手段により設定された確信度情報および比較結果に基づいて、局所部分のフラストレーションを計算するフラストレーシヨン計算手段である。

また、相互作用部位予測部 1 0 2 f は、ブラストレーシヨン計算手段により計算された局所部分のフラストレーシヨンにより目的のタンパク質の相互作用部位を予測する相互作用部位予測手段である。また、二次構造データ取得部 1 0 2 gは、目的のタンパク質の二次構造データを取得する二次構造データ取得手段である。また、確信度情報設定部 1 0 2 hは、二次構造予測プログラムの二次構造予測結果に対する確信度を示す確信度情報を設定する確信度情報設定手段である。なお、これら各部によって行なわれる処理の詳細については、後述する。

[システムの処理]

次に、このように構成された本実施の形態における本システムの処理の一例について、以下に図 4〜図 7を参照して詳細に説明する。

[メイン処理]

次に、メイン処理の詳細について図 4を参照して説明する。図 4は、本実施の形態における本システムのメイン処理の一例を示すフローチヤ一トである。まず、相互作用部位予測装置 1 0 0は、目的配列入力部 1 0 2 aの処理により、利用者に対して目的のタンパク質の一次配列情報（目的配列データ）を入力させる（ステップ S A— 1 ) 。

ついで、相互作用部位予測装置 1 0 0は、二次構造データ取得部 1 0 2 gの処理により、利用者が入力した目的配列データの二次構造データを取得する (ステップ S A—2 ) 。

ここで、ステップ S A— 2において、二次構造データ取得部 1 0 2 gにより実行される二次構造データ取得処理の詳細について図 5を参照して説明する。図 5は、本実施形態における本システムの二次構造データ取得処理の一例を示すフローチャートである。

まず、二次構造データ取得部 1 0 2 gは、タンパク質構造データベース 1 0 6 cを参照して目的配列データが登録されているか判定する（ステップ S B— 1 ) 。ステップ S B— 1において、目的配列デ'ータがタンパク質構造データべース 1 0 6 cに登録されている場合には、二次構造データ取得部 1 0 2 gは、タンパク質構造データベース 1 0 6 cから目的配列データの二次構造データを取得して予測結果データベース 1 0 6 aの所定の記憶領域に格納する（ステツプ S B— 2 ) 。

一方、ステップ S B— 1において、目的配列データがタンパク質構造データベース 1 0 6 cに登録されていない場合には、二次構造データ取得部 1 0 2 g は、目的配列データに類似する配列のタンパク質の二次構造データがタンパク質構造データベース 1 0 6 cに存在するか判断する（ステップ S B— 3 ) 。すなわち、二次構造データ取得部 1 0 2 gは、例えば、配列間のホモロジ一を判定するプログラムを用いて、目的配列データと、タンパク質構造データベース 1 0 6 cに登録された構造既知のタンパク質に対応する配列データとを比較して、高い相同性を有する配列データ（目的配列データの一部分に対応するものであってもよい）が存在するか否かを判断する。ステップ S B— 3において、目的配列データに類似する配列のタンパク質の二次構造データがタンパク質構造データベース 1 0 6 cに存在する場合には、二次構造データ取得部 1 0 2 gは、類似部分の二次構造データを予測結果データベース 1 0 6 aの所定の記憶領域に格納する（ステップ S B— 4 ) 。なお、目的配列データのうち一部分について二次構造データが存在する場合には、二次構造データが存在する部分について、当該二次構造データを予測結果データベース 1 0 6 aに格納する。

一方、ステップ S B— 3において、目的配列データに類似する配列のタンパク質の二次構造データがタンパク質構造データベース 1 0 6 cに存在しない場合には、二次構造データ取得処理が終了する。

再ぴ図 4に戻り、相互作用部位予測装置 1 0 0は、二次構造予測プログラム実行部 1 0 2 bの処理により、目的配列データを 1つまたは 2つ以上の二次構造予測プログラム 1 0 2 cに実行させる（ステップ S A— 3 ) 。すなわち、二次構造予測プログラム実行部 1 0 2 bは、例えば、目的配列データを所定のフォーマットに変換したり、また、目的配列データに所定のヘッダ情報などを追加したりすることにより、各二次構造予測プログラム 1 0 2 cの入力形式を合わせた後、二次構造予測プログラム 1 0 2 cを実行する。ここで、二次構造予測プログラム 1 0 2 cは、相互作用部位予測装置 1 0 0の内部に存在するプログラムであってもよく、また、ネットワーク 3 0 0を介してリモートで実行することができる外部システム 2 0 0の外部プログラムであってもよい。

ついで、二次構造予測プログラム実行部 1 0 2 bは、各二次構造予測プログラム 1 0 2 cのシミュレーシヨン結果である二次構造予測結果を予測結果データベース 1 0 6 aの所定の記憶領域に格鈉する（ステップ S A— 4 ) 。

ついで、相互作用部位予測装置 1 0 0は、予測結果比較部 1 0 2 dの処理により、予測結果データベース 1 0 6 aに格納された目的配列データに対する各二次構造予測プログラム 1 0 2 cの二次構造予測結果を比較する（ステップ S A— 5 ) 。すなわち、予測結果比較部 1 0 2 dは、各二次構造予測プログラム 1 0 2 cの二次構造予測結果について、目的配列データの先頭から最後までの各予測結果を比較する。なお、ステップ S A— 2において、二次構造予測プロダラム実行部 1 0 2 bが目的配列データに対応する二次構造データを取得できた場合、すなわち、予測結果データベース 1 0 6 aに目的配列データの二次構造データが格納されている場合には、二次構造データと各二次構造予測プログラム 1 0 2 cの二次構造予測結果とを比較する。

ついで、相互作用部位予測装置 1 0 0は、フラストレーション計算部 1 0 2 eの処理により、目的配列データの局所部分のフラストレーシヨンのスコアを計算する（ステップ S A— 6 ) 。ここで、図 6は、本システムのフラストレーション計算部 1 0 2 eにより実行されるフラストレーション実行処理の一例を示すフローチャートである。

図 6に示すように、フラストレーシヨン計算部 1 0 2 eによるフラストレーシヨンのスコアの計算方法は、例えば、二次構造予測プログラムが異なる二次構造予測結果を出力した局所部分について、結果が異なる二次構造予測プログラムの数に応じてスコアを増減してもよく、あるいは、異なる予測結果のそれぞれの構造における確信度の平均値や分散値などに応じてフラストレーシヨンを増減してもよく、また、二次構造予測プログラムが異なる二次構造予測結果を出力した局所部分について、アミノ酸配列を分子力学または分子動力学などの手法を用いてエネノレギー量を求めそのエネノレギー量を用いてフラストレーシヨンを計算してもよい（ステップ S C— 1 ) 。

また、フラストレーション計算部 1 0 2 eは、二次構造データと予測プログラムの二次構造予測結果とが異なっている部分について、高いフラストレーシヨンのスコアを計算してもよい（ステップ S C— 2 ) 。例えば、二次構造データと異なる二次構造予測結果を出力した二次構造予測プログラムの数に応じてスコアを增減してもよい。

また、フラストレーシヨン計算部 1 0 2 eは、確信度情報データベース 1 0 6 bを参照して、予め確信度情幸艮設定部 1 0 2 hの処理により格納された各二次構造予測プログラム 1 0 2 cの確信度情報を取得し、確信度情報に基づいてフラストレーションのスコアを計算してもよい（ステップ S C— 3 ) 。すなわち、フラストレーション計算部 1 0 2 eは、シミュレーション精度の高い二次構造予測プログラム 1 0 2 cの二次構造予測結果に高い重みを付けて、フラストレーシヨンのスコアを計算する。

ここで、確信度情報設定部 1 0 2 hによる確信度情報の設定の一例を示す。まず、確信度情報設定部 1 0 2 hは、各二次構造予測プログラム 1 0 2 cの二次構造予測結果と、二次構造データとを比較して、各二次構造予測プログラム 1 0 2 cの二次構造予測結果の精度（一致率）を計算する。そして、確信度情報設定部 1 0 2 hは、各二次構造予測プログラム 1 0 2 cの精度の平均値を標準の確信度情報（例えば、 1 ) として設定し、平均値以上の精度については標準の確信度情報よりも高い値（例えば、 1より大きい数）を計算し、平均値以下の精度については標準の確信度情報よりも低い値（例えば、 1より小さい数）を計算して、確信度情報データベース 1 0 6 bの所定の記憶領域に格納する。

なお、確信度情報設定部 1 0 2 hは、各二次構造予測プログラム 1 0 2 cの確信度情報を各配列中の各アミノ酸（残基）毎に設定してもよい。すなわち、各二次構造予測プログラム 1 0 2 cによる配列の予測結果につき配列中のアミノ酸毎に二次構造予測プログラム 1 0 2 cの確信度情報を設定してもよい（例えば、配列中の一番目のアミノ酸について、プログラム Aは、ひ構造の確信度情報が 1 . 5であり、 ]3構造の確信度情報が 0 . 7であり、その他の構造の確信度情報が 1 . 1である等）。

また、確信度情報設定部 1 0 2 hは、各二次構造予測プログラム 1 0 2 cの確信度情報を構造（a構造、 /3構造など）毎に設定してもよい。すなわち、各二次構造予測プログラム 1 0 2 cによっては、特定の構造について高い精度を有するものや低い精度を有するものが存在するため、構造毎に二次構造予測プログラム 1 0 2 cの確信度情報を設定してもよい（例えば、プログラム Aは、構造の確信度情報が 1. 5であり、 ]3構造の確信度情報が 0. 7であり、その他の構造の確信度情報が 1. 1である等）。

再び図 4に戻り、相互作用部位予測装置 100は、相互作用部位予測部 10 2 f の処理により、計算された局所部分のフラストレーシヨンのスコアにより目的配列データのうち相互作用部位となる局所部分を予測する (ステップ SA -7) 。すなわち、相互作用部位予測部 102 f は、例えば、一定の閾値を超えるフラストレーションのスコアである局所部分を相互作用部位と予測する。ついで、相互作用部位予測装置 100は、配列データの相互作用部位の予測結果を出力装置 1 14に出力する（ステップ S A— 8) 。

ここで、図 7は、相互作用部位予測装置 100の出力装置 1 14に表示される相互作用部位予測結果の表示画面の一例を示す図である。この図に示すように相互作用部位予測結果の表示画面は、例えば、目的配列データの配列情報の表示領域 MA— 1、相互作用部位と予測される局所部分の表示領域 MA— 2および MA— 3、相互領域部位と予測される局所部分のフラストレーシヨンのスコアの表示領域 MA— 4および MA— 5等を含んで構成されている。これにて、メイン処理が終了する。

[実施例]

以下に本発明の実施例について、図 8および図 9を参照して詳細に説明する。本実施例は、哺乳類アデ二ル酸シクラーゼ（Mamma 1 i a n Ad e n y 1 y 1 Cy c l a s e) (PDB I D : 1 C J K) (本明細書において「MAC」という。）のアミノ酸配列についてプログラム 1および 2を用いて二次構造予測を行い、その二次構造予測結果に基づいてフラストレーションの計算を行い、相互作用部位の予測を行った場合の一例である。

図 8は、相互作用部位予測装置 100のモニタに表示される本実施例の処理結果出力画面の一例を示す図である。この図に示すように処理結果出力画面は、例えば、 MACのアミノ酸配列がストランド構造である場合の確信度を示すグラフの表示領域 MB— 1、 MACのアミノ酸配列が αヘリックス構造である場合の確信度を示すグラフの表示領域 MB— 2、 MACのアミノ酸配列がその他の二次構造である場合の確信度を示すグラフの表示領域 MB— 3、 MACのァミノ酸配列の表示領域 MB _4、フラストレーションの値が高いァミノ酸配列の断片領域（すなわち、相互作用部位である可能性が高い領域）を示す表示領域 MB— 5、プログラム 1の二次構造予測結果の表示領域 MB— 6、プログラム 2の二次構造予測結果の表示領域 M B-7等を含んで構成されている。本実施例において、フラストレーションの計算は、 2つのプログラムが異なつた二次構造予測を行い、その配列部分が比較的長く、かつ、それぞれの予測結果の確信度が比較的高いものについて、フラストレーシヨンを大きく設定している。この他に、確信度を用いずに、直接二次構造の予測の差を用いてフラストレーシヨンを計算することもできる。

図 9は、既知のドッキング · シミュレーションによりフラストレーシヨンが大きい部位であると予測された部位が実際に相互作用部位として機能しているかを確認するための図である。

図 9において MACについて予測した立体構造は空間充填模型 (s a c e f i l l) にて記載されている。なお、フラストレーションの大きい部位は濃い色で表示されている。また、図 9において MACとコンプレックスを作るその他のタンパク質は針金模型 (w i r e f r ame) にて記載されている。図 9に示すように、フラストレーションの大きい部位は、他のタンパク質との距離が比較的近く、これらの部位またはこれらと連続した配列の一部が相互作用部位である確率が高いことを示している。

[他の実施の形態]

さて、これまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態以外にも、上記特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施の形態にて実施されてよいものである。

例えば、相互作用部位予測装置 100がスタンドアローンの形態で相互作用部位予測を行う場合を一例に説明したが、相互作用部位予測装置 100とは另リ筐体で構成されるクライアント端末からの要求に応じて相互作用部位予測を行い、その予測結果を当該クライアント端末に返却するように構成してもよい。また、実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。

この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種の登録データや検索条件等のパラメータを含む情報、画面例、データベース構成については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

また、相互作用部位予測装置 100に関して、図示の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、相互作用部位予測装置 1 00の各サーバが備える処理機能、特に制御部にて行なわれる各処理機能については、その全部または任意の一部を、 C PU (C e n t r a l P r o c e s s i n g Un i t) および当該 C PU にて解釈実行されるプログラムにて実現することができ、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現することも可能である。なお、プログラムは、後述する記録媒体に記録されており、必要に応じて相互作用部位予測装置 1 00に機械的に読み取られる。

また、このプログラムは、相互作用部位予測装置 1 00に対して任意のネットワークを介して接続されたアプリケーションプログラムサーバに記録されてもよく、必要に応じてその全部または一部をダウンロードすることも可能である。

また、記憶部 1 0 6に格納される各種のデータベース等（予測結果データべース 1 06 a〜タンパク質構造データベース 1 06 c) は、 RAM、 ROM等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等のストレージ手段であり、各種処理やウェブサイト提供に用いる各種のプログラムゃテープルやフアイノレゃデータベースゃゥェブベージ用ファィル等を格納する。

また、相互作用部位予測装置 100は、既知のパーソナルコンピュータ、ヮークステーション等の情報処理端末等の情報処理装置にプリンタゃモニタゃィメージスキャナ等の周辺装置を接続し、該情報処理装置に本発明の方法を実現させるソフトウェア（プログラム、データ等を含む）を実装することにより実現してもよい。

さらに、相互作用部位予測装置 100の分散 ·統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷等に応じた任意の単位で、機能的または物理的に分散 ·統合して構成することができる。例えば、各データベースを独立したデータベース装置として独立に構成してもよく、また、処理のー眘を CG I (C o mm o n Ga t ewa y I n t e r f a c e) を用いて実現してもよい。

また、本発明にかかるプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することもできる。ここで、この「記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、 ROM、 E PROM, EE PROM, CD— ROM、 MO、 DVD等の任意の「可搬用の物理媒体」や、各種コンピュータシステムに内蔵される ROM、 RAM, HD等の任意の「固定用の物理媒体」、あるいは、 LANゝ WAN, インターネットに代表されるネットワークを介してプログラムを送信する場合の通信回線や搬送波のように、短期にプログラムを保持する「通信媒体」を含むものとする。

また、「プログラム」とは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理方法であり、ソースコードやバイナリコード等の形式を問わない。なお、「プログラム」は必ずしも単一的に構成されるものに限られず、複数のモジュールゃライブラリとして分散構成されるものや、〇S (Op e r a t i n g

S y s t em) に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものをも含む。なお、実施の形態に示した各装置において記録媒体を読み取るための具体的な構成、読み取り手順、あるいは、読み取り後のインストール手順等については、周知の構成や手順を用いることができる。

また、ネットワーク 3 0 0は、相互作用部位予測装置 1 0 0と外部システム 2 0 0とを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネットや、イントラネットや、 L AN (有線 Z無線の双方を含む）や、 VANや、パソコン通信網や、公衆電話網（アナログ/デジタルの双方を含む）や、専用回線網（アナ口グノデジタルの双方を含む) や、 C A T V網や、 I MT 2 0 0 0方式、 G S M 方式または P D CZ P D C— P方式等の携帯回線交換網 Z携帯パケット交換網や、無線呼出網や、 B 1 u e t o o t h等の局所無線網や、 P H S網や、 C S、 B Sまたは I S D B等の衛星通信網等のうちいずれかを含んでもよい。すなわち、本システムは、有線'無線を問わず任意のネットワークを介して、各種データを送受信することができる。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、目的のタンパク質の一次配列情報を入力し、タンパク質の一次配列情報から当該タンパク質の二次構造を予測する二次構造予測プログラムに対して入力された一次配列情報の二次構造予測シミュレーシヨンを実行させ、二次構造予測プログラムの二次構造予測結果を比較し、比較結果に基づいて、目的のタンパク質の一次配列情報の局所部分のフラストレーシヨンを計算し、計算された局所部分のフラストレーシヨンにより目的のタンパク質の相互作用部位を予測するので、タンパク質の一次配列情報においてフラストレーシヨンのある局所部位を発見することにより相互作用部位を効果的に予測することができる相互作用部位予測装置、相互作用部位予測方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

また、本発明によれば、目的のタンパク質の一次配列情報を入力し、目的のタンパク質の二次構造データを取得し、タンパク質の一次配列情報から当該タンパク質の二次構造を予測する二次構造予測プログラムに対して入力された一次配列情報の二次構造予測シミュレーションを実行させ、二次構造予測プログラムの二次構造予測結果と、取得した二次構造データとを比較し、比較結果に 03

52

基づいて、目的のタンパク質の一次配列情報の局所部分のフラストレーションを計算し、計算された局所部分のフラストレーシヨンにより目的のタンパク質の相互作用部位を予測するので、二次構造予測プログラムの予測結果と目的のタンパク質の実際の二次構造との差を見ることにより、より明確にフラストレーシヨンのある局所部位（相互作用部位になっている確率の高い部位）を見つけることが可能になる相互作用部位予測装置、相互作用部位予測方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

さらに、本発明によれば、二次構造予測プログラムの二次構造予測結果に対する確信度を示す確信度情報を設定し、設定された確信度情報および比較結果に基づいて、局所部分のフラストレーションを計算するので、確信度情報が高レヽ（すなわち、シミュレーションの精度の高い）プログラムによる二次構造予測結果データに対する重みを高くすることにより、フラストレーション計算においてシミュレーション結果に対する確信度を反映させることができる相互作用部位予測装置、相互作用部位予測方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

( Π ) また、以下に、本発明にかかる活性部位予測装置、活性部位予測方法、プログラム、および、記録媒体の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。本実施の形態は、蛋白質の活性部位予測に関する場合を一例に説明するが、当業者であれば本実施の形態の記載に基づいて本発明を生理活性ポリぺプチドに容易に適用することができる。

[本発明の概要]

以下、本発明の概要について説明し、その後、本発明の構成および処理等について詳細に説明する。図 1 0は本発明の基本原理を示す原理構成図である。本発明は、概略的に、以下の基本的特徴を有する。すなわち、まず目的の蛋白質の立体構造データを P D B ( P r o t e i n D a t a B a n k ) などの外部データベースなどから取得する（ステップ S 1 ) 。そして、蛋白質の立体構造データに基づいて分子軌道計算を行い、目的の蛋白質の立体構造データに基づいてフロンティア軌道（最高被占軌道 (HOM O) または最低空軌道 (LUMO) ) 、および/または、主鎖原子の軌道エネルギーを求める (ステップ S 2) 。

ここで、最高被占軌道（HOMO) または最低空軌道（LUMO) の軌道ェネルギ一は、例えば、市販のプログラム MOP AC 200 0 (J . J. P. S t e wa r t, F j i t s u L i m i t e d, T o k y o, J a a n (1 9 9 9) ) 等を用いて AMIハミルトニアン法等により計算することができる (ステップ S 2 1) 。

また、分子軌道計算には半経験的分子軌道計算、非経験的分子軌道計算の他にも、密度汎関数計算を用いてもよい。現在の計算機の処理能力では半経験的分子軌道が好適であるが、将来的にはより精度の高い方法での応用が可能である。

ここで、発明者は計算条件を鋭意検討した結果、予測に必要な 3つの計算条件を見つけることに成功した（ステップ S 3) 。第一は、水分子を計算に含めることである。水分子と蛋白質との間の水素結合、さらには水分子と蛋白質との間の電荷移動を考慮するために、入力データの蛋白質のまわりに水分子を発生させることが必要である。結晶構造のデータのなかに水分子の情報が含まれているので、それらを活用することも可能であるが、ほとんどの場合は数が全く足りない。従って、例えば蛋白質と水素結合できるような位置に水分子を置くという方法等により入力データの蛋白質のまわりに水分子を発生させて分子軌道計算を行う（ステップ S 3 1) 。

第二に、水分子の誘電的な効果を考慮する必要がある (ステップ S 3 2) 。これには様々な方法が考えられる。例えば、蛋白質の周りに連続的な誘電体を置く方法（K 1 am tらが開発した COSMO法などが代表例である。）等を用いることができる。第三に、非常に大きな分子について本発明を応用したい場合は、溶媒の影響を考慮することにより計算機の処理能力の限界を超えてしまうことが予想される。その場合は、蛋白質表面の解離性アミノ酸残基を無電荷の状態（例えば、グルタミン酸をプロトン化する）にし、内部に埋まっている解離性アミノ酸を電荷状態（例えば、グルタミン酸を脱プロトン化する）にすることによって、溶媒を考慮した計算結果を近似的に求める（ステップ S 3 3 ) 。

このように、本発明では、 3つの計算条件を適宜設定することにより、効率的に分子軌道計算を実行することができ、さらに、活性部位予測の精度を大に向上させることができるようになる。

ここで、本発明における「フロンティア軌道の周辺軌道」の定義を次のように行う。一般的に『フロンティア軌道』とは『最高被占軌道（H OMO) 』と『最低空軌道 ( L UMO) 』の 2つのことを指す。しかし、蛋白質のような巨大分子の系ではフロンティァ軌道とエネルギー的にほとんど変わらない分子軌道がフロンティァ軌道と同様に機能に重要な役割を果たすことが多い。発明者が鋭意研究した結果、多少のエネルギーの違い（例えば l〜2 e V程度）であれば、フロンティア軌道と変わらない役割を果たすことが分かった。そこで、本発明ではフロンティア軌道をその周辺領域にまで拡張している。例えば、最高被占軌道 (H OMO) とのエネルギー差が予め定めた閾値（例えば、 2 e V 等）以内の全ての被占軌道、および、最低空軌道とのエネルギー差が予め定めた閾値（例えば、 2 e V等）以内の全ての空軌道をフロンティア軌道の『周辺軌道』と定義する。この定義の拡張が本発明の特徴のうちの一つである。次に、本発明は、求めたフロンティア軌道と周辺軌道を蛋白質のアミノ酸配列中の特定のアミノ酸残基に帰属させる（ステップ S 4 ) 。分子軌道のァミノ酸残基への帰属は以下のように行う。

各分子軌道は以下のように基底関数の線形結合によって表される。 φ —∑ c ( iは基底関数の番号、は基底関数、 _{C i}は係数）各基底関数は原子に所属し、各原子はアミノ酸残基に所属している。したがつて、各基底関数はいずれかのアミノ酸残基に所属している。そこで、原子ごと、ならびにアミノ酸残基ごとの分布率を求める。

D (K) =∑ _{C i} ²

( iは原子またはアミノ酸残基 Kに所属している全ての基底関数）これにより、分子軌道ごとに最も分布率の大きなアミノ酸残基、または、最も分布率の大きな原子を含んでいるアミノ酸残基を得ることができる。それらを各分子軌道が分布するアミノ酸残基と定義する。このように定義すると、分子軌道がどこのァミノ酸に分布しているかを 1対 1で対応をとることができる。一般的に分子軌道はある程度の広がりがあるので、一つのァミノ酸残基に分布しているという発想は量子化学の世界では一般的ではないが、発明者は機能に関係する軌道に限っては、ほとんど一つのァミノ酸に局在しているという事実を発見した。分子軌道とアミノ酸を 1対 1で対応させることは、専門家以外にも分かりやすく、専門家以外が本発明を利用することには大きな助けとなる。この点も本発明の利点の一つである。

以上により、蛋白質のフロンティア軌道と周辺軌道が分布しているアミノ酸残基が判明するが、本発明は、このアミノ酸残基を活性部位の候補のアミノ酸残基（以下「候補アミノ酸残基」または単に「候補」という。）として決定する（ステップ S 4 ) 。

次に、本発明は、活性部位になりえない候補の削除などを行い、活性部位を予測する（ステップ S 5 ) 。例えば、トリプトファンやフエ二ルァラニンのような芳香環を含んでいるアミノ酸残基は性質上フ口ンティア軌道と周辺軌道になりやすいという性質をもっている。しかし、ほとんどの場合はそれらが活性部位にはなりえないことがわかっている。同様にジスルフィド結合しているシスティン、メチォニンもフロンティァ軌道と周辺軌道が分布しやすいが活性部位にはほとんどならないことがわかっている。フロンティア軌道と周辺軌道のうち、これらのアミノ酸残基に所属しているものは、活性部位の候補から除く。残ったフロンティア軌道と周辺軌道が分布しているアミノ酸残基が活性部位の候補であるが、ここで、活性部位は一つのアミノ酸残基であるケースはほとんどなく、複数のアミノ酸残基によって構成されている。したがって、実際に目的の蛋白質の立体構造データから立体構造を既知のグラフィックソフトなどを用いて表示させて、フロンティア軌道と周辺軌道を表示させると多くの場合で、フロンティア軌道と周辺軌道が集まって存在している場所がある。そのように、立体構造上で局在化してクラスタを作っている部分の候補アミノ酸残基が活性部位である可能性が極めて高いため、このような候補を選択して、活性部位として予想する。

また、主鎖原子の軌道エネルギーも用いる場合には、上述したフロンティア軌道を用いる場合と同様の計算条件で計算をするが、分子軌道をアミノ酸ではなく、分子に帰属させることに違いがある（ステップ S 2 2 ) 。すなわち、あるアミノ酸の主鎖の原子（例えば、窒素や炭素など）に分布している分子軌道の軌道エネルギーに着目する。そのような分子軌道は複数あるので、その中で最も特徴的な、例えば、最もエネルギーの高い被占軌道の軌道エネルギーに着目する。ここでも、アミノ酸と軌道エネルギーが 1対 1で対応する。

このように各アミノ酸を主鎖の原子に分布している分子軌道の軌道エネルギ一と各ァミノ酸を対応させて解析に応用するという方法は従来にはない手法である。例えば、アミノ酸の番号と軌道エネルギーをプロットとすると、軌道ェネルギ一の相対的な大きさが分かる。軌道エネルギーが相対的に高い原子が存在するアミノ酸残基の部分が活性部位である可能性が高い。また、予め定めた値を超える軌道エネルギーをもつ分子軌道の分布するアミノ酸残基が活性部位 W

57 になる可能性が高い。閾値は同様の機能を持つ蛋白質の活性部位の軌道エネルギーなどを参考にして決定してもよい。

以上に示した 2つの手法 (ステップ S 2 1およびステップ S 2 2 ) は、それぞれ活性部位を予測すること、分子軌道計算を利用していることで共通している。しかしながら、その予測方法による予測結果は全く同一ではない。それぞれの方法に関して、強みや弱みがあることは容易に予想できる。これらを手法を組み合わせてそれぞれの候補を比較することで、さらに精度を上げることができる。例えば、異なる方法の全ての予測結果において活性部位と予測されるァミノ酸残基、一部の方法で活性部位であると予測されるァミノ酸残基というように分類することで、活性部位らしさをより正確に表現することができる。

[システム構成]

まず、本システムの構成について図 1 1〜図 1 3を参照して説明する。図 1 1は、本発明が適用される本システムの構成の一例を示すブロック図であり、該構成のうち本発明に関係する部分のみを概念的に示している。本システムは、概略的に、蛋白質活性部位予測装置 1 1 0 0と、蛋白質の構造情報等に関する外部データベースやホモ口ジー検索等の外部プログラム等を提供する外部システム 1 2 0 0とを、ネットワーク 1 3 0 0を介して通信可能に接続して構成されている。

図 1 1においてネットワーク 1 3 0 0は、蛋白質活性部位予測装置 1 1 0 0 と外部システム 1 2 0 0とを相互に接続する機能を有し、例えば、ィンターネット等である。

図 1 1において外部システム 1 2 0 0は、ネットワーク 1 3 0 0を介して、蛋白質活性部位予測装置 1 1 0 0と相互に接続され、利用者に対して蛋白質の構造情報等に関する外部データベースゃホモロジ一検索やモチーフ検索等の外部プログラムを実行するウェブサイトを提供する機能を有する。

ここで、外部システム 1 2 0 0は、 WE Bサーバや A S Pサーバ等として構成してもよく、そのハードウェア構成は、一般に巿販されるワークステーション、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置およびその付属装置により構成してもよい。また、外部システム 1 2 0 0の各機能は、外部システム 1 2 0 0 のハードウェア構成中の C P U、ディスク装置、メモリ装置、入力装置、出力装置、通信制御装置等およびそれらを制御するプログラム等により実現される。図 1 1において蛋白質活性部位予測装置 1 1 0 0は、概略的に、蛋白質活性部位予測装置 1 1 0 0の全体を統括的に制御する C P U等の制御部 1 1 0 2、通信回線等に接続されるルータ等の通信装置（図示せず）に接続される通信制御インターフェース部 1 1 0 4、入力装置 1 1 1 2や出力装置 1 1 1 4に接続される入出力制御インターフェース部 1 1 0 8、および、各種のデータベースやテーブルなどを格納する記憶部 1 1 0 6を備えて構成されており、これら各部は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。さらに、この蛋白質活性部位予測装置 1 1 0 0は、ルータ等の通信装置および専用線等の有線または無線の通信回線を介して、ネットワーク 1 3 0 0に通信可能に接続されている。記憶部 1 1 0 6に格納される各種のデータベースやテーブル（蛋白質構造データベース 1 1 0 6 aおよび処理結果データ 1 1 0 6 b ) は、固定ディスク装置等のストレージ手段であり、各種処理に用いる各種のプログラムやテーブルやファイルやデータベースやウェブページ用ファイル等を格納する。

これら記憶部 1 1 0 6の各構成要素のうち、蛋白質構造^ータベース 1 1 0 6 aは、蛋白質の構造データ（アミノ酸配列データ、 3次元構造データ、各種のァノテーシヨン情報等を含む）を格納したデータベースである。蛋白質構造データベース 1 1 0 6 aは、インターネットを経由してアクセスする外部のデータベースであってもよく、また、こらのデータベースをコピーしたり、ォリジナルの配列情報を格納したり、さらに独自のァノテーション情報等を付加したりして作成したィンハウスデータベースであってもよい。

また、処理結果データ 1 1 0 6 bは、制御部 1 1 0 2による処理結果に関する情報等を格納する処理結果データ格納手段である。また、図 1 1において、通信制御インターフェース部 1 1 0 4は、蛋白質活性部位予測装置 1 1 0 0とネットワーク 1 3 0 0 (またはルータ等の通信装置）との間における通信制御を行う。すなわち、通信制御インターフェース部 1 1 0 4は、他の端末と通信回線を介してデータを通信する機能を有する。また、図 1 1において、入出力制御インターフェース部 1 1 0 8は、入力装置 1 1 1 2や出力装置 1 1 1 4の制御を行う。ここで、出力装置 1 1 1 4としては、モニタ（家庭用テレビを含む）の他、スピーカを用いることができる (なお、以下においては出力装置 1 1 1 4をモニタとして記載する場合がある）。また、入力装置 1 1 1 2としては、キーボード、マウス、および、マイク等を用いることができる。また、モニタも、マウスと協働してポインティングデバイス機能を実現する。

また、図 1 1において、制御部 1 1 0 2は、 O S (O p e r a t i n g S y s t e m) 等の制御プログラム、各種の処理手順等を規定したプログラム、および所要データを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラム等により、種々の処理を実行するための情報処理を行う。制御部 1 1 0 2は、機能概念的に、フロンティァ軌道計算部 1 1 0 2 a、周辺軌道決定部 1 1 0 2 b、水分子設定部 1 1 0 2 c、誘電体設定部 1 1 0 2 d、電荷設定部 1 1 0 2 e、候補ァミノ酸残基決定部 1 1 0 2 f 、活性部位予測部 1 1 0 2 g、軌道エネルギー計算部 1 1 0 2 h、および、構造データ取得部 1 1 0 2 pを備えて構成されている。

このうち、フロンティア軌道計算部 1 1 0 2 aは、構造データに基づいて蛋白質の電子状態を分子軌道計算によって求めてフロンティァ軌道を特定するフロンティア軌道計算手段である。ここで、フロンティア軌道計算部 1 1 0 2 a は、図 1 2に示すように、最高被占軌道計算部 1 1 0 2 iと最低空軌道計算部 1 1 0 2 jを備えて構成される。また、周辺軌道決定部 1 1 0 2 bは、フロンティア軌道と予め定めたェネルギー差になる分子軌道を当該フロンティア軌道の周辺軌道として決定する周辺軌道決定手段である。

また、水分子設定部 1 1 0 2 cは、蛋白質のまわりに水分子を発生させて分子軌道計算等の量子化学計算を行う水分子設定手段である。

また、誘電体設定部 1 1 0 2 dは、蛋白質の周りに連続的な誘電体を置いて分子軌道計算等の量子化学計算を行う誘電体設定手段である。

また、電荷設定部 1 1 0 2 eは、蛋白質表面の解離性アミノ酸残基を無電荷の状態にし、內部に埋まっている解離性アミノ酸を電荷状態にして分子軌道計算等の量子化学計算を行う電荷設定手段である。

また、候補ァミノ酸残基決定部 1 1 0 2 ίは、フロンティァ軌道と周辺軌道が分布しているアミノ酸残基、および Ζまたは、軌道エネルギーのうち予め定めた値を超える軌道エネルギーとなる分子軌道および/または相対的に軌道ェネルギ一が高い分子軌道が分布しているアミノ酸残基を活性部位の候補のァミノ酸残基として決定する候補アミノ酸残基決定手段である。

また、活性部位予測部 1 1 0 2 gは、候補ァミノ酸残基決定部 1 1 0 2 f により決定された候補ァミノ酸残基の中から活性部位を選択して活性部位を予測する活性部位予測手段である。ここで、活性部位予測部 1 1 0 2 gは、図 1 3 に示すように、活性部位になりえない候補の削除を行う特定ァミノ酸残基除外部 1 1 0 2 kと、立体構造上で局在化してクラスタを作っている部分の候補ァミノ酸残基を選択する局在アミノ酸残基選択部 1 1 0 2 mと、各手法による候補を比較して重複する候補を選択する候補比較部 1 1 0 2 nとを備えて構成される。

また、構造データ取得部 1 1 0 2 J は、目的の蛋白質の構造データを取得する構造データ取得手段である。

なお、これら各部によって行なわれる処理の詳細については、後述する。

[システムの処理] 次に、このように構成された本実施の形態における本システムの処理の一例について、以下に図 14〜図 21を参照して詳細に説明する。

[メイン処理]

まず、メイン処理の詳細について図 14を参照して説明する。図 14は、本実施形態における本システムのメイン処理の一例を示すフローチヤ一トである。蛋白質活性部位予測装置 1 100は、構造データ取得部 1 102 pの処理により、まず目的の蛋白質の立体構造データを PDB (P r o t e i n D a t a B a nk) などの外部データベースなどから取得する（ステップ SA1—

1) o

ついで、蛋白質活性部位予測装置 1 100は、制御部 1 102の処理により、蛋白質の立体構造データに基づいて量子化学計算による分子軌道の計算を行う (ステップ SA1— 2) 。ここで、分子軌道計算処理の詳細について図 15を参照して説明する。図 15は、本実施形態における本システムの分子軌道計算処理の一例を示すフローチヤ一トである。

まず、蛋白質活性部位予測装置 1 100は、蛋白質の座標を取得し（ステツプ SB 1— 1) 、分子軌道計算を行う。ここで、分子軌道計算については、例えば、「計算機化学入門」（櫻井実、猪飼篤編、丸善、 1999年）などに詳しく角旱説されている。以下に分子軌道計算処理の一例を説明する。まず、フオック方程式を解く（ステップ S B 1— 2〜ステップ S B 1— 7) 。この方程式は『非線形』であるため、解が収束するまで繰り返し計算する解法を取る。

FC = S C ε 本方程式において、 Fはフォック行列、 Cは LCAO係数を要素とした行列、 Sは重なり積分を要素とした行列、 εは軌道エネルギーの要素としたべクトルを示す。フォック行列は F = h + G * Dというように、密度行列 Dと関連付けることができる。密度行列は LC AO係数から計算することができる。 Fの生成（ステップ SB 1— 4) 、 Fの対角化（ステップ SB 1— 5) 、密度行列の生成（ステップ S B 1— 6 ) の各ステップを密度行列が収束するまで行う。そして、蛋白質活性部位予測装置 1 100は、軌道エネルギーや分子軌道の係数を取得し（ステップ SB 1— 8) 、系のエネルギーを求める（ステップ S B 1— 9) 。これにて、分子軌道計算処理が終了する。

再び図 14に戻り、蛋白質活性部位予測装置 1 100は、ステップ SA1— 2において求めた分子軌道等の情報に基づいてフロンティア軌道とその周辺軌道から候補アミノ酸残基を決定する（ステップ SA1— 3) 。ここで、フロンティア軌道とその周辺軌道による候補ァミノ酸残基決定処理の詳細について図 1 6を参照して説明する。図 16は、本実施形態における本システムのフロンティア軌道とその周辺軌道による候捕ァミノ酸残基決定処理の一例を示すフ口一チヤ一トである。

まず、蛋白質活性部位予測装置 1 100は、計算した分子軌道が蛋白質のァミノ酸配列のうちどのアミノ酸残基に分布しているかを帰属する（ステップ S C I— 1) 。ここで、分子軌道計算を行うと、出力として、各分子軌道について 2つの情報『分布の仕方』、『軌道エネルギー』が得られるが、ここでは『分布の仕方』の情幸艮より、各分子軌道がどの原子（アミノ酸残基）に分布しているかを特定する。ここで、各分子軌道のアミノ酸への帰属情報決定処理の詳細について図 17を参照して説明する。図 17は、本実施形態における本システムの各分子軌道のアミノ酸への帰属情報決定処理の一例を示すフローチヤートである。

まず、 N番目の分子軌道を取得し（ステップ SD 1— 1) 、原子ごとに原子に所属している基底関数の係数の 2乗を足し合わせ（ステップ SD 1— 2) 、アミノ酸ごとにアミノ酸に所属する原子に所属する基底関数の係数の 2乗和を足し合わせる（ステップ SD 1— 3) 。

そして、和が最も大きいアミノ酸を N番目の分子軌道が所属しているアミノ酸であると特定する（ステップ SD 1—4) 。また、図 2 0は分子軌道計算で得られた計算結果の一例を示す図である。図 2 0に示す例においては、 5残基からなるオリゴペプチド（R EWT Y) を一例に説明する。本図によると、分子軌道 1はアミノ酸残基 R、分子軌道 2はァミノ酸残基 T、分子軌道 3はアミノ酸残基 Ε、分子軌道 4はアミノ酸残基 W、分子軌道 5はアミノ酸残基 R、分子軌道 6はアミノ酸残基 Y、分子軌道 7はァミノ酸残基 Εに帰属する。

これにて、各分子軌道のアミノ酸への帰属情報決定処理が終了する。

再び図 1 6に戻り、蛋白質活性部位予測装置 1 1 0 0は、フロンティァ軌道とその周辺軌道を定義する。すなわち、フロンティア軌道計算部 1 1 0 2 aは、最高被占軌道計算部 1 1 0 2 iおよぴ最低空軌道計算部 1 1 0 2 jの処理により最高被占軌道 (H OMO) は分子軌道 4に決定し、最低空軌道（L UMO) は分子軌道 5に決定する。また、本実施形態において 2 e V以内の軌道エネルギーである分子軌道をフロンティァ軌道の周辺軌道と定義すると、周辺軌道決定部 1 1 0 2 bは、分子軌道 2、 3、 4、 5、 6までを周辺軌道と決定する。従って、候補ァミノ酸残基決定部 1 1 0 2 f は、分子軌道 2、 3、 4、 5、 6 に刘-応するァミノ酸残基が、活性部位の候補ァミノ酸残基として決定する（ステツプ S C 1— 2 ) 。

次に、活性部位予測部 1 1 0 2 gは、特定ァミノ酸残基除外部 1 1 0 2 kの処理により、機能部位候補として不適切なものを除外する（ステップ S C 1— 3 ) 。この例では、特定ァミノ酸残基除外部 1 1 0 2 kは、分子軌道 4は活性部位になる可能性が低いアミノ酸残基であるトリブトファンに分布しているので除外する。その結果、候補アミノ酸残基は分子軌道 2、 3、 5および 6に絞ら;^る。

次に、活性部位予測部 1 1 0 2 gは、局在ァミノ酸残基選択部 1 1 0 2 mの処理により、候補が空間的にどのように存在しているかを調べ、局在しているアミノ酸残基を選択する（ステップ S C 1— 4 ) 。図 2 1は、候補アミノ酸残基が蛋白質の立体構造中どの位置に存在しているかを確認するための表示画面の一例を示す図である。

図 2 1に示すように、既知のグラフィック表示プログラムにより、蛋白質の構造データを針金モデル、リボンモデル、パイプモデル、ボールアンドスティックモデル、または、空間充填モデルのうちいずれかのモデルによりグラフィック表示し、その中に候補アミノ酸残基を表示する。本図の場合は右のほうに偏ったクラスタリングが存在しているので、クラスタリングを形成する 3つの候捕が機能部位である可能性は高い。

これにて、フロンティア軌道とその周辺軌道による候補アミノ酸残基決定処理が終了する。

再び図 1 4に戻り、蛋白質活性部位予測装置 1 1 0 0は、ステップ S A 1— 2において求めた分子軌道等の情報に基づいて主鎖の重原子に局在する軌道ェネルギ一から候補アミノ酸残基を決定する（ステップ S A 1 — 4 ) 。ここで、主鎖の重原子に局在する軌道エネルギーによる候補アミノ酸残基決定処理の詳細について図 1 9を参照して説明する。図 1 9は、本実施形態における本システムの主鎖の重原子に局在する軌道エネルギーによる候補ァミノ酸残基決定処理の一例を示すフローチャートである。

まず、蛋白質活性部位予測装置 1 1 0 0は、計算した分子軌道が蛋白質のァミノ酸配列を構成する原子のうちどの原子に分布しているかを帰属する（ステップ S F 1— 1 ) 。ステップ S C 1— 1においてはアミノ酸ごとの分布を求めたが、ここでは原子ごとの分布を求める点が異なる。

ここで、図 2 2は分子軌道計算で得られた計算結果の一例を示す図である。本図によると、分子軌道 1は原子番号 1、分子軌道 2は原子番号 4、分子軌道 5は原子番号 1、分子軌道 6は原子番号 4、分子軌道 7は原子番号 2、分子軌道 8は原子番号 3、分子軌道 9は原子番号 1、分子軌道 1 0は原子番号 4に帰属する。次に、軌道エネルギー計算部 1 1 0 2 hは、特定の主鎖の重原子に帰属している分子軌道のみを抽出する（ステップ S F 1— 2 ) 。図 2 2に示す例において、主鎖 N原子に着目すると、 Rの主鎖 N原子（原子番号 1 ) には、分子軌道 1、 5、 9が分布し、 Eの主鎖 N原子（原子番号 4 ) には、分子軌道 2、 6、 1 0が分布する。

次に、軌道エネルギー計算部 1 1 0 2 hは、着目したものの中で、最もエネルギ一の高い被占軌道を選択する（ステップ S F 1— 3 ) 。図 2 2に示す例において、分子軌道 9および 1 0は空軌道なので除外すると、 Rの主鎖 N原子 (原子番号 1 ) は分子軌道 5、 Eの主鎖 N原子（原子番号 4 ) は分子軌道 6が最もエネルギーが高いため軌道エネルギー計算部 1 1 0 2 hはそれぞれ選択する。すなわち、 Rの軌道エネルギーについては一 6 e V、 Eの軌道エネルギーについては一 5 e Vが代表エネルギーになる。

次に、軌道エネルギー計算部 1 1 0 2 hは、アミノ酸残基番号を横軸、代表エネルギーを縦軸にとり、代表エネルギーをプロットするプロット図を作成し X. (ステップ S F 1— 4 ) 、図中のピーク部分の周辺部位を候補ァミノ酸残基として特定する (ステップ S F 1— 5 ) 。

これにて、主鎖の重原子に局在する軌道エネルギーによる候補アミノ酸残基決定処理が終了する。

再び図 1 4に戻り、蛋白質活性部位予測装置 1 1 0 0は、活性部位予測部 1 1 0 2 gの処理により、候補ァミノ酸残基の中から活性部位を選択して活性部位を予測する（ステップ S A 1— 5 ) 。ここで、候補アミノ酸残基比較処理の詳細について図 1 8を参照して説明する。図 1 8は、本実施形態における本システムの候補アミノ酸残基比較処理の一例を示すフローチャートである。図 1 8に示すように、上述したフ口ンティア軌道および主鎖原子の軌道エネルギーを用いた手法により複数の候補アミノ酸残基を生成すると（ステップ S E 1— 1 ) 、活性部位予測部 1 1 0 2 gは、候捕比較部 1 1 0 2 11の処理により、各手法による候補が一致するか判定し（ステップ S E 1— 2 ) 、一致しない場合には、前後のアミノ酸も候補に追加（一致しない場合には更に次のアミノ酸も追加）して上述の手法による候補決定手法を再ぴ実行する（ステップ S E 1 - 3) 。

一方、ステップ SE 1 _2において各手法による候補が一致する場合には、活性部位予測部 1 102 gはこの候補を活性部位として予測する（ステップ S E 1 -4) 。これにて、候補ァミノ酸残基比較処理が終了する。

これにて、メイン処理が終了する。

[本発明の実施例 1 ；リボヌクレアーゼ T 1 ] ' 次に、本発明の実施例 1の詳細について図 23〜図 26を参照して説明する。加水分酵素であるリポヌクレアーゼ T 1は実験的によく調べられていて、必須なァミノ酸残基は H i s 40、 G l u 58、 A r g 77_S H i s 92であるということが実験的に証明されている。

リポヌクレアーゼ T 1ついて、 X線結晶構造データに基づき市販のプログラム I n s i g h t I Iによって水素分子を付加して、分子軌道計算に必要な座標を完成した。そして、市販のプログラム MOPAC 2000を用いて最適化構造を求めた後に、電子状態を得た。蛋白質まわりに水分子を置き、さらに連続誘電体近似（COSMO法）を用いて溶媒の影響を考慮した。

ここで、実施例 1においてリボヌクレアーゼ T 1のフロンティア敏 L道が分布したァミノ酸残基を図 23に示す表に示す。

図 23に示すように、活性部位の候補となりうるのは、 HOMOから 2番目に G 1 u 58と、 HOMOから 3番目に H i s 40、 LUMOから 4番目の H i s 92、 LUMOから 3番目に Ar g 77が分布した。この 4つのアミノ残基は近くに集まっているので、ここが活性部位であると容易に予想することができる。これは実験データと良く一致している。また、 H i s 40と G 1 u 5 8が求核的に、 Ar g 77と H i s 92が求電子的に働くと予想できる。つまり、従来の技術とは異なり、活性部位の位置だけではなく、反応のメカニズムを解析することができる。次に主鎖の窒素原子に着目した。図 2 4は、本実施例 1において主鎖の窒素原子に分布している分子軌道の軌道エネルギーをアミノ酸の残基番号に対してプロットした図である。本図に示すようにアミノ酸残基番号 4 0、 6 0、 8 0、 9 0付近に軌道エネルギーの高い部分が現れる。また、本実施例 1において軌道エネルギーが高いアミノ酸残基と軌道エネルギーとを抽出した表を図 2 5に示す。軌道エネルギーの高いァミノ酸残基の周辺にあるアミノ酸残基が活性部位の候補にある。

また、図 2 3に示したフロンティア軌道による候補アミノ酸残基と、図 2 4 およぴ図 2 5に示した主鎖原子の軌道エネルギーによる候補アミノ酸残基の共通部分を抽出した表を図 2 6に示す。例えば、フロンティア軌道による方法で求核基の候補 4つ、求電子基の候補 4つを挙げた。また、主鎖原子の軌道エネルギ一による方法でピーク（5番目まで考慮する）となるアミノ酸残基から前後 2残基ずつを候補とした。そして、お互いに共通しているものを挙げると、 4 0、 5 7、 5 8、 7 7、 9 2と 5つがあがる。

図 2 6により共通部分として抽出されたアミノ酸残基はいずれも実験で求められた活性に必要なアミノ酸残基（4 0、 5 8、 7 7、 9 2 ) によく対応している（5 7は 5 8に近いために活性部位と誤って判断された。）。

[実施例 2 ；リボヌクレアーゼ A]

次に、実施例 2の詳細について図 2 7から図 3 0を参照して説明する。加水分解酵素であるリボヌクレアーゼ Aは実験的によく調べられていて、必須なァミノ酸残基は H i s 1 2、 H i s 1 1 9であるということが実験的に証明されている。

リボヌクレアーゼ Aついて、 X線結晶構造データに基づき市販のプログラム I n s i g h t I Iによって水素分子を付加して、分子軌道計算に必要な座標を完成した。そして、市販のプログラム MO P A C 2 0 0 0を用いて最適化構造を求めた後に、電子状態を得た。蛋白質まわりに水分子を置き、さらに連続誘電体近似（C O S MO法）を用いて溶媒の影響を考慮した。ここで、本実施例においてリボヌクレアーゼ Aのフロンティア軌道が分布したアミノ酸残基を図 2 7に示す表に示す。

次に主鎖の窒素原子に着目した。図 2 8は、本実施例 2において主鎖の窒素原子に分布している分子軌道の軌道エネルギーをアミノ酸の残基番号に対してプロットした図である。本図に示すようにアミノ酸残基番号 1 2、 4 7、 1 1 7、 7 6、 5 3の付近に軌道エネルギーの高い部分が現れる。また、軌道エネルギ一が高いアミノ酸残基と軌道エネルギーとを抽出した表を図 2 9に示す。軌道エネルギーの高いアミノ酸残基の周辺にあるアミノ酸残基が活性部位の候補にある。

また、図 2 7に示したフロンティア軌道による候補アミノ酸残基と、図 2 8 および図 2 9に示した主鎖原子の軌道エネルギーによる候補アミノ酸残基の共通部分を抽出した表を図 3 0に示す。例えば、フロンティア軌道による方法で '求核基の候補 4つ、求電子基の候補 4つを挙げた。また、主鎖原子の軌道エネルギ一による方法でピーク（5番目まで考慮する）となるアミノ酸残基から前後 2残基ずつを候補とした。そして、お互いに共通しているものを挙げると、 1 2、 1 4、 1 1 9と 3つがあがる。

図 3 0により共通部分として抽出されたアミノ酸残基はいずれも実験で求められた活性に必要なアミノ酸残基（1 2、 1 1 9 ) によく対応している（1 4 は 1 2に近いために活性部位と誤って判断された。）。

[他の実施の形態]

例えば、蛋白質活性部位予測装置 1 1 0 0がスタンドアローンの形態で処理を行う場合を一例に説明したが、蛋白質活性部位予測装置 1 1 0 0とは別筐体で構成されるクライアント端末からの要求に応じて処理を行い、その処理結果を当該クライアント端末に返却するように構成してもよい。また、実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。

また、蛋白質活性部位予測装置 1 1 00に関して、図示の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。

例えば、蛋白質活性部位予測装置 1 1 00の各部または各装置が備える処理機能、特に制御部 1 1 0 2にて行なわれる各処理機能については、その全部または任意の一部を、 C PU (C e n t r a l P r o c e s s i n g U n i t ) および当該 C P Uにて解釈実行されるプログラムにて実現することができ、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現することも可能である。なお、プログラムは、後述する記録媒体に記録されており、必要に応じて蛋白質活性部位予測装置 1 1 00に機械的に読み取られる。

すなわち、 ROMまたは HDなどの記憶部 1 1 06などには、 O S (O p e r a t i n g S y s t em) と協働して C P Uに命令を与え、各種処理を行うためのコンピュータプログラムが記録されている。このコンピュータプログラムは、 RAM等にロードされることによって実行され、 CPUと協働して制御部 1 1 02を構成する。また、このコンピュータプログラムは、蛋白質活性部位予測装置 1 1 00に対して任意のネットワーク 1 300を介して接続されたアプリケーションプログラムサーバに記録されてもよく、必要に応じてその全部または一部をダウンロードすることも可能である。

また、本発明にかかるプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することもできる。ここで、この「記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、 ROM、 E PROM, EE PROM, CD-ROM, MO、 DVD等の任意の「可搬用の物理媒体」や、各種コンピュータシステムに内蔵される ROM、 RAM, HD等の任意の「固定用の物理媒体」、あるいは、 LAN, WAN, インターネットに代表されるネットワークを介してプログラムを送信する場合の通信回線や搬送波のように、短期にプログラムを保持する「通信媒体」を含むものとする。

また、「プログラム」とは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理方法であり、ソースコードゃバイナリコード等の形式を問わない。なお、「プログラム」は必ずしも単一的に構成されるものに限られず、複数のモジュールゃライブラリとして分散構成されるものや、 O S (O p e r a t i n g

S y s t e m) に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものをも含む。なお、実施の形態に示した各装置において記録媒体を読み取るための具体的な構成、読み取り手順、あるいは、読み取り後のインストール手順等については、周知の構成や手順を用いることができる。

記憶部 1 1 0 6に格納される各種のデータベース等（蛋白質構造データべ一ス 1 1 0 6 aおよび処理結果データ 1 1 0 6 b) は、 RAM、 ROM等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光デイスク等のストレージ手段であり、各種処理やウェブサイト提供に用いる各種のプログラムやテープノレやフアイノレゃデータベースゃゥェブぺージ用ファイル等を格納する。

また、蛋白質活性部位予測装置 1 1 0 0は、既知のパーソナルコンピュータ、ワークステーション等の情報処理端末等の情報処理装置にプリンタゃモニタやイメージスキャナ等の周辺装置を接続し、該情報処理装置に本発明の方法を実現させるソフトウェア（プログラム、データ等を含む）を実装することにより実現してもよい。

さらに、蛋白質活性部位予測装置 1 1 0 0の分散 ·統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷等に応じた任意の単位で、機能的または物理的に分散 ·統合して構成することができる。例えば、各データベースを独立したデータベース装置として独立に構成してもよく、また、処理の一きを CG I (C ommo n Ga t e wa y I n t e r f a c e) を用いて実現してもよい。 '

また、ネットワーク 1 300は、蛋白質活性部位予測装置 1 100と外部システム 1 200とを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネットゃ、イントラネットや、 LAN (有線ノ無線の双方を含む）や、 VANや、パソコン通信網や、公衆電話網（アナログ/デジタルの双方を含む）や、専用回線網 (アナログ Zデジタルの双方を含む）や、 CATV網や、 I MT 2000方式、 GSM方式または PDC/PDC— P方式等の携帯回線交換網/携帯バケツト交換網や、無線呼出網や、 B 1 u e t o o t h等の局所無線網や、 PHS網や、 C S、 B Sまたは I SDB等の衛星通信網等のうちいずれかを含んでもよい。すなわち、本システムは、有線'無線を問わず任意のネットワークを介して、各種データを送受信することができる。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、蛋白質または生理活性ポリぺプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めて、フロンティァ軌道とその周辺軌道、および/または、主鎖の重原子に局在する軌道エネルギーを特定し、当該フロンティア軌道とその周辺軌道の位置、および Zまたは、当該軌道エネルギ一に基づいて当該蛋白質または生理活性ポリべプチドの活性部位となるァミノ酸残基を予測するので、精度が高いと言われている分子軌道計算を利用し、フロンティア軌道の位置または軌道エネルギーの高い位置と反応部位との関係性を蛋白質または生理活性ポリペプチドの系に応用するため高い精度の活性部位予想を行うことができる活性部位予測装置、活性部位予測方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。 . ' また、本発明によれば、目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドの構造データを取得し、 .取得した構造データに基づいて蛋白質または生理活性ポリぺプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めてフロンティァ軌道を特定し、フ口ンティア軌道と予め定めたエネルギー差になる分子軌道を当該フ口ン軌道の周辺軌道として決定し、フロンティア軌道と周辺軌道が分布しているァミノ酸残基を活性部位の候補のァミノ酸残基として決定し、決定された候補ァミノ酸残基の中から活性部位を選択して活性部位を予測するので、精度が高いと言われている分子軌道計算を利用し、フロンティア軌道の位置と反応部位との関係性を蛋白質または生理活性ポリペプチドの系に応用するため高い精度の活性部位予想を行うことができる活性部位予測装置、活性部位予測方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

また、本発明によれば、目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドの構造データを取得し、取得した構造データに基づいて蛋白質または生理活性ポリぺプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めて主鎖の重原子に局在する軌道ェネルギーを特定し、特定された軌道エネルギーのうち予め定めた値を超える軌道エネルギーとなる分子軌道および/または相対的に軌道エネルギーが高い分子軌道が分布しているアミノ酸残基を活性部位の候補のアミノ酸残基として決定するので、精度が高いと言われている分子軌道計算を利用し、軌道エネルギ一の高い位置と反応部位との関係性を蛋白質または生理活性ポリペプチドの系に応用するため高い精度の活性部位予想を行うことができる活性部位予測装置、活性部位予測方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。また、本発明によれば、目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドの構造データを取得し、取得した構造データに基づいて蛋白質または生理活性ポリぺプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めてフロンティア軌道を特定し、取得した構造データに基づいて蛋白質または生理活性ポリぺプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めて主鎖の重原子に局在する軌道エネルギーを特定し、フロンティア軌道と予め定めたエネルギー差になる分子軌道を当該フロンティァ軌道の周辺軌道として決定し、フロンティア軌道と周辺軌道が分布しているアミノ酸残基、および/または、特定された軌道エネルギーのうち予め定めた値を超える軌道エネルギーとなる分子軌道および/または相対的に軌道エネルギ一が高い分子軌道が分布しているァミノ酸残基を活性部位の候補のァミノ酸残基として決定し、決定された候補アミノ酸残基の中から活性部位を選択して活性部位を予測するので、精度が高いと言われている分子軌道計算を利用し、フロンティァ軌道の位置または軌道エネルギーの高い位置と反応部位との関係性を蛋白質または生理活性ポリべプチドの系に応用するため高い精度の活性部位予想を行うことができる活性部位予測装置、活性部位予測方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

さらに、本発明によれば、分子軌道計算において、以下の 3つの計算条件 1 ) 蛋白質または生理活性ポリぺプチドのまわりに水分子を発生させる、 2 ) 蛋白質または生理活性ポリペプチドの周りに連続的な誘電体を置く、

3 ) 蛋白質または生理活性ポリぺプチド表面の解離性ァミノ酸残基を無電荷の状態にし、内部に埋まっている解離性アミノ酸を電荷状態にする、

のうち少なくとも一つの計算条件を設定するので、 3つの計算条件を適宜設定することにより、効率的に分子軌道計算を実行することができ、さらに、活性部位予測の精度を大幅に向上させることができる活性部位予測装置、活性部位予測方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

(Π) また、以下に、本発明にかかるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定さ;^るものではない。

[本発明の概要]

以下、本発明の概要について説明し、その後、本発明の構成および処理等について詳細に説明する。図 3 1は本発明の基本原理を示す原理構成図である。本発明は、概略的に、以下の基本的特徴を有する。

本発明は、溶媒接触面の疎水性相互作用に基づき不安定性の高い部位を特定する。すなわち、本発明は、まず、相互作用する複数のタンパク質の単体時の溶媒接触面積（溶媒分子が接することのできる分子表面の面積であり「溶媒露出表面積」ともいう）と複合体形成時の溶媒接触面積とを別々に計算し、その差を取ることにより相互作用部分の溶媒接触面を求める。つまり、単体時の溶媒接触面積と複合体形成時の溶媒接触面積との差が大きい部位は、複合体を形成すると溶媒に接触する面積が少なくなることを示すため、このような部位は相互作用部位である可能性が高いということができるので、差が大きいァミノ酸残基部位を相互作用部位の溶媒接触面として特定する。なお、複合体時の構造データがなレ、場合本処理は行わなレ、。

そして、本発明はタンパク質の溶媒接触面について疎水性相互作用エネルギ一を求めることにより、タンパク質の一次構造を構成するアミノ酸残基中で溶媒面でありかつ疎水面である部位を特定する。このような部位は、単体時においては不安定性が高く、複合体形成時においては疎水面が覆い隠されることにより安定化すると考えられるため、相互作用部位となる可能性が高い部位であるといえる。

また、本発明は、タンパク質中において静電相互作用エネルギーの高い部位を特定することにより不安定性の高い部位を特定する。すなわち、本発明は、分子軌道法などにより求められた原子電荷（部分電荷）に基づいて静電相互作用エネルギーの高い部位を計算する。このような部位は単体時においては不安定性が高く、複合体形成時においてはエネルギー的に安定化すると考えられるため、相互作用部位となる可能性が高い部位であるといえる。ここで、原子電荷は分子軌道法などによる各種の計算手法により求めてもよいし、分子力学法や分子動力学法等において各種のパラメータ値として与えられた原子電荷の値などを流用してもよい。

そして、本発明は、溶媒接触面、疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い部位を特定することにより相互作用部位を特定する。

、構成] まず、本システムの構成について説明する。図 3 2は、本発明が適用される本システムの構成の一例を示すプロック図であり、該構成のうち本発明に関係する部分のみを概念的に示している。本システムは、概略的に、タンパク質相互作用情報処理装置 2 1 0 0と、配列情報等に関する外部データベースやホモロジー検索等の外部プログラム等を提供する外部システム 2 2 0 0とを、ネットワーク 2 3 0 0を介して通信可能に接続して構成されている。

図 3 2においてネットワーク 2 3 0 0は、タンパク質相互作用情報処理装置 2 1 0 0と外部システム 2 2 0 0とを相互に接続する機能を有し、例えば、ィンターネット等である。

図 3 2において外部システム 2 2 0 0は、ネットワーク 2 3 0 0を介して、タンパク質相互作用情報処理装置 2 1 0 0と相互に接続され、利用者に対して D N A等の配列情報やタンパク質等の構造情報等に関する外部データベースやホモ口ジー検索やモチーフ検索等の外部プログラムを実行するゥヱブサイトを提供する機能を有する。

ここで、外部システム 2 2 0 0は、 WE Bサーバや A S Pサーバ等として構成してもよく、そのハードウェア構成は、一般に市販されるワークステーション、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置およびその付属装置により構成してもよい。また、外部システム 2 2 0 0の各機能は、外部システム 2 2 0 0 のハードウユア構成中の C P U、ディスク装置、メモリ装置、入力装置、出力装置、通信制御装置等およびそれらを制御するプログラム等により実現される。図 3 2においてタンパク質相互作用情報処理装置 2 1 0 0は、概略的に、タンパク質相互作用情報処理装置 2 1 0◦の全体を統括的に制御する C P U等の制御部 2 1 0 2、通信回線等に接続されるルータ等の通信装置（図示せず）に接続される通信制御インターフェース部 2 1 0 4、入力装置 2 1 1 2や出力装置 2 1 1 4に接続される入出力制御インターフェース部 2 1 0 8、および、各種のデータベースやテーブルなどを格納する記憶部 2 1 0 6を備えて構成されており、これら各部は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。さらに、このタンパク質相互作用情報処理装置 2 1 0 0は、ルータ等の通信装置おょぴ専用線等の有線または無線の通信回線を介して、ネットワーク 2 3 0 0に通信可能に接続されている。

記憶部 2 1 0 6に格納される各種のデータベースやテーブル（タンパク質構造データベース 2 1 0 6 aおよび処理結果データ 2 1 0 6 b ) は、固定ディスク装置等のストレージ手段であり、各種処理に用いる各種のプログラムゃテーブルやフアイルゃデ一タベースゃゥェブぺージ用フアイル等を格納する。これら記憶部 2 1 0 6の各構成要素のうち、タンパク質構造データベース 2 1 0 6 aは、タンパク質のアミノ酸配列情報（一次構造データ）や立体構造データ（構成原子の 3次元座標データ等）や各種のァノテーシヨン情報を格納したデータベースである。タンパク質構造データベース 2 1 0 6 aは、インターネットを経由してアクセスする外部のデータベースであってもよく、また、これらのデータベースをコピーしたり、オリジナルの配列情報を格納したり、さらに独自のァノテーション情報等を付加したりして作成したィンハウスデータベースであってもよい。

また、処理結果データ 2 1 0 6 bは、処理結果データに関する情報等を格納する処理結果データ格納手段である。

また、図 3 2において、通信制御インターフェース部 2 1 0 4は、タンパク質相互作用情報処理装置 2 1 0 0とネットワーク 2 3 0 0 (またはルータ等の通信装置）との間における通信制御を行う。すなわち、通信制御インターフエース部 2 1 0 4は、他の端末と通信回線を介してデータを通信する機能を有する。

また、図 3 2において、入出力制御インターフェース部 2 1 0 8は、入力装置 2 1 1 2や出力装置 2 1 1 4の制御を行う。ここで、出力装置 2 1 1 4としては、モニタ（家庭用テレビを含む）の他、スピーカを用いることができる (なお、以下においては出力装置 2 1 1 4をモニタとして記載する場合がある）。また、入力装置 2 1 1 2としては、キーボード、マウス、および、マイク等を用いることができる。また、モニタも、マウスと協働してポインティングデバイス機能を実現する。

また、図 32において、制御部 2102は、 OS (Op e r a t i n g S y s t em) 等の制御プログラム、各種の処理手順等を規定したプログラム、および所要データを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラム等により、種々の処理を実行するための情報処理を行う。制御部 2102は、機能概念的に、構造データ取得部 2102 a, 溶媒接触面特定部 2102 b, 疎水面特定部 2102 c, 静電相互作用部位特定部 2102 d、相互作用部位特定部 2102 e、および、相互作用予測部 2102 f を備えて構成されている。このうち、構造データ取得部 2102 aは、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および Zまたは複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する構造データ取得手段である。また、溶媒接触面特定部 2102 bは、構造データ取得手段にて取得した構造データに従って、一次構造データを構成するァミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する溶媒接触面特定手段である。

また、疎水面特定部 2102 cは、構造データ取得手段にて取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用ェネルギーを特定する疎水面特定手段である。また、静電相互作用部位特定部 2 102 dは、構造データ取得手段にて取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する静電相互作用部位特定手段である。

また、相互作用部位特定部 2102 eは、溶媒接触面特定手段にて特定された溶媒接触面、疎水面特定手段にて特定された疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用部位特定手段にて特定された静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いァミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する相互作用部位特定手段である。また、相互作用予測部 2102 f は、相互作用部位特定手段にて特定された相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する候補タンパク質検索部 21 02 gを備え、候補タンパク質検索手段にて検索された候補タンパク質について、構造データ取得手段、溶媒接触面特定手段、疎水面特定手段、静電相互作用部位特定手段、および、相互作用部位特定手段を実行することにより、相手側の一次配列の部分が候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認する手段である。なお、これら各部によって行なわれる処理の詳細については、後述する。

[システムの処理]

次に、このように構成された本実施の形態における本システムの処理の一例について、以下に図 33〜図 42を参照して詳細に説明する。

[メイン処理]

まず、メイン処理の詳細について図 33を参照して説明する。図 33は、本実施形態における本システムのメイン処理の一例を示すフローチャートである。タンパク質相互作用情報処理装置 2100は、構造データ取得部 2102 a の処理により、タンパク質構造データベース 2106 aまたは外部システム 2 200の外部データベース（例えば、 PDB (P r o t e i n D a t a B a nk) など）にアクセスして、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および/または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する（ステップ SA2— 1) 。ここで、取得する構造データは、相互作用する複数のタンパク質の単独時の構造データと複合体形成時の構造データの双方を含む場合と、相互作用する複数のタンパク質の単独時の構造データのみの場合を含む。

ついで、タンパク質相互作用情報処理装置 2100は、複合体時の構造データがある場合には溶媒接触面特定部 2102 bの処理により、図 34を用いて後述するように、相互作用する複数のタンパク質の単独時の構造データと複合体形成時の構造データの双方に従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する (ステップ SA2— 2) 。ここで、溶媒接触面特定処理の詳細について図 34を参照して説明する。図 34は、本実施形態における本システムの溶媒接触面特定処理の一例を示すフローチャートである。まず、溶媒接触面特定部 2102 bは、各残基について、単体時の溶媒接触面積 S_is。_latedを計算する (ステップ S B 2- 1) 。ここで、本発明において溶媒接触面積を求める手法については既知のいずれの手法を用いてもよく、例えは、文献 1 ( Nume r i c a l C a l c u l a t i o n o f M o 1 e c u l a r su r f a c e Ar e a. I . A s s e s sme n t o f E r r o t s " A. A. B 1 i z n y u k a n d J . E. G r e a d y, J. C omp u t . C h e m. ， 17, 962— 969 ( 1 996 ) . ) や、文献 2 ( "Nume r i c a l C a l c u l a t i o n o f Mo l e c u l a r Su r f a c e Ar e a. I I . As s e s s m e n t o f E r r o t s，， A. A. B l i z ny u k a n d J . E. Gr e a d y, J. C o m p u t . Ch e m. ， 1 7, 970— 975 (1 996) . ) に開示された手法を用いてもよい。

ついで、溶媒接触面特定部 2102 bは、各残基について、複合体形成時の溶媒接触面積 S_c。_mplexを計算する（ステップ SB 2— 2) 。

ついで、溶媒接触面特定部 2102 bは、各残基について、単体時の溶媒接触面積 S _isolatedと、複合体形成時の溶媒接触面積 S _oomplexの差分を計算する（ステツプ SB 2— 3) 。これにて、溶媒接触面特定処理が終了する。

再び図 33に戻り、タンパク質相互作用情報処理装置 2100は、疎水面特定部 2102 cの処理により、図 35を用いて後述するように、相互作用する複数のタンパク質の単独時の構造データと複合体形成時の構造デ"タの双方に従って、タンパク質の一次構造を構成する各アミノ酸残基および原子毎の疎水性パラメータなどに基づいて、各残基おょぴ原子毎に疎水性相互作用エネルギ一を計算し疎水面を特定する（ステップ S A 2— 3) 。例えば、アミノ酸残基が Ly sの場合は、 ε位の窒素 Nとそれに結合している水素 Hは親水的とし、 0、 γヽ δ位の炭素 Cとそれに結合している水素 Ηは疎水的とする。

ここで、疎水面特定処理の詳細について図 35を参照して説明する。図 35 は、本実施形態における本システムの疎水面特定処理の一例を示すフローチヤートである。本例では、タンパク質 Αとタンパク質 Βとが相互作用する場合を一例に説明する。

まず、疎水面特定部 2102 cは、数式 1により疎水面の減少量を計算する (ステップ S C 2— 1) 。

^ ° hydrophobic― ° hydrophobicA + ° hydrophobicB 一 ° hydrophobicAB · · ·数式 1 ここで、 Δ S_hydl.。_ph。_bicは疎水面の減少量であり、 S_hydr一。 _bicAはタンパク質 A 単体時の疎水面の面積であり、 S _hydrophobicBはタンパク質 B単体時の疎水面の面積であり、 S _{hydrophobicAB}はタンパク質 Aとタンパク質 Bが複合体を形成した時の疎水面の面積である。

そして、疎水面特定部 2102 cは、数式 2により疎水性相互作用エネルギ一 E_h 。 _ph。_bicを計算する（SC 2— 2) 。

hydrophobic一 k /く Δ hydrophobic · · ·数

で、 k = 24 c a 1 /mo 1 · A²である

Qu a n t i f i c a t i o n o f t h e hy d r o p h o o i c i n t e r a c t i o b y s i mu l a t i o n s o f t h e a g g r e g a t i o n o f sma l l hy d r o p h o b i c s o l u t i o n s i n w a t a r "， T. M. R a s c h k e , J T s a i a n d M. L e v i t t, PNAS, 98， 5965— 5 9 6 9 ( 2 0 0 1 ) ) 。

そして、疎水面特定部 2 1 0 2 cは、予め定めた閾値を超える疎水性相互作用エネルギーであるアミノ酸残基部位を疎水面として特定する（ステップ S C

2— 3 ) 。これにて、疎水面特定処理が終了する。

再び図 3 3に戻り、タンパク質相互作用情報処理装置 2 1 0 0は、静電相互作用部位特定部 2 1 0 2 dの処理により、図 3 6を用いて後述するように、相互作用する複数のタンパク質の単独時の構造データと複合体形成時の構造データの双方に従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する（ステップ S A 2— 4 ) 。ここで、静電相互作用部位特定処理の詳細について図 3 6を参照して説明する。図 3 6は、本実施形態における本システムの静電相互作用部位特定処理の一例を示すフローチャートである。

まず、静電相互作用部位特定部 2 1 0 2 dは、数式 3により各残基について静電相互作用エネルギー E_nを計算する（ステップ S D 2— 1 ) 。

· · · 数式³

ここで、 εは分子内部における誘電率であり、 qは部分電荷であり、 iと j は原子を示す添え字であり、 Rは原子 iと原子 jの間の距離である。 E_nは静電相互作用であり、分子内部の極性部位およびイオン化して荷電している部位間の相互作用を原子核上に部分電荷を置くことで近似している。これにて、静電相互作用部位特定処理が終了する。

再び図 3 3に戻り、タンパク質相互作用情報処理装置 2 1 0 0は、相互作用部位特定部 2 1 0 2 eの処理により、図 3 7を用いて後述するように、溶媒接触面、疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記ァミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する (ステップ S A 2— 5 ) 。ここで、相互作用部位特定処理の詳細について図 3 7を参照して説明する。図 3 7は、本実施形態における本システムの相互作用部位特定処理の一例を示すフローチャートである。

まず、相互作用部位特定部 2 1 0 2 eは、溶媒接触面積の差 Δ Sが予め定めた閾値を超える部位を特定する（ステップ S E 2— 1 ) 。

次に、相互作用部位特定部 2 1 0 2 eは、疎水性相互作用エネルギー E _hydr。_Ph。^が予め定めた閾値を超える部位を特定する（ステップ S E 2— 2 ) 。次に、相互作用部位特定部 2 1 0 2 eは、静電相互作用エネルギー E_nが予め定めた閾値を超える部位を特定する (ステップ S E 2— 3 ) 。これにて、相互作用部位特定処理が終了する。これにて、メイン処理が終了する。

[相互作用部位予測処理]

次に、相互作用部位予測処理の詳細について図 3 8を参照して説明する。図 3 8は、本実施形態における本システムの相互作用部位予測処理の一例を示すフローチヤ一トである。

まず、タンパク質相互作用情報処理装置 2 1 0 0は、上述したメイン処理により相互作用部位を特定する（ステップ S F 2— 1 ) 。

ついで、相互作用予測部 2 1 0 2 f は、候ネタンパク質検索部 2 1 0 2 gの処理により、ステップ S F 2— 1で特定した相互作用部位と相互作用する相手側の一次配列（同一タンパク質内の配列を含む）を特定し（ステップ S F 2— 2 ) 、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する（ステツプ S F 2— 3 ) 。

ついで、相互作用予測部 2 1 0 2 ίは、候補タンパク質について、上述した構造データ取得処理、溶媒接触面特定処理（複合体時の構造データがある場合）、疎水面特定処理、静電相互作用部位特定処理、および、相互作用部位特定処理を実行することにより、相手側の一次配列の部分が候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認する（ステップ S F 2— 4 ) 。これにて、相互作用部位予測処理が終了する。

[実施例 1 ] 次に、実施例 1の詳細について図 3 9〜図 44を参照して説明する。実施例 1は、タンパク質として「b a r n a s e」と「b a r s t a r」とを用いて相互作用部位を特定する場合を一例に説明する。

図 3 9は、タンパク質相互作用情報処理装置 1 00が、溶媒接触面特定部 1 0 2 bの処理により、 b a r n a s e— b a r s t a r複合体の結晶構造に基づき、 b a r n a s eについて各ァミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差 Δ Sを計算した処理図である。本図に示すように、 b a r n a s eの一次構造のうち、 3 8番目、 5 9番目、 8 3番目、および、 1 02番目のアミノ酸残基の差 A S が大きく、 b a r n a s eはこの部位で b a r s t a rと相互作用していることが特定できる。

また、図 4 0は、タンパク質相互作用情報処理装置 1 00が、疎水面特定部 1 02 cの処理により、 b a r n a s e単体の結晶構造に基づき、 b a r n a s eについて各ァミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、 8 2番目のアミノ酸残基の疎水相互作用エネルギ一が高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。

また、図 4 1は、タンパク質相互作用情報処理装置 1 00が、静電相互作用特定部 1 02 dの処理により、 b a r n a s e単体の結晶構造に基づき、 b a r n a s eについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、 5 9番目、 6 6番目、 8 3番目、および、 1 0 2番目のァミノ酸残基の静電相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。

また、図 4 2は、タンパク質相互作用情報処理装置 1 00が、溶媒接触面特定部 1 02 bの処理により、 b a r n a s e— b a r s t a r複合体の結晶構造に基づき、 b a r s t a rについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差 Δ Sを計算した処理図である。本図に示すように、 b a r s t a rの一次構造のうち、 30番目、 3 6番目、 40番目、 4 5番目、 47番目、および、 77番目のアミノ酸残基の差 Δ Sが大きく、 b a r s t a rはこの部位で b a r n a s eと相互作用していることが特定できる。

また、図 4 3は、タンパク質相互作用情報処理装置 1 0 0が、疎水面特定部 1 0 2 cの処理により、 b a r s t a r単体の結晶構造に基づき、 b a r s t a rについて各ァミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、 3 0番目のアミノ酸残基の疎水相互作用エネルギ一が高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。

また、図 4 4は、タンパク質相互作用情報処理装置 1 0 0が、静電相互作用特定部 1 0 2 dの処理により、 b a r s t a r単体の結晶構造に基づき、 b a r s t a rについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、 3 5番目、 3 9番目、 5 8番目、 6 5番目、 7 7番目、および、 8 0番目のアミノ酸残基の静電相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。

タンパク質相互作用情報処理装置 1 0 0は、相互作用作用部位特定部 1 0 2 eの処理により、図 4 0、図 4 1に示す結果に基づいて、 b a r n a s eについては 5 9番目、 6 6番目、 8 2番目、 8 3番目、および、 1 0 2番目アミノ酸残基残基が相互作用候補部位であると特定する。このことは、図 3 9に示す相互作用部位の複合体における既知情報の結果と良く一致しており、タンパク質単体構造から複合体形成時における結合部位を予測できることを示している。また、タンパク質相互作用情報処理装置 1 0 0は、相互作用作用部位特定部 1 0 2 eの処理により、図 4 3、図 4 4に示す結果に基づいて、 b a r s t a r については 3 0番目、 3 5番目、 3 9番目、 5 8番目、 6 5番目、 7 7番目、および、 8 0番目のァミノ酸残基残基が相互作用候補部位であると特定する。このことは、図 4 2に示す相互作用部位の複合体における既知情報の結果と良く一致しており、同様に、タンパク質単体構造から複合体形成時における結合部位を予測できることを示している。これにて、実施例 1が終了する。

[実施例 2 ] 次に、実施例 2の詳細について図 45〜図 50を参照して説明する。実施例 2は、タンパク質として R i b o nu c l e a s eとその I nh i b i t o r とを用いて相互作用部位を特定する場合を一例に説明する。

図 45は、タンパク質相互作用情報処理装置 100力溶媒接触面特定部 1 02 bの処理により、 R i b o nu c l e a s e— i nh i b i t o r複合体の結晶構造に基づき、 R i b o nu c l e a s eについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差 Δ Sを計算した処理図である。本図に示すように、 R i b o nu c l e a s eの一次構造のうち、 39番目のアミノ酸残基の差 Δ Sが大きく、 R i b o nu c l e a s eはこの部位で i n h i b i t o rと相互作用していることが特定できる。

また、図 46は、タンパク質相互作用情報処理装置 100が、疎水面特定部 102 cの処理により、 R i b o nu c l e a s e単体の結晶構造に基づき、 R i b o nu c l e a s eについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用ェネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、疎水性相互作用エネルギーに関しては際立ったピークは判別できなレ、。

また、図 47は、タンパク質相互作用情報処理装置 100が、静電相互作用特定部 102 dの処理により、 R i b o nu c l e a s e単体の結晶構造に基づき、 R i b o n u c 1 e a s eについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用ェネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、 1番目、 7番目、およぴ、 39番目のァミノ酸残基の静電相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。

また、図 48は、タンパク質相互作用情報処理装置 100が、溶媒接触面特定部 102 bの処理により、 R i b o nu c l e a s e— i nh i b i t o r 複合体の結晶構造に基づき、 i nh i b i t o rについて各アミノ酸残基毎に溶媒接触面積の差 Δ Sを計算した処理図である。本図に示すように、 i n h i b i t o rの一次構造のうち、 433番目のアミノ酸残基の差 ASが大きく、 i nh i b i t o rはこの部位で R i b o n u c l e a s eと相互作用していることが特定できる。

また、図 49は、タンパク質相互作用情報処理装置 100が、疎水面特定部 1 02 cの処理により、 i n h i b i t o r単体の結晶構造に基づき、 i n h i b i t o rについて各アミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、 433番目のアミノ酸残基の疎水相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。また、図 50は、タンパク質相互作用情報処理装置 100が、静電相互作用特定部 102 dの処理により、 i nh i b i t o r単体の結晶構造に基づき、 i nh i b i t o rについて各アミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを計算した処理図である。本図に示すように、 433番目付近のアミノ酸残基の静電相互作用エネルギーが高く、この付近で相互作用の可能性があることを示している。

タンパク質相互作用情報処理装置 100は、相互作用作用部位特定部 1 02 eの処理により、図 46、図 47に示す結果に基づいて、 R i b o n u c 1 e a s eについては 1番目、 7番目、および、 39番目アミノ酸残基残基が相互作用候補部位であると特定する。このことは、図 45に示す相互作用部位の複合体における既知情報の結果と良く一致しており、タンパク質単体構造から複合体形成時における結合部位を予測できることを示している。また、タンパク質相互作用情報処理装置 100は、相互作用作用部位特定部 102 eの処理により、図 49、図 50に示す結果に基づいて、 i nh i b i t o rについては 433番目のアミノ酸残基残基が相互作用候補部位であると特定する。このことは、図 48に示す相互作用部位の複合体における既知情報の結果と良く一致しており、同様に、タンパク質単体構造から複合体形成時における結合部位を予測できることを示している。これにて、実施例 2が終了する。

[他の実施の形態] さて、これまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態以外にも、上記特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施の形態にて実施されてよいものである。

本実施例においては、相互作用するタンパク質の単体時および複合体時の構造データを用いて溶媒接触面を特定した結果と、単体時の構造データを用いて疎水性相互作用およぴ静電相互作用を求めた結果との間に相関があることを示している。しかしながら、単体時の構造データのみを用いて疎水性相互作用およぴ静電相互作用を求めた場合であっても本発明の効果を得ることができることは自明である。

また、例えば、タンパク質相互作用情報処理装置 2 1 0 0がスタンドアローンの形態で処理を行う場合を一例に説明したが、タンパク質相互作用情報処理装置 2 1 0 0とは別筐体で構成されるクライアント端末からの要求に応じて処理を行い、その処理結果を当該クライアント端末に返却するように構成してもよい。

また、実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。

また、タンパク質相互作用情報処理装置 2 1 0 0に関して、図示の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。

例えば、タンパク質相互作用情報処理装置 2 1 0 0の各部または各装置が備える処理機能、特に制御部 2 1 0 2にて行なわれる各処理機能については、その全部または任意のー咅を、 C P U ( C e n t r a l P r o c e s s i n g Un i t) および当該 CPUにて解釈実行されるプログラムにて実現することができ、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現することも可能である。なお、プログラムは、後述する記録媒体に記録されており、必要に応じてタンパク質相互作用情報処理装置 2100に機械的に読み取られる。

すなわち、 ROMまたは HDなどの記憶部 2106などには、〇S (O e r a t i n g S y s t em) と協働して C P Uに命令を与え、各種処理を行うためのコンピュータプログラムが記録されている。このコンピュータプログラムは、 RAM等にロードされることによって実行され、 CPUと協働して制御部 2102を構成する。また、このコンピュータプログラムは、タンパク質相互作用情報処理装置 2100に対して任意のネットワーク 2300を介して接続されたアプリケーションプログラムサーバに記録されてもよく、必要に応じてその全部または一部をダウンロードすることも可能である。

また、「プログラム」とは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理方法であり、ソースコードやバイナリコード等の形式を問わない。なお、「プログラム」は必ずしも単一的に構成されるものに限られず、複数のモジュールゃライブラリとして分散構成されるものや、 OS (Op e r a t i n g

記憶部 2106に格納される各種のデータベース等（タンパク質構造データベース 2106 aおよび処理結果データ 2106 b) は、 RAM、 ROM等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等のストレージ手段であり、各種処理やウェブサイト提供に用いる各種のプログラムゃテーブルやフアイルゃデ一タベースゃゥェブベージ用ファィル等を格納する。

また、タンパク質相互作用情報処理装置 2 100は、既知のパーソナルコンピュータ、ワークステーション等の情報処理端末等の情報処理装置にプリンタやモニタやイメージスキャナ等の周辺装置を接続し、該情報処理装置に本発明の方法を実現させるソフトウェア (プログラム、データ等を含む) を実装することにより実現してもよい。

さらに、タンパク質相互作用情報処理装置 2100の分散 ·統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷等に応じた任意の単位で、機能的または物理的に分散 ·統合して構成することができる。例えば、各データベースを独立したデータベース装置として独立に構成してもよく、また、処理のー咅 [5を CG I (C ommo n Ga t ewa y I n t e r f a c e) を用いて実現してもよい。

また、ネットワーク 2300は、タンパク質相互作用情報処理装置 2100 と外部システム 2200とを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネットや、イントラネットや、 LAN (有線/無線の双方を含む）や、 VANや、パソコン通信網や、公衆電話網（アナログ/デジタルの双方を含む）や、専用回線網（アナログ/デジタルの双方を含む）や、 CATV網や、 IMT200 0方式、 G S M方式または PDC/PDC— P方式等の携帯回線交換網/携帯パケット交換網や、無線呼出網や、 B 1 u e t o o t h等の局所無,線網や、 P HS網や、 C S、 B Sまたは I SDB等の衛星通信網等のうちいずれかを含んでもよい。すなわち、本システムは、有線'無線を問わず任意のネットワークを介して、各種データを送受信することができる。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および Zまたは複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定し、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用ェネルギーを特定し、特定された疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いァミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、構造データによりタンパク質の相互作用部位を容易に特定することができるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

また、本発明によれば、取得した構造データに従って、一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定し、特定された溶媒接触面、疎水性相互作用エネルギー、および、静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高いアミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定するので、複合体時の構造データがある場合に、タンパク質の相互作用部位をさらに正確かつ容易に特定することができるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体を提供することがでさる。

さらに、本発明によれば、相互作用部位特定手段にて特定された相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索し、検索された候補タンパク質について、上述した構造データ取得手段、溶媒接触面特定手段（複合体時の構造データがある場合）、疎水面特定手段、静電相互作用部位特定手段、および、相互作用部位特定手段を実行することにより、相手側の一次配列の部分が候補：質の相互作用部位として特定されるか否かを確認するので、未知の相互作用を予測することが容易にできるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

(IV) また、以下に、本発明にかかる結合部位予測装置、結合部位予測方法、プログラム、および、記録媒体の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

特に、以下の実施の形態においては、本発明を、蛋白質のアミノ酸配列等に適用した例について説明するが、この場合に限られず、生理活性ポリペプチドのアミノ酸配列を用いた場合においても同様に適用することができる。

[本発明の概要]

以下、本発明の概要について説明し、その後、本発明の構成および処理等について詳細に説明する。図 5 1およぴ図 5 2は本発明の基本原理を示す原理構成図である。本発明は、概略的に、以下の基本的特徴を有する。

図 5 1は、本発明により 1つの蛋白質のアミノ酸配列情報からその蛋白質の結合部位を予測する場合の概念を説明する図である。

図 5 1に示すように、まず、本発明では、蛋白質または生理活性ポリぺプチドのアミノ酸配列データから蛋白質の立体構造における各アミノ酸残基間の空間上の距離データを求める（ステップ S A 3— 1 ) 。

ここで、空間上の距離データを求める手法には、例えば、以下の 3通りの手法がある。

1 ) 高速計算手法

この手法は、アミノ酸間の配列上の距離から空間的な距離に変換する方法である。図 5 6は、本発明の高速計算手法の概念を示す図である。蛋白質の立体構造がガウス鎖をとると仮定すると、蛋白質のアミノ酸配列上の距離と、蛋白質の立体構造における空間上の距離は以下の式で関係づけることができる。 r = k d ⁿ ( 0 < n < 1 ) ここで rは空間上の距離、 dは配列上の距離、 kは比例定数である。つまり、配列上の距離 dが分かれば、空間上の距離 rを計算することができる。 kおよび nの値は、例えば、 PDB (P r o t e i n D a t a B a n k) などの蛋白質構造データベースに収集された立体構造情報データからアミノ酸間の配列上の距離と空間上の距離との関係を統計学的に処理し適切な値を設定してもよい。ここで、 ηは、 0〜1であるが、好ましくは、 0. 5〜0. 6である。また、 kは 2. 8A〜4. 8 Aであるが、好ましくは、 3. 3A〜4. 3 Aである。本手法はアルゴリズムが非常にシンプルであり計算負荷も非常に少ないため、例えば数万以上の蛋白質を扱う時などの大量の蛋白質について処理する場合には非常に強力な方法となる。

2) 構造データ利用計算手法

この手法は、蛋白質構造データベースに登録された立体構造情報データを用いることにより、正確に実際のアミノ酸残基間の空間上の距離を求める手法である。例えば PDBなどの蛋白質構造データペースに目的の蛋白質の立体構造情報データが格納されている場合には、データベースに登録された立体構造情報データを取得することにより、空間上の距離を以下のように正確に計算することができる。

例えばァミノ酸残基番号 Iとァミノ酸残基番号 Jとの空間上の距離 R„は、アミノ酸残基番号 Iの重心や特定の主鎖の原子などの座標を（_Xl， y_I;

_{Z l}) とし、アミノ酸残基番号 Jの重心や特定の主鎖の原子などの座標を（Xj， yj， _Zj) とすると、以下のように計算することができる。

+ ( z_T - z j ) ²

(ここで、 R„ > 0) 3 ) シミュレーションデータ利用計算手法

この手法は、構造未知の蛋白質について、既知の構造シミュレーション手法により蛋白質の構造シミュレーションを行い、そのシミュレーションデータ (予想される立体構造情報データ）を用いて空間上の距離を求める手法である _c 立体構造予測シミュレーション手法に関してはホモロジ一 ·モデリングなど様々な方法がある。例えば、『実践バイオインフォマティクス』（C . G i b a s , P . J a m b e c k著オライリー 'ジャパン 2 0 0 2年）などに詳しく紹介されている。

本手法は、手法 1や手法 2と比較して計算負荷が大きいという欠点があるが、構造未知の蛋白質についてほぼ正確な空間上の距離を求めることができるという利点がある。

本発明の特徴は、このように各ステップで複数の計算方法を可能にしたことである。特に既存のシミュレーション手法による立体構造予測方法は時間がかかるという欠点を補うために、手法 1のようにアミノ酸配列データから簡易的に各ァミノ酸残基間の空間上の距離データを決定する方法を組み合わせることで、高速な計算を可能にして結合相手予測など大量のデータを処理する予測法を可能にしている。

次に、本発明は、当該距離データと各アミノ酸の電荷に従って蛋白質の全ェネルギーを計算する（ステップ S A 3— 2 ) 。

ここで、アミノ酸の電荷の決定方法も様々考えられる。例えば、正に帯電している荷電性アミノ酸（リジン、アルギニン）の電荷を 1、負に帯電している荷電性アミノ酸（グルタミン酸、ァスパラギン酸）の電荷を一 1、それ以外のアミノ酸の電荷は 0とするような方法がある。また、蛋白質構造データベースに登録された蛋白質の立体構造情報や、シミュレーション手法により得られた立体構造情報を基にして既存の量子化学計算手法により各アミノ酸残基の電荷を決定することもできる。また、蛋白質の全エネルギーの計算も様々な方法が考えられるが、例えば、「 I n t r o d u c t i on t o C omp u t a t i o n a l C h e m i s t r y」 (F r a n k J e n s e n著 J o n Wi l e y & S o n s 社 1999年）などで説明されている、分子力学、分子動力学、分子軌道法、密度汎関数法などのエネルギー計算法などの手法を用いても実施でき、レ、ずれかの手法から要求される予測精度と実施者の計算環境によって最適なものを選べば良い。他にも F r a gme n t MO法（Ch em i c a l Phy s i c s L e t t e r s, Vo l ume 336， I s s u e s 1 一 2, 9 Ma r c h 2001， P a g e s 163— 170) を用いることにより各アミノ酸残基のエネルギーを求めることができる。この方法は計算時間がかかるが、予測精度が高いことが期待される。

他に計算時間がかからない方法としては、以下のように静電エネルギーを計算する方法がある。 E _tolal = 1/2 ∑∑ q_;qノ r "

( i、 jは全ァミノ酸残基の任意のァミノ酸残基番号、 i n o t j ) 本式において、 E_t。_talは蛋白質の全エネルギーであり、はアミノ酸残基 iの部分電荷であり、 ijはアミノ酸残基〗の部分電荷であり、 _{r ij}はァミノ酸残基 iとアミノ酸残基 j との空間上の距離である。

本式による方法は他の手法と比較レて計算負荷が極めて少ないため、特に網羅的な計算の時に有効である。

次に、本発明は、特定のアミノ酸と蛋白質内のそれ以外のアミノ酸残基との相互作用エネルギーを以下の式により計算することにより、各ァミノ酸残基が蛋白質の全エネルギーをどれくらい安定化しているかを求める（ステップ SA 3-3) 。 E interaction (N) ~ 0. ∑ Q. j/ ^r

■E total 1 / 2∑ E _interaction (N) ここで、 Nは任意のアミノ酸残基番号、 E _inleraotion (N)はアミノ酸残基 Nとそれ以外のアミノ酸残基との相互作用エネルギー、 jは N以外のアミノ酸残基番号、 q _Nはアミノ酸残基 Nの部分電荷、 q jはアミノ酸残基 jの部分電荷、 r はアミノ酸残基 Nとアミノ酸残基 j との空間上の距離を示す。ここで全てのァミノ酸残基に対する相互作用エネルギーの総和の半分が蛋白質全体のエネルギ一 E_t。_talに相当する。 .

次に、本発明は、ステップ S A 3— 3で求めた相互作用エネルギーが相対的に高いアミノ酸残基や、予め定めた閾値を超える相互作用エネルギーをもつァミノ酸残基を、エネルギー的に不安定なアミノ酸残基として特定することにより結合部位を予測する（ステップ S A 3— 4 ) 。

また、図 5 2は、本発明により複数の蛋白質のアミノ酸配列情報からそれらの蛋白質で複合体を形成するときの結合部位を予測する場合の概念を説明する図である。

まず、本発明は、複数のアミノ酸配列上で結合部位となるアミノ酸残基（結合残基）を仮定する（ステップ S B 3— 1 ) 。ここで、図 5 7は、複数のアミノ酸配列上で結合残基を仮定する場合の概念を示す図である。図 5 7に示す例においては、アミノ酸配列 Aの 5 0番目のアミノ酸残基と、アミノ酸配列 Bの 1 0 0番目のアミノ酸残基とを結合残基と仮定している。ここで、結合残基は、図 5 1を用いて上述した本発明の手法により各ァミノ酸配列において結合部位であると予測されたアミノ酸残基を用いてもよい。

次に、本発明は、異なるアミノ酸配列上に存在する 2つのアミノ酸残基間の空間上の距離を決定する（ステップ S B 3— 2 ) 。ここで、空間上の距離の決定手法には、上述した 3つの手法を用いることができるが、以下に、最も計算負荷が少なく効率的に計算を行うことができる 1 ) 高速計算手法を用いた場合について説明する。

まず、異なるアミノ酸配列上に存在する 2つのアミノ酸残基間の配列上の距離を以下のように定義する。

(着目残基間の配列上の距離 d ) - .

( I配列 A上の着目残基と結合残基の配列上の距離 I + I配列 B上の着目残基と結合残基の配列上の距離 I ) ここで、図 5 8は、着目残基の概念を説明する図である。図 5 8に示すように、 2つのアミノ酸配列（Aおよび B ) の結合残基と、結合残基以外の任意の着目残基を定義している。

ついで、本発明は、異なるアミノ酸配列上に存在する 2つのアミノ酸残基間の配列上の距離 dから複合体の立体構造の空間上の距離 rを推定する（ステツプ S B 3— 3 ) 。 r = k d ⁿ ( 0 < n < 1 ) ここで rは空間上の距離、 dは配列上の距離、 kは比例定数である。ここで、 nは 0〜1であるが、好ましくは、 0 . 5〜0 . 6である。また、 kは 2 . 8 A〜4 . 8 Aであるが、好ましくは、 3 . 3 A〜4 . 3 Aである。つまり、配列上の距離 dが分かれば、空間上の距離 rを計算することができる。

この他に、複合体の立体構造が既知である場合には、上述した 2 ) 構造データ利用計算手法を用いて、アミノ酸残基間の空間上の距離を正確に求めることができる。

また、上述した 3 ) シミュレーションデータ利用計算手法を用いることにより、複合体の立体構造を予測して、そのシミュレーションデータを利用することにより、ァミノ酸残基間の空間上の距離をある程度正確に求めることができる。ここで、図 62は、ドッキングシミュレーションを用いて複合体構造を生成する場合の概念を示す図である。図 62に示すように、複数の立体構造情報を使って、複合体の構造を生成させるためにドッキングシミュレーションを行う。ドッキングシミュレーションは既知の様々なシミュレーション手法を用いることができる。例えば、図 62で示すように、 2つの蛋白質の距離と配向を変化させるものが一般的である。さらに具体的な例を挙げるとすると、一方の構造を固定し、もう一方の構造に回転で 2つ、並進で 2つの自由度を与えて、様々な構造を発生させる。 2つの構造が重ならないが接触するという条件の構造を抽出すると、とりうる複合体の構造が得られる。

次に、本発明は、空間上の距離データと各アミノ酸の電荷に従って蛋白質の全エネルギーを計算する（ステップ SB 3— 4) 。

ここで、アミノ酸の電荷の決定方法も様々考えられる。例えば、上述したように、正に帯電している荷電性アミノ酸（リジン、アルギニン）の電荷を 1、負に帯電している荷電性アミノ酸（グルタミン酸、ァスパラギン酸）の電荷を 1、それ以外のアミノ酸の電荷は 0とするような方法がある。また、上述したように、蛋白質構造データベースに登録された複合体の立体構造情報や、シミュレーション手法により得られた複合体の立体構造情報を基にして既存の量子化学計算手法により各ァミノ酸残基の電荷を決定することもできる。

また、蛋白質の全エネルギーの計算も様々な方法が考えられるが、上述したよフ ίこ、ィ列、 ' I n t r o du c t i o n t o C omp u t a t ί ο η a 1 Ch em i s t r y」 (F r a nk J e n s e n奢 j o n W i 1 e y & S o n s 社 1999年）などで説明されている、分子力学、分子動力学、分子軌道法、密度汎関数法などのエネルギー計算法などの手法を用いても実施でき、いずれかの手法から要求される予測精度と実施者の計算環境によって最適なものを選べば良い。他にも上述したように、 F r a gme n t MO法 Ch em i c a l Phy s i c s L e t t e r s, V o 1 u me 336, I s s u e s 1— 2， 9 Ma r c h 2001, P a g e s 163- 1 70) を用いることにより各アミノ酸残基のエネルギーを求めることができる。この方法は計算時間がかかるが、予測精度が高いことが期待さ; る。

他に計算時間がかからない方法としては、上述したように、以下のように静電エネルギーを計算する方法がある。

E_total = 1/2 ∑∑ (1 』/ _{r ij}

( i、 jは全ァミノ酸残基の任意のァミノ酸残基番号、 i n o t j ) 本式において、 E _t。_talは蛋白質の全エネルギーであり、 _qiはアミノ酸残基 iの部分電荷であり、 q」はァミノ酸残基 jの部分電荷であり、 r uはァミノ酸残基 iとアミノ酸残基 j との空間上の距離である。このように本手法は基本的には二重線で示した処理フローと同様の手順で進み、候補蛋白質のアミノ酸配列を変えては繰り返す。その中で最も安定な複合体を形成できるものが相互作用相手の確率が高いと予測する。

次に、本発明は、ステップ SB 3— 1に戻り、相互作用するアミノ酸残基 (結合残基）を変えて、全ての組合せについて E_t。_talを計算して、最も E_t。_tal が低いときの結合残基を結合部位として予測する（ステップ SB 3— 5) 。

[システム構成]

まず、本システムの構成について説明する。図 53は、本発明が適用される本システムの構成の一例を示すプロック図であり、該構成のうち本発明に関係する部分のみを概念的に示している。本システムは、概略的に、結合部位予測装置 3100と、配列情報等に関する外部データベースゃホモロジ一検索等の外部プログラム等を提供する外部システム 3200とを、ネットワーク 330 0を介して通信可能に接続して構成されている。図 5 3においてネットワーク 3 3 0 0は、結合部位予測装置 3 1 0 0と外部システム 3 2 0 0とを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネット等である。

図 5 3において外部システム 3 2 0 0は、ネットワーク 3 3 0 0を介して、結合部位予測装置 3 1 0 0と相互に接続され、利用者に対してアミノ酸配列情報ゃ蛋白質立体構造情報等に関する外部データベースやホモ口ジー検索ゃモチーフ検索等の外部プログラムを実行するウェブサイトを提供する機能を有する。ここで、外部システム 3 2 0 0は、 WE Bサーバや A S Pサーバ等として構成してもよく、そのハードウェア構成は、一般に市販されるワークステーション、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置およびその付属装置により構成してもよレ、。また、外部システム 3 2 0 0の各機能は、外部システム 3 2 0 0 のハードウェア構成中の C P U、ディスク装置、メモリ装置、入力装置、出力装置、通信制御装置等およびそれらを制御するプログラム等により実現される。図 5 3において結合部位予測装置 3 1 0 0は、概略的に、結合部位予測装置 3 1 0 0の全体を統括的に制御する C P U等の制御部 3 1 0 2、通信回線等に接続されるルータ等の通信装置（図示せず）に接続される通信制御インターフエース部 3 1 0 4、入力装置 3 1 1 2や出力装置 3 1 1 4に接続される入出力制御インターフェース部 3 1 0 8、および、各種のデータベースやテープノレなどを格納する記憶部 3 1 0 6を備えて構成されており、これら各部は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。さらに、この結合部位予測装置 3 1 0 0は、ルータ等の通信装置および専用線等の有線または無線の通信回線を介して、ネットワーク 3 3 0 0に通信可能に接続されている。

記憶部 3 1 0 6に格納される各種のデータベースやテーブル（アミノ酸配列データベース 3 1 0 6 a〜処理結果ファイル 3 1 0 6 g ) は、固定ディスク装置等のストレージ手段であり、各種処理に用いる各種のプログラムやテーブルゃフアイルゃデ一タベースゃゥヱブベージ用フアイル等を格納する。これら記憶部 3 1 0 6の各構成要素のうち、アミノ酸配列データベース 3 1 0 6 aは、アミノ酸配列を格納したデータベースである。ァミノ酸配列データベース 3 1 0 6 aは、インターネットを経由してアクセスする外部のアミノ酸配列データベースであってもよく、また、これらのデータベースをコピーしたり、オリジナルの配列情報を格納したり、さらに独自のァノテーシヨン情報等を付加したりして作成したィンハウスデータベースであつてもよい。

また、蛋白質構造データベース 3 1 0 6 bは、蛋白質の立体構造情報を格納したデータベースである。蛋白質構造データベース 3 1 0 6 bは、インターネットを経由してアクセスする外部の立体構造情報データベースであってもよく、また、これらのデータベースをコピーしたり、オリジナルの立体構造情報を格納したり、さらに独自のァノテーション情報等を付加したりして作成したィンハウスデータベースであってもよい。

また、距離データファイル 3 1 0 6 cは、アミノ酸配列に含まれる各ァミノ酸残基間の距離- (配列上の距離、空間上の距離）に関する情報等を格納する距離情報格納手段である。

また、全エネルギーデータファイル 3 1 0 6 dは、蛋白質の全エネルギーに関する情報等を格納する全エネルギーデータ格納手段である。

また、相互作用エネルギーデータファイル 3 1 0 6 eは、各アミノ酸残基の相互作用エネルギーに関する情報等を格納する相互作用エネルギーデータ格納手段である。

また、複合体構造データファイル 3 1 0 6 f は、複数の蛋白質の複合体構造に関する情報等を格納する複合体構造データ格納手段である。

また、処理結果ファイル 3 1 0 6 gは、結合部位予測装置 3 1 0 0による各種の処理結果に関する情報等を格納する処理結果格納手段である。

また、図 5 3において、通信制御インターフェース部 3 1 0 4は、結合部位予測装置 3 1 0 0とネットワーク 3 3 0 0 (またはルータ等の通信装置）との間における通信制御を行う。すなわち、通信制御インターフェース部 3 1 0 4 は、他の端末と通信回線を介してデータを通信する機能を有する。

また、図 5 3において、入出力制御インターフェース部 3 1 0 8は、入力装置 3 1 1 2や出力装置 3 1 1 4の制御を行う。ここで、出力装置 3 1 1 4としては、モニタ（家庭用テレビを含む）の他、スピーカを用いることができる (なお、以下においては出力装置 3 1 1 4をモニタとして記載する場合がある）。また、入力装置 3 1 1 2としては、キーボード、マウス、および、マイク等を用いることができる。また、モニタも、マウスと協働してポインティングデパイス機能を実現する。

また、図 5 3において、制御部 3 1 0 2は、 O S (O p e r a t i n g S y s t e m) 等の制御プログラム、各種の処理手順等を規定したプログラム、およぴ所要データを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラム等により、種々の処理を実行するための情報処理を行う。制御部 3 1 0 2は、機能概念的に、アミノ酸配列データ取得部 3 1 0 2 a , 空間距離決定部 3 1 0 2 b、電荷決定部 3 1 0 2 c、エネルギー計算部 3 1 0 2 d、候補ァミノ酸残基決定部 3 1 0 2 e、複合体構造生成部 3 1 0 2 f 、エネルギー最小化部 3 1 0 2 g、結合候補データ取得部 3 1 0 2 h、結合部位予測部 3 1 0 2 i、および、結合相手候補決定部 3 1 0 2 jを備えて構成されている。

このうち、ァミノ酸配列データ取得部 3 1 0 2 aは、目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドのァミノ酸配列データを取得するァミノ酸配列データ取得手段、目的の複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列データを取得するァミノ酸配列データ取得手段、おょぴ、目的の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列データと、結合候捕となる複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列データとを取得するァミノ酸配列データ取得手段である。

また、空間距離決定部 3 1 0 2 bは、アミノ酸配列データ取得手段により取得されたアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基の間の空間上の距離を決定する空間距離決定手段、アミノ酸配列データ取得手段により取得された複数のアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基の間の空間上の距離を、複合体構造生成手段により生成した複合体の立体構造情報に従って決定する空間距離決定手段、および、ァミノ酸配列データ取得手段により取得された目的のァミノ酸配列データと結合候補のァミノ酸配列データに含まれる各ァミノ酸残基の間の空間上の距離を、複合体構造生成—手段により生成した複合体の立体構造情報に従って決定する空間距離決定手段である。ここで、空間距離決定部 3 1 0 2 bは、図 5 4に示すように、高速計算部 3 1 0 2 k、構造データ利用計算部 3 1 0 2 m, および、シミュレーションデータ利用計算部 3 1 0 2 nを備えて構成されている。ここで、高速計算部 3 1 0 2 kは、高速計算手法により空間距離を決定する高速計算手段である。また、構造データ利用計算部 3 1 0 2 mは、構造データ利用計算手法により空間距離を決定する構造データ利用計算手段である。また、シミュレーションデータ利用計算部 3 1 0 2 nは、シミュレーシヨンデータ利用計算手法により空間距離を決定するシミュレーシヨンデータ利用計算手段である。

また、電荷決定部 3 1 0 2 cは、アミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基が持つ電荷を決定する電荷決定手段、複数のアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基が持つ電荷を決定する電荷決定手段、および、目的のァミノ酸配列データと結合候捕のァミノ酸配列データに含まれる各ァミノ酸残基が持つ電荷を決定する電荷決定手段である。

また、エネルギー計算部 3 1 0 2 dは、空間距離決定手段により決定された各ァミノ酸残基間の空間上の距離と、電荷決定手段により決定された各ァミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各アミノ酸残基のエネルギーを計算するェネルギー計算手段である。エネルギー計算部 3 1 0 2 dは、図 5 5に示すように、全エネルギー計算部 3 1 0 2 p、および、相互作用エネルギー計算部 3 1 0 2 qを備えて構成される。ここで、全エネルギー計算部 3 1 0 2 pは、蛋白質の全エネルギーを計算する全エネルギー計算手段である。また、相互作用ェネルギー計算部 3 1 0 2 qは、アミノ酸残基の相互作用エネルギーを計算する相互作用エネルギー計算手段である。

また、候捕アミノ酸残基決定部 3 1 0 2 eは、エネルギー計算手段により計算されたエネルギーに従って、結合部位となる候捕アミノ酸残基を決定する候補アミノ酸残基決定手段、および、エネルギー最小化手段によりエネルギーの総和が最小となる結合部位を、結合部位の候補アミノ酸残基として決定する候補アミノ酸残基決定手段である。

また、複合体構造生成部 3 1 0 2 ίは、目的の複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドの結合した複合体の立体構造情報を生成する複合体構造生成手段、および、目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドと、結合候補となる蛋白質または生理活性ポリぺプチドの結合した複合体の立体構造情報を生成する複合体構造生成手段である。

また、エネルギー最小化部 3 1 0 2 gは、複合体構造生成手段により複合体について結合部位を変えて複合体の立体構造情報を生成し、エネルギー計算手段により各ァミノ酸残基のエネルギーを計算し、当該エネルギーの総和が最小となる結合部位を求めるエネルギー最小化手段である。

また、結合候捕データ取得部 3 1 0 2 hは、結合候補となる蛋白質のァミノ酸配列データ等を取得する結合候補データ取得手段である。

また、結合部位予測部 3 1 0 2 iは、結合部位の候補アミノ酸残基から結合部位のァミノ酸残基を予測する結合部位予測手段である。

また、結合相手候補決定部 3 1 0 2 jは、全ての結合候捕についてエネルギ一最小化手段を実行した結果、エネルギーの総和が最小となる結合部位をもつ結合候補を決定する結合候補決定手段である。

これら各部によって行なわれる処理の詳細については、後述する。

[システムの処理]

次に、このように構成された本実施の形態における本システムの処理の一例について、以下に図 5 3〜図 7 1を参照して詳細に説明する。図 5 9は、本実施形態における本システムの処理の一例を示すフローチヤ一トである。図 5 9において、点線で示す処理フローは本システムにより一つの蛋白質の配列中における結合部位を予測する場合の処理フローを示し、また、二重線で示す処理フ口一は本システムにより相互作用することが既知である複数の蛋白質のアミノ酸配列を用いて結合部位を予測する場合の処理フローを示し、さらに、実線で示す処理フローは本システムにより目的蛋白質に対して最も良く結合する相手側の候補蛋白質を予測する場合の処理フローを示す。これらの 3つの処理フローの基本的な考え方、計算の処理のほとんどが共通である。さらには、相互作用情報を解析するという大目的については共通である。

[一つの蛋白質の配列中における結合部位を予測する場合の処理]

次に、本システムにより一つの蛋白質の配列中における結合部位を予測する場合の処理の詳細について図 5 9等を参照して説明する。図 5 9の点線で示す処理フローは、本実施形態における本システムにより一つの蛋白質の配列中における結合部位を予測する場合の処理の一例を示すフローチャートである。まず、結合部位予測装置 3 1 0 0は、ァミノ酸配列データ取得部 3 1 0 2 a の処理により、 G e n b a n kなどの外部システム 3 2 0 0の外部データべ一スゃアミノ酸配列データベース 3 1 0 6 aなどにアクセスして、目的の蛋白質または生理活性ポリべプチドのアミノ酸配列データを取得する（ステップ S C 3 - 1 ) 。

そして、結合部位予測装置 3 1 0 0は、空間距離決定部 3 1 0 2 bの処理により、ステップ S C 3— 1により取得されたァミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基の間の空間上の距離を決定する（ステップ S C 3— 2 ) 。

ここで、空間距離決定部 3 1 0 2 bは、高速計算部 3 1 0 2 kの処理により上述した高速計算手法により各アミノ酸残基の間の配列上の距離から空間上の距離を決定してもよく、また、構造データ利用計算部 3 1 0 2 mの処理により上述した構造データ利用計算手法により既知の構造データを用いて各アミノ酸残基の間の空間上の距離を決定してもよく、さらに、シミュレーションデータ利用計算部 3 1 0 2 ηの処理により上述したシミュレーシヨンデータ利用計算手法により既存の構造シミュレーションプログラムの処理結果による予測構造を用いて各アミノ酸残基の間の空間上の距離を決定してもよい。

ついで、結合部位予測装置 3 1 00は、電荷決定部 3 1 02 cの処理により、ァミノ酸配列データに含まれる各ァミノ酸残基が持つ電荷を決定する（ステツプ SC 3— 3)。アミノ酸の電荷の決定方法も様々考えられる。一般的には、正に帯電している荷電性アミノ酸（リジン、アルギニン）を 1、負に帯電している荷電性アミノ酸（グルタミン酸、ァスパラギン酸）を一 1、それ以外は 0 とするような方法がある。また、得られた立体構造情報を基にして、量子化学計算で電荷を決定することもできる。さらに、実験的に各アミノ酸残基の電荷に関する実験データが分かっている場合は、それを反映することが好ましい。ついで、結合部位予測装置 3 1 00は、エネルギー計算部 3 1 0 2 dの処理により、決定された各アミノ酸残基間の空間上の距離と、各アミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各アミノ酸残基のェネル'ギーを計算する（ステップ S C 3 -4) 。

ここで、エネルギー計算には様々な手法があるが、最も計算時間がかからない方法である静電エネルギーを計算する方法について以下に説明する。

まず、全エネルギー計算部 3 1 0 2 pの処理により、以下の式により蛋白質の全エネルギーを計算する。

E _t。_tal = 1/2 Σ Σ ο^^Ζ r

( i、 jは全ァミノ酸残基の任意のァミノ酸残基番号、 i n o t j ) 本式において、 E_t。_talは蛋白質の全エネルギーであり、はアミノ酸残基 iの部分電荷であり、 q」はアミノ酸残基 jの部分電荷であり、 r uはァミノ酸残基 iとアミノ酸残基 j との空間上の距離である。次に、相互作用エネルギー計算部 3 1 0 2 qは、特定のアミノ酸と蛋白質内のそれ以外のアミノ酸残基との相互作用エネルギーを以下の式により計算することにより、各アミノ酸残基が蛋白質の全エネルギーをどれくらい安定化しているかを求める。

'

E interaction ( ) = Q _N∑ Q j/ ^

L total 一丄/ 2 1ι L interaction (Nノここで、 Nは任意のアミノ酸残基番号、 E _interaction (N)はアミノ酸残基 Nとそれ以外のアミノ酸残基との相互作用エネルギー、 jは N以外のアミノ酸残基番号、 q _Nはアミノ酸残基 Nの部分電荷、 d jはアミノ酸残基 jの部分電荷、 r はアミノ酸残基 Nとアミノ酸残基 j との空間上の距離を示す。ここで全てのァミノ酸残基に対する相互作用エネルギーの総和の半分が蛋白質全体のエネルギ一 E _t。_talに相当する。

そして、結合部位予測装置 3 1 0 0は、候補ァミノ酸残基決定部 3 1 0 2 e の処理により、計算された相互作用エネルギーに従って、結合部位となる候補アミノ酸残基を決定する（ステップ S C 3— 5 ) 。すなわち、候補アミノ酸残基決定部 3 1 0 2 eは、相互作用エネルギーが相対的に高いアミノ酸残基や、予め定めた閾値を超える相互作用エネルギーをもつアミノ酸残基を、エネルギ一的に不安定なアミノ酸残基として特定することにより、結合部位となる候補アミノ酸残基を決定する。

そして、結合部位予測装置 3 1 0 0は、結合部位予測部 3 1 0 2 iの処理により、候補アミノ酸残基のうち空間的、または、エネルギー的に結合部位とならない候補を除去することにより、結合部位を予測する。例えば、処理結果の候補ァミノ酸残基のエネルギーなどの一例として図 6 0のような結果が得られるとすると、結合部位予測部 3 1 0 2 iは、図 6 0の中で最もエネルギーの高いグルタミン酸（G L U) を一番の結合部位の候補として予測する。また、結合部位予測部 3 1 0 2 iは、例えば図 6 1に示すように立体構造上で不安定な部分がクラスター化しているもの（黒で示したアミノ酸残基部分）が結合部位である可能性が高レ、と予測する。

これにて、本システムにより一つの蛋白質の配列中における結合部位を予測する場合の処理が終了する。

[相互作用することが既知である複数の蛋白質のアミノ酸配列を用いて結合部位を予測する場合の処理]

次に、本システムにより相互作用することが既知である複数の蛋白質のアミノ酸配列を用いて結合部位を予測する場合の処理の詳細について図 5 9等を参照して説明する。図 5 9の二重線で示す処理フローは、本実施形態における本システムにより相互作用することが既知である複数の蛋白質のァミノ酸配列を用いて結合部位を予測する場合の処理の一例を示すフローチャートである。まず、結合部位予測装置 3 1 0 0は、アミノ酸配列データ取得部 3 1 0 2 a の処理により、 G e n b a n kなどの外部システム 3 2 0 0の外部データべ一スゃアミノ酸配列データベース 3 1 0 6 aなどにアクセスして、目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドのァミノ酸配列データを取得する（ステップ S C 3 - 1 ) 。

ついで、結合部位予測装置 3 1 0 0は、複合体構造生成部 3 1 0 2 f の処理により、目的の複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドの結合した複合体の立体構造情報を生成する（ステップ S C 3— 7 ) 。ここで、図 6 2を用いて上述したように、複合体構造生成部 3 1 0 2 f は、シミュレーションデータ利用計算手法を用いることにより、複合体の立体構造を予測してもよい。また、複合体構造生成部 3 1 0 2 f は、複合体の立体構造が既知である場合には、複合体の立体構造情報を取得してもよレ、。

また、複合体構造生成部 3 .1 0 2 f は、上述したように、複数のァミノ酸配列上で結合部位となるアミノ酸残基 (結合残基）を定することにより、実際に複合体構造を生成することなく、処理を進めることができる。ここで、図 5 7は、複数のァミノ酸配列上で結合残基を仮定する場合の概念を示す図である。図 5 7に示す例においては、アミノ酸配列 Aの 5 0番目のアミノ酸残基と、了ミノ酸配列 Bの結合部位予測装置 1 0 0番目のァミノ酸残基とを結合残基と仮定している。ここで、結合残基は、上述した本発明の手法により各アミノ酸配列にお!/、て結合部位であると予測されたァミノ酸残基を用いてもよい。

ついで、結合部位予測装置 3 1 0 0は、空間距離決定部 3 1 0 2 bの処理により、取得された複数のァミノ酸配列データに含まれる各ァミノ酸残基の間の空間上の距離を、複合体の立体構造情報に従って決定する（ステップ S C 3— 2 ) 。

ここで、空間上の距離の決定手法には、上述した 3つの手法を用いることができるが、複合体の立体構造が既知である場合や、ドッキングシミュレーションを行った際には、空間距離決定部 3 1 0 2 bは、アミノ酸残基間の空間上の距離を正確に求めることができる。以下に、最も計算負荷が少なく効率的に計算を行うことができる 1 ) 高速計算手法を用いた場合について説明する。

まず、空間距離決定部 3 1 0 2 bは、異なるアミノ酸配列上に存在する 2つのァミノ酸残基間の配列上の距離を以下のように定義する。

(着目残基間の配列上の距離 d ) =

ついで、空間距離決定部 3 1 0 2 bは、異なるァミノ酸配列上に存在する 2 つのアミノ酸残基間の配列上の距離 dから複合体の立体構造の空間上の距離 r を推定する。 r = k d ⁿ (0 < n< 1) ここで rは空間上の距離、 dは配列上の距離、 kは比例定数である。ここで、 nは 0〜1である力 S、好ましくは、 0. 5〜0. 6である。また、 kは 2. 8 A〜4. 8 Aであるが、好ましくは、 3. 3A〜4. 3Aである。

ついで、結合部位予測装置 3100は、電荷決定部 3102 cの処理により、複数のアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基が持つ電荷を決定する (ステップ S C 3-3) 。

ついで、結合部位予測装置 3100は、エネルギー計算部 3102 dの処理により、ステップ SC 3— 2により決定された各ァミノ酸残基間の空間上の距離と、ステップ S C 3— 3により決定された各ァミノ酸残基が持つ電荷とに従つて、各アミノ酸残基のエネルギーを計算する（ステップ SC 3— 4) 。

そして、結合部位予測装置 3100は、候補ァミノ酸残基決定部 3102 e の処理により、計算された相互作用エネルギーに従って、結合部位となる候補アミノ酸残基を決定する（ステップ SC 3— 5) 。

そして、結合部位予測装置 3100は、エネルギー最小化部 3102 gの処理により、ステップ SC 3— 7により複合体について結合部位を変えて複合体の立体構造情報を生成し、ステップ S C 3— 4により各ァミノ酸残基のェネルギーを計算し、当該エネルギーの総和が最小となる結合部位を求める（ステツプ S C 3一 7からステップ S C 3— 5までの各ステップを適宜繰り返す）。そして、結合部位予測装置 3100は、候補アミノ酸残基決定部 3102 e の処理により、最終的にエネルギーの総和が最小となる結合部位を、結合部位の候補アミノ酸残基として決定する（ステップ SC 3— 5) 。ここで、候補ァミノ酸残基決定部 3 102 eは、蛋白質のエネルギーの総和をァミノ酸配列によりプロットした図を作成して出力装置 31 14に出力してもよい。図 63は、蛋白質 Aと蛋白質 Bの各アミノ酸残基を結合残基とした場合のエネルギーの総和をプロットした図の一例である。このようにプロット図を作成することにより、 2つのアミノ酸配列のどのアミノ酸残基を結合残基として選択するとエネルギ一の総和が少なくなるかを視覚的に把握することができるようになる。これにて、本システムにより相互作用することが既知である複数の蛋白質のアミノ酸配列を用いて結合部位を予測する場合の処理が終了する。

[目的蛋白質に対して最も良く結合する相手側の候補蛋白質を予測する場合の処理]

次に、本システムにより目的蛋白質に対して最も良く結合する相手側の候補蛋白質を予測する場合の処理の詳細について図 5 9等を参照して説明する。図 5 9の実線で示す処理フローは、本実施形態における本システムにより目的蛋白質に対して最も良く結合する相手側の候補蛋白質を予測する場合の処理の一例を示すフローチャートである。 ·

まず、結合部位予測装置 3 1 0 0は、アミノ酸配列データ取得部 3 1 0 2 a の処理により、 G e n b a n kなどの外部システム 3 2 0 0の外部データべ一スゃアミノ酸配列データベース 3 1 0 6 aなどにアクセスして、目的の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列データを取得する（ステップ S C 3— 1 ) 。また、結合部位予測装置 3 1 0 0は、結合候補データ取得部 3 1 0 2 hの処理により、 G e n b a n kなどの外部システム 3 2 0 0の外部データベースやアミノ酸配列データベース 3 1 0 6 aなどにアクセスして、目的の蛋白質の結合候補となる 1つまたは複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのアミノ酸配列データを取得する（ステップ S C 3— 6 ) 。

ついで、結合部位予測装置 3 1 0 0は、複合体構造生成部 3 1 0 2 f の処理により、目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドと、結合候補となる蛋白質または生理活性ポリぺプチドとが結合した複合体の立体構造情報を生成する (ステップ S C 3— 7 ) 。

ついで、結合部位予測装置 3 1 0 0は、空間距離決定部 3 1 0 2 bの処理により、ステップ S C 3— 1より取得された目的のアミノ酸配列データと、ステップ S C 3— 6により取得された結合候捕のァミノ酸配列データとに含まれる各ァミノ酸残基の間の空間上の距離を、ステップ SC 3— 7により生成した複合体の立体構造情報に従って決定する（ステップ SC 3— 2) 。

ついで、結合部位予測装置 3100は、電荷決定部 3102 cの処理により、目的のァミノ酸配列データと結合候補のァミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基が持つ電荷を決定する（ステップ SC 3— 3) 。

ついで、結合部位予測装置 3100は、エネルギー計算部 3102 dの処理により、ステップ SC 3— 2により決定された各ァミノ酸残基間の空間上の距離と、ステップ SC 3— 3より決定された各ァミノ酸残基が持つ電荷とに従つて、各アミノ酸残基のエネルギーを計算する (ステップ S C 3-4) 。

ついで、結合部位予測装置 3100は、エネルギー最小化部 3102 gの処理により、ステップ SC 3— 7により複合体について結合部位を変えて複合体の立体構造情報を生成し、ステップ S C 3— 4により各アミノ酸残基のェネルギーを計算し、当該エネルギーの総和が最小となる結合部位を求める（ステツプ S C 3— 7からステップ S C 3— 5までを適宜繰り返す）。

ついで、結合部位予測装置 3100は、候補アミノ酸残基決定部 1 02 e の処理により、全ての結合候補についてステップ SC 3— 6からステップ S C 3-5を繰り返して、エネルギー最小化処理を実行した結果、エネルギーの総和が最小となる結合部位をもつ結合候補を決定する（ステップ S C 3— 8 ) 。これにて、本システムにより目的蛋白質に対して最も良く結合する相手側の候補蛋白質を予測する場合の処理が終了する。

[本発明の実施例]

次に本発明の実施例の詳細を図 64〜図 71を参照して説明する。

[本発明の実施例 1 ；リボヌクレアーゼ A]

次に、本発明の実施例 1の詳細について図 64〜図 66等を参照して説明する。実施例 1は単体の蛋白質の結合部位予測に関する。加水分解酵素であるリポヌクレアーゼ Aは実験的に良く調べられている蛋白質である。リボヌクレアーゼ Aは、そのインヒビターとの複合体の構造が分かつているので、アミノ酸配列上で結合部位が特定されている。

まず、リボヌクレアーゼ Aのアミノ酸配列データを蛋白質シークェンスデータベース G e n b a n kから取得した。

そして、リボヌクレアーゼ Aのァミノ酸配列データからァミノ酸の距離情報を以下の方法により推測した。まず、 P D B ( P r o t e i n D a t a B a n k ) に登録されている全ての蛋白質、または、ポリペプチドの立体構造情報から、アミノ酸の種類ごとに配列上の距離と空間上の距離との関連性を求めた。例えば、図 6 4は 2つのグルタミン酸の配列上の距離と空間上の距離との関係を示す図である。図 6 4に示すように、例えば、グルタミン酸とダルタミン酸が配列上 2 0残基離れていた時の空間距離の平均は 2 0 Aであるということが既知の統計学的手法により分かる。以上のようにして、アミノ酸残基間の配列上の距離と空間上の距離との関連を示す情報を得た。

そして、アミノ酸の電荷を決定した。ここではグルタミン酸、ァスパラギン酸を _ 1、アルギニン、リジン、ヒスチジンを + 1、その他は 0というようにァミノ酸残基ごとに電荷を割り当てた。

そして、各ァミノ酸残基の相互作用エネルギーを以下のように計算した。 E _interaction (K) = q _K∑ q j/ r

(ここで、 Kはァミノ酸残基番号、 E _lnteraotIon (K)はァミノ酸残基 Kとそれ以外との相互作用エネルギー、 jは K以外の任意のアミノ酸残基、 rはアミノ酸残基 Kとァミノ酸残基 j との空間上の距離）

そして、上式によってリボヌクレアーゼ Aのアミノ酸残基ごとのエネルギーを計算し、リボヌクレアーゼ Aの各アミノ酸残基のエネルギーをアミノ酸残基番号に対してプロットした。図 65は、リポヌクレアーゼ Aの各アミノ酸残基のエネルギーをアミノ酸残基番号に対してプロットした図である。

そして、リボヌクレアーゼ Aのアミノ酸残基のエネルギーが 0以上のものを結合部位候補として表にまとめた（図 66 ) 。図 66に示すように結合部位候捕 18個のうち、実際の結合部位（実験的に求められた結合部位）は 1 2個だつた。このように、本発明により、リポヌクレアーゼ Aのアミノ酸配列情報だけを用いて、非常に高精度で、かつ、高速に結合部位を予測することができた。これにて、本発明の実施例 1が終了する。

[本発明の実施例 2 ；ァセチルコリン ·エステラーゼ ·ィンヒビター] 次に、本発明の実施例 2の詳細について図 67〜図 69等を参照して説明する。実施例 2も単体の蛋白質の結合部位予測に関する。

実施例 2では、ァセチルコリン ·エステラーゼ ·ィンヒビターのアミノ酸配列を基にして、結合部位を推定した。ここでは立体構造予測をするのではなく、 PDBに含まれる既存の立体構造情報データを利用した。

図 67は、 PDBに格納されたアセチルコリン 'エステラーゼ 'インヒビタ一の立体構造情報データの一部を示す図である。図 67の 2列目からそれぞれ原子番号、原子種、 c h a i n名、アミノ酸残基番号、 X座標、 Y座標、 Z座標を示している。

例えばァミノ酸残基番号 Iとァミノ酸残基番号 Jとの空間上の距離 R„は、アミノ酸残基番号 Iの重心や特定の主鎖の原子などの座標を（χ _Υΐ)

Ζ _Χ) とし、アミノ酸残基番号 Jの重心や特定の主鎖の原子などの座標を（Xj, y_{J; Z j}) とすると、以下のように計算することができる。

R_i; ² = ( _Xl - _Xj ) ² + ( y_x - y j ) ²

+ ( z_: - z j ) ²

(ここで、 R u > 0 ) 具体的に説明すると、図 6 7に示すァミノ酸残基番号 4のグルタミン酸と、ァミノ酸残基番号 5のァスパラギン酸との空間上の距離をカーボンの原子間の距離によって計算すると、以下のようになる。

R 45 (3 2. 6 6 4 一 3 6. 2 7 9) ²

+ (8. 4 5 1 一 7. 1 9 6) ²

+ (20 5. 54 2 - 2 0 5. 8 0 8)

= 1 4. 7 1 4

■^45 — 3. 8 3 5 8 8 4 また、図 6 8は本発明により求めたァセチルコリン ·エステラーゼ .インヒビターのエネルギーを示す図である。図 6 8からァセチルコリン ·エステラーゼ 'インヒビターのエネルギーが 0以上のもの 1 0個を結合部位候として取り出し、実際に結合部位かどうかを実験的に調べると、その内に 7個は実際に結合部位であった（図 6 9) 。

以上のように極めて高精度に結合部位を予測することができる。実施例 2では既知の立体構造情報を利用した点が実施例 1とは異なる点である。つまり、実施例 1と実施例 2では空間距離の決定手法を変えているが、いずれも良好な結果を与えたことから、どのような空間距離の決定手法を使っても、本発明の効果が期待できると考えられる。

これにて、本発明の実施例 2が終了する。

[本発明の実施例 3 ; 「h u n t i n g t i n— a s s o c i t a t e d p r o t e l n i n t e r a c t i n g p r o t e i n」と、「n i t r i c o x i d e s y n t h a s e 2A」との複合体]

次に、本発明の実施例 3の詳細について図 70等を参照して説明する。実施例 3は 2つの蛋白質が結合する時の結合部位予測に関する。「h u n t i n g n a s s o c i t a t e d p r o t e n n t e r a c t i n g p r o t e i n」は、「 n i t r i c o i d e s y n t h a s e 2 AJ と結合することが実験的に分かっている。更に、結合部位は「hun t i n g t i n— a s s o c i t a t e d r o t e i n i n t e r a c t i n g p r o t e i n」はァミノ酸残基番号 600付近であり、「 n i t r i c o x i d e s y n t h a s e 2AJ はァミノ酸残基番号 100付近であることが分かっている。

ここで、本実施例においても実施例 1と同様にして配列情報の獲得、立体構造の予測、電荷の決定を行った。ただし、アミノ酸間の配列上の距離から空間的な距離に変換する方法は、蛋白質がガウス鎖をとると仮定し、配列上の距離と空間上の距離とを以下の式で関係づけた。

3. 8 d ここで rは空間上の距離、 dは配列上の距離である。

また、複合体構造生成は上述した高速計算手法を使った。つまり、次式を用いた。

(空間上の距離） = k ( I A上の着目残基と結合残基の配列上の距離 I

+ I B上の着目残基と結合残基の配列上の距離 I ) ⁿ そして、それぞれの結合部位を仮定した複合体のエネルギーを計算し、図 7 0を作成することができた。ここで、図 70は横軸に、 h u n t i n g t i n — a s s o c i t a t e d p r o t e i n i n t e r a c t i n g p r o t e i nの結合部位のァミノ酸残基番号をとり、縦軸に n i t r i c o x i d e s y n t h a s e 2 Aの結合部位のァミノ酸残基番号をとり、各結合部位で複合体を生成したときのエネルギーの総和を等高線表示したものである。図 70によま、、列えば、 hun t i n g t i n-a s s o c i t a t e d p r o t e i n i n t e r a c t i n g p r o t e i nのァミノ酉残 5 00番と、 n i t r i c o x i d e s yn t h a s e 2 Aのアミノ酸残基 150番とが結合部位の場合の複合体のエネルギーは一 10といゔように、結合部位ごとのエネルギーが求められる。

図 70に示すように、エネルギーの極小部は 2つあり、 1つは hun t i n g t i n— a s s o c ι t a t e d p r o t e i n i n t e r a c t i n g p r o t e i nの結合部位がアミノ酸残基 600〜950付近で、 n i t r i c o x i d e s y t h a s e 2 Aの結合部位がァミノ酸残基 25 〜： L 00付近で結合した場合であり、もう 1つは h un t i n g t i n— a s s o c i t a t e d r o t e i n i n t e r a c t i n g p r o t e i nの結合部位がアミノ酸残基 650〜900付近で、 n i t r i c o x i d e s y n t h a s e 2 Aの結合部位がアミノ酸残基 475〜 500付近で結合した場合である。

ここで、前者が実際の結合部位に対応している（図中の黒丸で囲んだ部分）。以上のように、 2つの蛋白質の結合部位を正確に予測することができた。

これにて、本発明の実施例 3が終了する。

[本発明の実方 fri列 4 ； E 2 F t r a n s c r i p t i o n f a c t o r 1]

次に、本発明の実施例 4の詳細について図 71等を参照して説明する。

実施例 4は結合相手予測に関する。 E2F t r a n s c r i p t i o n f a c t o r 1 (以下、 E 2 F 1) は相互作用相手に関する情報が実験的に良く調べられている蛋白質である。

ここで、 E 2 F 1と相互作用する相手を Ho mo S a p i e n sの遺伝子のデータベース（ここでは無作為に 6600個を抽出した）カゝら探し、候補蛋白質のァミノ酸配列データとした。そして、実施例 3で計算した手順と同様に、相手の候補蛋白質ごとに E 2 F 1との結合部位を探す。そして、最もエネルギーが安定（最小）になった時のエネルギーを相互作用エネルギーとする。図 7 1は各候補蛋白質の相互作用ェネルギ一と遺伝子の数のヒストグラムである。

図 7 1に示したように、相対的な相互作用エネルギーを計算することができた。例えば、相互作用エネルギーが 9 0よりも大きい（エネルギーがー 9 0よりも小さレ、）ものは 1 0 0個あるが、ここにあるものが相互作用相手である可能性が高い。この方法は非常に高速で、相互作用を網羅的に計算することがでさる。

これにて、本発明の実施例 4が終了する。

[他の実施の形態]

例えば、結合部位予測装置 3 1 0 0がスタンドアローンの形態で処理を行う場合を一例に説明したが、結合部位予測装置 3 1 0 0とは別筐体で構成されるクライアント端末からの要求に応じて処理を行い、その処理結果を当該クライアント端末に返却するように構成してもよい。

また、結合部位予測装置 3 1 0 0に関して、図示の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、結合部位予測装置 3100の各部または各装置が備える処理機能、特に制御部 3 102にて行なわれる各処理機能については、その全部または任意の一部を、 CPU (C e n t r a l P r o c e s s i n g Un i t) および当該 C P uにて角爭釈実行されるプログラムにて実現することができ、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現することも可能である。なお、プログラムは、後述する記録媒体に記録されており、必要に応じて結合部位予測装置 3100に機械的に読み取られる。

すなわち、 ROMまたは HDなどの記憶部 3106などには、〇S (O e r a t i n g S y s t em) と協働して C P Uに命令を与え、各種処理を行うためのコンピュータプログラムが記録されている。このコンピュータプログラムは、 RAM等にロードされることによって実行され、 CPUと協働して制御部 3102を構成する。また、このコンピュータプログラムは、結合部位予測装置 3 100に対して任意のネットワーク 3300を介して接続されたァプリケーシヨンプログラムサーバに記録されてもよく、必要に応じてその全部または一部をダウンロードすることも可能である。

また、「プログラム」とは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理方法であり、ソースコードゃバイナリコード等の形式を問わない。なお、

「プログラム」は必ずしも単一的に構成されるものに限られず、複数のモジュールゃライブラリとして分散構成されるものや、 OS (Op e r a t i n g S y s t em) に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものをも含む。なお、実施の形態に示した各装置において記録媒体を読み取るための具体的な構成、読み取り手順、あるいは、読み取り後のインストール手順等については、周知の構成や手順を用いることができる。

記憶部 3106に格納される各種のデータベース等（アミノ酸配列データべース 3106 a〜処理結果ファイル 3106 g) は、 RAM、 ROM等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光デイスク等のストレージ手段であり、各種処理やウェブサイト提供に用いる各種のプログラムゃテーブルやフアイノレゃデータベースゃゥェブベージ用ファイル等を格納する。

また、結合部位予測装置 3 100は、既知のパーソナルコンピュータ、ヮークステーション等の情報処理端末等の情報処理装置にプリンタゃモニタゃィメージスキャナ等の周辺装置を接続し、該情報処理装置に本発明の方法を実現させるソフトウェア (プログラム、データ等を含む）を実装することにより実現さらに、結合部位予測装置 3100の分散 ·統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷等に応じた任意の単位で、機能的または物理的に分散，統合して構成することができる。例えば、各データベースを独立したデータベース装置として独立に構成してもよく、また、処理の一咅 |5¾rC G I (C o mm o n Ga t ewa y I n t e r f a c e) を用いて実現してもよい。

また、ネットワーク 3300は、結合部位予測装置 3100と外部システム 3200とを相互に接続する機能を有し、例えば、ィンターネットゃ、イントラネットや、丄 AN (有線/無線の双方を含む）や、 VANや、パソコン通信網や、公衆電話網（アナログノデジタルの双方を含む）や、専用回線網（アナログ/デジタルの双方を含む）や、 CATV網や、 I MT 2000方式、 G S M方式または PDC/PDC— P方式等の携帯回線交換網 Z携帯パケット交換網や、無線呼出網や、 B 1 u e t o o t h等の局所無線網や、 P H S網や、 C S、 B Sまたは I S D B等の衛星通信網等のうちいずれかを含んでもよい。すなわち、本システムは、有線 ·無線を問わず任意のネットワークを介して、各種データを送受信することができる。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、蛋白質または生理活性ポリぺプチドのアミノ酸配列データから当該蛋白質または生理活性ポリべプチドの立体構造における各アミノ酸残基間の空間上の距離データを求め、当該距離データと各ァミノ酸の電荷に従って静電的に不安定なァミノ酸残基を特定することにより結合部位を予測するので、蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列から静電的に不安定になりそうなァミノ酸残基が結合部位になりやすいことを利用して、高速かつ高精度に結合部位を予測することができる結合部位予測装置、結合部位予測方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

また、本発明によれば、目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドのァミノ酸配列データを取得し、取得されたァミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基の間の空間上の距離を決定し、アミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基が持つ電荷を決定し、決定された各アミノ酸残基間の空間上の距離と、決定された各ァミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各ァミノ酸残基のエネルギーを計算し、計算されたエネルギーに従って、結合部位となる候補アミノ酸残基を決定するので、蛋白質または生理活性ポリべプチドのァミノ酸配列から静電的に不安定になりそうなアミノ酸残基が結合部位になりやすいことを利用して、高速かつ高精度に結合部位を予測することができる結合部位予測装置、結合部位予測方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

また、本発明によれば、目的の複数の蛋白質または生理活性ポリペプチドのァミノ酸配列データを取得し、目的の複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドの結合した複合体の立体構造情報を生成し、取得された複数のアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基の間の空間上の距離を、生成した複合体の立 W

121 体構造情報に従って決定し、複数のアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基が持つ電荷を決定し、決定された各アミノ酸残基間の空間上の距離と、決定された各ァミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各ァミノ酸残基のエネルギーを計算し、複合体について結合部位を変えて複合体の立体構造情報を生成し、各ァミノ酸残基のエネルギーを計算し、当該エネルギーの総和が最小となる結合部位を求め、エネルギーの総和が最小となる結合部位を、結合部位の候補ァミノ酸残基として決定するので、蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列から静電的に不安定になりそうなァミノ酸残基が結合部位になりやすいことを利用して、高速かつ高精度に結合部位を予測することができる結合部位予測装置、結合部位予測方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

さらに、本発明によれば、目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドのアミノ酸配列データと、結合候補となる 1つまたは複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列データとを取得し、目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドと、結合候補となる蛋白質または生理活性ポリペプチドとが結合した複合体の立体構造情報を生成し、取得された目的のアミノ酸配列データと結合候補のアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基の間の空間上の距離を、生成した複合体の立体構造情報に従って決定し、目的のアミノ酸配列データと結合候補のアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基が持つ電荷を決定し、決定された各アミノ酸残基間の空間上の距離と、決定された各アミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各アミノ酸残基のエネルギーを計算し、複合体について結合部位を変えて複合体の立体構造情報を生成し、各アミノ酸残基のエネルギ一を計算し、当該エネルギーの総和が最小となる結合部位を求め、全ての結合候補についてエネルギー最小化処理を実行した結果、エネルギーの総和が最小となる結合部位をもつ結合候補を決定するので、蛋白質または生理活性ポリべプチドのァミノ酸配列から静電的に不安定になりそうなアミノ酸残基が結合部位になりやすいことを利用して、高速かつ高精度に最適な結合候補の蛋白質を予測することができる結合部位予測装置、結合部位予測方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

(V) また、以下に、本発明にかかるタンパク質構造最適化装置、タンパク質構造最適化方法、プログラム、および、記録媒体の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

特に、以下の実施の形態においては、本発明を、富士通（会社名）の「MO PAC 2000 v e r. 1. 0」（製品名）に適用した例について説明する、この場合に限られず、他のプログラムを用いても同様に適用することができる。

[本発明の概要]

以下、本発明の概要について説明し、その後、本発明の構成おょぴ処理等について詳細に説明する。図 72は本発明の基本原理を示すフローチャートである。

本発明は、概略的に、以下の基本的特徴を有する。まず、本発明は、タンパク質の座標データを取得する（ステップ S A 4— 1) 。ここで、取得するタンパク質の座標データは、例えば、 X線結晶解析により求めた座標データに既知のモデリングソフト (例えば、 Ac c e l r y s I n c. (会社名) の「W e b L a b V i e e r P r o 4. 2」（製品名）や「 I n s i g h t I I」 (製品名) (www. a c c e l r y s. c om) _N Tr i p o s, I n c . (会社名）の「SYBYL 6. 7」（製品名）（www. t r i p o s . c om) 、 C amb r i d g e S o i t C o r p o r a t i o n (会社名）の「Ch em3D 7. 0」（製品名）（www. c am s o f t, c o m) など）を用いて水素を付加したものや、また、 PDB (P r o t e i n D e t a B a s e) などの既知の蛋白構造データベースに登録された座標データなど、あらゆるタンパク質の座標データを用いてもよい。そして、本発明は、タンパク質の座標データについて、特定のアミノ酸残基 iから所定の距離（例えば、 rA) 内に含まれる近傍アミノ酸残基群の座標を抽出する（ステップ SA4— 2) 。すなわち、アミノ酸残基 iに含まれる全原子から所定の距離内に存在する原子を含むアミノ酸残基の群が近傍アミノ酸残基群であり、この近傍アミノ酸残基群に含まれる全原子座標を抽出する。抽出した近傍アミノ酸残基群の中にシスティン（CYS) が含まれており、それが別のシスティン (CYS) とジスルフィド結合をしている場合には、その別の C Y Sも近傍アミノ酸残基群に加えてもよい。

ステップ SA4— 2の操作で機械的に座標を切り取つた場合、その切り口がラジカルとなり計算に不都合が生じる。これを解消するために、本発明は、近傍アミノ酸残基群の切り口の部分にキャップ用置換基（例えば水素原子（H) またはメチノレ基 (CH₃) を付加する (ステップ S A4— 3) 。

そして、本発明は、キャップ用置換基が付加された近傍アミノ酸残基群の全体の電荷を計算する（ステップ SA4— 4) 。電荷計算は、既知のあらゆる電荷計算手法を用いてもよいが、例えば、塩基性アミノ酸残基数から酸性アミノ酸残基数を減算することにより高速に計算することもできる。

そして、本発明は、キャップ用置換基が付カ卩された近傍アミノ酸残基群につレ、て、電荷を用いて、特定のアミノ酸残基 iの原子座標について既知の分子軌道計算プログラム（例えば、「MOPAC 2000 v e r. 1. 0」（製品名）などの半経験的分子軌道計算プログラム）などを用いて構造最適化を実行する（ステップ SA4— 5) 。

そして、本発明は、最適化された原子座標を、初期のタンパク質の座標データ上の対応する原子座標と置換する（ステップ SA4— 6) 。

そして、本発明は、全てのアミノ酸残基 iについてステップ SA4— 2からステップ SA4— 6を適用し（1番目のアミノ酸残基から最後のアミノ酸残基まで iをインクリメントしてループ処理を行う。）、全てのアミノ酸残基について最適化を実行する（ステップ SA4— 7) 。そして、本発明は、ステップ S A 4— 7において得られた構造データを初期構造として、ステップ S A 4— 1からステップ S A 4— 7を複数回（n回）実行することにより、更に構造最適化の精度を上げることができる（ステップ S A 4 - 8 ) 。

[システム構成]

まず、.本システムの構成について説明する。図 7 3は、本発明が適用される本システムの構成の一例を示すプロック図であり、該構成のうち本発明に関係する部分のみを概念的に示している。本システムは、概略的に、タンパク質構造最適化装置 4 1 0 0と、タンパク質構造情報等に関する外部データベースやホモロジ一検索等の外部プログラム等を提供する外部システム 4 2 0 0とを、ネットワーク 4 3 0 0を介して通信可能に接続して構成されている。

図 7 3においてネットワーク 4 3 0 0は、タンパク質構造最適化装置 4 1 0 0と外部システム 4 2 0 0とを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネット等である。

図 7 3において外部システム 4 2 0 0は、ネットワーク 4 3 0 0を介して、タンパク質構造最適化装置 4 1 0 0と相互に接続され、利用者に対してタンパク質構造情報等に関する外部データベースゃホモロジ一検索やモチーフ検索等の外部プログラムを実行するウェブサイトを提供する機能を有する。

ここで、外部システム 4 2 0 0は、 WE Bサーバや A S Pサーバ等として構成してもよく、そのハードウェア構成は、一般に市販されるワークステーション、パーソナルコンビユータ等の情報処理装置およびその付属装置により構成してもよレ、。また、外部システム 4 2 0 0の各機能は、外部システム 4 2 0 0 'のハードウエア構成中の C P U、ディスク装置、メモリ装置、入力装置、出力装置、通信制御装置等およびそれらを制御するプログラム等により実現される。図 7 3においてタンパク質構造最適化装置 4 1 0 0は、概略的に、タンパク質構造最適化装置 4 1 0 0の全体を統括的に制御する C P U等の制御部 4 1 0 2、通信回線等に接続されるルータ等の通信装置（図示せず）に接続される通信制御インターフェース部 4 1 0 4、入力装置 4 1 1 2や出力装置 4 1 1 4に接続される入出力制御インターフェース部 4 1 0 8、および、各種のデータべースゃテーブルなどを格納する記憶部 4 1 0 6を備えて構成されており、これら各部は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。さらに、このタンパク質構造最適化装置 4 1 0 0は、ルータ等の通信装置および専用線等の有線または無線の通信回線を介して、ネットワーク 4 3 0 0に通信可能に接続されている。

記憶部 4 1 0 6に格納される各種のデータベースやテーブルなど（タンパク質構造情報データベース 4 1 0 6 aおよび処理結果ファイル 4 1 0 6 b ) は、固定ディスク装置等のストレージ手段であり、各種処理に用いる各種のプログラムゃテーブルゃファィルゃデータベースやウェブページ用フアイル等を格納する。

これら記憶部 4 1 0 6の各構成要素のうち、タンパク質構造情報データべ一ス 4 1 0 6 aは、タンパク質の立体構造の座標データ等を格納した座標データ格納手段である。タンパク質構造情報データベース 4 1 0 6 aは、ィンターネットを経由してアクセスする P D Bなどの外部のデータベースであってもよく、また、これらのデータベースをコピーしたり、オリジナルの情報を格納したり、さらに独自のァノテーシヨン情報等を付加したりして作成したインハウスデータベースであってもよい。

また、処理結果ファイル 4 1 0 6 bは、タンパク質構造最適化装置 4 1 0 0 の制御部 4 1 0 2の各処理による処理結果に関する情報等を格納する処理結果格納手段である。

また、図 7 3において、通信制御インターフェース部 4 1 0 4は、タンパク質構造最適化装置 4 1 0 0とネットワーク 4 3 0 0 (またはルータ等の通信装置）との間における通信制御を行う。すなわち、通信制御インターフェース部 4 1 0 4は、他の端末と通信回線を介してデータを通信する機能を有する。また、図 7 3において、入出力制御インターフェース部 4 1 0 8は、入力装置 4 1 1 2や出力装置 4 1 1 4の制御を行う。ここで、出力装置 4 1 1 4としては、モニタ（家庭用テレビを含む）の他、スピーカを用いることができる (なお、以下においては出力装置 4 1 1 4をモニタとして記載する場合がある）。また、入力装置 4 1 1 2としては、キーボード、マウス、および、マイク等を用いることができる。また、モニタも、マウスと協働してポインティングデバイス機能を実現する。

また、図 7 3において、制御部 4 1 0 2は、 O S (O p e r a t i n g S y s t e m) 等の制御プログラム、各種の処理手順等を規定したプログラム、および所要データを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラム等により、種々の処理を実行するための情報処理を行う。制御部 4 1 0 2は、機能概念的に、座標データ取得部 4 1 0 2 a , 近傍アミノ酸残基群抽出部 4 1 0 2 b、キヤップ付加部 4 1 0 2 c、電荷計算部 4 1 0 2 d、構造最適化部 4 1 0 2 e、および、原子座標置換部 4 1 0 2 f を備えて構成されている。

このうち、座標データ取得部 4 1 0 2 aは、タンパク質の座標データを取得する座標データ取得手段である。また、近傍アミノ酸残基群抽出部 4 1 0 2 b は、タンパク質の座標データについて、特定のアミノ酸残基から所定の距離内に含まれる近傍アミノ酸残基群の座標を抽出する近傍アミノ酸残基群抽出手段である。また、キヤップ付加部 4 1 0 2 cは、近傍ァミノ酸残基群の切り口の部分にキャップ用置換基を付加するキャップ付加手段である。また、電荷計算部 4 1 0 2 dは、キヤップ付加手段により上記キヤップ用置換基が付カ卩された上記近傍アミノ酸残基群の全体の電荷を計算する電荷計算手段である。また、構造最適化部 4 1 0 2 eは、キヤップ付加手段により上記キヤップ用置換基が付加された上記近傍ァミノ酸残基群について、上記電荷計算手段により計算された上記電荷を用いて上記特定のアミノ酸残基の原子座標について構造最適化を実行する構造最適化手段である。また、原子座標置換部 4 1 0 2 f は、構造最適化手段にて最適化された上記原子座標を、上記タンパク質の座標データ上の対応する原子座標と置換する原子座標置換手段である。なお、これら各部によって行なわれる処理の詳細については、後述する。

[システムの処理]

次に、このように構成された本実施の形態における本システムの処理の一例について、以下に図 74〜図 90を参照して詳細に説明する。

[メィン処理] .

まず、メイン処理の詳細について図 74を参照して説明する。図 74は、本実施形態における本システムのメイン処理の一例を示すフローチャートである。タンパク質構造最適化装置 4100は、座標データ取得部 4102 aの処理により、タンパク質構造情報データベース 4106 aや外部システム 4200 の外部データベースから所望のタンパク質の座標データを取得する（ステップ S B 4 - 1 ) ₀ ここで、取得するタンパク質の座標データは、例えば、 X線結晶解析により求めた座標データに既知のモデリングソフト（例えば、 A c c e 1 r y s I n c. (会社名）の「We b L a b V i ewe r P r o 4. 2」（製品名）や「 I n s i g h t I I」（製品名）（www. a c c e 1 r y s . c om) 、 T r i p o s, I n c. (会社名）の「 S Y B Y L 6. 7 J (製品名) (www. t r i p o s . c om) 、 C amb r i d g e S o f t Co r p o r a t i o n (会社名）の「Ch em3D 7. 0J (製品名）（www. c am s o f t. c om) など）を用いて水素を付加したものや、また、 PDB (P r o t e i n D e t a B a n k) などの既知の蛋白構造データベースに登録された座標データなど、あらゆるタンパク質の座標データを用いてもよい。

ここで、図 75は、タンパク質の座標データの一例を示す図である。図 75 に示す例では、 PDB形式の座標データを用いており、また、 X線結晶角军析で求めた構造情報に市販のプログラムにより水素を付カ卩している。

再ぴ図 74に戻り、タンパク質構造最適化装置 4100は、制御部 4102 の処理により、処理回数を表すカウンター n (初期値は 0) に 1を加算する (ステップ S B 4— 2) 。

また、タンパク質構造最適化装置 4100は、制御部 4102の処理により、アミノ酸残基番号を表すカウンター i (初期値は 0) に 1を加算する（ステツプ SB 4— 3) 。

そして、タンパク質構造最適化装置 4100は、近傍ァミノ酸残基群抽出部 4102 bの処理により、処理対象のタンパク質の座標データについて、特定のアミノ酸残基 iから所定の距離（例えば、 rA) 内に含まれる近傍アミノ酸残基群の座標を抽出する（ステップ SB4— 4) 。すなわち、アミノ酸残基 i に含まれる全ての原子 jから所定の距離内に存在する原子 1を含むアミノ酸残基 k (k≠ i) の群が近傍アミノ酸残基群であり、この近傍アミノ酸残基群に含まれる全ての原子 mの座標を抽出する。

また、抽出した近傍アミノ酸残基群の中にシスティン（CYS) が含まれており、それが別のシスティン (CYS) とジスノレフィド結合をしている場合には、その別のシスティン（CYS) も近傍アミノ酸残基群に加えてもよい。すなわち、近傍ァミノ酸残基群抽出部 4102 bは、抽出した近傍ァミノ酸残基群の中にシスティン（CYS) が含まれている場合には、当該システィン (C YS) とジスルフィド結合をしている近傍アミノ酸残基群には含まれない別のシスティン（CYS) が存在しているか判定し、当該別のシスティン (CY S) が存在する場合には当該別のシスティン（CYS) も近傍アミノ酸残基群にカ卩える。

ステップ SB4— 4の操作で機械的に座標を切り取つた場合、その切り口がラジカルとなり計算に不都合が生じる。これを解消するために、タンパク質構造最適化装置 4100は、キヤップ付加部 4102 cの処理により、近傍ァミノ酸残基群の切り口の部分にキャップ用置換基（例えば水素原子（H) またはメチル基（CH₃) ) を付加する（ステップ SB 4— 5) 。キャップ用置換基として水素、メチル基のどちらを用いるかは、ユーザが目的に応じて判断する。ここで、キヤップ付加部 4102 cのよるキヤップ付加処理の詳細について図 76力、ら図 83を参照して説明する。

図 76は、本実施形態における切り口に水素原子を付加する場合のキヤップ付加処理の一例を示すフローチャートである。また、図 77は、もとの座標とキヤップ置換基を付加した後の座標の概念を示す図である。図 76は、図 77 に示すもとの座標（左側）に対してアミノ基側へキャップ付加（右側）をする際の処理の一例を示す。近傍アミノ酸残基群の任意の残基を j とする。

キヤップ付加部 4102 cは、アミノ酸残基 jが N端ァミノ酸である場合 (ステップ SC 4— 1) 、アミノ酸残基 jのアミノ側は切り口になっていないので、キャップ付加は不要とする（ステップ SC 4— 2) 。

そして、キヤップ付加部 4102 cは、ァミノ酸残基 jが N端ァミノ酸でない場合には（ステップ SC 4— 1) 、隣のアミノ酸残基 j — 1も抽出されたァミノ酸残基群に含まれる場合（ステップ SC 4— 3) 、残基 jのアミノ側は切り口になつていないので、キャップ付加は不要とする（ステップ SC 4— 4) 。

一方、キヤップ付カ卩部 4102 cは、隣のアミノ酸残基 j― 1も抽出されたアミノ酸残基群に含まれない場合には（ステップ SC 4— 3) 、アミノ酸残基 j - 1の主鎖カルボニル炭素をとする (ステップ SC4— 5) 。

そして、キャップ付加部 4102 cは、アミノ酸残基 jの主鎖ァミノ基窒素を Njとする (ステップ S C 4 - 6) 。

そして、キャップ付加部 4102 cは、付加するキャップ水素原子 Η_ωΡΝの位置を以下の数式（1) に従って決める（ステップ SC4— 7) 。

N β _CAPN = R_NH (R_NH = 1.01 A)

次に図 78は、本実施形態における切り口に水素原子を付加する場合のキヤップ付加処理の一例を示すフローチャートである。また、，図 79は、もとの座標とキャップ置換基を付カ卩した後の座標の概念を示す図である。図 78は、図 79に示すもとの座標（左側）に対してカルボキシル基側へキャップ付加（右側）をする際の処理の一例を示す。近傍アミノ酸残基群の任意の残基を j とする。

キャップ付加部 4102 cは、アミノ酸残基 jが C端アミノ酸である場合 (ステップ SD4— 1) 、アミノ酸残基 jのアミノ側は切り口になっていないので、キャップ付加は不要とする（ステップ SD 4— 2) 。

そして、キヤップ付加部 4102 cは、ァミノ酸残基 jが C端ァミノ酸でない場合には（ステップ SD4— 1) 、隣のアミノ酸残基 j +1も抽出されたァミノ酸残基群に含まれる場合（ステップ SD 4— 3) 、残基 jのアミノ側は切り口になつていないので、キャップ付加は不要とする（ステップ SD4— 4) 。一方、キヤップ付加部 4102 cは、隣のァミノ酸残基 j + 1も抽出されたアミノ酸残基群に含まれない場合には（ステップ SD4—3) 、アミノ酸残基； i + 1の主鎖ァミノ基窒素を N_j+Iとする（ステップ SD4— 5) 。

そして、キヤップ付加部 4102 cは、了ミノ酸残基 jの主鎖力ルポニル炭素を Cjとする（ステップ SD4— 6) 。

そして、キャップ付加部 4102 cは、付加するキャップ水素原子 H_CAPCの位置を以下の数式（2) に従って決める（ステップ SD 4— 7) 。

C:N;

C j_:H" CAPC XR_C (^ =1·08Α) 数式（2)

Cレバ N ·+1

次に図 80は、本実施形態における切り口にメチル基を付加する場合のキヤップ付カ卩処理の一例を示すフローチャートである。また、図 8 1は、もとの座

'。置換基を付カ卩した後の座標の概念を示す図である。図 80は、図 81に示すもとの座標（左側）に対してアミノ基側へキャップ付加（右側）をする際の処理の一例を示す。近傍アミノ酸残基群の任意の残基を j とする。キヤップ付加部 4102 cは、ァミノ酸残基 jが N端ァミノ酸である場合 (ステップ SE4— 1) 、アミノ酸残基; iのアミノ側は切り口になっていないので、キャップ付加は不要とする（ステップ SE 4— 2) 。

そして、キヤップ付加部 4102 cは、ァミノ酸残基 jが N端ァミノ酸でない場合には（ステップ SE4— 1) 、隣のアミノ酸残基 j 一 1も抽出されたァミノ酸残基群に含まれる場合（ステップ SE4— 3) 、残基 jのアミノ側は切り口になつていないので、キャップ付加は不要とする（ステップ SE 4— 4) 。 —方、キヤップ付加部 4102 cは、隣のァミノ酸残基 j一 1も抽出されたァミノ.酸残基群に含まれない場合には（ステップ SE 4— 3) 、アミノ酸残基 j 一 1の主鎖カルボニル炭素をとする（ステップ SE4— 5) 。

そして、キヤップ付加部 4102 cは、ァミノ酸残基 jの主鎖ァミノ基窒素を Njとする（ステップ SE4— 6) 。

そして、キヤップ付加部 4102 cは、ァミノ酸残基 jの主鎖 α炭素を C A 」とする（ステップ SE4— 7) 。

そして、キャップ付加部 4102 cは、付加するキャップメチル基炭素 C _c腿の位置を以下の数式（3) に従って決める（ステップ SE 4— 8) 。

M

i j r CAPN A) 数式（3

そして、キヤップ付カ卩部 4102 cは、付加する 3つのキヤップメチル基水素 H_c綱 _k (k= 1, 2, 3) の位置を以下の条件（数式（4) ) で決める（ステツプ SE4— 9) 。結合長 H _C細 _K C圆 = R_CSP3H (R_CSP3H = 1.09 A)

結合角 C画 Nj = A_Csp3 (A_Csp3 = 109.5°)

二面角 ZH _C舰 C圆 NJCAJ = D_K (D, = 180.0°, D₂ = 60.0°, D, =—60.0。）数式 (4 )

次に図 82は、本実施形態における切り口にメチル基を付加する場合のキヤップ付加処理の一例を示すフローチャートである。また、図 83は、もとの座標とキャップ置換基を付加した後の座標の概念を示す図である。図 82は、図 83に示すもとの座標（左側）に対してカルボキシル基側へキャップ付カ卩（右側）をする際の処理の一例を示す。近傍アミノ酸残基群の任意の残基を j とする。

キャップ付加部 4102 cは、アミノ酸残基 jが C端アミノ酸である場合 (ステップ SF 4— 1) 、アミノ酸残基 jのアミノ側は切り口になっていないので、キャップ付加は不要とする（ステップ SF 4— 2) 。

そして、キヤップ付加部 4102 cは、ァミノ酸残基 jが C端ァミノ酸でない場合には（ステップ SF4— 1) 、隣のアミノ酸残基 j + 1も抽出されたァミノ酸残基群に含まれる場合（ステップ SF 4— 3). 、残基 jのアミノ側は切り口になつていないので、キャップ付加は不要とする（ステップ SF 4— 4) 。一方、キャップ付加部 4102 cは、隣のアミノ酸残基 j + 1も抽出されたアミノ酸残基群に含まれない場合には (ステップ S F 4- 3) 、アミノ酸残基 j + 1の主鎖ァミノ基窒素を N_j+1とする（ステップ SF 4— 5) 。

そして、キヤップ付加部 4102 cは、了ミノ酸残基 jの主鎖カルボニル炭素を Cjとする（ステップ SF4— 6) 。

そして、キャップ付加部 4102 cは、アミノ酸残基 jの主鎖 α炭素を C A 』とする（ステップ SF 4— 7) 。

そして、キャップ付加部 4102 cは、付加するキャップメチル基炭素 C _CAPCの位置を以下の数式（5) に従って決める（ステップ SF 4— 8) 。

C..N...

ゾレ CAPC ⁼ I >| ^{X 1} Csp ICsp 3 ¹ Csp2Csp3 =1-52) 数式 (

C N

そして、キヤップ付加部 4102 cは、付加する 3つのキヤップメチル基水素 H_CAPCk (k= l， 2， 3) の位置を以下の条件（数式（6) ) で決める（ステツプ S F 4 _ 9 ) 。

結合長 h CAPCkC CAPC = R_CSP3H (R_CSP3H =1·09Α)

結合角 ZHcApckCcApcCj -A^ 04 ₃ =109.5°)

二面角 ZHcApckCcApcCjCAj = D_k (D, = 180.0°, D₂ = 60.0°, D₃ = -60.0°)

数式 (6) ここで、数式（1) 〜数式（6) において、 R、 A、 Dは、それぞれ、標準結合長、標準結合角、標準二面角であり、本条件で記した数値はその一例である（平野恒夫 ·田辺和俊編「分子軌道法 MOP ACガイドブック（3訂版）」海文堂出版， 1 999 参照。）。

これにて、キャップ付加処理が終了する。

再び図 74に戻り、タンパク質構造最適化装置 4100は、全ての近傍ァミノ酸残基群の切口にキャップを付加すると、ステップ SB 4— 4で抽出したァミノ酸残基群全体の電荷計算を行う。すなわち、 MOPAC 2000に限らず、一般に分子軌道計算を行う際には対象となる系全体の電荷を入力データとして与えるため、タンパク質構造最適化装置 4100は、電荷計算部 4102 の処理により、キヤップ用置換基が付加された近傍ァミノ酸残基群の全体の電荷を計算する（ステップ SB 4— 6) 。電荷計算は、既知のあらゆる電荷計算手法を用いてもよいが、例えば、以下の数式（7) を用いて、塩基性アミノ酸残基数から酸性アミノ酸残基数を減算することにより高速に計算することもできる。 (全体電荷） = (塩基性アミノ酸残基数）一（酸性アミノ残基数）

…数式 (7) ここで、塩基性ァミノ S麦残基は、 A R G、 L Y Sなどであり、酸性ァミノ酸残基は、 AS P、 GLUなどである。アミノ酸種別は、図 84に示すように、入力データとして与える P D B形式データの三文字表記 (1 8— 20カラムの文字）で判別する（「PDB F i l e F o rma t C o n t e n t s Gu i d e Ve r s i o n 2. 2」（20 De c emb e r 1 99 6) 参照）。また、中性アミノ酸残基（例えば、 ARG、 LYS、 ASP、 G LUなど）や、プロトン化した H I S (電荷 + 1) の表記法は、分子動力学計算プログラム「Amb e r 7」（Un i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a, 2002. ) の様式に従い ARN， LYN, ASH, GLH, H I Pとして、入力 PDBデータで記述し判別する。また、非天然のアミノ酸残基や、ユーザ定義のアミノ酸、リガンド分子の電荷も個別に設定できるようにしておく。例えば、リン酸ィ匕した THRを TP Oと定義し、このアミノ酸に対しては一 2の電荷を与えるようにプログラムで設定しておく。

そして、タンパク質構造最適化装置 4100は、構造最適化部 4102 eの処理により、 MOPAC 2000の入力ファイルを作成するために、アミノ酸残基 iを構成する各原子に対して最適化処理対象の原子であることを表す「最適化フラグ」を設定する（ステップ SB 4— 7) 。なお、 MOPAC 2000 に限らず、一般に計算化学的手法（分子軌道法、分子力学法など) で構造最適化を行う際には、最適な位置に動かす原子と、座標を固定して位置を動かさない原子を設定し、部分構造最適化を行うこともできる。ここでは、最適な位置に動かす原子を入力データとして判別できるように設定する事を、 MOP AC 2000の慣例に倣って、「最適化フラグを設定する」と呼ぶことにする ( 「MOP AC 2000 Ma nu a l」 Fu j i t u L i m i t e d, To ky o, 2000 参照）。

具体的には、構造最適化部 4102 eは、水素の構造最適化を行う場合、ァミノ酸残基 iの水素原子に最適化フラグを設定する。図 85は、アミノ酸残基 iの水素原子に最適化フラグを設定する場合の一例を示す図である。図 85は、 PDBコードが「1 CB I」のタンパク質に対して水素付; !)ロを行った入力 PD Bデータに対して、特定アミノ酸残基が 50番目のアミノ酸残基（i =50) であり、距離が 3. 0オングストローム（r = 3. OA) のときに抽出される近傍アミノ酸残基群を示している。また、上述の方法により近傍アミノ酸残基群の切り口にキャップ置換基（水素原子）の付加も行っている。また、上述のステップ S B 4— 6では、ここに示した全原子を考慮して電荷計算を行っている。図 85において、太線と球で表示されている部分が計算の中心残基である PHE50 ( i = 50のアミノ酸残基であるフエ二ルァラニン）である。この PHE 50の中で最適化フラグを設定する水素原子を球で示している。

また、構造最適化部 4102 eは、側鎖の構造最適化を行う場合、アミノ酸残基 iの水素と側鎖原子に最適化フラグを設定する。図 86は、アミノ酸残基 iの水素と側鎖原子に最適化フラグを設定する場合の一例を示す図である。図 86は、 PDBコードが「1 CB I」のタンパク質に対して水素付加を行った入力 PDBデータに対して、特定アミノ酸残基が 50番目のアミノ酸残基（i = 50) であり、距離が 3. 0オングストローム（r = 3. OA) のときに抽出される近傍アミノ酸残基群を示している。また、上述の方法により近傍アミノ酸残基群の切り口にキャップ置換基（水素原子）の付カ卩も行っている。また、上述のステップ SB 4— 6では、ここに示した全原子を考慮して電荷計算を行つている。図 86において、太線と球で表示されている部分が計算の中心残基である PHE 50 ( i = 50のアミノ酸残基であるフヱニノレアラニン）である。この PHE 50の中で最適化フラグを設定する水素原子と側鎖原子を球で示している。

また、構造最適化部 4102 eは、全原子の構造最適化を行う場合、ァミノ酸残基 iの全原子に最適化フラグを設定する。ただし、 MOPAC2000を含め現状の分子軌道理論では、主鎖構造の 2次構造を再現することが困難なため、主鎖原子の最適化は一般には行わないことが多いが 2次構造を再現できる精度の高い理論が構築されれば、全構造最適化も有効となる。

再び図 74に戻り、タンパク質構造最適化装置 4100は、構造最適化部 4 102 eの処理により、 M〇P AC 2000の入力ファイルを作成する（ステップ SB 4— 8) 。図 87は、 MOP AC 2000の入力ファイルの一例を示す図である。図 87に示すように、電荷、近傍アミノ酸残基群の座標データ、最適化フラグなどを含む入力フアイルを作成する。

そして、タンパク質構造最適化装置 4100は、構造最適化部 4102 eの処理により、キャップ用置換基が付カ卩された近傍アミノ酸残基群について、電荷を用いて、特定のアミノ酸残基の原子座標について MOP AC 2000を用いて構造最適化を実行する (ステップ SB 4— 9) 。ここで、図 88は、 MO PAC 2000による構造最適化処理の結果を示す出力ファイルの一例を示す図である。図 88に示すよ'うに、構造最適化後の座標データが出力される。なお、図 88において、「*」の付いた座標が最適化された部分を示している。そして、タンパク質構造最適化装置 4100は、原子座標置換部 4102 f の処理により、最適化された原子座標を、初期のタンパク質の座標データ上の対応する原子座標と置換する（ステップ SB4— 10) 。すなわち、原子座標置換部 4102 f は、 MOP AC 2000の処理結果（出力ファイル）の「*」の付いた座標が最適化部分であるため、この部分を抜き出しステップ S B 4— 1で用意した座標データの対応する座標部分と置き換える。

そして、タンパク質構造最適化装置 4100は、全てのアミノ酸残基 iについてステップ S B 4— 3からステップ S B 4— 10を適用し（1番目のァミノ酸残基から最後のアミノ酸残基まで iをインクリメントしてループ処理を行う。）、全てのアミノ酸残基について最適化を実行する（ステップ SB 4— 1 1)

そして、タンパク質構造最適化装置 4100は、ステップ SB4— 10において得られた構造データを初期構造として、ステップ S B 4— 2からステップ SB 4— 7を複数回（n回）実行することにより、更に構造最適化の精度を上げることができる（ステップ SB 4— 1 2) 。すなわち、ステップ SB 4— 4 からステップ SB 4— 10の処理を N残基から C端残基まで行うことで、すべてのアミノ酸残基について部分構造が最適化された P D B形式の座標データが得られる。この座標データを入力として、座標は固定して（すべての原子に対して最適化フラグを設定せずに） MOP ACでエネルギー計算を行う。また、上述のステップ S B 4— 4からステップ S B 4— 10の操作を含むループ処理は、例えばスクリプトプログラムを用いて実行してもよい。

これにて、メイン処理が終了する。

[本発明による計算例]

次に、本発明による計算例の詳細について図 89および図 90などを参照して説明する。本計算例では、サンプル分子として「 J a p a n e s e P e a r S 3— R i b o nu c l e a s eJ (PDB I D ： 1 I QQA) を用いて、特定アミノ酸残基を 200番目のアミノ酸残基（3262原子 C 104 7 H 16 19 N285 O 300 S 1 1 ) をした場合である。また、本計算例で使用した計算機の機種名は、 COMPAQ (会社名）の「A l p h a S e r v e r ES 40 (CPU A l h a 21264 833MHz) 」 (製品名）である。図 89は、従来の最適化手法（MOZ YME法 +BFGS 法）と本発明の手法により水素構造を最適化した場合の計算結果を示す図である。また、図 90は、従来の最適化手法（MOZ YME法 +B FGS法）と本発明の手法により側鎖構造を最適化した場合の計算結果を示す図である。図 8 9およぴ図 90において、縦軸は、生成熱 He a t o f F o r m a t i o n (k c a 1 m o 1一¹) であり、横軸は CPU時間（秒）を示している。また、初期構造の H e a t o f F o rma t i o の値は、一 1044. 5 3571 k c a 1 - mo 1— ¹である。

本計算例について計算時間とエネルギー（生成熱）の関係をみると、本発明の手法では、計算時間に対してエネルギーの収束が速く、全体のループを 3〜 5回繰り返すこと（n=3〜5) で、エネルギーが収束することがわかる。また、計算精度よりも計算時間を優先する場合には、 rの値を小さめにとり、その逆に計算精度を求める場合には、 rの値を大きめにとることもできる。

また、本計算例について必要となる最大メモリ容量をみると、従来の手法では、水素構造最適化を行う場合は、 506MB (メガバイト）であり、側鎖構造最適化を行う場合は、 667MBであった。一方、本発明の手法では、水素構造最適化を行う場合は、 301 MBであり、側鎖構造最適化を行う場合は、 301MBであった。このように、本発明の手法ではメモリの少量化も図ることができた。

[他の実施の形態]

例えば、タンパク質構造最適化装置 4100がスタンドアローンの形態で処理を行う場合を一例に説明したが、タンパク質構造最適化装置 4100とは另【』筐体で構成されるクライアント端末からの要求に応じて処理を行い、その処理結果を当該クライアント端末に返却するように構成してもよい。

また、上述した実施の形態では、半経験的分子軌道プログラムである M〇P AC 2000を用いる場合を一例として説明したが、他の既知の計算手法ゃプログラムを用いてもよい。例えば、分子軌道計算プログラムである「Ga u s s i a n 98 Re v. A. 1 1. 3」（製品名）（G a u s s i a n， I n c. (会社名） , P i t t s b u r g PA, 2002) 、「Game s s J un e 20 2002 R2」（製品名）（I owa S t a t e Un i v e r s i t y, 2002) などのプログラムに置き換えれば、アブィニシォ（a b i n i t i o) 分子軌道法による構造最適化が可能になる。また、「Amb e r 7」（製品名）（Un i v e r s i t y o f C a 1 i f o r n i a, 2002) や、「T i nk e r 3. 7」（製品名）

(W a s h i n g t o n Un i v e r s i t y S c h o o l o f Me d i c i n e, 2001) などに置き換えれば、分子力学計算の高速化も可能である。これらのプログラムの入出力データは、 MO P AC 2000の入カフアイ/レと座標パラメータの並び方などが異なるだけであるため、「 B a b e 1 v e r s i o n 1. 6」（製品名）（P a t Wa l t e r s a n d M a t t S t a h 1 , 1 996 ) 等のプログラムを用いて容易に MO P A C 2000の入出力データと変換することできる。 MOP AC 2000は半経験的分子軌道プログラムと呼ばれ半定量的な結果が得られる。一方、 Ga u s s i a nや G ame s sなどは、 a b i n i t i o分子軌道計算プログラムと呼ばれ半経験的な方法よりも定量的な結果が得られるが、計算時間は半経験的な方法より格段にかかるのが一般的である。

また、タンパク質構造最適化装置 4100に関して、図示の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。

例えば、タンパク質構造最適化装置 4100の各部または各装置が備える処理機能、特に制御部 41 02にて行なわれる各処理機能については、その全部または任意の一部を、 CPU (C e n t r a l P r o c e s s i n g Un i t) および当該 CPUにて角爭釈実行されるプログラムにて実現することができ、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現することも可能である。なお、プログラムは、後述する記録媒体に記録されており、必要に応じてタンパク質構造最適化装置 4100に機械的に読み取られる。

すなわち、 ROMまたは HDなどの記憶部 4106などには、 OS (O e r a t i n g Sy s t em) と協働して C PUに命令を与え、各種処理を行うためのコンピュータプログラムが記録されている。このコンピュータプログラムは、 RAM等にロードされることによって実行され、 CPUと協働して制御部 4102を構成する。また、このコンピュータプログラムは、タンパク質構造最適化装置 4100に対して任意のネットワーク 4300を介して接続されたアプリケーションプログラムサーバに記録されてもよく、必要に応じてその全部または一部をダウンロードすることも可能である。

また、本発明にかかるプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することもできる。ここで、この「記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、 ROM、 EPROM、 EEPROM、 CD-ROM, M〇、 DVD等の任意の「可搬用の物理媒体」や、各種コンピュータシステムに内蔵される ROM、 RAM, HD等の任意の「固定用の物理媒体」、あるいは、 LAN、 WAN, インターネットに代表されるネットワークを介してプログラムを送信する場合の通信回線や搬送波のように、短期にプログラムを保持する「通信媒体」を含むものとする。

また、「プログラム」とは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理方法であり、ソースコードゃバイナリコード等の形式を問わない。なお、「プログラム」は必ずしも単一的に構成されるものに限られず、複数のモジュールゃライブラリとして分散構成されるものや、 OS (Op e r a t i n g Sy s t em) に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものをも含む。なお、実施の形態に示した各装置において記録媒体を読み取るための具体的な構成、読み取り手順、あるいは、読み取り後のインストール手順等については、周知の構成や手順を用いることができる。

また、タンパク質構造最適化装置 4100は、さらなる構成要素として、マウス等の各種ポィンティングデバイスゃキーボードゃィメージスキャナやデジタイザ等から成る入力装置（図示せず）、入力データのモニタに用いる表示装置（図示せず）、システムクロックを発生させるクロック発生部（図示せず）、および、各種処理結果その他のデータを出力するプリンタ等の出力装置（図示せず）を備えてもよく、また、入力装置、表示装置おょぴ出力装置は、それぞれ入出力インターフェースを介して制御部 4102に接続されてもよレ、。

記憶部 4106に格納される各種のデータベース等（タンパク質構造情報データベース 4106 aおよび処理結果ファイル 4106 b) は、 RAM、 RO M等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等のストレージ手段であり、各種処理やウェブサイト提供に用いる各種のプログラムやテーブルやファイルやデータベースやウェブページ用ファイル等を格納する。

また、タンパク質構造最適化装置 4100は、既知のパーソナルコンビユータ、ワークステーション等の情報処理端末等の情報処理装置にプリンタゃモニタゃイメージスキャナ等の周辺装置を接続し、該情報処理装置に本発明の方法を実現させるソフトウエア (プログラム、データ等を含む) を実装することにより実現してもよい。

さらに、タンパク質構造最適化装置 4100の分散 ·統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷等に応じた任意の単位で、機能的または物理的に分散 ·統合して構成することができる。例えば、各データベースを独立したデータベース装置として独立に構成してもよく、また、処理の一音を CG I (C o mm o n Ga t ewa y I n t e r f a c e) を用いて実現してもよい。また、ネットワーク 4 3 0 0は、タンパク質構造最適化装置 4 1 0 0と外部システム 4 2 0 0とを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネットや、イントラネットや、 L AN (有線 Z無線の双方を含む）や、 VANや、パソコン通信網や、公衆電話網 (アナログ/デジタルの双方を含む) や、専用回線網 (アナログ/デジタルの双方を含む）や、 C A T V網や、 I MT 2 0 0 0方式、 G S M方式または P D C / P D C— P方式等の携帯回線交換網 Z携帯パケット交換網や、無線呼出網や、 B 1 u e t o o 1: h等の局所無線網や、 P H S網や、 C S、 B Sまたは I S D B等の衛星通信網等のうちいずれかを含んでもよい。すなわち、本システムは、有線 ·無線を問わず任意のネットワークを介して、各種データを送受信することができる。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、タンパク質の座標データを取得し、タンパク質の座標データについて、特定のアミノ酸残基から所定の距離内に含まれる近傍ァミノ酸残基群の座標を抽出し、近傍アミノ酸残基群の切り口の部分にキヤップ用置換基を付加し、キヤップ用置換基が付加された近傍ァミノ酸残基群の全体の電荷を計算し、キャップ用置換基が付カ卩された近傍アミノ酸残基群について、計算された電荷を用いて特定のアミノ酸残基の原子座標について構造最適化を実行し、最適化された原子座標を、タンパク質の座標デ一タ上の対応する原子座標と置換するので、水素位置の決定ゃパッキングの問題の解消を、実用的な計算資源を用いて行うことが可能となるタンパク質構造最適化装置、タンパク質構造最適化方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

また、本発明によれば、既存の計算プログラムには一切手を加えずに最適化処理の高速化を図ることができるタンパク質構造最適化装置、タンパク質構造最適化方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。すなわち、既存の分子軌道計算プログラムや、分子力学計算プログラムの入出力ファィルを用いて、本装置を実行することができる。伹し、本装置のアルゴリズムを既存の分子軌道計算プログラムや、分子力学計算プログラムに組み込むことも可能である。

また、本発明によれば、従来の方法では不可能な溶媒効果を考慮に入れたタンパク質の構造最適化が可能になるタンパク質構造最適化装置、タンパク質構造最適化方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

また、本発明によれば、キャップ用置換基は、水素原子（H) またはメチル基（C H₃) であるので、近傍アミノ酸残基群について機械的に座標を切り取つたときの切り口力ラジカルとなり計算に不都合を生じることを容易に解消することができるタンパク質構造最適化装置、タンパク質構造最適化方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。

さらに、本発明によれば、抽出した近傍アミノ酸残基群の中にシスティン ( C Y S ) が含まれている場合には、当該システィン ( C Y S ) とジスルフィド結合をしておりかつ近傍アミノ酸残基群には含まれない別のシスティン（C Y S ) が存在しているか判定し、当該別のシスティン（C Y S ) が存在する場合には当該別のシスティン（C Y S ) も近傍アミノ酸残基群に加えるので、システィン間のジスルフィド結合を考慮して構造最適化を行うことができるタンパク質構造最適化装置、タンパク質構造最適化方法、プログラム、および、記録媒体を提供することができる。産業上の利用可能性

( I ) 以上のように、相互作用部位予測装置、相互作用部位予測方法、プログラム、および、記録媒体は、タンパク質の一次配列情報においてフラストレーションのある局所部位を発見することにより相互作用部位を効果的に予測することができる。

つまり、本発明にかかる相互作用部位予測装置、相互作用部位予測方法、プログラム、および、記録媒体は、特に、局所部位のフラストレーションに基づいて相互作用部位を予測することができる。

これにより、本発明にかかる相互作用部位予測装置、相互作用部位予測方法、プログラム、および、記録媒体は、タンパク質の配列などの解析を行うバイオインフォマテイクス分野において極めて有用である。また、本発明は、産業上多くの分野、特に医薬品、食品、化粧品、医療、遺伝子発現解析、タンパク質立体構造解析等の分野で広く実施することができ、極めて有用である。

( Π ) また、活性部位予測装置、活性部位予測方法、プログラム、および、記録媒体は、分子軌道計算によって得られた分子軌道のエネルギーや広がりの情報から蛋白質の活性部位を予測することができる。

つまり、本発明にかかる活性部位予測装置、活性部位予測方法、プログラム、および、記録媒体は、特に、生理活性ポリペプチドもしくは蛋白質の活性部位を高精度で推定することができる。

これにより、本発明にかかる活性部位予測装置、活性部位予測方法、プログラム、および、記録媒体は、タンパク質などの解析を行うバイオインフォマテイクス分野において極めて有用である。また、本発明は、産業上多くの分野、特に医薬品、食品、化粧品、医療、遺伝子発現解析、タンパク質立体構造解析等の分野で広く実施することができ、極めて有用である。

(m) また、タンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体は、タンパク質の構造データから求めた疎水相互作用および静電相互作用に基づいてタンパク質単体時の不安定性の高い部位を特定し相互作用部位を特定すること等ができる。

これにより、本発明にかかるタンパク質相互作用情報処理装置、タンパク質相互作用情報処理方法、プログラム、および、記録媒体は、タンパク質などの解析を行うバイオインフォマティクス分野において極めて有用である。また、本発明は、産業上多くの分野、特に医薬品、食品、化粧品、医療、遺伝子発現解析、タンパク質立体構造解析等の分野で広く実施することができ、極めて有用である。

(IV) また、結合部位予測装置、結合部位予測方法、プログラム、および、記録媒体は、特に、アミノ酸配列データから予測された、または、実験的に求められた立体構造情報（アミノ酸残基間の空間上の距離情報）と、電荷の情報とを用いて静電的に不安定な部分を予測することにより、蛋白質または生理活性ポリぺプチドの結合部位や結合相手を効率的に予測すること等ができる。

つまり、本発明にかかる結合部位予測装置、結合部位予測方法、プログラム、および、記録媒体は、バイオインフォマティクスによる蛋白質の相互作用の予測を極めて短時間で計算可能にし、網羅的な解析を可能にする。

これにより、本発明にかかる結合部位予測装置、結合部位予測方法、プログラム、および、記録媒体は、タンパク質などの解析を行うバイオインフォマテイクス分野において極めて有用である。また、本発明は、産業上多くの分野、特に医薬品、食品、化粧品、医療、遺伝子発現解析、タンパク質立体構造解析等の分野で広く実施することができ、極めて有用である。

(V) また、タンパク質構造最適化装置、タンパク質構造最適化方法、プログラム、および、記録媒体は、蛋白質の構造を分割しながら所望の原子座標の最適化を行うことができる。

これにより、本発明にかかるタンパク質構造最適化装置、タンパク質構造最適化方法、プログラム、および、記録媒体は、タンパク質などの解析を行うバィォインフォマテイクス分野において極めて有用である。また、本発明は、産業上多くの分野、特に医薬品、食品、化粧品、医療、遺伝子発現解析、タンパク質立体構造解析等の分野で広く実施することができ、極めて有用である。

Claims

請求の範囲

1 . g的のタンパク質の一次配列情報を入力する入力手段と、

タンパク質の一次配列情報から当該タンパク質の二次構造を予測する二次構造予測プログラムに対して上記入力手段により入力された上記一次配列情報の二次構造予測シミュレーションを実行させる二次構造予測プログラム実行手段と、

上記二次構造予測プログラム実行手段による上記二次構造予測プログラムの二次構造予測結果を比較する予測結果比較手段と、

上記予測結果比較手段による比較結果に基づいて、上記目的のタンパク質の一次配列情報の局所部分のフラストレーションを計算するフラストレーシヨン計算手段と、

上記フラストレーション計算手段により計算された上記局所部分の上記フラストレーシヨンにより上記目的のタンパク質の相互作用部位を予測する相互作用部位予測手段と、

を備えたことを特徴とする相互作用部位予測装置。

2 . 目的のタンパク質の一次配列情報を入力する入力手段と、

上記目的のタンパク質の二次構造データを取得する二次構造データ取得手段と、

上記二次構造予測プログラム実行手段による上記二次構造予測プログラムの二次構造予測結果と、上記二次構造データ取得手段により取得した上記二次構造データとを比較する予測結果比較手段と、上記予測結果比較手段による比較結果に基づいて、上記目的のタンパク質の一次配列情報の局所部分のフラストレーションを計算するフラストレーション計算手段と、

上記フラストレーシヨン計算手段により計算された上記局所部分の上記フラストレーシヨンにより上記目的のタンパク質の相互作用部位を予測する相互作用部位予測手段と、

を備えたことを特徴とする相互作用部位予測装置。

3 . 上記二次構造予測プログラムの上記二次構造予測結果に対する確信度を示す確信度情報を設定する確信度情報設定手段、

をさらに備え、

上記フラストレーシヨン計算手段は、上記確信度情報設定手段により設定された上記確信度情報おょぴ上記比較結果に基づいて、上記局所部分の上記フラストレーションを計算することを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の相互作用部位予測装置。

4 . 目的のタンパク質の一次配列情報を入力する入カ- タンパク質の一次配列情報から当該タンパク質の二次構造を予測する二次構造予測プログラムに対して上記入力ステップにより入力された上記一次配列情報の二次構造予測シミュレーシヨンを実行させる二次構造予測プログラム実行ステップと、

上記二次構造予測プログラム実行ステップによる上記二次構造予測プロダラムの二次構造予測結果を比較する予測結果比較ステップと、

上記予測結果比較ステップによる比較結果に基づいて、上記目的のタンパク質の一次配列情報の局所部分のフラストレーシヨンを計算するフラストレーション計算ステップと、

上記フラストレーシヨン計算ステップにより計算された上記局所部分の上記フラストレーションにより上記目的のタンパク質の相互作用部位を予測する相互作用部位予測ステップと、

を含むことを特徴とする相互作用部位予測方法。

5 . 目的のタンパク質の一次配列情報を入力する入力ステップと、

上記目的のタンパク質の二次構造データを取得する二次構造データ取得ステップと、

タンパク質の一次配列情報から当該タンパク質の二次構造を予測する二次構造予測プログラムに対して上記入力ステップにより入力された上記一次配列情報の二次構造予測シミュレーションを実行させる二次構造予測プログラム実行ステップと、

上記二次構造予測プログラム実行ステップによる上記二次構造予測プログラムの二次構造予測結果と、上記二次構造データ取得ステツプにより取得した上記二次構造データとを比較する予測結果比較ステップと、

上記予測結果比較ステップによる比較結果に基づいて、上記目的のタンパク質の一次配列情報の局所部分のフラストレーションを計算するフラストレーション計算ステップと、

を含むことを特徴とする相互作用部位予測方法。

6 . 上記二次構造予測プログラムの上記二次構造予測結果に対する確信度を示す確信度情報を設定する確信度情報設定ステップ、

をさらに含み、

上記フラストレーシヨン計算ステップは、上記確信度情幸艮設定ステップにより設定された上記確信度情報おょぴ上記比較結果に基づいて、上記局所部分の上記フラストレーションを計算することを特徴とする請求の範囲第 4項または第 5項に記載の相互作用部位予測方法。

7 . 目的のタンパク質の一次配列情報を入力する入力ステップと、

タンパク質の一次配列情報から当該タンパク質の二次構造を予測する二次構造予測プログラムに対して上記入力ステツプにより入力された上記一次配列情報の二次構造予測シミュレーシヨンを実行させる二次構造予測プログラム実行ステップと、

上記二次構造予測プログラム実行ステップによる上記二次構造予測プログラムの二次構造予測結果を比較する予測結果比較ステップと、

上記予測結果比較ステツプによる比較結果に基づいて、上記目的のタンパク質の一次配列情報の局所部分のフラストレーションを計算するフラストレーション計算ステップと、

上記フラストレーシヨン計算ステップにより計算された上記局所部分の上記フラストレーシヨンにより上記目的のタンパク質の相互作用部位を予測する相互作用部位予測ステップと、

を含む相互作用部位予測方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

8 . 目的のタンパク質の一次配列情報を入力する入力ステップと、

タンパク質の一次配列情報から当該タンパク質の二次構造を予測する二次構造予測プログラムに対して上記入力ステップにより入力された上記一次配列情報の二次構造予測シミュレーションを実行させる二次構造予測プログラム実行上記二次構造予測プログラム実行ステップによる上記二次構造予測プロダラムの二次構造予測結果と、上記二次構造データ取得ステップにより取得した上記二次構造データとを比較する予測結果比較ステップと、

上記予測結果比較ステツプによる比較結果に基づいて、上記目的のタンパク質の一次配列情報の局所部分のフラストレーションを計算するフラストレーシヨン計算ステップと、

上記フラストレーション計算ステツプにより計算された上記局所部分の上記フラストレーションにより上記目的のタンパク質の相互作用部位を予測する相互作用部位予測ステップと、

9 . 上記二次構造予測プログラムの上記二次構造予測結果に対する確信度を示す確信度情報を設定する確信度情報設定ステツプ、

をさらに含み、

上記フラストレーシヨン計算ステップは、上記確信度情報設定ステップにより設定された上記確信度情報および上記比較結果に基づいて、上記局所部分の上記フラストレーションを計算することを特徴とする請求の範囲第 7項または第 8項に記載のプログラム。

1 0 . 上記請求の範囲第 7項〜第 9項のいずれか一つに記載されたプロダラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

1 1 . 蛋白質または生理活性ポリべプチドの電子状態を分子軌道計算によつて求めて、フロンティア軌道とその周辺軌道、および Zまたは、主鎖の重原子に局在する軌道エネルギーを特定し、当該フロンティア軌道とその周辺軌道の位置、および/または、当該軌道ヱネルギーに基づいて当該蛋白質または当該生理活性ポリぺプチドの活性部位となるァミノ酸残基を予測する活性部位予測方法。

1 2 . 目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドの構造データを取得する構造データ取得ステップと、

上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに基づいて上記蛋白質または上記生理活性ポリペプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めてフロンティァ軌道を特定するフロンティァ軌道計算ステップと、

上記フロンティア軌道と予め定めたエネルギー差になる分子軌道を当該フロンティア軌道の周辺軌道として決定する周辺軌道決定ステップと、

上記フロンティア軌道と上記周辺軌道が分布しているアミノ酸残基を活性部位の候補のアミノ酸残基として決定する候補アミノ酸残基決定ステップと、上記候補アミノ酸残基決定ステップにより決定された上記候補アミノ酸残基の中から活性部位を選択して活性部位を予測する活性部位予測ステップと、を含むことを特徴とする活性部位予測方法。

1 3 . 目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドの構造データを取得する構造データ取得ステップと、

上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに基づいて上記蛋白質または上記生理活性ポリペプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めて主鎖の重原子に局在する軌道エネルギーを特定する軌道エネルギー計算ステップと、

上記軌道エネルギー計算ステップにて特定された上記軌道エネルギーのうち予め定めた値を超える軌道エネルギーとなる分子軌道および Zまたは相対的に軌道エネルギーが高い分子軌道が分布しているアミノ酸残基を活性部位の候補のアミノ酸残基として決定する候補アミノ酸残基決定

を含むことを特徴とする活性部位予測方法。

1 4 . 目的の蛋白質または生理活性ポリぺプチドの構造データを取得する構造データ取得ステップと、

上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに基づいて上記蛋白質または上記生理活性ポリぺプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めてフロンティァ軌道を特定するフロンティァ軌道計算ステップと、

上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに基づいて上記蛋白質または上記生理活性ポリぺプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めて主鎖の重原子に局在する軌道エネルギーを特定する軌道エネルギー計算ステップと、

上記フロンティア軌道と予め定めたエネルギー差になる分子軌道を当該フロンティァ軌道の周辺軌道として決定する周辺軌道決定ステップと、

上記フロンティア軌道と上記周辺軌道が分布しているアミノ酸残基、および /または、上記軌道エネルギー計算ステップにて特定された上記軌道エネルギ一のうち予め定めた値を超える軌道エネルギーとなる分子軌道および Zまたは相対的に軌道エネルギーが高い分子軌道が分布しているアミノ酸残基を活性部位の候補のアミノ酸残基として決定する候補アミノ酸残基決定ステップと、上記候補ァミノ酸残基決定ステツプにより決定された上記候補ァミノ酸残基の中から活性部位を選択して活性部位を予測する活性部位予測ステップと、を含むことを特徴とする活性部位予測方法。

1 5 . 分子軌道計算において、以下の 3つの計算条件

1 ) 蛋白質または上記生理活性ポリぺプチドのまわりに水分子を発生させる、

2 ) 蛋白質または上記生理活性ポリべプチドの周りに連続的な誘電体を置く、 3 ) 蛋白質または上記生理活性ポリぺプチド表面の解離性ァミノ酸残基を無電荷の状態にし、内部に埋まっている解離性アミノ酸を電荷状態にする、のうち少なくとも一つの計算条件を設定する計算条件設定ステップ、をさらに含むことを特徴とする請求の範囲第 1 2項から第 1 4項のいずれか一つに記載の活性部位予測方法。

1 6 . 目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドの構造データを取得する構造データ取得手段と、

上記構造データ取得手段にて取得した上記構造データに基づいて上記蛋白質または上記生理活性ポリぺプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めてフロンティァ軌道を特定するフロンティァ軌道計算手段と、

上記フロンティア軌道と予め定めたエネルギー差になる分子軌道を当該フロンティア軌道の周辺軌道として決定する周辺軌道決定手段と、

上記フロンティア軌道と上記周辺軌道が分布しているアミノ酸残基を活性部位の候補のアミノ酸残基として決定する候補アミノ酸残基決定手段と、上記候補ァミノ酸残基決定手段により決定された上記候補ァミノ酸残基の中から活性部位を選択して活性部位を予測する活性部位予測手段と、

を備えたことを特徴とする活性部位予測装置。

1 7 . 目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドの構造データを取得する構造データ取得手段と、

上記構造データ取得手段にて取得した上記構造データに基づいて上記蛋白質または上記生理活性ポリぺプチドの電子状態を分子軌道計算によつて求めて主鎖の重原子に局在する軌道エネルギーを特定する軌道エネルギー計算手段と、上記軌道エネルギー計算手段にて特定された上記軌道エネルギーのうち予め定めた値を超える軌道エネルギーとなる分子軌道および/または相対的に軌道エネルギーが高い分子軌道が分布しているアミノ酸残基を活性部位の候補のァミノ酸残基として決定する候補ァミノ酸残基決定手段と、

を備えたことを特徴とする活性部位予測装置。

1 8 . 目的の蛋白質または生理活性ポリベプチドの構造データを取得する構造データ取得手段と、

上記構造データ取得手段にて取得した上記構造データに基づいて上記蛋白質または上記生理活性ポリぺプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めて主鎖の重原子に局在する軌道エネルギーを特定する軌道エネルギー計算手段と、上記フ口ンティア軌道と予め定めたエネルギー差になる分子軌道を当該フ口ンティア軌道の周辺軌道として決定する周辺軌道決定手段と、

上記フロンティア軌道と上記周辺軌道が分布しているアミノ酸残基、および

Zまたは、上記軌道エネルギー計算手段にて特定された上記軌道エネルギーのうち予め定めた値を超える軌道エネルギーとなる分子軌道および/または相対的に軌道エネルギーが高い分子軌道が分布しているアミノ酸残基を活性部位の候補のァミノ酸残基として決定する候補ァミノ酸残基決定手段と、

上記候補ァミノ酸残基決定手段により決定された上記候補ァミノ酸残基の中力ら活性部位を選択して活性部位を予測する活性部位予測手段と、

を備えたことを特徴とする活性部位予測装置。

1 9 . 分子軌道計算において、以下の 3つの計算条件

1 ) 蛋白質または上記生理活性ポリペプチドのまわりに水分子を発生させる、

2 ) 蛋白質または上記生理活性ポリぺプチドの周りに連続的な誘電体を置く、

3 ) 蛋白質または上記生理活性ポリべプチド表面の解離性アミノ酸残基を無電荷の状態にし、内部に埋まっている解離性アミノ酸を電荷状態にする、のうち少なくとも一つの計算条件を設定する計算条件設定手段、

をさらに備えることを特徴とする請求の範囲第 1 6項から第 1 8項のいずれか一つに記載の活性部位予測装置。

2 0 . 目的の蛋白質または生理活性ポリべプチドの構造データを取得する構造データ取得ステツプと、

上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに基づいて上記蛋白質または上記生理活性ポリぺプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めてフロンティァ軌道を特定するフロンティァ軌道計算ステツプと、

上記フロンティァ軌道と上記周辺軌道が分布しているァミノ酸残基を活性部位の候補のアミノ酸残基として決定する候捕アミノ酸残基決定ステップと、上記候補ァミノ酸残基決定ステツプにより決定された上記候補ァミノ酸残基の中から活性部位を選択して活性部位を予測する活性部位予測ステップと、を含む活性部位予測方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

2 1 . 目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドの構造データを取得する構造データ取得ステップと、

上記 ϊ ^道エネルギー計算ステップにて特定された上記軌道エネルギーのうち予め定めた値を超える軌道エネルギーとなる分子軌道およぴ zまたは相対的に軌道エネルギーが高い分子軌道が分布しているアミノ酸残基を活性部位の候補のアミノ酸残基として決定する候補アミノ酸残基決定ステップと、

を含む活性部位予測方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

2 2 . 目的の蛋白質または生理活性ポリべプチドの構造データを取得する構造データ取得ステップと、

上記構造データ取得ステヅプにて取得した上記構造データに基づいて上記蛋白質または上記生理活性ポリぺプチドの電子状態を分子軌道計算によって求めて主鎖の重原子に局在する軌道エネルギーを特定する軌道エネルギー計算ステップと、

/または、上記軌道エネルギー計算ステップにて特定された上記軌道エネルギ一のうち予め定めた値を超える軌道エネルギーとなる分子軌道および/または相対的に軌道エネルギーが高い分子軌道が分布しているアミノ酸残基を活性部位の候補のアミノ酸残基として決定する候補アミノ酸残基決定ステップと、上記候補ァミノ酸残基決定ステツプにより決定された上記候補ァミノ酸残基の中から活性部位を選択して活性部位を予測する活性部位予測ステップと、を含む活性部位予測方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。 '

2 3 . 分子軌道計算において、以下の 3つの計算条件

1 ) 蛋白質または上記生理活性ポリべプチドのまわりに水分子を発生させる、

2 ) 蛋白質または上記生理活性ポリぺプチドの周りに連続的な誘電体を置く、 3 ) 蛋白質または上記生理活性ポリぺプチド表面の解離性ァミノ酸残基を無電荷の状態にし、内部に埋まっている解離性アミノ酸を電荷状態にする、のうち少なくとも一つの計算条件を設定する計算条件設定」をさらに含む活性部位予測方法をコンピュータに実行させることを特徴とする請求の範囲第 2 0項から第 2 2項のいずれか一つに記載のプログラム。

2 4 . 上記請求の範囲第 2 0項から第 2 3項のいずれか一つに記載されたプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

2 5 . 相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および Zまたは複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する構造データ取得手段と、

上記構造データ取得手段にて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するァミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定する疎水面特定手段と、

上記構造データ取得手段にて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する静電相互作用部位特定手段と、

上記疎水面特定手段にて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定手段にて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記ァミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する相互作用部位特定手段と、

を備えたことを特徴とするタンパク質相互作用情報処理装置。

2 6 . 上記構造データ取得手段にて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するァミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する溶媒接触面特定手段、

をさらに備え、

上記相互作用部位特定手段は、上記溶媒接触面特定手段にて特定された上記溶媒接触面、上記疎水面特定手段にて特定された上記疎水性相互作用エネルギ一、および、上記静電相互作用部位特定手段にて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記ァミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定することを特徴とする請求の範囲第 2 5項に記載のタンパク質相互作用情報処理装置。

2 7 . 上記相互作用部位特定手段にて特定された上記相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する候補タンパク質検索手段、

をさらに備え、

上記候捕タンパク質検索手段にて検索された上記候補タンパク質について、上記相手側の一次配列の部分が上記候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認することを特徴とする請求の範囲第 2 5項または第 2 6項に記載のタンパク質相互作用情報処理装置。

2 8 . 相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および Zまたは複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する構造データ取得ステップと、

上記構造データ取得ステツプにて取得した上記構造データに従つて、上記一次構造データを構成するァミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定する竦水面特定ステップと、

上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に静電相互作用エネルギーを特定する静電相互作用部位特定ステツプと、

上記疎水面特定ステップにて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定ステップにて特定された上記静電相互作用ェネルギーに基づいて不安定性の高い上記ァミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する相互作用部位特定ステップと、を含むことを特徴とするタンパク質相互作用情報処理方法。

2 9 . 上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するァミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する溶媒接触面特定ステップ、

をさらに含み、

上記相互作用部位特定ステップは、上記溶媒接触面特定ステップにて特定きれた上記溶媒接触面、上記疎水面特定ステップにて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定ステップにて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記ァミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定することを特徴とする請求の範囲第 2 8項に記載のタンパク質相互作用情報処理方法。

3 0 . 上記相互作用部位特定ステップにて特定された上記相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する候補タンパク質検索ステップ、

をさらに含み、

上記候補タンパク質検索ステップにて検索された上記候捕タンパク質について、上記相手側の一次配列の部分が上記候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認することを特徴とする請求の範囲第 2 8項または第 2 9項に記載のタンパク質相互作用情報処理方法。

3 1 . 相互作用する複数のタンパク質の一次構造データと単体時および/または複合体形成時の立体構造データとを含む構造データを取得する構造データ取得ステップと、

上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に疎水性相互作用エネルギーを特定する疎水面特定ステップと、

上記疎水面特定ステップにて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定ステップにて特定された上記静電相互作用ェネルギーに基づいて不安定性の高い上記ァミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定する相互作用部位特定ステップと、

を含むタンパク質相互作用情報処理方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

3 2 . 上記構造データ取得ステップにて取得した上記構造データに従って、上記一次構造データを構成するアミノ酸残基毎に溶媒接触面を特定する溶媒接触面特定ステップ、

をさらに含み、

上記相互作用部位特定ステップは、上記溶媒接触面特定ステップにて特定された上記溶媒接触面、上記疎水面特定ステツプにて特定された上記疎水性相互作用エネルギー、および、上記静電相互作用部位特定ステップにて特定された上記静電相互作用エネルギーに基づいて不安定性の高い上記アミノ酸残基の部位を特定することにより相互作用部位を特定することを特徴とする請求の範囲第 3 1項に記載のプログラム。

3 3 . 上記相互作用部位特定ステップにて特定された上記相互作用部位について、相互作用する相手側の一次配列を特定し、当該一次配列を含む一次構造を持つ候補タンパク質を検索する候補タンパク質検索ステップ、

をさらに含み、

上記候補タンパク質検索ステップにて検索された上記候補タンパク質について、上記相手側の一次配列の部分が上記候補タンパク質の相互作用部位として特定されるか否かを確認することを特徴とする請求の範囲第 3 1項または第 3 2項に記載のプログラム。

3 4 . 上記請求の範囲第 3 1項から第 3 3項のいずれか一つに記載されたプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

3 5 . 蛋白質または生理活性ポリペプチドのアミノ酸配列データから当該蛋白質または生理活性ポリべプチドの立体構造における各アミノ酸残基間の空間上の距離データを求め、当該距離データと各アミノ酸の電荷に従って静電的に不安定なァミノ酸残基を特定することにより結合部位を予測することを特徴とする結合部位予測方法。

3 6 . 目的の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列データを取得するァミノ酸配列データ取得ステツプと、

上記ァミノ酸配列データ取得ステツプにより取得されたァミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基の間の空間上の距離を決定する空間距離決定ステツプと、

上記アミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基が持つ電荷を決定する電荷決定ステップと、

上記空間距離決定ステップにより決定された各アミノ酸残基間の空間上の距離と、上記電荷決定ステップにより決定された各ァミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各アミノ酸残基のエネルギーを計算するエネルギー計算ステップと、上記エネルギー計算ステップにより計算された上記エネルギーに従って、結合部位となる候補アミノ酸残基を決定する候補アミノ酸残基決定ステップと、を含むことを特徴とする結合部位予測方法。

3 7 . 目的の複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列データを取得するァミノ酸配列データ取得ステツプと、

上記目的の複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドの結合した複合体の立体構造情報を生成する複合体構造生成ステップと、

上記ァミノ酸配列データ取得ステツプにより取得された複数のァミノ酸配列データに含まれる各ァミノ酸残基の間の空間上の距離を、上記複合体構造生成ステップにより生成した上記複合体の立体構造情報に従って決定する空間距離決定ステップと、

上記複数のアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基が持つ電荷を決定する電荷決定ステップと、

上記空間距離決定ステップにより決定された各アミノ酸残基間の空間上の距離と、上記電荷決定ステップにより決定された各アミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各アミノ酸残基のエネルギーを計算するエネルギー計算ステップと、上記複合体構造生成ステップにより上記複合体について結合部位を変えて上記複合体の立体構造情報を生成し、上記エネルギー計算ステップにより各アミノ酸残基のエネルギーを計算し、当該エネルギーの総和が最小となる結合部位を求めるエネルギー最小化ステップと、

上記エネルギー最小化ステップによりエネルギーの総和が最小となる結合部位を、結合部位の候補ァミノ酸残基として決定する候補ァミノ酸残基決定ステップと、

を含むことを特徴とする結合部位予測方法。

3 8 . 目的の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列データと、結合候補となる 1つまたは複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列データとを取得するァミノ酸配列データ取得ステツプと、

上記目的の蛋白質または生理活性ポリぺプチドと、上記結合候補となる蛋白質または生理活性ポリべプチドとが結合した複合体の立体構造情報を生成する複合体構造生成ステツプと、

上記ァミノ酸配列データ取得ステツプにより取得された目的のァミノ酸配列データと結合候補のアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基の間の空間上の距離を、上記複合体構造生成ステップにより生成した上記複合体の立体構造情報に従って決定する空間距離決定ステップと、

上記目的のァミノ酸配列データと上記結合候補のァミノ酸配列データに含まれる各ァミノ酸残基が持つ電荷を決定する電荷決定ステツプと、

上記空間距離決定ステップにより決定された各アミノ酸残基間の空間上の距離と、上記電荷決定ステツプにより決定された各ァミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各アミノ酸残基のエネルギーを計算するエネルギー計算ステップと、上記複合体構造生成ステップにより上記複合体について結合部位を変えて上記複合体の立体構造情報を生成し、上記エネルギー計算ステップにより各アミノ酸残基のエネルギーを計算し、当該エネルギーの総和が最小となる結合部位を求めるエネノレギー最小化ステップと、

全ての結合候補について上記エネルギー最小化ステップを実行した結果、上記エネルギーの総和が最小となる結合部位をもつ結合候補を決定する結合候補決定ステップと、

を含むことを特徴とする結合部位予測方法。

3 9 . 目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドのアミノ酸配列データを取得するァミノ酸配列データ取得手段と、

上記アミノ酸配列データ取得手段により取得されたアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基の間の空間上の距離を決定する空間距離決定手段と、上記アミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基が持つ電荷を決定する電荷決定手段と、

上記空間距離決定手段により決定された各アミノ酸残基間の空間上の距離と、上記電荷決定手段により決定された各アミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各ァミノ酸残基のエネルギーを計算するエネルギー計算手段と、上記エネルギー計算手段により計算された上記エネルギーに従つて、結合部位となる候補ァミノ酸残基を決定する候補ァミノ酸残基決定手段と、

を備えたことを特徴とする結合部位予測装置。

4 0 . 目的の複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ貪配列データを取得するァミノ酸配列データ取得手段と、

上記目的の複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドの結合した複合体の立体構造情報を生成する複合体構造生成手段と、

上記ァミノ酸配列データ取得手段により取得された複数のァミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基の間の空間上の距離を、上記複合体構造生成手段により生成した上記複合体の立体構造情報に従って決定する空間距離決定手段と、

上記複数のアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基が持つ電荷を決定する電荷決定手段と、

上記空間距離決定手段により決定された各アミノ酸残基間の空間上の距離と、上記電荷決定手段により決定された各ァミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各アミノ酸残基のエネルギーを計算するエネルギー計算手段と、

上記複合体構造生成手段により上記複合体について結合部位を変えて上記複合体の立体構造情報を生成し、上記エネルギー計算手段により各ァミノ酸残基のエネルギーを計算し、当該エネルギーの総和が最小となる結合部位を求めるエネルギー最小化手段と、

上記エネルギー最小化手段によりエネルギーの総和が最小となる結合部位を、結合部位の候補アミノ酸残基として決定する候補アミノ酸残基決定手段と、を備えたことを特徴とする結合部位予測装置。

4 1 . 目的の蛋白質または生理活性ポリペプチドのァミノ酸配列データと、結合候補となる 1つまたは複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列データとを取得するァミノ酸配列データ取得手段と、

上記目的の蛋白質または生理活性ポリぺプチドと、上記結合候補となる蛋白質または生理活性ポリぺプチドとが結合した複合体の立体構造情報を生成する複合体構造生成手段と、

上記アミノ酸配列データ取得手段により取得された目的のアミノ酸配列データと結合候補のアミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基の間の空間上の距離を、上記複合体構造生成手段により生成した上記複合体の立体構造情報に従つて決定する空間距離決定手段と、

上記目的のァミノ酸配列データと上記結合候補のァミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基が持つ電荷を決定する電荷決定手段と、

上記空間距離決定手段により決定された各アミノ酸残基間の空間上の距離と、上記電荷決定手段により決定された各アミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各アミノ酸残基のエネ^^ギーを計算するエネルギー計算手段と、

上記複合体構造生成手段により上記複合体について結合部位を変えて上記複合体の立体構造情報を生成し、上記エネルギー計算手段により各アミノ酸残基のエネルギーを計算し、当該エネルギーの総和が最小となる結合部位を求めるエネルギー最小化手段と、

全ての結合候補について上記エネルギー最小化手段を実行した結果、上記ェネルギ一の総和が最小となる結合部位をもつ結合候補を決定する結合候補決定手段と、

を備えたことを特徴とする結合部位予測装置。

4 2 . 目的の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列データを取得するァミノ酸配列データ取得ステツプと、

上記空間距離決定ステップにより決定された各アミノ酸残基間の空間上の距離と、上記電荷決定ステツプにより決定された各ァミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各アミノ酸残基のエネルギーを計算するエネルギー計算ステップと、上記エネルギー計算ステップにより計算された上記エネルギーに従って、結合部位となる候補ァミノ酸残基を決定する候補ァミノ酸残基決定ステツプと、を含む結合部位予測方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

4 3 . 目的の複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列データを取得するァミノ酸配列データ取得ステツプと、

上記目的の複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドの結合した複合体の立体構造情報を生成する複合体構造生成ステツプと、

上記アミノ酸配列データ取得ステツプにより取得された複数のァミノ酸配列データに含まれる各アミノ酸残基の間の空間上の距離を、上記複合体構造生成ステップにより生成した上記複合体の立体構造情報に従って決定する空間距離決定ステップと、

上記空間距離決定ステップにより決定された各アミノ酸残基間の空間上の距離と、上記電荷決定ステツプにより決定された各ァミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各アミノ酸残基のエネルギーを計算するエネルギー計算ステップと、上記複合体構造生成ステップにより上記複合体について結合部位を変えて上記複合体の立体構造情報を生成し、上記エネルギー計算ステップにより各アミノ酸残基のエネルギーを計算し、当該エネルギーの総和が最小となる結合部位を求めるエネルギー最小化ステップと、

上記エネルギー最小化ステップによりエネルギーの総和が最小となる結合部位を、結合部位の候補アミノ酸残基として決定する候補アミノ酸残基決定ステップと、

を含む結合部位予測方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

4 4 . 目的の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列データと、結合候補となる 1つまたは複数の蛋白質または生理活性ポリぺプチドのァミノ酸配列データとを取得するァミノ酸配列データ取得ステップと、

上記目的の蛋白質または生理活性ポリぺプチドと、上記結合候補となる蛋白質または生理活性ポリぺプチドとが結合した複合体の立体構造情報を生成する複合体構造生成ステップと、

上記ァミノ酸配列データ取得ステツプにより取得された目的のァミノ酸配列データと結合候補のァミノ酸配列データに含まれる各ァミノ酸残基の間の空間上の距離を、上記複合体構造生成ステップにより生成した上記複合体の立体構造情報に従って決定する空間距離決定ステップと、

上記目的のァミノ酸配列データと上記結合候補のァミノ酸配列データに含まれる各ァミノ酸残基が持つ電荷を決定する電荷決定ステップと、

上記空間距離決定ステップにより決定された各ァミノ酸残基間の空間上の距離と、上記電荷決定ステップにより決定された各ァミノ酸残基が持つ電荷とに従って、各アミノ酸残基のエネルギーを計算するエネルギー計算ステップと、上記複合体構造生成ステップにより上記複合体について結合部位を変えて上記複合体の立体構造情報を生成し、上記エネルギー計算ステップにより各アミノ酸残基のエネルギーを計算し、当該エネルギーの総和が最小となる結合部位を求めるエネルギー最小化ステップと、

4 5 . 上記請求の範囲第 4 2項から第 4 4項のいずれか一つに記載されたプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

4 6 . タンパク質の座標データを取得する座標データ取得手段と、

上記タンパク質の座標データについて、特定のァミノ酸残基から所定の距離内に含まれる近傍アミノ酸残基群の座標を抽出する近傍アミノ酸残基群抽出手段と、

上記近傍ァミノ酸残基群の切り口の部分にキヤップ用置換基を付加するキヤップ付加手段と、

上記キヤップ付加手段により上記キヤップ用置換基が付加された上記近傍ァミノ酸残基群の全体の電荷を計算する電荷計算手段と、

上記キヤップ付加手段により上記キヤップ用置換基が付加された上記近傍ァミノ酸残基群について、上記電荷計算手段により計算された上記電荷を用いて上記特定のァミノ酸残基の原子座標について構造最適化を実行する構造最適化手段と、

上記構造最適化手段にて最適化された上記原子座標を、上記タンパク質の座標データ上の対応する原子座標と置換する原子座標置換手段と、

を備えたことを特徴とするタンパク質構造最適化装置。

4 7 . 上記キャップ用置換基は、水素原子（H) またはメチル基 ( C H₃) であること、 '

を特徴とする請求の範囲第 4 6項に記載のタンパク質構造最適化装置。

48 · 上記近傍ァミノ酸残基群抽出手段は、

抽出した上記近傍アミノ酸残基群の中にシスティン（CYS) が含まれている場合には、当該システィン (CYS) とジスルフィド結合をしておりかつ上記近傍アミノ酸残基群には含まれない別のシスティン（CYS) が存在しているか判定し、当該別のシスティン（CYS) が存在する場合には当該別のシスティン（CYS) も近傍アミノ酸残基群に加えること、

を特徴とする請求の範囲第 46項または第 47項に記載のタンパク質構造最適化装置。

49. タンパク質の座標データを取得する座標データ取得ステップと、上記タンパク質の座標データについて、特定のアミノ酸残基から所定の距離内に含まれる近傍アミノ酸残基群の座標を抽出する近傍アミノ酸残基群抽出ステツプと、

上記近傍ァミノ酸残基群の切り口の部分にキヤップ用置換基を付加するキヤップ付加ステップと、

上記キヤップ付加ステップにより上記キヤップ用置換基が付加された上記近傍ァミノ酸残基群の全体の電荷を計算する電荷計算ステップと、

上記キヤップ付加ステップにより上記キヤップ用置換基が付加された上記近傍アミノ酸残基群について、上曾己電荷計算ステップにより計算された上記電荷を用いて上記特定のアミノ酸残基の原子座標について構造最適化を実行する構造最適化ステップと、

上記構造最適化ステツプにて最適化された上記原子座標を、上記タンパク質の座標データ上の対応する原子座標と置換する原子座標置換ステツプと、を含むことを特徴とするタンパク質構造最適化方法。

50. 上記キャップ用置換基は、水素原子（H) またはメチル基 (CH₃) であること、

を特徴とする請求の範囲第 49項に記載のタンパク質構造最適化方法。

5 1. 上記近傍ァミノ酸残基群抽出ステップは、

抽出した上記近傍アミノ酸残基群の中にシスティン（CYS) が含まれている場合には、当該システィン (CYS) とジスルフイド結合をしておりかつ上記近傍アミノ酸残基群には含まれない別のシスティン（CYS) が存在しているか判定し、当該別のシスティン（CYS) が存在する場合には当該別のシスティン（CYS) も近傍アミノ酸残基群に加えること、

を特徴とする請求の範囲第 49項または第 50項に記載のタンパク質構造最適化方法。

52. タンパク質の座標データを取得する座標データ'取得ステツプと、上記タンパク質の座標データについて、特定のアミノ酸残基から所定の距離内に含まれる近傍アミノ酸残基群の座標を抽出する近傍アミノ酸残基群抽出ス上記近傍ァミノ酸残基群の切り口の部分にキヤップ用置換基を付加するキヤップ付加ステップと、

上記キヤップ付加ステップにより上記キヤップ用置換基が付加された上記近傍ァミノ酸残基群の全体の電荷を計算する電荷計算ステツプと、

上記キヤップ付加ステップにより上記キヤップ用置換基が付加された上記近傍ァミノ酸残基群について、上記電荷計算ステップにより計算された上記電荷を用いて上記特定のァミノ酸残基の原子座標について構造最適化を実行する構造最適化ステップと、

上記構造最適化ステップにて最適化された上記原子座標を、上記タンパク質の座標データ上の対応する原子座標と置換する原子座標置換を含むタンパク質構造最適化方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

53. 上記キャップ用置換基は、水素原子（H) またはメチル基 (CH₃) であること、

を特徴とする請求の範囲第 52項に記載のプログラム。

54. 上記近傍ァミノ酸残基群抽出ステツプは、

抽出した上記近傍アミノ酸残基群の中にシスティン（CYS) が含まれている場合には、当該システィン (CYS) とジスノレフィド結合をしておりかつ上記近傍アミノ酸残基群には含まれない別のシスティン（CYS) が存在しているか判定し、当該別のシスティン (CYS) が存在する場合には当該別のシスティン（CYS) も近傍アミノ酸残基群に加えること、

を特徴とする請求の範囲第 52項または第 53項に記載のプログラム。

55. 上記請求の範囲第 52項から 54項のいずれか一つに記載されたプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。