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1 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号 2013 年 7 31 発

2 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号 2013 年 7 31 発 CBI 学 会

3 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 次 (1) 学 会 誌 の 発 刊 に 寄 せて 中 博 (CBI 学 会 会 東 京 医 科 科 学 教 授 難 治 疾 患 研 究 所 ゲノム 応 医 学 部 命 情 報 学 分 野 ) 1 (2) 各 種 委 員 会 報 告 2 (3) 講 演 会 報 告 予 告 12 (4) 論 メタボローム 解 析 を いた 線 の 塩 による 寿 命 短 縮 の 解 明 川 合 涼 貴 星 川 桃 佐 藤 瞳 浅 野 悟 知 和 裕 美 冨 勝 19 フラグメント 分 軌 道 法 によるインフルエンザウイルス 表 タンパク 質 の 規 模 量 化 学 計 算 福 澤 薫 望 祐 志 中 野 達 也 中 成 典 25 Structure-based drug design を 指 向 した 新 規 フラグメント 分 割 法 に 基 づく 4 体 補 正 フラグメント 分 軌 道 (FMO4) 計 算 渡 邉 千 鶴 福 澤 薫 沖 佳 望 祐 志 塚 本 貴 志 加 藤 昭 史 中 成 典 中 野 達 也 32 Cartesian Gaussian の 積 分 の 初 期 積 分 の 計 算 中 野 達 也 下 勝 美 沖 佳 瀬 川 勝 智 望 祐 志 42

4 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 学 会 誌 の 発 刊 に 寄 せて CBI 学 会 会 中 博 東 京 医 科 科 学 教 授 難 治 疾 患 研 究 所 ゲノム 応 医 学 部 命 情 報 学 分 野 CBI 学 会 も 研 究 会 として 発 してから 早 や 30 余 年 学 会 化 してからも すでに 10 余 年 の 々が 経 つ この 間 命 医 学 薬 学 を 取 り 巻 く 情 報 計 算 学 の 進 展 は 覚 しく その 動 向 に 対 応 すべく 本 学 会 も 去 年 は 法 化 を い 名 実 ともに 化 学 ( 薬 学 ) 物 学 情 報 計 算 学 という3つの 学 問 分 野 にまたがる 先 端 的 な 研 究 開 発 の 基 盤 構 築 を 志 向 する 学 会 としての 体 制 を 整 えてきた このように 着 実 に 発 展 している 本 学 会 であるが 学 会 を 取 り 巻 く 諸 般 の 情 報 を 会 員 に 提 供 し また 会 員 間 の 情 報 発 信 の 場 としての 役 割 を 担 う 学 会 誌 なる 媒 体 をこれまで 有 していなかった もちろん 本 学 会 の 定 期 刊 物 としては 2001 年 創 刊 の 論 発 表 のためのオンラインジャーナルである 英 季 刊 雑 誌 CBIJournal が 存 在 し 論 誌 としての 実 績 を 積 みつつある しかし 論 掲 載 誌 だけでは CBI 学 会 が 関 連 する 分 野 に 関 して 時 期 を 捉 えた 情 報 を 総 合 的 に 会 員 に 提 供 し また 会 員 間 で 情 報 を 交 換 するのに 不 分 である これまでも 和 誌 などの 刊 も ってきたが 今 回 はこれを 新 して 和 論 掲 載 だけ に 限 らず 定 期 講 演 会 の 情 報 を 始 め 新 しく 進 展 している 分 野 の 総 説 や 収 録 する 価 値 の い 資 料 なども 広 く 掲 載 することを 指 し また 会 員 相 互 の 情 報 交 換 の 場 としても 利 できるオンライン 媒 体 として CBI 学 会 誌 を 創 刊 することになった 近 年 次 世 代 シーケンサなど 様 々な 先 端 命 技 術 のイノベーションが 相 続 き 計 算 化 学 やバイオインフォ マティックス 分 野 を 始 め 命 医 学 薬 学 に 関 連 する 情 報 計 算 学 の 進 展 は 急 速 で また い 関 をもって 注 されている CBI 学 会 がこれら 分 野 の 先 端 を 切 り 拓 いていく 役 割 を 継 続 して 担 っていくために 本 学 会 誌 の 創 刊 が 貢 献 できれば 幸 いである

5 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 各 種 委 員 会 報 告 創 薬 研 究 会 運 営 委 員 会 第 1 回 創 薬 研 究 会 ( 拡 ) 運 営 委 員 会 時 : 2012 年 5 11 ( )10:00-12:30 場 所 : 東 京 学 上 会 館 001 会 議 室 ( 東 京 都 京 区 本 郷 ) 出 席 者 ( 敬 称 略 ): 川 誠 ( 産 化 学 ) 上 林 正 ( 市 電 情 報 網 ) 江 晃 史 (CTCLS) 川 和 史 ( 持 製 薬 ) 岡 部 隆 義 ( 東 京 学 ) 晃 司 ( 正 製 薬 ) 倉 晋 ( 第 三 共 ) 狩 野 敦 ( 菱 化 システム) 上 村 みどり( 帝 ファーマ) 河 合 隆 利 (エーザイ) 明 彦 ( 東 京 業 学 ) 佐 藤 秀 (オープンアイ) 嶋 根 みゆき( 中 外 製 薬 ) 砂 真 志 ( 辺 三 菱 製 薬 ) 上 宇 乃 ( 味 の 素 ) 淳 ( 鵬 薬 品 業 ) 多 幸 雄 ( 東 京 学 ) 村 隆 次 ( 東 レ) 中 嶋 久 ( 興 和 ) 堀 内 正 ( 慶 應 義 塾 学 ) 松 本 俊 ( 富 通 ) 緑 川 淳 (ワールドフュージョン) 澤 陽 ( 事 務 局 ) 深 川 正 夫 (アステラス 製 薬 オブザーバー 出 席 ) 資 料 : (1) 今 後 の 運 営 体 制 について (2) 定 款 ( 横 浜 市 提 出 版 ) (3) 細 則 (4) 研 究 会 細 則 (5) 法 会 員 会 約 款 法 会 員 会 申 込 書 ( 案 )および 法 登 録 個 会 員 リスト 表 議 事 : (1) NPO 法 化 後 の 運 営 体 制 について (2) 定 款 細 則 研 究 会 細 則 法 会 員 会 約 款 について ( 資 料 (2),(3),(4),(5)) (3) 法 登 録 個 会 員 の 数 および 特 典 について (4) NPO 法 の 正 会 員 について (5) 理 事 の 選 出 法 会 の 選 出 法 に 関 する 事 務 局 案 の 説 明 (6) 事 業 の 仕 分 け 資 の 処 分 法 に 関 する 事 務 局 案 の 説 明 第 2 回 創 薬 研 究 会 運 営 委 員 会 時 : 2012 年 7 2 ( )10:00-12:30 場 所 : 東 京 学 上 会 館 001 会 議 室 ( 東 京 都 京 区 本 郷 ) 出 席 者 ( 敬 称 略 ): 川 誠 ( 産 化 学 ) 川 和 史 ( 持 製 薬 ) 元 和 之 ( 野 薬 品 ) 岡 部 隆 義 ( 東 京 学 ) 晃 司 ( 正 製 薬 ) 倉 晋 ( 第 三 共 ) 狩 野 敦 ( 菱 化 システム) 上 村 みどり( 帝 ファーマ) 河 合 隆 利 (エーザイ) 明 彦 ( 東 京 業 学 ) 嶋 根 みゆき( 中 外 製 薬 ) 砂 真 志 ( 辺 三 菱 製 薬 ) 上 宇 乃 ( 味 の 素 ) 淳 ( 鵬 薬 品 業 ) 多 幸 雄 ( 東 京 学 ) 中 博 ( 東 京 医 科 科 学 ) 中 嶋 久 ( 興 和 ) 堀 内 正 ( 慶 應 義 塾 学 ) 辺 英 史 (インフォコム) 澤 陽 ( 事 務 局 )

6 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 資 料 :(1) 情 報 計 算 化 学 物 学 会 収 報 告 書 (2) 情 報 計 算 化 学 物 学 会 法 賛 助 組 合 収 報 告 書 (3) 貸 借 対 照 表 (4) 監 査 報 告 書 2 件 (5) 任 意 団 体 CBI 学 会 理 事 会 議 事 録 (6) 特 定 営 利 活 動 法 情 報 計 算 化 学 物 学 会 理 事 会 議 事 録 (7) CBI 学 会 創 薬 研 究 会 の 運 営 針 について 議 題 :(1) 2011 年 度 情 報 計 算 化 学 物 学 会 決 算 報 告 (2) 任 意 団 体 CBI 学 会 理 事 会 での 討 議 事 項 の 報 告 (3) CBI 創 薬 研 究 会 運 営 針 について (4) 講 演 会 企 画 についてグループ 討 議 第 3 回 創 薬 研 究 会 運 営 委 員 会 時 : 2012 年 9 14 ( )10:00-12:30 場 所 : 東 京 学 上 会 館 001 会 議 室 ( 東 京 都 京 区 本 郷 ) 出 席 者 ( 敬 称 略 ): 川 誠 ( 産 化 学 ) 江 晃 史 (CTCLS) 川 和 史 ( 持 製 薬 ) 崎 稔 ( 野 薬 品 ) 晃 司 ( 正 製 薬 ) 倉 晋 ( 第 三 共 ) 狩 野 敦 ( 菱 化 システム) 上 村 みどり( 帝 ファーマ) 砂 真 志 ( 辺 三 菱 製 薬 ) 岡 雄 司 (アクセルリス) 上 宇 乃 ( 味 の 素 ) 淳 ( 鵬 薬 品 業 ) 多 幸 雄 ( 東 京 学 ) 村 隆 次 ( 東 レ) 中 嶋 久 ( 興 和 ) 堀 内 正 ( 慶 應 義 塾 学 ) 松 本 俊 ( 富 通 ) 辺 英 史 (インフォコム) 澤 陽 ( 事 務 局 ) 野 哲 雄 ( 東 京 学 オブザーバー 出 席 ) 佐 川 亜 (エルゼビア ジャパン オブザーバー 出 席 ) 資 料 :(1) 会 プログラム (2) 第 3 回 CBI 学 会 FMO 研 究 会 案 内 (3) 講 演 会 企 画 進 捗 状 況 について (4) 新 グループ 分 け 案 議 題 :(1) 会 進 捗 状 況 に 関 する 報 告 (2) 講 演 会 企 画 進 捗 状 況 について (3) 企 画 グループの 再 編 時 期 に 関 する 提 案 第 4 回 創 薬 研 究 会 運 営 委 員 会 時 : 2013 年 1 22 ( )10:00-12:30 場 所 : 東 京 学 上 会 館 001 会 議 室 ( 東 京 都 京 区 本 郷 ) 出 席 者 ( 敬 称 略 ): 川 誠 ( 産 化 学 ) 江 晃 史 (CTCLS) 元 和 之 ( 野 薬 品 ) 岡 部 隆 義 ( 東 京 学 ) 晃 司 ( 正 製 薬 ) 倉 晋 ( 第 三 共 ) 上 村 みどり( 帝 ファーマ) 明 彦 ( 東 京 業 学 ) 佐 藤 秀 (オープンアイ) 嶋 根 みゆき( 中 外 製 薬 ) 橋 敏 ( 味 の 素 ) 岡 雄 司 (アクセルリス) 淳 ( 鵬 薬 品 業 ) 多 幸 雄 ( 東 京 学 ) 村 隆 次 ( 東 レ) 中 嶋 久 ( 興 和 ) 堀 内 正 ( 慶 應 義 塾 学 ) 間 俊 ( 東 京 薬 科 学 ) 緑 川 淳 (ワー ルドフュージョン) 塚 優 ( 事 務 局 ) 町 規 ( 事 務 局 ) 資 料 :(1) 講 演 会 企 画 進 捗 状 況 について (2) 会 プログラム 暫 定 版 議 題 :(1) 講 演 会 企 画 進 捗 状 況 について (2) 2013 会 の 準 備 状 況 について (3) 懇 親 会 の 開 催 について( )

7 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 第 5 回 創 薬 研 究 会 運 営 委 員 会 時 : 2013 年 3 14 ( )10:00-12:30 場 所 : 東 京 学 上 会 館 001 会 議 室 ( 東 京 都 京 区 本 郷 ) 出 席 者 ( 敬 称 略 ): 川 誠 ( 産 化 学 ) 元 和 之 ( 野 薬 品 ) 岡 部 隆 義 ( 東 京 学 ) 晃 司 ( 正 製 薬 ) 倉 晋 ( 第 三 共 ) 上 村 みどり( 帝 ファーマ) 明 彦 ( 東 京 業 学 ) 嶋 根 みゆき( 中 外 製 薬 ) 岡 雄 司 (アク セルリス) 上 宇 乃 ( 味 の 素 ) 多 幸 雄 ( 東 京 学 ) 中 博 ( 東 京 医 科 科 学 ) 村 隆 次 ( 東 レ) 中 嶋 久 ( 興 和 ) 堀 内 正 ( 慶 應 義 塾 学 ) 松 本 俊 ( 富 通 ) 間 俊 ( 東 京 薬 科 学 ) 辺 英 史 (インフォコム) 塚 優 ( 事 務 局 ) 町 規 ( 事 務 局 ) 資 料 :(1) NPO 情 報 計 算 化 学 物 学 会 総 会 資 料 (2) 2013 会 準 備 状 況 議 題 :(1) NPO 情 報 計 算 化 学 物 学 会 総 会 資 料 に 関 する 説 明 (2) 各 講 演 会 企 画 進 捗 状 況 について (3) 連 合 会 に 関 する 進 捗 報 告 第 6 回 創 薬 研 究 会 運 営 委 員 会 時 : 2013 年 5 10 ( )10:00-12:30 場 所 : 東 京 学 上 会 館 001 会 議 室 ( 東 京 都 京 区 本 郷 ) 出 席 者 ( 敬 称 略 ): 川 誠 ( 産 化 学 ) 晃 司 ( 正 製 薬 ) 倉 晋 ( 第 三 共 ) 狩 野 敦 ( 菱 化 システム) 上 村 みどり ( 帝 ファーマ) 明 彦 ( 東 京 業 学 ) 砂 真 志 ( 辺 三 菱 製 薬 ) 岡 雄 司 (アクセルリス) 居 雅 法 ( 杏 林 製 薬 ) 中 博 ( 東 京 医 科 科 学 ) 中 嶋 久 ( 興 和 ) 服 部 成 ( 塩 野 義 製 薬 ) 松 本 俊 ( 富 通 ) 緑 川 淳 (ワー ルドフュージョン) 塚 優 ( 事 務 局 ) 資 料 :(1) 第 1 回 評 議 員 会 議 事 録 (2) 講 演 会 企 画 進 捗 状 況 について 議 題 :(1) 評 議 員 会 の 報 告 (2) 各 講 演 会 企 画 進 捗 状 況 について (3) 今 後 の 講 演 会 企 画 について 新 グループにて 討 議 (4) 主 査 の 変 更 堀 内 正 先 退 任 新 主 査 倉 晋 ( 第 三 共 ) (5) 退 会 会 員 (2 社 )の 報 告 (6) 新 規 加 会 員 の 報 告 ( 杏 林 製 薬 ( 居 雅 法 ) みずほ 情 報 総 研 ( 福 澤 薫 ))

8 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 関 部 会 第 1 回 関 部 会 運 営 委 員 会 時 :2012 年 7 14 ( )15:00-17:00 場 所 : 都 市 活 研 究 所 会 議 室 出 席 者 : 中 成 典 ( 神 学 ) 坂 恒 昭 ( 阪 学 ) 明 彦 ( 東 京 業 学 ) 崎 ( 本 住 友 製 薬 株 式 会 社 ) 波 瀬 和 裕 ( 塩 野 義 製 薬 株 式 会 社 ) 議 題 :(1) NPO 法 化 までの 経 過 について (2) 今 後 の CBI 学 会 の 運 営 体 制 について (3) NPO CBI 学 会 の 事 業 について (4) 任 意 団 体 CBI 学 会 の 事 業 仕 分 けと 資 産 整 理 について (5) 2011 年 度 決 算 報 告 (6) 関 での CBI 研 究 講 演 会 の 企 画 について (7) 関 部 設 に 向 けて 第 2 回 関 部 会 運 営 委 員 会 時 :2012 年 9 8 ( )13:00-14:30 場 所 :( 財 ) 都 市 活 研 究 所 会 議 室 出 席 者 ( 敬 称 略 ): 明 彦 ( 東 京 業 学 ) 中 成 典 ( 神 学 ) 坂 恒 昭 ( 塩 野 義 製 薬 阪 学 ) 志 隆 ( 記 )(( 財 ) 都 市 活 研 究 所 ) 賢 司 ( 医 薬 基 盤 研 究 所 ) 吉 武 徹 ( 医 薬 基 盤 研 究 所 ) 森 郎 ( 神 学 ) 塩 武 司 ( 塩 野 義 製 薬 ) 正 城 敏 博 ( 阪 学 ) 早 周 ( 京 都 学 ) 崎 ( 本 住 友 製 薬 ) 下 誉 富 ( 阪 府 学 ) 奥 野 恭 史 ( 京 都 学 ) 藤 渕 航 ( 京 都 学 ) 議 題 :(1) 理 事 挨 拶 など (2) CBI 学 会 の 現 状 (3) アカデミア 創 薬 の 現 状 と 課 題 (2012/11/30 開 催 )の 状 況 について (4) 2013 年 春 の 研 究 会 について (5) 全 国 会 について (6) 関 部 会 について 第 3 回 関 部 会 運 営 委 員 会 時 :2013 年 1 26 ( )13:00-15:00 場 所 : 都 市 活 研 究 所 会 議 室 ( 梅 新 阪 急 ビル 9 階 ) 議 題 :4 19 の 次 回 CBI 関 講 演 会 について 他 出 席 者 : 坂 恒 昭 ( 阪 ) 明 彦 ( 東 ) 森 浩 禎 ( 奈 良 先 端 ) 塩 武 司 ( 塩 野 義 製 薬 ) 藤 渕 航 ( 京 都 ) 早 周 ( 京 都 ) 正 城 敏 博 ( 阪 ) 賢 司 ( 医 薬 基 盤 研 ) 隆 久 ( 産 総 研 ) 中 成 典 ( 神 ) 第 4 回 関 部 会 運 営 委 員 会 時 :2013 年 4 19 ( )11:30-13:00 場 所 : 神 学 統 合 研 究 拠 点 2 階 セミナー 室 ( 神 市 ポートアイランド)

9 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 出 席 者 ( 敬 称 略 ): 坂 恒 昭 奥 野 恭 史 正 城 敏 博 藤 渕 航 早 周 鶴 宏 樹 明 彦 崎 下 誉 富 森 浩 禎 中 成 典 尾 律 ( 事 務 局 ) 討 議 事 項 :(1) 会 計 報 告 (2) 次 回 関 部 会 講 演 会 企 画 (3) 次 々 回 関 部 会 講 演 会 企 画 (4) 今 後 の 進 め について 第 337 回 CBI 学 会 研 究 講 演 会 ( 詳 細 は 講 演 会 報 告 参 照 ) 時 :2013 年 4 19 ( )13:15-17:0 場 所 : 神 学 統 合 研 究 拠 点 2 階 セミナー 室 ( 神 市 ポートアイランド) 参 加 者 :44 名 次 回 関 部 会 講 演 会 世 話 : 賢 司 委 員 藤 渕 航 委 員 森 浩 禎 委 員 テーマ: 海 外 の 事 例 に 学 ぶ 新 しい 形 の 産 官 学 連 携 時 :11 15 ( ) 会 場 :グランフロント 阪 ナレッジキャピタル タワー B 10 階 カンファレンスルーム B05-B07 次 々 回 関 部 会 講 演 会 世 話 : 坂 委 員 鶴 委 員 テーマ: 本 版 NIH アカデミア 創 薬 再 医 療 など 時 :2014 年 4 を 予 定 会 場 : 阪 を 予 定 次 回 運 営 委 員 会 時 :2013 年 8 3 ( )13 時 ~ 会 場 : 都 市 活 研 究 所 会 議 室 (グランフロント 阪 ナレッジキャピタルタワー C7 階 )

10 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 CBI ジャーナル 編 集 委 員 会 平 成 25 年 度 第 1 回 編 集 委 員 会 時 : 2013 年 6 27 ( )10:00-12:00 場 所 : 東 京 学 上 会 館 会 議 室 ( 東 京 都 京 区 本 郷 ) 出 席 者 ( 敬 称 略 ): 望 祐 志 古 明 地 勇 岡 雄 司 多 幸 雄 広 川 貴 次 美 宅 成 樹 中 博 荻 島 創 茂 櫛 薫 粕 敦 菅 野 清 彦 誠 川 智 久 湯 浩 太 郎 明 彦 岡 部 隆 義 萩 昌 塚 優 ( 事 務 局 ) 宮 直 美 ( 事 務 局 ) 資 料 : (1) 年 度 CBI ジャーナル 論 投 稿 刊 状 況 覧 (2) 年 度 和 誌 論 投 稿 刊 状 況 覧 (3) CBI ジャーナル 論 募 集 新 分 野 覧 (4) 年 度 ジャーナル 編 集 委 員 案 分 野 案 (5) CBI 学 会 誌 創 刊 号 案 (6) ( 参 考 として)J-stage 公 開 論 報 議 題 : (1) 2012 年 度 年 度 論 投 稿 の 状 況 の 報 告 (2) 電 書 籍 出 版 (2012 年 発 刊 )の 報 告 (3) 編 集 委 員 の 年 次 会 における 役 割 (プログラム 実 委 員 への 就 任 ) 説 明 (4) 分 野 再 編 について 新 しく 分 野 分 けし 5 分 野 とした (5) 年 度 編 集 委 員 案 分 野 案 が 承 認 された (6) CBI 学 会 誌 創 刊 について 承 認 された 内 容 は 講 演 会 記 録 委 員 会 記 録 和 論 オピニオン 研 究 会 記 録 などで 企 画 は 編 集 委 員 が う 通 常 は HP で 公 開 会 総 会 時 のみ 紙 媒 体 で 印 刷 をし 配 布 予 定 (7) 和 誌 廃 刊 について( 案 ) 和 誌 創 刊 からの 流 れと 今 後 3 年 間 投 稿 がなく 休 刊 状 態 なので 廃 刊 とし 今 後 和 論 は 学 会 誌 に 掲 載 する ことが 承 認 された なお 現 在 の 和 誌 は 廃 刊 後 も HP 上 で 閲 覧 可 能 にしておく (8) 次 回 の 委 員 会 予 定 第 2 回 ジャーナル 編 集 委 員 会 ( 会 2 )12:00-13:00( 予 定 ) プログラム 委 員 会 (ポスター 賞 選 定 )10 30 (CBI 学 会 2013 年 会 3 )17:00-18:00 会 ポスター 分 野 分 け 学 会 誌 等 の 企 画 会 議 9 初 旬 予 定

11 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 評 議 員 会 第 1 回 評 議 員 会 時 : 2013 年 4 22 ( )18:00-20:00 場 所 : キャンパスイノベーションセンター 東 京 501 号 室 ( 東 京 業 学 町 )( 東 京 都 港 区 芝 浦 ) 出 席 者 ( 敬 称 略 ): 中 博 川 智 久 磯 野 克 岡 崎 康 司 岡 部 隆 義 倉 晋 河 合 隆 利 明 彦 古 明 地 勇 菅 原 秀 明 岡 雄 司 多 幸 雄 冨 勝 中 井 謙 太 沢 元 仁 船 津 公 間 俊 美 宅 成 樹 席 : 相 美 砂 英 郎 岡 本 正 宏 杉 雄 中 寛 藤 博 幸 中 吉 郎 広 野 修 宮 本 秀 望 祐 志 内 あい 資 料 : (1) CBI 学 会 の NPO 化 の 経 過 報 告 (2) NPO 情 報 計 算 化 学 物 学 会 の 役 割 (3) 学 会 と NPO との 関 係 (4) CBI 学 会 財 務 状 況 (2013 年 度 予 算 ) (5) CBI 学 会 体 制 ( 案 ) (6) 研 究 ドメインポートフォリオ (7) 評 議 員 会 の 課 題 (8) 今 後 のスケジュール( 案 ) (9) 新 しいロゴの 案 3 点 議 題 :(1) 組 織 変 更 に 関 する 経 過 説 明 (2) 評 議 員 会 の 役 割 について (3) 今 後 の 活 動 予 定 (4) ロゴについて

12 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 執 部 会 第 1 回 執 部 会 時 :2012 年 4 16 ( )18:00-20:00 場 所 : 東 京 医 科 科 学 M&D タワー 18 階 会 議 室 1 出 席 者 : 中 博 河 合 隆 利 堀 内 正 倉 晋 多 幸 雄 明 彦 中 村 三 恵 ( 事 務 局 ) 資 料 :(1) 特 定 営 利 活 動 法 情 報 計 算 化 学 物 学 会 細 則 (2) 役 員 資 格 覧 (3) 会 費 参 加 費 覧 (4) 創 薬 研 究 会 議 題 :(1) 法 会 員 の 学 会 での 位 置 づけについて (2) 法 会 員 の 特 典 について (3) 定 款 細 則 の 確 認 ( 別 表 1: 理 事 の 追 加 ) (4) 個 会 員 学 会 員 法 会 員 の 振 込 先 について (5) 講 演 会 企 画 の 進 め について (6) 連 合 会 への JSBi からの 申 し れに 関 する 検 討 (7) CBI の 関 領 域 の 変 更 について 第 2 回 執 部 会 時 :2012 年 5 1 ( )18:00-20:00 場 所 : 東 京 医 科 科 学 MDタワー 16 階 会 議 室 2 出 席 者 : 河 合 隆 利 堀 内 正 多 幸 雄 明 彦 澤 陽 ( 事 務 局 ) 席 者 : 倉 晋 養 王 正 中 博 資 料 : (1) 改 NPO CBI 体 制 (2) 特 定 営 利 活 動 法 情 報 計 算 化 学 物 学 会 細 則 (3) 創 薬 研 究 会 (4) 会 費 参 加 費 覧 (5) 創 薬 研 究 会 申 込 紙 議 題 : 5/11 開 催 の 創 薬 研 究 会 運 営 委 員 会 に 提 案 する 資 料 の 検 討 および 確 認 第 3 回 執 部 会 時 :2012 年 7 25 ( )18:00-20:00 場 所 : 東 京 医 科 科 学 M&D タワー 16 階 会 議 室 3 出 席 者 : 中 博 河 合 隆 利 堀 内 正 多 幸 雄 岡 部 隆 義 明 彦 澤 陽 ( 事 務 局 ) 資 料 : (1) 2012 年 度 NPO 情 報 計 算 化 学 物 学 会 予 算 案 (2) 2012 年 度 情 報 計 算 化 学 物 学 会 及 び 賛 助 組 合 予 ( 案 ) (3) 2012 年 度 任 意 団 体 CBI 学 会 収 覧 (4) 2012 年 度 研 究 講 演 会 参 加 者 数 及 び 収 ( 込 ) (5) CBI 学 会 関 部 ( 仮 称 ) 説 明 会 議 事 録 議 題 :(1) NPO 情 報 計 算 化 学 物 学 会 2012 年 度 予 算 案 策 定 (2) CBI 学 会 関 部 の 設 について (3) 連 合 会 2013 の 実 委 員 の 推 薦 について (4) 連 合 会 2014 年 以 降 の 候 補 地 について

13 第 4 回 執 部 会 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 時 :2012 年 11 9 ( )18:00-19:40 場 所 :キャンパスイノベーションセンター 東 京 506 号 室 ( 東 京 業 学 町 )( 東 京 都 港 区 芝 浦 ) 出 席 者 : 堀 内 正 多 幸 雄 倉 晋 河 合 隆 利 岡 部 隆 義 明 彦 澤 陽 ( 事 務 局 ) 資 料 :(1) 2012 年 会 収 報 告 ( 暫 定 版 ) (2) 出 展 者 のアンケート 議 題 :(1) 2013 年 会 の 進 め についての 検 討 (2) CBI ジャーナルの 投 稿 料 の 改 定 について (3) CBIJ 編 集 委 員 の 事 について 第 5 回 執 部 会 時 :2013 年 1 22 ( )18:00-20:30 場 所 : 松 本 楼 ( 東 京 学 本 郷 キャンパス 構 内 ) 出 席 者 : 中 博 堀 内 正 多 幸 雄 倉 晋 河 合 隆 利 岡 部 隆 義 明 彦 澤 陽 ( 事 務 局 ) 資 料 :(1) 定 款 (2) 役 員 ( 案 ) (3) 総 会 資 料 ( 案 )(CBI 学 会 2012 年 度 活 動 報 告 案 決 算 報 告 監 査 報 告 組 織 の 変 更 について 国 際 学 コンテ スト 援 事 業 について 2013 年 度 予 算 案 ) 議 題 :(1) 事 業 年 度 に 関 する 定 款 変 更 の 取 り 消 しについて (2) 役 員 の 交 代 について (3) CBIJ 編 集 委 員 事 に 関 して (4) 総 会 の 議 案 の 確 認 (5) 2014 年 会 の 開 催 地 に 関 する 検 討 第 6 回 執 部 会 時 : 2013 年 5 31 ( )18:00-20:00 場 所 :キャンパスイノベーションセンター 東 京 506 号 室 ( 東 京 業 学 町 )( 東 京 都 港 区 芝 浦 ) 出 席 者 ( 敬 称 略 ): 中 博 河 合 隆 利 倉 晋 岡 部 隆 義 本 間 光 貴 望 祐 志 多 幸 雄 岡 雄 司 中 成 典 明 彦 澤 陽 ( 事 務 局 ) 席 者 : 間 俊 資 料 :(1) 会 プログラム (2) 2013 年 会 準 備 状 況 (3) CBI/Omix 合 同 予 算 案 (4) 5/10 運 営 委 員 会 議 事 録 (5) 講 演 会 予 定 (6) 2013 年 度 CBI ジャーナル 編 集 委 員 望 先 再 構 成 案 (7) FU Programming Guide (8) FU Userʼ s Guide (9) 2013 年 度 FMO 研 究 会 今 後 の 針 議 題 : (1) 2013 年 会 の 進 状 況 の 報 告 (2) 創 薬 研 究 会 の 今 後 の 運 営 についての 針 説 明 (3) CBIJ 編 集 委 員 会 の 今 後 の 針 (4) 関 部 会 の 報 告 (5) FMO 研 究 会 の 今 後 の 活 動 計 画 に 関 する 報 告 (6) 和 誌 廃 刊 とCBI 学 会 誌 刊 に 関 する 提 案 (7) 2014 年 会 の 内 諾 に 関 する 報 告 (8) 2015 年 以 降 の 会 実 委 員 選 出 の 件 (9) 部 科 学 省 研 究 振 興 局 からの 部 科 学 表 彰 科 学 技 術 賞 及 び 若 科 学 者 賞 受 賞 候 補 者 の 推 薦 について

14 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 特 定 営 利 活 動 法 情 報 計 算 化 学 物 学 会 理 事 会 第 1 回 特 定 営 利 活 動 法 情 報 計 算 化 学 物 学 会 理 事 会 時 :2012 年 6 18 ( )12:00-12:30 場 所 : 東 京 学 上 会 館 会 議 室 ( 東 京 都 京 区 本 郷 ) 出 席 者 ( 敬 称 略 ): 明 彦 多 幸 雄 堀 内 正 岡 部 隆 義 河 合 隆 利 ( 理 事 総 数 6 名 出 席 者 数 5 名 ) 議 : 明 彦 議 事 録 署 名 : 多 幸 雄 堀 内 正 審 議 事 項 : 議 案 1 中 博 の 理 事 就 任 の 件 第 2 回 特 定 営 利 活 動 法 情 報 計 算 化 学 物 学 会 理 事 会 時 :2013 年 3 14 ( )19:15-19:30 場 所 : 東 京 学 上 会 館 会 議 室 ( 東 京 都 京 区 本 郷 ) 出 席 者 ( 敬 称 略 ): 明 彦 多 幸 雄 倉 晋 堀 内 正 岡 部 隆 義 河 合 隆 利 中 博 ( 理 事 総 数 7 名 出 席 者 数 7 名 ) 議 : 明 彦 議 事 録 署 名 : 多 幸 雄 河 合 隆 利 審 議 事 項 : 議 案 1 堀 内 正 の 理 事 退 任 の 件 第 3 回 特 定 営 利 活 動 法 情 報 計 算 化 学 物 学 会 理 事 会 時 :2013 年 4 22 ( )20:00-20:45 場 所 :キャンパスイノベーションセンター 東 京 506 号 室 ( 東 京 業 学 町 )( 東 京 都 港 区 芝 浦 ) 出 席 者 ( 敬 称 略 ): 明 彦 多 幸 雄 倉 晋 岡 部 隆 義 河 合 隆 利 中 博 ( 理 事 総 数 6 名 出 席 者 数 6 名 ) 議 : 明 彦 議 事 録 署 名 : 多 幸 雄 河 合 隆 利 審 議 事 項 : 議 案 1 望 祐 志 と 本 間 光 貴 の 理 事 就 任 の 件 議 案 年 会 の 開 催 地 と 実 委 員 候 補 の 件 報 告 事 項 : 岡 雄 司 川 智 久 正 会 員 2 名 の 追 加 が 報 告 された

15 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 第 336 回 CBI 学 会 研 究 講 演 会 薬 物 動 態 を 基 盤 にした 医 薬 品 候 補 化 合 物 の 選 択 -バーチャルデータセットによる 演 習 - 概 要 :この 演 習 は 仮 想 データセットを 使 って 物 動 態 を 中 とする 情 報 から 新 薬 候 補 品 を 選 択 する 過 程 を 実 際 に 体 験 することを 主 眼 にしています あなたはある 重 要 な 中 枢 神 経 疾 患 の 経 治 療 薬 の 創 薬 プロジェクトに 所 属 しています この プロジェクトの 候 補 化 合 物 は 脳 内 である 酵 素 を 阻 害 することで 薬 効 を 現 すと 考 えられています 現 在 合 成 チームは 100 個 の 候 補 化 合 物 を 提 供 しており これらの 候 補 化 合 物 について 限 られ たリソースのもとで 必 要 なラットの と 安 全 性 の 評 価 試 験 を 実 施 し その 結 果 からヒトで 優 れた 薬 効 を す 薬 剤 を3つ 選 択 し ヒトにおけるそれぞれの 薬 効 量 を 予 測 するのがあなたの 役 割 です および の 薬 in vitro in vivo in vivo の 薬 物 動 態 および 薬 効 時 : 2013 年 4 18 ( )9:30-18:10 場 所 : キャンパスイノベーションセンター 東 京 ( 東 京 業 学 町 ) ( 東 京 都 港 区 芝 浦 ) 世 話 : 杉 雄 ( 理 化 学 研 究 所 ) 樋 坂 章 博 ( 東 京 学 医 学 部 附 属 病 院 ) チューター: 伊 藤 清 美 ( 武 蔵 野 学 薬 学 部 ) 前 和 哉 ( 東 京 学 学 院 薬 学 系 研 究 科 ) 宮 内 正 ( 東 邦 学 薬 学 部 ) 吉 健 太 ( 東 京 学 学 院 薬 学 系 研 究 科 ) 北 村 嘉 章 ( 杏 林 製 薬 ) 設 楽 悦 久 (Meiji Seika ファルマ) 川 真 絹 ( 協 和 発 酵 キリン) 浜 川 望 (アステラス 製 薬 ) 東 之 介 ( 野 薬 品 業 ) 若 直 美 (エーザイ)

16 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 プログラム: (1) 9:30-10:30 (a) 講 義 60 分 ( 杉 + 樋 坂 ) (2) 10:30-11:30 (b) 全 員 が 個 別 に(グループに 集 まらないで) 100 の 化 合 物 から 5 個 の 化 合 物 を 選 択 することを 60 分 かけて なってもらい その 結 果 をメール 等 で 報 告 する (3) 11:30-11:50 (c) グループ 分 け (4) 11:50-13:00 (d) ランチタイム(グループごとの 紹 介 ) (5) 13:00-14:00 (e) グループ 議 論 をして 15 個 の 化 合 物 を 出 してもらう (6) 14:00-14:40 (f) 主 催 者 側 がin vivo 実 験 の 回 答 を 整 理 して 受 講 者 に 次 の 情 報 を 与 える ( 待 ち 時 間 には 杉 が 参 加 者 に 関 連 事 項 の 講 義 をする 予 定 である ) (7) 14:40-15:40 (g) グループごとに 議 論 をして 15 個 からベスト 化 合 物 を 3 個 選 んで 報 告 する (8) 15:40-16:40 (h) グループごとに 選 択 した 化 合 物 について ヒトの PK と 安 全 性 を 予 測 し プレゼンテーションの 資 料 を 意 する この 間 に 主 催 者 側 は 採 点 をする (9) 16:40-17:40 (i) グループごとのプレゼンテーション+ 議 論 (7+3 分 ) (10) 17:40-18:10 (j) 講 評 ( 樋 坂 ) 30 分 各 賞 受 賞 者 : 各 賞 は 以 下 の 々に 授 与 されました ( 敬 称 略 ) < メダル 賞 > 川 久 美 仮 屋 佑 酒 井 貴 三 浦 研 宮 島 真 理 吉 崇 < 銀 メダル 賞 > 加 藤 晴 敏 健 太 郎 永 末 央 剛 史 前 南 内 裕 治 湯 浩 太 郎 < 銅 メダル 賞 > 川 哲 平 上 出 剛 久 北 村 吏 司 佐 川 亜 清 聡 松 涼

17 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 第 337 回 CBI 学 会 研 究 講 演 会 関 の 強 みを かした 産 官 学 連 携 の 事 例 : 創 薬 援 ネットワーク 開 催 趣 旨 : CBI 学 会 では 昨 年 より 関 地 区 での 研 究 講 演 会 の 開 催 を 始 め 今 回 はその2 回 にあたる 関 地 区 での 講 演 会 では 特 に 関 の 特 である 医 療 イノベーション 戦 略 や 創 薬 援 ネットワーク 産 官 学 の 連 携 国 際 化 戦 略 医 療 構 造 物 学 と 計 算 科 学 の 融 合 などに 焦 点 を 当 ててプログラムの 設 定 を う 予 定 である 今 回 は 創 薬 援 ネットワーク を 主 たるテーマとし 関 国 際 総 合 特 区 バイオグリッド ips 知 財 戦 略 学 企 業 連 携 等 に 関 する 事 例 を それぞれ 現 場 でご 担 当 されている 専 家 の を 講 師 としてお 招 きしてご 紹 介 いただく 時 : 2013 年 4 19 ( )13:15-17:30 場 所 : 神 学 統 合 研 究 拠 点 コンベンションホール ( 兵 庫 県 神 市 中 央 区 港 島 南 町 7 丁 1-48 神 ポートアイランド) 世 話 : 中 成 典 ( 神 学 ) 早 周 ( 京 都 学 ) 後 援 : 神 学 学 院 システム 情 報 学 研 究 科 プログラム: (1) 13:15-13:20 開 催 の 挨 拶 (2) 13:20-14:20 Keynote: 関 イノベーション 国 際 戦 略 総 合 特 区 の 取 り 組 み 北 野 義 幸 ( 阪 バイオ ヘッドクオーター / 阪 府 商 労 働 部 ) (3) 14:20-15:10 スパコン 京 が 開 く 計 算 創 薬 の 未 来 京 インシリコ 創 薬 コンソーシアムの 構 築 奥 野 恭 史 ( 京 都 学 学 院 薬 学 研 究 科 ) (4) 15:30-16:20 ips 細 胞 技 術 の 進 展 と 知 的 財 産 須 直 ( 京 都 学 ips 細 胞 研 究 所 ) (5) 16:20-17:10 産 官 学 連 携 による 創 薬 の 活 性 化 荒 森 朗 (アステラス 製 薬 株 式 会 社 ) (6) 17:10-17:30 まとめと 総 合 討 論

18 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 第 338 回 CBI 学 会 研 究 講 演 会 抗 体 医 薬 研 究 の 現 状 開 催 趣 旨 : 2011 年 度 に 売 上 40 億 ドルを 超 えたブロックバスター 製 品 22 品 の 内 バイオ 製 剤 は 7 品 を 数 え そのう ち 5 品 が 抗 体 医 薬 である 今 後 売 上 上 位 の 低 分 薬 の 特 許 切 れに 伴 いバイオ 製 剤 の 占 める 率 はさらに 上 昇 していくと 予 想 されており 製 薬 企 業 におけるバイオ 医 薬 へ 注 は 依 然 い 状 況 が 続 いている CBI 学 会 におい ても 2009 年 2010 年 と 抗 体 をテーマに 取 り 上 げた 研 究 講 演 会 を 開 催 してきたが その 後 2 年 以 上 が 経 過 して いることから 抗 体 研 究 の 現 状 をレビューする 講 演 会 を 企 画 した 抗 体 の 開 発 に 於 いてもin silico 技 術 に 対 す る 期 待 は く 通 常 低 分 医 薬 の 研 究 に 携 わっている 計 算 科 学 者 にも 積 極 的 に 議 論 に 加 わって 頂 きたい 時 : 2013 年 5 10 ( )13:30-17:40 場 所 : 東 京 学 上 会 館 会 議 室 ( 東 京 都 京 区 本 郷 ) 世 話 : 岡 雄 司 (アクセルリス) 晃 司 ( 正 製 薬 ) 河 合 隆 利 (エーザイ) プログラム: (1) 13:30-13:35 開 催 の 挨 拶 (2) 13:35-14:25 抗 原 抗 体 相 互 作 の 熱 学 と 設 計 指 針 津 本 浩 平 ( 東 京 学 医 科 学 研 究 所 ) (3) 14:30-15:20 抗 体 医 薬 の 構 造 表 状 態 と 凝 集 性 の 関 わり 内 進 ( 阪 学 学 院 学 系 研 究 科 ) (4) 15:35-16:25 "New Tools for Therapeutic Antibody Drug Discovery - Is Humanness the antibody equivalent of ADME/Tox?" Mark Swindells(Ebisu) (5) 16:30-17:20 分 動 学 を いた 抗 体 研 究 藤 秀 章 ( 東 京 学 先 端 科 学 技 術 研 究 センター) (6) 17:25-17:40 まとめと 総 合 討 論

19 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 第 339 回 CBI 学 会 研 究 講 演 会 創 薬 を 志 向 した 規 模 計 算 の 活 開 催 趣 旨 : 京 に 代 表 されるスーパーコンピューターの 創 薬 への 活 に 向 けた 動 きが 本 格 的 に 稼 動 し 始 めた 昨 今 製 薬 企 業 に おける in silico 創 薬 が 新 たな 局 を 向 かえようとしている より 精 度 の い 規 模 計 算 が 利 できる 環 境 が 実 現 され 社 内 外 のリソースを 使 い 分 けながらより 効 率 的 な 創 薬 研 究 を 進 められることが 期 待 されている しかしながら で その 実 化 に 向 けては 様 々なハードルが 存 在 し 産 官 学 連 係 してその 課 題 解 決 に 取 り 組 ま なければならないと 考 えられる このような 背 景 から 創 薬 の 現 場 でより 効 率 的 に 活 できる 創 薬 の 産 性 向 上 に 真 に 寄 与 出 来 る 規 模 計 算 の 活 について 議 論 する 場 を 提 供 したいと 考 え 創 薬 を 志 向 した 規 模 計 算 の 活 というテーマでの CBI 学 会 研 究 講 演 会 を 企 画 した 具 体 的 には 現 在 進 められているスパコンでの in silico 創 薬 活 の 取 り 組 み 事 例 を 通 じて その 指 す 姿 や 創 薬 現 場 へのインパクト そして 今 後 解 決 すべき 課 題 につい て 産 学 それぞれの 場 からご 講 演 頂 き 議 論 いただきたい 時 : 2013 年 6 27 ( )13:30-17:50 場 所 : 東 京 学 上 会 館 会 議 室 ( 東 京 都 京 区 本 郷 ) 世 話 : 緑 川 淳 (ワールドフュージョン) 嶋 根 みゆき( 中 外 製 薬 ) 塩 武 司 ( 塩 野 義 製 薬 ) プログラム: (1) 13:30-13:40 はじめに (2) 13:40-14:40 化 学 空 間 の 可 視 化 を 利 した 化 学 構 造 創 出 および 規 模 仮 想 ライブラリの 開 発 船 津 公 ( 東 京 学 学 系 研 究 科 ) (3) 14:40-15:40 分 シミュレーションソフトウエア MARBLE の 開 発 と 体 超 分 シミュレーションへの 応 池 満 徳 ( 横 浜 市 学 学 院 命 医 科 学 研 究 科 ) (4) 16:00-17:00 GPU による 規 模 シミュレーションと 援 ツール 成 哲 ( 電 気 通 信 学 学 院 情 報 理 学 研 究 科 ) (5) 17:00-17:45 スパコン 京 により 拓 かれるインシリコ 創 薬 の 可 能 性 崎 ( 本 住 友 製 薬 株 式 会 社 ゲノム 科 学 研 究 所 ) (6) 17:45-17:50 まとめ < 懇 親 会 > 18:00-20:00

20 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 第 340 回 CBI 学 会 研 究 講 演 会 e-admet 構 築 に 向 けて4: 毒 性 予 測 の 現 状 と 今 後 の 展 開 開 催 趣 旨 : 薬 物 の 体 内 動 態 は その 薬 効 および 毒 性 に 深 く 結 びついており 本 研 究 講 演 会 では これまでに e-admet 構 築 に 向 けて という テーマで シリーズとして 開 催 して 来 た しかしながら それらは ADME に 関 するもの であり 毒 性 (T)に 関 しては 未 だ 開 催 の 機 会 が 無 かった そこで シリーズの 第 4 回 にあたり 今 回 毒 性 (T) をメインテーマとして 開 催 することとした 毒 性 特 にその 回 避 のための 予 測 は 医 薬 品 開 発 における 究 極 の 研 究 テーマの つである このテーマに 対 するアプローチの 法 としては これまでに 取 り 上 げたテーマと 同 様 に wet study と dry study がある 本 研 究 会 では 毒 性 ならびにその 予 測 に 関 して 総 説 的 内 容 も 含 めた wet study および dry study の 講 演 をお 願 いした 本 研 究 講 演 会 を 通 して 毒 性 予 測 の 現 状 の 把 握 と 今 後 の 展 開 へのヒントになれば 幸 いである 時 : 2013 年 7 10 ( )13:30-18:10 場 所 : キャンパスイノベーションセンター 東 京 国 際 会 議 室 ( 東 京 都 港 区 芝 浦 ) 世 話 : 間 俊 ( 東 京 薬 科 学 ) 粕 敦 ( 第 三 共 株 式 会 社 ) プログラム: (1) 13:30-13:35 毒 性 研 究 は 究 極 の 課 題 間 俊 ( 東 京 薬 科 学 ) (2) 13:35-14:35 副 作 の 発 症 に 関 連 するゲノムバイオマーカーの 探 索 研 究 頭 正 博 ( 名 古 屋 市 学 ) (3) 14:35-15:35 反 応 性 代 謝 物 と 特 異 体 質 毒 性 研 究 におけるインフォマティクスの 活 林 好 真 ( 第 三 共 株 式 会 社 ) (4) 15:45-16:45 ベイジアンネットによる 反 復 投 与 毒 性 の 整 理 岡 孝 ( 関 学 院 学 ) (5) 16:45-17:45 医 薬 品 開 発 における 遺 伝 毒 性 の 予 測 と リスク 評 価 本 間 正 充 ( 国 医 薬 品 品 衛 研 究 所 ) (6) 17:45-17:50 毒 性 予 測 への 期 待 粕 敦 ( 第 三 共 株 式 会 社 ) (7) 17:50-18:10 総 合 討 論

21 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 今 後 の 研 究 講 演 会 予 定 第 341 回 CBI 学 会 研 究 講 演 会 イオンチャネル 創 薬 と Allosteric Modulators 時 :2013 年 8 2 ( )13:20-17:40 場 所 : 東 京 学 上 会 館 会 議 室 ( 東 京 都 京 区 本 郷 ) 世 話 : 澤 光 平 (エーザイ 株 式 会 社 ) 森 泰 ( 京 都 学 ) 第 342 回 CBI 学 会 研 究 講 演 会 精 密 なドラッグデザイン 共 有 結 合 化 合 物 を 題 材 として 時 :2013 年 9 5 ( )13:30-17:50 場 所 : 東 京 学 上 会 館 会 議 室 ( 東 京 都 京 区 本 郷 ) 世 話 : 倉 晋 ( 第 三 共 ) 上 宇 乃 ( 味 の 素 ) 第 343 回 CBI 学 会 研 究 講 演 会 精 密 なドラッグデザイン 共 有 結 合 化 合 物 を 題 材 として 時 :2013 年 ( )13:25-17:45 場 所 :グランフロント 阪 ナレッジキャピタル タワー B 10 階 カンファレンスルーム B05-B07 世 話 : 賢 司 ( 医 薬 基 盤 研 究 所 ) 森 浩 禎 ( 奈 良 先 端 科 学 技 術 学 院 学 ) 藤 渕 航 ( 京 都 学 ) 第 344 回 CBI 学 会 研 究 講 演 会 医 薬 品 開 発 におけるモデリング&シミュレーション(M&S)の 有 性 時 :2013 年 ( )13:20-18:50 場 所 : 東 京 学 上 会 館 会 議 室 ( 東 京 都 京 区 本 郷 ) 世 話 : 杉 雄 ( 理 化 学 研 究 所 ) 千 葉 康 司 ( 横 浜 薬 科 学 )

22 論 文 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,19-24 ページ,2013 年 メタボローム 解 析 を 用 いた 線 虫 の 塩 による 寿 命 短 縮 の 解 明 川 合 涼 貴 1,3, 星 川 桃 子 2,3, 佐 藤 瞳 2,3, 浅 野 悟 2, 小 知 和 裕 美 3, 冨 田 勝 3 1 慶 應 義 塾 大 学 環 情 報 学 部 2 山 形 県 立 鶴 岡 中 央 高 校 3 慶 應 義 塾 大 学 先 端 生 命 科 学 研 究 所 山 形 県 鶴 岡 市 大 宝 寺 字 日 本 国 [email protected] ( 論 文 受 付 日 April 2, 2013 ; 公 開 日 July 31, 2013 ) 要 旨 : 塩 は 健 康 の 維 持, 増 進 には 必 要 不 可 欠 な 栄 養 素 であるが, 高 血 圧 の 原 因 とも 言 われており, 塩 分 と 健 康 についてはまだ 明 確 なことはわかっていない.そこで, 塩 が 健 康 にどう 影 響 を 与 えているか 線 虫 を 用 いて, 又, 寿 命 に 注 目 して 探 った. 寿 命 アッセイの 結 果, 高 塩 濃 度 にすると 寿 命 が 減 少 するこ とが 確 認 された. 原 因 を 調 べるためメタボローム 解 析 を 行 った 結 果,BetaineとGlycerolが 顕 著 に 増 加 していることから, 浸 透 圧 ストレスの 関 係 が 示 唆 された.また, 酸 化 グルタチオンの 増 加 とペンースリ ン 酸 経 路 の 物 質 の 減 少 から, 酸 化 ストレスが 原 因 であることも 示 唆 されたため, 酸 化 ストレスアッセイ を 行 った. 結 果, 高 塩 濃 度 の 線 虫 は 酸 化 ストレスに 弱 いことがわかった. 加 えて, 先 行 研 究 の 高 塩 濃 度 の 線 虫 の 遺 伝 子 発 現 量 を 測 定 した 結 果 と 今 回 のメタボローム 解 析 の 結 果 を 照 らし 合 わせて 考 えた 結 果, cystathionine gamma-lyaseに 関 係 のある 遺 伝 子 の 発 現 量 の 増 加 と 代 謝 物 質 量 の 増 加 が 確 認 されたため, 酸 化 ストレスとの 関 係 が 支 持 された. キーワード: 塩 C. elegans 寿 命 メタボローム 解 析 酸 化 ストレス 1 はじめに 塩 分 は 生 命 にかかわる 重 要 な 成 分 である. 塩 は 血 液 やリンパ 液 などの 体 液 の 浸 透 圧 を 一 定 に 保 つ 働 きがあり, 健 康 の 維 持, 増 進 には 必 要 不 可 欠 な 栄 養 素 である.しかし,これまでの 研 究 では, 塩 分 の 過 剰 摂 取 は 脳 卒 中 や 心 血 管 病 の 発 生 頻 度 を 増 やす ことが 指 摘 [1]されており, 塩 分 摂 取 量 の 減 少 により 高 血 圧 などの 病 気 の 改 善 につながる[2]とされてい る. 一 方, 塩 分 摂 取 量 の 減 少 により 血 圧 が 上 昇 した という 報 告 もあり[3], 塩 と 健 康 について 現 状 では 明 確 にいえる 状 態 ではないことから,まだ 議 論 の 余 地 があると 考 えている.また, 塩 分 の 過 剰 摂 取 により 哺 乳 類 培 養 細 胞 の 老 化 を 促 進 することが 発 見 [4]さ れており,C. elegans(caenorhanditis elegans) では 寿 命 が 減 少 することが 確 認 されている. 加 えて, マウスと C. elegans の 実 験 において,DNA 修 復 機 構 にかかわる 遺 伝 子 Ku86 の 機 能 を 欠 損 させた 場 合, 高 塩 濃 度 による DNA の 損 傷 が 促 進 され, 特 に C. elegans の Ku86 変 異 体 では, 塩 による 寿 命 の 短 縮 効 果 が 大 きくなることが 発 見 された[5].さらに,C. elegans の 研 究 では,インスリン/IGF-1 シグナル 伝 達 系 が 滞 ることで 約 2 倍 の 寿 命 を 持 つ daf-2 変 異 体 は, 高 塩 濃 度 に 対 する 耐 性 があることが 確 認 され ている[6].これらのことから, 塩 濃 度 は 寿 命 に 関 係 するのではないかと 考 え,C. elegans を 用 いて 塩 の 寿 命 に 及 ぼす 影 響 に 注 目 した. 研 究 対 象 である C. elegans は, 寿 命 が 約 3 週 間 と 短 いことに 加 え 繁 殖, 維 持 することが 容 易 であることから, 老 化 研 究 では よく 用 いられる 生 物 である[7].C. elegans は 高 塩 濃 Licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License 19

23 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,19-24 ページ,2013 年 度 にすると, 浸 透 圧 ストレス 環 境 に 適 応 するため, グリセロールを 体 内 で 合 成 し 蓄 積 する[8]ことがわ かっている.また, 高 塩 濃 度 で 変 化 した 遺 伝 子 の 中 にグリセロール 合 成 遺 伝 子 の 発 現 量 が 上 昇 する[9] ことも 発 見 された. 同 時 に,GATA 転 写 因 子 により 制 御 される 遺 伝 子 群 の 発 現 量 も 変 化 しており[9],こ れらの 転 写 因 子 は 浸 透 圧 ストレス 耐 性 に 関 わるこ とが 示 されている.C. elegans にグリセロールやグ ルコースを 投 与 すると 短 命 になる[10]ことから, 塩 による 寿 命 の 減 少 にはグリセロールの 上 昇 に 伴 う 代 謝 の 変 化 が 関 係 しているのではないかと 考 えた. 生 体 内 に 存 在 する 全 代 謝 産 物 を 網 羅 的 に 解 析 し, 比 較 サンプルの 代 謝 物 質 の 差 異 を 調 べる 手 法 として メタボローム 解 析 がある.メタボローム 解 析 はより 直 接 的 な 方 法 で 代 謝 経 路 の 活 性 を 調 べることが 可 能 であることから 長 寿 に 関 する C. elegans の 研 究 に 用 いられている[11]. 他 にも, 低 分 子 量 のバイオ マーカーの 発 見 などに 利 用 されている[12].そこで 私 たちは, 高 塩 濃 度 による 代 謝 の 変 化 が 寿 命 減 少 に 関 わるという 仮 説 を 立 て, 代 謝 物 質 の 変 化 から 寿 命 減 少 の 原 因 を 探 るため,メタボローム 解 析 を 行 った. 2 対 象 と 手 法 2.1 研 究 対 象 C. elegans (N2) を 使 用.は 寒 天 培 地 (Nematode Growth Medium plate) 上 で 20 に 維 持. 2.2 寿 命 アッセイ C. elegans を 育 てる 寒 天 培 地 (プレート)は 次 の 3 つの 塩 濃 度 のものを 用 意 した. A. Control (NaCl 50 mm) Nematode Growth Medium plate(500 ml) Bacto pepton 1.25 g NaCl 1.5 g Agar 8.5 g 5 mg/ml cholesterol 0.5 ml DW 486 ml 1M potassium phosphate (ph 6.0) 12.5 ml 1M MgSO4 0.5 ml 1M CaCl2 0.5 ml FUdR(20 mm) 1.25 ml B. NaCl 100 mm Nematode Growth Medium plate(500 ml) Bacto pepton 1.25 g NaCl 2.9 g Agar 8.5 g 5 mg/ml cholesterol 0.5 ml DW 486 ml 1M potassium phosphate (ph 6.0) 12.5 ml 1M MgSO4 0.5 ml 1M CaCl2 0.5 ml FUdR(20 mm) 1.25 ml C. NaCl 200 mm Nematode Growth Medium plate(500 ml) Bacto pepton 1.25 g NaCl 5.8 g Agar 8.5 g 5 mg/ml cholesterol 0.5 ml DW 486 ml 1M potassium phosphate (ph 6.0) 12.5 ml 1M MgSO4 0.5 ml 1M CaCl2 0.5 ml FUdR(20 mm) 1.25 ml B には A の 2 倍,C には 4 倍 の 塩 が 入 っている. 用 意 したプレートそれぞれに C. elegans の 餌 とな る 大 腸 菌 (OP50)を 80 μl まき,1 プレートあた り 約 20 匹 の C. elegans でアッセイする.どの 濃 度 も 各 4 プレートで 行 う. 次 に C. elegans を 20 のインキュベーターで 大 量 培 養 し, 回 収 後 アルカリブリーチ(NaClO 1.8 ml 5N NaOH 1.0 ml DW 7.2 ml) 処 理 で 卵 を 回 収 し,C. elegans の 発 生 段 階 をそろえる.C. elegans が adult になったその 日 からアッセイを 開 始. 2 日 に 1 回 生 存 確 認 し,2 日 から 6 日 1 回 新 しいプ レートに 移 した.これを C. elegans が 死 ぬまで 行 う. C. elegans は 一 種 類 あたり 80 匹 使 った.この 実 験 は 5 回 行 った. 2.3 メタボローム 解 析 次 の 塩 濃 度 の 異 なる 2 種 類 のプレート( 直 径 15 cm)で 培 養 し 解 析 した. A. control(21 mm) Enriched peptone plate (1 L) Bacto pepton 20 g NaCl 1.2 g Agar 25 g 5 mg/ml cholesterol 1 ml DW 972 ml 1M potassium phosphate (ph 6.0) 25 ml 1M MgSO4 1 ml B. 100 mm NaCl Enriched peptone plate (1 L) Bacto pepton 20 g NaCl 5.7 g Agar 25 g 5 mg/ml cholesterol 1 ml DW 972 ml 1M potassium phosphate (ph 6.0) 25 ml 1M MgSO4 1 ml C. elegans のサンプル 準 備 作 成 した 2 種 類 のプレートに C. elegans をまく. 1 週 間 程 度 20 のインキュベーターで 培 養 する.ア ルカリブリーチ 処 理 で 卵 のみの 状 態 にし, 次 の 日 L1 を 回 収 する. 回 収 した L1を 3 日 間 20 のインキ ュベーターで 培 養 し, 成 虫 となった C. elegans を 回 収 する. 回 収 した C. elegans は 液 体 窒 素 で 凍 らせ, -80 で 保 存 サンプルからメタボロームの 抽 出 回 収 した C. elegans に 直 径 0.5 mm ジルコニアビ 20

24 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,19-24 ページ,2013 年 ーズ 2 g と 内 部 標 準 物 質 の 入 ったメタノール 1,200 μl を 加 え 4,000 rpm,70 秒 で 3 回 破 砕 した.その 後, 上 清 を 2 ml チューブに 移 しクロロフォルム 850 μl と 蒸 留 水 340 μl を 加 え 攪 拌 後,15,000 rpm で 15 分 間 遠 心 を 行 い, 水 層 部 分 のみを 限 外 ろ 過 膜 チュ ーブに 移 し,10,000 rpm で 遠 心 を 行 った.その 内 100 μl はタンパク 定 量 に 用 いた. 遠 心 終 了 後, 遠 心 濃 縮 機 にて 35 で 240 分 間 遠 心 しその 後 遠 心 し た.サンプルは 測 定 まで-80 で 保 存 した メタボロームの 解 析 条 件 メタボローム 解 析 には,Agilent 社 の CE-TOFMS 装 置 を 使 用 し, 陽 イオン 性 物 質 と 陰 イオン 性 物 質 を 以 下 の 条 件 でそれぞれ 測 定 した.グリセロールは Free Glycerol Assay Kit ( BioVision Research Products)を 使 って 測 定 した. 陽 イオン 性 物 質 の 測 定 条 件 キャピラリー 電 気 泳 動 による 代 謝 物 質 の 分 離 には, 内 径 50 μm, 長 さ 約 100 cm フューズドシリカキャ ピラリーを 使 用 し,1 M の 蟻 酸 をキャピラリーに 送 液 した. 代 謝 物 質 のサンプルは,50 mbar の 空 気 圧 で 3 秒 間 注 入 し, 電 圧 は+30 kv に 設 定 した.シ ース 液 として,50 %(v/v) メタノールを 10 μl/min でネブライザーに 送 液 した.ESI-TOFMS (Electro Spray Ionization Time of Flight Mass Spectrometry) はポジティブイオンモード(4,000 V)に 設 定 し,300 のヒーターで 加 熱 した 窒 素 ガス を 10 psig でネブライザーに 供 給 した. 陰 イオン 性 物 質 の 測 定 条 件 キャピラリー 電 気 泳 動 による 代 謝 物 質 の 分 離 には, 内 径 50μm, 長 さ 約 110 cmcosmo キャピラリー を 使 用 し,50 mm の 酢 酸 アンモニウム(pH8.5)をキ ャピラリーに 送 液 した. 代 謝 物 質 のサンプルは,50 mbar の 空 気 圧 で 30 秒 間 注 入 し, 電 圧 は-30kV に 設 定 した.シース 液 として,5 mm の 酢 酸 アンモニウ ム(50% (v/v)メタノール)を 10 μl/min でネブライザ ーに 送 液 した.ESI-TOFMS はネガティブイオンモ ード(3,500 V)に 設 定 し,300 のヒーターで 加 熱 した 窒 素 ガスを 10 psig でネブライザーに 供 給 し た データの 解 析 CE-TOFMS による 測 定 データは 慶 應 義 塾 大 学 先 端 生 命 科 学 研 究 所 によって 開 発 されたメタボロー ム 解 析 用 ソフトウェアによって 解 析 した.サンプル 間 の 代 謝 物 質 の 差 を GraphPad Prism5 で 統 計 的 に 解 析 した タンパク 定 量 サンプルに 1M NaOH を 180 μl 加 え,70 で 25 分 インキュベート. 蒸 留 水 を 1,620 μl 加 え(10 倍 希 釈 )4 で rpm,5 分 遠 心.Pierce BCA Protein Assay Kit(サーモフィッシャーサイエンテ ィフィック 株 式 会 社 )により,タンパク 質 の 量 を 測 定.この 結 果 を 使 い,メタボローム 解 析 の 値 を 補 正 した. 2.4 酸 化 ストレスアッセイ 次 の 塩 濃 度 の 異 なる 直 径 5 cm の 2 種 類 のプレー ト( 寿 命 アッセイの 時 と 組 成 は 同 じものを 使 用 )で 培 養 し 実 験 した. 作 成 した 2 種 類 のプレートに C. elegans をまき,1 週 間 程 度 20 のインキュベータ ーで 培 養 する.アルカリブリーチ 処 理 で 卵 のみの 状 態 にし, 次 の 日 L1 を 回 収 する.L4 の 状 態 で 塩 濃 度 の 異 なるプレートに 移 し,2 日 に 1 度 プレートを 換 えた.アッセイは Methyl Viologen 450 mg を 7 ml の 滅 菌 水 で 溶 かし(250 mm)100 µl ずつ 96 穴 プレートに 入 れる.Methyl Viologen の 入 ったプレ ートのなかに 線 虫 を 入 れ 1 時 間 ごとに 生 存 確 認 を 行 う.C. elegans は control,200 mm ともに 32 匹 ず つ 行 った.この 実 験 を 3 回 行 った.サンプル 間 の 代 謝 物 質 の 差 を GraphPad Prism5 で 統 計 的 に 解 析 し た. 3 結 果 3.1 寿 命 アッセイ 成 虫 1 日 目 の C. elegans を3 種 類 の 濃 度 のプレー トで 寿 命 測 定 した 結 果, 塩 濃 度 が 高 くなるにつれ 寿 命 が 減 少 したことがわかった( 図 1). 平 均 寿 命 は A コントロールが20 日,B NaCl 100 mm が18 日, C NaCl 200 mm が16 日 だった ( 表 1).A を 基 準 に 考 えると B は-11.1%,C は-25% 減 少 していること になる. Percent survival Days control 50 mm NaCl 100 mm NaCl 200 mm NaCl 図 1 塩 濃 度 の 異 なるプレートで 培 養 した C. elegans 21

25 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,19-24 ページ,2013 年 の 寿 命 曲 線 コントロール(NaCl 50 mm) NaCl 100 mm NaCl 200 mm グラフ 横 軸 の Days 0 は, 寿 命 アッセイを 開 始 した 日 を 示 す. Log-rank (Mantel-Cox) Test Control vs 100 mm NaCl: p= * Control vs 200 mm NaCl: p < *** 3.2 メタボローム 解 析 寿 命 アッセイの 結 果, 塩 による 寿 命 短 縮 が 確 認 さ れたため, 代 謝 の 変 化 から 原 因 を 探 るためにメタボ ローム 解 析 を 行 った. NaCl が21 mm と100 mm のプレートで 培 養 した C. elegans を 回 収 し,メタボローム 解 析 を 行 った. 結 果, 合 計 165 物 質 が 同 定 され,そのうち17 物 質 が 増 加,12 物 質 が 減 少 していた.キットを 使 って 測 定 したグリセロールも 増 加 していた( 図 2). 増 加, 減 少 していた 物 質 の 中 に, 中 心 炭 素 代 謝 系 の 物 質 が 増 加 で2 物 質, 減 少 で5 物 質 の 合 計 7 物 質 見 られた. 中 心 炭 素 代 謝 系 のなかで 解 糖 系 では Pyruvate が 増 加,TCA 回 路 では Malate と Fumarate が 減 少,ペ ントースリン 酸 経 路 では6-Phosphogluconate と R5P が 減 少 している( 図 3)という 結 果 が 得 られた. 図 3 メタボロームの 測 定 の 結 果 を 中 心 炭 素 代 謝 系 にま とめたもの. 白 のバーがコントロール, 黒 のバーが NaCl 100 mm を 示 す.また,グラフの 縦 軸 の 単 位 は nmol/mg. *: P 値 < 0.05, **; P 値 < 0.01 の 代 謝 物 質 量 を 示 す. 3.3 酸 化 ストレスアッセイ メタボローム 解 析 の 結 果,ペントースリン 酸 経 路 の 物 質 が 減 少 と 酸 化 型 グルタチオンの 増 加 がみら れたため, 酸 化 ストレスが 関 係 しているのではない かと 考 え, 酸 化 ストレスに 対 する 耐 性 をみるために 酸 化 ストレスアッセイを 行 った. 成 虫 5 日 目 の C. elegans を Methyl Viologen に 入 れて 生 存 時 間 を 測 定 した 結 果, 高 塩 濃 度 で 培 養 した C. elegans は 酸 化 ストレスに 弱 いということがわかった( 図 4). 平 均 生 存 時 間 は control が 4 時 間,NaCl 200 mm は 2 時 間 だった.この 結 果 から, 高 塩 濃 度 で 育 てた C. elegans は 酸 化 ストレスに 弱 いことを 示 す. 図 2 メタボローム 測 定 の 結 果 増 加, 減 少 していた 物 質 縦 軸 は 物 質 名, 横 軸 は log2の 指 数 を 示 す. 物 質 名 に 下 線 が 引 いてあるものは 中 心 炭 素 代 謝 系 の 関 係 ある 物 質 を 示 す. 図 4 酸 化 ストレスアッセイ 生 存 曲 線 コントロール(NaCl 50 mm) NaCl 200 mm グラ フ 横 軸 は C. elegans を 試 薬 に 入 れてからの 時 間 を 示 す. Log-rank (Mantel-Cox) Test Control vs 200 mm NaCl: p= *** 22

26 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,19-24 ページ,2013 年 4 議 論 4.1 高 塩 濃 度 でペントースリン 酸 経 路 が 滞 る ことにより, 寿 命 が 短 くなる. ペントースリン 酸 経 路 は 過 酸 化 水 素 を 還 元 させ る 経 路 にある NADPH を 作 っている[13].そのため, ペントースリン 酸 経 路 が 変 化 すると 過 酸 化 水 素 の 経 路 も 変 化 することがわかっている[14].メタボロ ーム 測 定 の 結 果, 高 塩 濃 度 の C. elegans ではグリセ ロールの 上 昇 に 伴 いペントースリン 酸 経 路 の 物 質 に 減 少 が 見 られ, 酸 化 型 グルタチオンが 増 加 してい た( 図 5).また, 酸 化 ストレスアッセイの 結 果, 高 塩 濃 度 にすると 酸 化 ストレスに 弱 いことがわか った. 寿 命 が 短 い C. elegans は 酸 化 ストレスに 対 す る 生 存 時 間 が 短 いと 考 えられがちだが, 寿 命 が 長 い C. elegans の eat-2 変 異 体 は, 酸 化 ストレスに 弱 い 傾 向 にある[15].また,C. elegans に 少 量 のパラコ ートを 与 え 酸 化 ストレスを 加 えることにより, 寿 命 が 延 長 する[16]ことも 報 告 されている.したがって, 寿 命 の 長 さと 酸 化 ストレスについては 一 概 には 言 うことはできない.しかし, 今 回 の 酸 化 ストレスア ッセイの 結 果, 高 塩 濃 度 で 培 養 した C. elegans は 生 存 時 間 が 短 くなったことから, 塩 濃 度 は 酸 化 ストレ ス 耐 性 に 影 響 を 与 えることが 示 唆 される. 加 えて, 高 い 塩 濃 度 の 培 地 で 培 養 した 線 虫 の 遺 伝 子 を 調 べ た 論 文 があり[9],その 結 果 と 今 回 のメタボローム 解 析 の 結 果 を 照 らし 合 わせた 結 果 ( 表 1), 関 係 してい た 遺 伝 子 の 機 能 に cystathionine gamma-lyase に 関 係 するものが 3 つあった.この cystathionine gamma-lyase は 細 胞 の 酸 化 を 調 節 に 関 係 している [17].また,H2S を 作 り 出 す 経 路 に 関 係 する 酵 素 で あり,H2S は 抗 酸 化 酵 素 の 発 現 レベルを 増 加 させ, 活 性 酸 素 の 毒 性 を 減 少 させることが 確 認 されてい る[17].この 酵 素 に 関 係 する 遺 伝 子 はどれも 増 加 し ていたことから, 過 酸 化 水 素 が 蓄 積 したため, 遺 伝 子 を 活 性 化 し 排 除 しようとしたのではないかと 考 えられる.したがって 高 塩 濃 度 にした 結 果, 酸 化 ス トレスが 大 量 に 発 生 し 短 命 になったのではないか と 考 えた. つまり, 酸 化 ストレスを 軽 減 することで, 塩 による 寿 命 短 縮 を 改 善 できる 可 能 性 があると 考 えている. またその 方 法 として,dichloroacetates(DCA)な どペントースリン 酸 経 路 にある 酵 素 を 活 性 化 する [18] 試 薬 を 線 虫 に 投 与 することによって 塩 による 寿 命 の 改 善 の 可 能 性 があるとも 考 えており, 今 後 の 課 題 としていきたい. 遺 伝 子 名 M02D8.4 T25B9.1 R11F4.1 R02D3.1 F22B8.6 C12C8.2 ZK 機 能 遺 伝 子 発 現 量 代 謝 物 質 ASparagiNe Synthetase Up Asn,Gln glycine C-acetyltransferase Up Gly glycerol kinase alpha-aminoadipic semialdehyde synthase cystathionine gamma-lyase cystathionine gamma-lyase cystathionine gamma-lyase Up 表 1 変 化 していた 遺 伝 子 と 代 謝 物 質 をまとめたもの. 図 5 ペントースリン 酸 経 路 と 酸 化 ストレスの 関 連 性 4.2 浸 透 圧 ストレスが 原 因 の 可 能 性 Glycerol 高 塩 濃 度 になるとそれによっておこる 浸 透 圧 ス トレスに 対 抗 するために 線 虫 は Glycerol を 体 内 に 蓄 積 する[8]. 線 虫 の 他 に, 植 物 でもこの 反 応 は 確 認 されており 植 物 では Betaine も 浸 透 圧 ストレスの 対 抗 のため 蓄 積 する[19]ことが 確 認 されている.メタ ボローム 解 析 の 結 果,Glycerol と Betaine は 顕 著 に 増 加 していたため 多 くの 浸 透 圧 ストレスがあった のではないかと 考 える. 浸 透 圧 ストレスが 原 因 で 老 化 が 促 進 することはヒトの 細 胞 でも 確 認 されてい る[20]ため, 今 回 の 塩 による 寿 命 短 縮 もこれが 原 因 の 一 つであるのではないかと 考 える. 代 謝 物 質 量 Up Up Up Down Lys Down Up Pyruvate Up Up Pyruvate Up Up Pyruvate Up 23

27 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,19-24 ページ,2013 年 5 謝 辞 本 研 究 を 進 めるにあたり, 慶 應 義 塾 大 学 先 端 生 命 科 学 研 究 所 の 浜 島 聖 文 さん, 新 原 温 子 さん, 金 井 昭 夫 教 授 には 実 験 をはじめ 多 大 なるご 指 導 を 頂 きま した.そして,ほかにもたくさんのご 協 力 があった からこそ 本 研 究 を 続 けていくことができたのだと 思 います. 私 の 研 究 生 活 を 支 えて 頂 きました 多 くの 方 々に,この 場 をお 借 りしまして 厚 く 御 礼 申 し 上 げ ます. 本 研 究 は 山 形 県 および 鶴 岡 市 からの 教 育 研 究 費 補 助 金 を 受 けています. 参 考 文 献 [1] Lewis K. Dahl. et al. Effects of chronic of excess salt ingestion 1962 June 1. JEM vol.115 no [2] Pasquale Strazzullo.et al. Salt intake, stroke, and cardiovascular disease: meta-analysis of prospective studies. BMJ : b4567 [3] 橋 本 壽 夫 食 塩 と 高 血 圧 の 関 係 はどこまで 解 明 されたか 日 本 醸 造 協 会 誌 第 91 巻 第 1 号 15~19 頁 1996 [4] Natalia I. Dmitrieva. et al. High NaCl promotes cellular senescence Dec 5 Cell Cycle vol [5] Dmitrieva NI. Knockout of Ku86 accelerates cellular senescence induced by high NaCl. Aging (Albany NY) Feb [6] S. Todd Lamitina and Kevin Strange. Transcriptional targets of DAF-16 insulin signaling pathway protect C. elegans from extreme hypertonic stress. Am J Physiol Cell Physiol Feb C [7] C. elegans Sequencing Consortium. Genome sequence of the nematode C. elegans: a platform for investigating biology.science, 1998 Dec 11 vol 11, No , [8] Chunyi George Huang.et al. Functional analysis of the aquaporin gene family in Caenorhabditis elegans. Am J Physiol Cell Physiol May vol 292 C1867-C1873 [9] Anne-Katrin Rohlfing. Genetic and Physiological Activation of Osmosensitive Gene Expression Mimics Transcriptional Signatures of Pathogen Infection in C. elegans.2010 Feb 2 PLoS One.5(2). e9010. [10] Seung-Jae Lee. et al. Glucose shortens the life span of C. elegans by downregulating DAF-16/FOXO activity and aquaporin gene expression. Cell Metab Nov [11] Silke Fuchs. et al. A metabolic signature of long life in Caenorhabditis elegans. BMC Biol.2010 Feb 10 vol.8 14 [12] Tomoyoshi Soga. et al. Differential metabolomics reveals ophthalmic acid as an oxidative stress biomarker indicating hepatic glutathione consumption Jun 16 J Biol Chem. vol [13] Marc Larochelle. et al. Oxidative Stress-Activated Zinc Cluster Protein Stb5 Has Dual Activator/Repressor Functions Required for Pentose Phosphate Pathway Regulation and NADPH Production. Mol Cell Biol Sep vol [14] Takao Kato. et al. Analysis of metabolic remodeling in compensated left ventricular hypertrophy and heart failure. [15] Brian Onken and Monica Driscoll, Metformin Induces a Dietary Restriction LikeState and the Oxidative Stress Response to Extend C. elegans Healthspan via AMPK, LKB1, and SKN-1, PLoS ONE 5(1): e8758, 2010 [16] Wen Yang and Siegfried Hekimi, A Mitochondrial Superoxide Signal Triggers Increased Longevity in Caenorhabditis elegans, PLoS Biol 8(12), 2010 [17] Jeffrey G. Dickhout. et al. Integrated stress response modulates cellular redox state via induction of cystathionine γ-lyase: cross-talk between integrated stress response and thiol metabolism Mar 2. Vol [18] Schaffer S.et al. The effect of dichloroacetate on health- and lifespan in C. elegans Jun. Biogerontology vol [19] Jitender Giri. Glycinebetaine and abiotic stress tolerance in plants 2011 Nov. 1 Plant Signal Behav. vol [20] S. Todd Lamitina. et al. Adaptation of the nematode Caenorhabditis elegans to extreme osmotic stress Apr Am J Physiol Cell Physiol. vol.286 C

28 論 文 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,25-31 ページ,2013 年 フラグメント 分 子 軌 道 法 によるインフルエンザウイルス 表 面 タンパク 質 の 大 規 模 量 子 化 学 計 算 福 澤 薫 1,2 望 月 祐 志 2,3 中 野 達 也 2,4 田 中 成 典 5 1 みずほ 情 報 総 研 株 式 会 社 2 東 京 大 学 生 産 技 術 研 究 所 3 立 教 大 学 4 国 立 医 薬 品 食 品 衛 生 研 究 所 5 神 戸 大 学 大 学 院 システム 情 報 学 研 究 科 1 東 京 都 千 代 田 区 神 田 錦 町 東 京 都 目 黒 区 駒 場 東 京 都 豊 島 区 西 池 袋 東 京 都 世 田 谷 区 上 用 賀 兵 庫 県 神 戸 市 灘 区 六 甲 台 町 [email protected], [email protected], [email protected], [email protected] ( 論 文 受 付 日 April 11, 2013 ; 公 開 日 July 31, 2013 ) 要 旨 : インフルエンザウイルスの 膜 表 面 に 存 在 するヘマグルチニン(HA)やノイラミニ ダーゼ(NA)というタンパク 質 は それぞれウイルスが 宿 主 に 感 染 する 過 程 離 脱 する 過 程 で 重 要 な 役 割 を 担 っている これらのタンパク 質 の 分 子 認 識 メカニズムを 系 統 的 に 理 解 することで ワクチンや 抗 ウイルス 薬 の 開 発 に 有 益 な 情 報 が 得 られると 期 待 される 本 稿 では フラグメント 分 子 軌 道 法 プログラム ABINIT-MP(X)および 専 用 GUI プログラ ム BioStation Viewer を 用 いた ウイルス 表 面 タンパク 質 による 宿 主 結 合 抗 原 抗 体 反 応 および 抗 ウイルス 薬 との 結 合 などに 関 する 大 規 模 量 子 化 学 計 算 について 紹 介 する キーワード: インフルエンザウイルス 膜 表 面 タンパク 質 分 子 認 識 フラグメント 分 子 軌 道 法 BioStation ABINIT-MP BioStation Viewer 1.はじめに インフルエンザウイルスは 頻 繁 に 変 異 を 繰 り 返 し その 抗 原 変 異 のしやすさが 毎 年 の 流 行 の 原 因 と なっている 感 染 してしまうと 重 症 化 することもあ り ワクチンによる 予 防 や 抗 ウイルス 薬 の 開 発 が 緊 急 の 課 題 である ウイルスの 膜 表 面 にはヘマグルチ ニン(HA)[1] やノイラミニダーゼ(NA)[2] といった タンパク 質 がそれぞれ3 量 体 4 量 体 として 存 在 し 前 者 はウイルスが 宿 主 細 胞 に 感 染 する 過 程 後 者 は Neuraminidase (NA) Hemagglutinin (HA) 図 1 インフルエンザウイルスと 表 面 タンパク 質 Licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License 25

29 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,25-31 ページ,2013 年 離 脱 する 過 程 で 重 要 な 役 割 を 果 たす( 図 1) これ ら HA の 受 容 体 結 合 や 抗 原 抗 体 反 応 NA の 阻 害 剤 結 合 の 系 統 的 な 理 解 は ワクチンや 薬 剤 の 開 発 に 有 益 な 情 報 となる 一 方 で 生 命 現 象 の 分 子 メカニズム 解 明 や 論 理 的 な 創 薬 のためには 分 子 シミュレーションによる 理 論 計 算 が 有 益 である 中 でも 経 験 的 パラメタに 依 存 しない 電 子 状 態 計 算 は 古 典 分 子 動 力 学 法 などの 経 験 的 手 法 と 比 較 して 膨 大 な 計 算 量 を 要 する 一 方 で 電 子 の 挙 動 を 扱 うことができるため 化 学 反 応 や 電 子 移 動 プロセスなどへの 適 用 が 期 待 できる タ ンパク 質 や DNA などの 生 体 高 分 子 の 電 子 状 態 計 算 手 法 として オーダーN 法 や 分 割 法 など 近 年 さまざ まな 方 法 論 が 提 案 されている 神 戸 大 学 の 北 浦 教 授 により 開 発 されたフラグメント 分 子 軌 道 (FMO) 法 は 分 割 法 の 一 種 で その 名 の 通 り 分 子 を フラグメン ト に 分 割 して フラグメントのモノマー ダイマ ー トリマーなどの 組 み 合 わせで 分 子 全 体 の 電 子 状 態 を 表 現 する 近 似 法 である[3] -[5] 一 般 的 に 巨 大 分 子 の 電 子 状 態 計 算 が 可 能 となったとしても 如 何 に 結 果 を 解 釈 し 手 軽 に 活 用 するのか という 新 たな 課 題 が 出 てくるが その 点 FMO 法 は 大 規 模 分 子 をフラグメント 分 割 することにより 計 算 コストを 大 幅 に 削 減 するとともに フラグメント 間 の 相 互 作 用 エネルギー(IFIE)を 評 価 することができるという 優 れた 側 面 を 持 っている IFIE を 利 用 することで エネルギー 指 標 によって 分 子 内 分 子 間 の 相 互 作 用 をフラグメント 単 位 で 定 量 評 価 できるため 明 解 で 応 用 範 囲 が 広 い すなわち FMO 法 の 出 現 によって 生 体 高 分 子 をモデル 化 せずにそのまま 量 子 化 学 計 算 することが 可 能 となり 実 用 系 における 分 子 内 分 子 間 相 互 作 用 の 定 量 評 価 をルーチン 的 に 扱 うこ とが 現 実 的 となっている 本 稿 では FMO 法 プログ ラム ABINIT-MP(X)を 用 いて インフルエンザウイ ルスの 表 面 タンパク 質 である HA および NA の 大 規 模 量 子 化 学 計 算 を 行 った 例 を 紹 介 する 2.バイオ 分 子 相 互 作 用 シミュレータ Biostation FMO 法 のプログラムは 国 内 でも 複 数 開 発 されて おり 主 な 実 装 系 に GAMESS[6], PAICS[7], ABINIT-MP[8] がある 筆 者 らの 研 究 グループで 開 発 されている ABINIT-MP は 特 に 生 体 高 分 子 を 意 識 した 構 成 となっており 専 用 の GUI システムであ る BioStation Viewer を 備 えている(ABINIT-MP と BioStation Viewer を 併 せたものを バイオ 分 子 相 互 作 用 シミュレータ BioStation と 呼 ぶ[8] ) 現 在 ま でに Hartree-Fock (HF) 法 ばかりでなく MP2 法 [9] [10] や CIS(D) 法 [11] [12] などの 電 子 相 関 法 も 多 数 実 装 されており 特 に 電 子 相 関 を 考 慮 した MP2 法 は 精 度 と 計 算 時 間 とのバランスがよく 実 用 的 である これまでの 最 大 規 模 の 計 算 事 例 はインフルエンザ HA 三 量 体 と Fab 抗 体 との 巨 大 複 合 体 であり 地 球 シミュレータの 128 ノード(1024 プロセッサ)を 用 い て 2351 残 基 (36160 原 子 )の FMO-MP3/6-31G 計 算 が 5.8 時 間 (MP2 レベルならば 4.3 時 間 )であった [13] 特 にスーパーコンピュータでなくても 数 台 の PC クラスタを 用 いて 十 分 に 計 算 することが 可 能 である ABINIT-MP にはまた FMO 法 独 自 の 様 々な 解 析 手 法 が 組 み 込 まれている FMO 計 算 の 大 きな 特 徴 の1 つは フラグメント 間 相 互 作 用 エネルギー (Inter-Fragment Interaction Energy, IFIE)を 計 算 でき ることであり これは 全 てのフラグメントの 組 み 合 わせに 対 して 網 羅 的 に 得 ることができる タンパク 質 や DNA を 扱 う 場 合 には 残 基 間 相 互 作 用 やリガ ンドと 各 残 基 との 相 互 作 用 DNA の 塩 基 対 やスタッ キング 相 互 作 用 残 基 - 塩 基 間 相 互 作 用 などのフラ グメント 単 位 の 解 析 が 可 能 であるし IFIE を 組 み 合 わせることによって 分 子 間 の 結 合 エネルギーなど も 評 価 できる BioStation Viewer を 用 いて IFIE に 基 づいた 各 種 解 析 (IFIE の 立 体 構 造 表 示 IFIE-map[14], VISCANA[15] ) 軌 道 相 互 作 用 解 析 (CAFI[16], FILM[17] ) グリッドデータ 解 析 CH/ π 相 互 作 用 解 析 (CHPI[18] [19] )などを 可 視 化 しなが ら 行 うことができる また 固 定 電 荷 を 用 いた 古 典 力 場 計 算 とは 異 なり 原 子 電 荷 を 計 算 することができ るため 電 荷 分 布 や 電 荷 の 移 動 に 基 づいた 解 析 が 可 能 である 3.インフルエンザウイルス 表 面 タンパク 質 の 計 算 インフルエンザ HA および NA タンパク 質 の FMO 計 算 結 果 を 用 いて ウイルスの 感 染 や 増 殖 に 関 わる 分 子 認 識 メカニズムを 分 子 間 相 互 作 用 の 観 点 から 解 説 する 3.1 ウイルス HA と 宿 主 受 容 体 の 結 合 親 和 性 インフルエンザウイルスは トリやヒトなどの 宿 主 に 対 して 感 染 性 が 異 なるという 特 徴 を 持 ってい る 言 い 換 えると ウイルスの 感 染 に 関 わる HA タ ンパク 質 と 宿 主 受 容 体 との 間 に 特 異 的 な 相 互 作 用 が 存 在 する このため トリインフルエンザウイル スはヒトに 感 染 しにくく ヒトインフルエンザウイ ルスはトリに 感 染 しにくい これは 宿 主 受 容 体 で あるシアロ 糖 鎖 の 構 造 をみると 判 りやすい 図 2 の ように シアロ 糖 鎖 の 末 端 にあるシアル 酸 と 隣 のガ ラクトースとの 間 の 結 合 様 式 が ヒトは 2-6 型 ト リは 2-3 型 と 異 なっており そのために 受 容 体 を 認 識 する HA との 結 合 性 が 異 なると 考 えられる[20] 26

30 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,25-31 ページ,2013 年 作 用 をしている 構 造 との 総 合 評 価 により 水 素 結 合 形 成 による 安 定 化 が 起 こっていると 考 えられる 図 2 宿 主 におけるシアル 酸 -ガラクトース 結 合 様 式 :(a) ヒト 型 2-6 結 合 (b)トリ 型 2-3 結 合 そこで 各 宿 主 受 容 体 によるシアロ 糖 鎖 との 結 合 性 の 違 いについて FMO 法 を 用 いた 結 合 エネルギー 計 算 による 定 量 評 価 を 行 った[21] ここで 結 合 エネル ギーは 式 1の 通 り HA- 受 容 体 の 複 合 体 構 造 と 単 体 構 造 とのエネルギー 差 である E E ( E E ) ( 式 1) complex HA receptor トリ(avian) H3 型 ヒト(human) H1 型 ブタ(swine) H1 型 トリ(avian) H5 型 の 各 ウイルス HA タンパク 質 について 型 受 容 体 との 結 合 エネルギー の 比 較 を 表 1 に 示 す ヒトウイルスはトリ 2-3 型 よりもヒト 2-6 型 受 容 体 に トリウイルスはヒト 型 よりもトリ 型 受 容 体 に 強 く 結 合 すること またブタ ウイルスはヒト 型 受 容 体 に 結 合 しやすいことがわ かる 表 1 HA と 受 容 体 との 結 合 エネルギー(kcal/mol)[21] H3HA avian H1HA human H1HA swine H5HA avian 次 に ヒト(human) H1 型 HA と 各 受 容 体 との 複 合 体 構 造 に 対 して IFIE 解 析 を 行 い 受 容 体 と HA の 各 アミノ 酸 残 基 との 相 互 作 用 を 評 価 した( 図 3) Lys222 および Asp225 との 相 互 作 用 において 大 きな 変 化 が 見 られ 共 にヒト 型 受 容 体 の 方 が 安 定 な 相 互 図 3 糖 鎖 受 容 体 とヒト H1 型 HA の 各 アミノ 酸 残 基 と の IFIE 図 中 の avian は 2-3 型 受 容 体 との 相 互 作 用 human は 2-6 型 受 容 体 との 相 互 作 用 を 表 している このように FMO 計 算 によりシアル 酸 認 識 の 宿 主 結 合 特 異 性 の 理 論 予 測 と 重 要 なアミノ 酸 の 特 定 が 可 能 であることが 示 された 3.2 新 型 インフルエンザウイルス 2009 年 に 大 流 行 を 起 こしたブタ 由 来 の 新 型 イン フルエンザウイルス (2009/H1N1pdm) は 世 界 をイ ンフルエンザ パンデミックへの 恐 怖 に 陥 れた 幸 いにして 強 毒 型 のウイルスではなく 季 節 型 ウイル スとして 収 束 したものの 世 界 で1 万 8 千 人 以 上 の 死 者 を 出 した この 2009/H1N1pdm ウイルスと 受 容 体 との 結 合 特 異 性 が 過 去 の H1N1 型 ウイルスとどの ように 異 なっているのかを 調 べるために ヒト 2-6 型 受 容 体 との 結 合 性 の 計 算 を 行 い 過 去 のヒト H1N1 亜 型 (スペイン 風 邪 )およびブタ H1N1 亜 型 ウイルスとの 比 較 を 行 った[[22 ] 用 いたウイルス 株 は 下 記 のとおりである A/California/04/2009 (2009/H1N1pdm) A/swine/Iowa/1930 (1930swine) A/Puerto Rico/8/1934 (1934human) 前 節 と 同 様 の 手 順 で この3 種 類 のウイルス HA と ヒト 2-6 型 受 容 体 との 結 合 エネルギーおよび IFIE 解 析 を 行 ったところ もっとも 結 合 が 強 いのは 新 型 ヒトウイルスであり 次 にブタウイルス 旧 型 ヒト ウイルス の 順 であることがわかった さらに 結 合 性 変 化 の 由 来 を 調 べたところ 新 型 ウイルス 特 有 の 145 番 目 のアミノ 酸 の 変 異 (Ser145Lys)が 結 合 を 強 く していることがわかった 各 ウイルス HA の 受 容 体 結 合 サイトの 構 造 をみると( 図 4) Ser145 では 受 容 27

31 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,25-31 ページ,2013 年 体 のシアル 酸 と 水 素 結 合 を 形 成 していたところが Lys145 になるとイオン 対 を 形 成 しており より 強 い 結 合 となる 説 明 がつく この 変 異 によってヒト 型 受 容 体 への 強 い 結 合 性 を 獲 得 する 可 能 性 を 示 す 結 果 であった (a) 表 2 H3N2 A/Aichi/2/68 ウイルス HA の 抗 原 領 域 E に おける 主 流 変 異 [24] 年 号 1969 V78G 1972 D63N 1973 T83K 1977 I62K 1987 E82K 1989 K83E 1995 K62E 主 流 となった 変 異 2002 H75Q, E83K (a) IFIE 荷 電 Sum アミノ [kcal/mol] 酸 残 基 Mutation observed Mutation observed ILE62 LEU66 ILE67 ALA69 LEU70 LEU71 PRO74 VAL78 PHE79 TRP 図 4 受 容 体 結 合 サイトの 構 造 3.3 抗 原 抗 体 相 互 作 用 から 予 測 するウイルス の 変 異 ここまでは 宿 主 受 容 体 と HA タンパク 質 との 相 互 作 用 に 注 目 したが HA は 抗 原 として 免 疫 抗 体 に 認 識 されるため 抗 原 抗 体 反 応 における 分 子 間 相 互 作 用 も 興 味 深 い インフルエンザウイルスが 頻 繁 に 変 異 を 起 こすことは 前 に 述 べたが ウイルスは 自 身 の 変 異 ( 進 化 )によって 免 疫 抗 体 から 逃 れることが できる 抗 体 に 認 識 されにくいウイルスが 生 き 残 る と 仮 定 すると 抗 体 と 強 い 引 力 相 互 作 用 をするアミ ノ 酸 残 基 の 変 異 が 主 流 変 異 となる 可 能 性 が 高 いと いう 仮 説 がたてられる そこで HA 抗 原 と 抗 体 と の 複 合 体 構 造 の FMO-IFIE 解 析 により 抗 体 と HA 各 アミノ 酸 残 基 との 間 の 相 互 作 用 を 数 値 的 に 評 価 した[23] 具 体 的 には H3N2 A/Aichi/2/68 ウイルス HA と Fab 抗 体 との 複 合 体 構 造 を 用 いて 相 互 作 用 を 詳 細 に 解 析 し 抗 体 と 強 い 引 力 相 互 作 用 をしている HA のアミノ 酸 残 基 を 特 定 した 特 に 抗 原 部 位 であ る 抗 原 領 域 E に 注 目 した さらに 当 該 アミノ 酸 残 基 の 変 異 が 実 験 的 に 許 容 (HA が 血 球 吸 着 機 能 を 保 持 する)か 非 許 容 かの 情 報 を 用 いて[24] 候 補 の 絞 り 込 みを 行 った 許 容 変 異 かつ 安 定 な 引 力 相 互 作 用 をしているアミノ 酸 残 基 と 実 際 のウイルス 年 表 ( 表 2)に 沿 った 主 流 変 異 とが 一 致 するかどうかを 確 認 した (b) 極 性 アミノ 酸 残 基 CYS64 THR65 GLY72 HIS75 CYS76 GLN80 ASN81 THR (c) 疎 水 性 アミノ 酸 残 基 Mutation observed Mutation observed ASP63 ASP68 ASP73 ASP77 GLU82 ASP 図 5 抗 体 と 各 アミノ 酸 の 相 互 作 用 [23] 28

32 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,25-31 ページ,2013 年 図 5には 抗 原 領 域 E のアミノ 酸 残 基 を(a) 荷 電 残 基 (b) 極 性 残 基 (c) 疎 水 性 残 基 に 分 類 し また 実 験 結 果 の 許 容 変 異 ( 緑 ) 非 許 容 変 異 ( 赤 ) 未 測 定 ( 青 ) に 色 分 けしている 緑 かつ 安 定 相 互 作 用 (IFIE が 負 値 を 示 す)の 箇 所 と 表 2の 変 異 位 置 とが 見 事 に 一 致 していることがわかる 唯 一 対 応 がとれなかった Thr83 に 関 しても フラグメン ト 切 断 場 所 とアミノ 酸 残 基 の 境 界 を 一 致 させる ことで 解 決 した[25] 以 上 の 結 果 は 抗 原 抗 体 反 応 におけるアミノ 酸 残 基 単 位 の 相 互 作 用 解 析 を 実 験 結 果 と 適 切 に 組 み 合 わせることにより ウイルス 変 異 の 予 測 が 可 能 であることを 示 唆 している 尚 ここでは HA 単 量 体 と Fab 抗 体 1 個 の 例 についての 結 果 を 紹 介 したが HA 三 量 体 と Fab 抗 体 2 個 との 例 につい ても 同 様 の 結 果 が 得 られている[26] 3.4 抗 ウイルス 薬 との 相 互 作 用 現 在 日 本 で 用 いられている 抗 インフルエンザ 薬 は もうひとつの 膜 表 面 タンパク 質 である NA をタ ーゲットとした NA 阻 害 剤 である NA は 増 殖 した ウイルスが 細 胞 から 遊 離 する 段 階 でシアロ 糖 鎖 を 切 断 するシアリダーゼ 酵 素 であり 特 に 有 名 なタミ フル( 図 6)は 高 病 原 性 H5N1 トリインフルエン ザや 新 型 インフルエンザに 対 する 注 目 も 手 伝 って いまや 誰 もが 知 る 薬 になっている タミフルは い わゆる Structure-based drug design (SBDD)において コンピューター 支 援 によるドラッグデザインによ って 開 発 された 薬 でもある 図 6 タミフル 活 性 体 構 造 FMO 法 は このような 酵 素 と 阻 害 剤 のような タ ンパク 質 と 化 合 物 との 相 互 作 用 についても 同 様 に 評 価 することができるため タミフルと NA の 各 ア ミノ 酸 残 基 がどのような 相 互 作 用 をしているのか を 調 べた 既 に 複 合 体 の 結 晶 構 造 がとられている PDBID: 2HU4 (386 残 基 )について FMO-MP2/6-31G レベルの 計 算 と IFIE 解 析 を 行 った[27] 特 に 引 力 が 強 いのは Arg118, Arg292, Arg371 など の 塩 基 性 残 基 との 相 互 作 用 であるが SBDD で 導 入 されたアミノ 基 の 影 響 により Glu119 や Asp151 のよ うな 酸 性 アミノ 酸 残 基 との 相 互 作 用 も 安 定 化 して 図 7 タミフルと NA 各 アミノ 酸 の 相 互 作 用 [27] いることがわかった このように FMO 計 算 による 相 互 作 用 解 析 によっ て タンパク 質 と 化 合 物 の 結 合 様 式 を 明 らかにし 官 能 基 のデザインに 対 する 相 互 作 用 の 変 化 などの 論 理 的 創 薬 を 行 う 上 で 有 用 な 情 報 が 得 られること がわかる 4.おわりに フラグメント 分 子 軌 道 法 による 生 体 高 分 子 の 応 用 研 究 事 例 として 特 にインフルエンザウイルスタ ンパク 質 の 特 異 的 な 結 合 についての 計 算 例 を 紹 介 した FMO 計 算 から 得 られる IFIE を 解 析 すること で 相 互 作 用 に 対 して 定 量 的 な 指 標 を 与 えることが おわかりいただけたと 思 う また 最 近 では 多 体 FMO 法 を 用 いた 高 精 度 化 によって リガンドを 分 割 した 官 能 基 ごとの 相 互 作 用 解 析 ができるようにな っており 創 薬 分 子 設 計 への 貢 献 が 期 待 できる[5] [28] 生 体 分 子 系 は 特 異 的 な 分 子 間 相 互 作 用 によっ て 制 御 されているシステムであるといえ これら 分 子 間 相 互 作 用 を 理 解 して 適 切 に 制 御 したり 応 用 す ることによって たとえばウイルス 感 染 症 に 対 して は ドラッグデザインや 薬 剤 耐 性 問 題 への 対 応 ウ イルス 変 異 の 予 測 ワクチン 開 発 など さまざまな 対 策 に 結 びつけることができると 考 えている FMO 法 は 第 一 原 理 に 基 づいた 方 法 であるため インフル エンザ 感 染 症 だけでなく 同 様 の 手 法 が 一 般 的 な 生 体 高 分 子 の 相 互 作 用 解 析 に 適 用 できる 今 後 様 々な 応 用 計 算 が 展 開 され 生 命 科 学 研 究 に 貢 献 すると 期 待 される 29

33 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,25-31 ページ,2013 年 謝 辞 : 本 研 究 を 進 めるにあたり 多 くの 助 言 をいた だいた 中 島 捷 久 先 生 信 澤 枝 里 先 生 尾 曲 克 己 博 士 渡 邉 千 鶴 博 士 図 をご 提 供 くださった 沖 山 佳 生 博 士 に 感 謝 いたします 本 研 究 は 文 部 科 学 省 次 世 代 IT 基 盤 構 築 のための 研 究 開 発 プログラム イノベーシ ョン 基 盤 シミュレーションソフトウェアの 研 究 開 発 (RISS) プロジェクトおよび 立 教 大 学 学 術 推 進 特 別 重 点 資 金 SFR の 支 援 を 受 けました 参 考 文 献 [1] Skehel, J. J., Wiley, D. C.: Receptor Binding and Member Fusion in Virus Entry: The Influenza Hemagglutinin, Annu. Rev. Biochem., 69 (2000) [2] Air, G. M., Laver, W. G.: The Neuraminidase of Influenza Virus, PROTEINS, 6 (1989) [3] The Fragment Molecular Orbital Method: Practical Applications to Large Molecular Systems, edited by Fedorov, D. G. &Kitaura K.: (Taylor & Francis/ CRC Press, Boca Raton, FL, 2009) [4] Fedorov, D. G. &Kitaura K.: Extending the Power of Quantum Chemistry to Large Systems with the Fragment Molecular Orbital Method, J. Phys Chem. A 111 (2007) [5] Nakano, T., Mochizuki, Y., Yamashita, K., Watanabe, C., Fukuzawa, K., Segawa, K., Okiyama, Y., Tsukamoto, T., & Tanaka, S.: Development of the four-body corrected fragment molecular orbital (FMO4) method, Chem. Phys. Lett. 523 (2012) [6] GAMESS: [7] PAICS: [8] ABINIT-MP および BioStation Viewer は 東 京 大 学 生 産 技 術 研 究 所 のホームページからダウンロード 可 能 [9] Mochizuki, Y., Nakano, T., Koikegami, S., Tanimori, S., Abe, Y., Nagashima, U. & Kitaura, K.: A parallelized integral-direct second-order Møller Plesset perturbation theory method with a fragment molecular orbital scheme, Theor. Chem. Acc. 112 (2004) [10] Mochizuki, Y., Koikegami, S., Nakano, T., Amari, S. & Kitaura, K.: Large scale MP2 calculations with fragment molecular orbital scheme, Chem. Phys. Lett., 396 (2004) [11] Mochizuki, Y., Nakano, T., Amari, S., Ishikawa, T., Tanaka, K., Sakurai, M. & Tanaka, S.: Fragment molecular orbital calculations on red fluorescent protein (DsRed), Chem Phys Lett. 433 (2007) [12] Mochizuki, Y., Tanaka, K., Yamashita, K., Ishikawa, T., Nakano, T., Amari, S., Segawa, K., Murase, T., Tokiwa, H. & Sakurai, M.: Parallelized integral-direct CIS(D) calculations with multilayer fragment molecular orbital scheme, Theor. Chem. Acc. 117 (2007) [13] Mochizuki, Y., Yamashita, K., Fukuzawa, K., Takematsu, K., Watanabe, H., Taguchi, N., Okiyama, Y., Tsuboi, M., Nakano, T. & Tanaka, S.: Large-scale FMO-MP3 calculations on the surface proteins of influenza virus, hemagglutinin (HA) and neuraminidase (NA), Chem. Phys. Lett. 493 (2010) [14] Kurisaki, I., Fukuzawa, K., Komeiji, Y., Mochizuki, Y., Nakano, T., Imada, J., Chmielewski, A., Rothstein, S. M., Watanabe, H. & Tanaka, S.: Visualization Analysis of Inter-Fragment Interaction Energies of CRP-cAMP-DNA Complex Based on the Fragment Molecular Orbital Method, Biophys. Chemist. 130 (2007) 1-9. [15] Amari, S., Aizawa, M., Zhang, J., Fukuzawa, K., Mochizuki, Y., Iwasawa, Y., Nakata, K., Chuman, H. & Nakano, T.: VISCANA: Visualized Cluster Analysis of Protein-Ligand Interaction Based on the ab initio Fragment Molecular Orbital Method for Virtual Ligand Screening, J. Chem. Inf. Model., 46 (2006) [16] Mochizuki, Y., Fukuzawa, K., Kato, A., Tanaka, S., Kitaura, K. & Nakano, T.: A Configuration Analysis for Fragment Interaction, Chem. Phys. Lett., 410 (2005) [17] Ishikawa, T., Mochizuki, Y., Amari, S., Nakano, T., Tokiwa, H., Tanaka, S. & Tanaka, K.: Fragment interaction analysis based on local MP2, Theor Chem Account 118 (2007) [18] Umezawa, Y., Nishio, M.: CH/ Interactions as Demonstrated in the Crystal structure of Guanine-nucleotide Binding Proteins, Src 30

34 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,25-31 ページ,2013 年 homology-2 Domains and Human Growth Hormone in Complex with their Specific Ligands, Bioorg. Med. Chem., 6 (1998) [19] 西 尾 元 宏 : 有 機 化 学 のための 分 子 間 力 入 門 講 談 社 サイエンティフィック [20] Suzuki, Y.: Sialobiology of influenza molecular mechanism of host range variation of influenza viruses, Biol. Pharm. Bull., 28 (2005) [21] Iwata, T., Fukuzawa, K., Nakajima, K., Aida-Hyugaji, S., Mochizuki, Y., Watanabe, H., & Tanaka, S.: Theoretical analysis of binding specificity of influenza viral hemagglutinin to avian and human receptors based on the fragment molecular orbital method, Comp. Biol. Chem. 32 (2008) [22] Fukuzawa, K., Omagari, K., Nakajima, K. Nobusawa, E., & Tanaka, S.: The sialic acid recognition of the human pandemic influenza 2009 H1N1 virus: quantum mechanical FMO calculations for the binding mechanism between human receptor and influenza hemagglutinin, Protein & Peptide Lett., 18 (2011) [23] Takematsu, K., Fukuzawa, K., Omagari, K., Nakajima, S., Nakajima, K., Mochizuki, Y., Nakano, T., Watanabe, H., Tanaka, S.: Possibility of Mutation Prediction of Influenza Hemagglutinin by Combination of Hemadsorption Experiment and Ab Initio Calculation for Antibody Binding, J. Phys. Chem. B, 113 (2009) [24] Nakajima, K.; Nobusawa, E.; Tonegawa, K.; Nakajima, S.: Restriction of Amino Acid Change in Influenza A Virus H3HA: Comparison of Amino Acid Changes Observed in Nature and In Vitro, J. Virol. 77 (2003) [25] Yoshioka, A., Takematsu, K., Kurisaki, I., Fukuzawa, K., Mochizuki, Y., Nakano, T., Nobusawa, E., Nakajima, K. & Tanaka, S.: Antigen-antibody interactions of influenza virus hemagglutinin revealed by the fragment molecular orbital calculation, Theor Chem Acc, 130 (2011) [26] Yoshioka, A., Fukuzawa, K., Mochizuki, Y., Yamashita, K., Nakano, T., Okiyama, Y., Nobusawa, E., Nakajima, K. & Tanaka, S.: Prediction of probable mutations in influenza virus hemagglutinin protein based on large-scale ab initio fragment molecular orbital calculations, J. Mol Graph Model 30 (2011) [27] Fukuzawa, K., Mochizuki, Y., Mibe, H., Watanabe, C., Tanaka, S. & Nakano, T.: Fragment molecular orbital study concerning influenza virus neuraminidase with antiviral drug, Abstract book for The Seventh Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics (ISTCP-VII). [28] Watababe, C., Fukuzawa, K., Okiyama, Y., Tsukamoto, T., Kato, A., Tanaka, S., Mochizuki, Y., Nakano, T.; Three- and four-body corrected fragment molecular orbital calculations with a novel subdividing fragmentation method applicable to structure-based drug design, J. Mol. Graph. Model. 41 (2013)

35 論 文 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,32-41 ページ,2013 年 Structure-based drug design を 指 向 した 新 規 フラグメント 分 割 法 に 基 づく 4 体 補 正 フラグメント 分 子 軌 道 (FMO4) 計 算 渡 邉 千 鶴 1 福 澤 薫 1, 2 沖 山 佳 生 1 望 月 祐 志 1, 3 塚 本 貴 志 1, 2 加 藤 昭 史 2 田 中 成 典 4 中 野 達 也 1, 5 1 東 京 大 学 生 産 技 術 研 究 所 2 みずほ 情 報 総 研 3 立 教 大 学 理 学 部 4 神 戸 大 学 大 学 院 システム 情 報 学 研 究 科 5 国 立 医 薬 品 食 品 衛 生 研 究 所 1 東 京 都 目 黒 区 駒 場 東 京 都 千 代 田 区 神 田 錦 町 東 京 都 豊 島 区 池 袋 神 戸 市 灘 区 六 甲 台 町 東 京 都 世 田 谷 区 上 用 賀 [email protected] ( 論 文 受 付 日 April 12, 2013 ; 公 開 日 July 31, 2013 ) 要 旨 : 4 体 補 正 フラグメント 分 子 軌 道 (FMO4) 法 を 用 いることにより これまで 推 奨 されてきたフラグメント 分 割 方 法 (リガンド 単 位 アミノ 酸 残 基 単 位 )よりも さら に 細 かいフラグメント 分 割 が 化 学 的 な 計 算 精 度 を 落 とすことなく 可 能 となった リガ ンドを 機 能 部 位 ごとに 分 割 することによって リガンドの 結 合 サイトごとの 相 互 作 用 を 解 析 でき また 各 アミノ 酸 残 基 は 側 鎖 でも 分 割 することによって 主 鎖 と 側 鎖 の 寄 与 を 分 離 することに 成 功 した このような 高 解 像 度 の 解 析 を 用 いることで CH/ 結 合 のよ うな 弱 い 力 の 特 定 も 容 易 に 行 えるようになった 本 研 究 で 提 唱 する 新 規 フラグメント 分 割 法 は Structure-based drug design (SBDD)をはじめとする 論 理 的 創 薬 に 広 く 用 いること が 期 待 できる キーワード: フラグメント 分 子 軌 道 (FMO) 法 FMO4 法 Structure-based drug design (SBDD) Fragment-based drug design (FBDD) エストロゲン 受 容 体 フラグメント 間 相 互 作 用 エネルギー(IFIE) CH/ 相 互 作 用 ABINIT-MP BioStation Viewer 1. はじめに 北 浦 らによって 開 発 されたフラグメント 分 子 軌 道 法 (FMO) 法 [1][2]は 生 体 高 分 子 を 小 さく 分 割 したフラグメントに 対 して 電 子 状 態 計 算 を 行 うこ とで 系 全 体 の 性 質 を 明 らかにする これにより タンパク 質 や DNA などの 巨 大 分 子 を 量 子 論 的 に 扱 え フラグメント 間 相 互 作 用 エネルギー(IFIE) 解 析 電 荷 移 動 エネルギー 解 析 (CAFI) 軌 道 レベルのエ ネルギー 解 析 (FILM)などのフラグメントベースの 解 析 手 法 が 提 案 されている 核 内 受 容 体 の 一 種 であ るエストロゲン 受 容 体 (ER)は DNA の 転 写 因 子 で あり 乳 癌 などの 疾 病 に 対 する 重 要 な 創 薬 ターゲッ トタンパク 質 [3][4]となっているが その 転 写 メカ ニズムは 未 だ 明 らかになっていない( 図 1) FMO 法 を 用 いることで ER とエストロゲン (17 -estradiol: EST)の 結 合 ネットワーク( 図 2) における 様 々な 相 互 作 用 ( 静 電 相 互 作 用 分 散 力 Licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License 32

36 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,32-41 ページ,2013 年 電 荷 移 動 エネルギー CH/ 相 互 作 用 など)の 寄 与 が 定 量 的 に 見 積 もられ 転 写 調 節 に 重 要 なリガンド 結 合 メカニズムが 明 らかにされてきた [2][5] 特 に 可 視 化 プログラム BioStation Viewer[6]を 利 用 し て IFIE 解 析 を 行 うことで 容 易 にリガンド 結 合 に 重 要 なアミノ 酸 残 基 の 特 定 ができる このことから 量 子 化 学 計 算 を 用 いた 創 薬 支 援 ツールとして 医 薬 品 開 発 への 利 用 が 広 がっている [7][8] その 一 方 で 実 際 の 創 薬 現 場 において Structure-based drug design(sbdd)[9][10]のようにリガンドの 結 合 サ イトを 特 定 するような より 詳 細 な 機 能 単 位 ごとの 相 互 作 用 解 析 を 希 望 する 声 が 挙 げられていた[11] が 従 来 の 二 体 補 正 FMO(FMO2) 計 算 では 精 度 の 問 題 から リガンド 単 位 アミノ 酸 残 基 単 位 の 分 割 が 推 奨 されてきたため[11] リガンド 対 アミノ 酸 残 基 単 位 の 解 析 にとどまっていた そこで FMO 計 算 プロ グラムの 一 つである ABINIT-MP[6][11][13]では 最 近 4 体 補 正 FMO(FMO4) 法 [6][14]が 開 発 され 従 来 の FMO2 法 では 難 しかった アミノ 酸 残 基 を 主 鎖 と 側 鎖 に 分 割 することが 計 算 の 精 度 を 落 とすことなく 可 能 となった さらにこの FMO4 法 を 用 いれば リガ ンドに 対 しても 機 能 部 位 毎 の 分 割 が 行 えると 考 え られる 本 研 究 では この FMO4 法 を 用 いて アミノ 酸 残 基 の 主 鎖 側 鎖 分 割 に 加 えてリガンドの 機 能 部 位 ご とに 分 割 した 際 の 精 度 的 な 検 討 と 4 体 補 正 を 含 め た IFIE(FMO4-IFIE) 解 析 を 行 い SBDD を 指 向 した 新 規 フラグメント 分 割 法 並 びに 4 体 補 正 の 有 効 性 を 示 す[15] Hydrophobic residues 2. 方 法 体 補 正 フラグメント 分 子 軌 道 (FMO4) 法 多 体 補 正 FMO(FMO2, FMO3, FMO4) 法 [14]によって 得 られる Total energy は 下 記 の 式 で 表 すことが 出 来 る FMO2 ~ E E I E, (1) total I I J I J K FMO3 FMO2 ~ E E, (2) total total IJ E IJK FMO4 FMO3 ~ E E. (3) total total E IJKL I J K L ここで E ~ IJ E ~ IJK E ~ IJKL はフラグメント 間 の 2 体 項 3 体 項 4 体 項 のエネルギーである FMO 法 の 特 徴 である フラグメント 間 相 互 作 用 エ ネルギー(IFIE)は 下 記 の 方 法 で 多 体 補 正 FMO(n) (IFIE-FMO(n): E (n 2,3,4) )を 行 う[15] IJ Hydrophobic residues 図 2 ER-EST のリガンド 結 合 ネットワーク FMO2 ~ E, (4) IJ E IJ FMO3 FMO2 1 ~ E IJ EIJ EIJK, (5) 3 FMO4 FMO3 1 ~ E IJ EIJ EIJKL. (6) 6 K KL 図 1 ER-EST 複 合 体 ( 黄 色 :50 残 基 モデル) 高 次 多 体 補 正 IFIE の 精 度 検 証 には EST とそのほ かのアミノ 酸 残 基 間 の IFIE 及 びそれらの 総 和 (IFIE sum)を 用 いる I 番 目 のフラグメントの IFIE sum の 定 義 は 下 記 の 式 で 表 される 33

37 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,32-41 ページ,2013 年 FMO(n) FMO(n) I E IJ J E (n 2,3,4). (7) 本 研 究 では ER の 50 残 基 モデル( 図 1)を 用 い て ER-EST 複 合 体 の 主 鎖 - 側 鎖 分 割 ( 図 3) およ びリガンド 分 割 ( 図 4)した 場 合 の FMO2, FMO3, FMO4 計 算 ( HF/STO-3G, HF/6-31G, MP2/6-31G ) を ABINIT-MP[6][14]を 使 用 して 行 った 2 体 項 3 体 項 4 体 項 の 環 境 静 電 ポテンシャルの 整 合 性 を 保 つ ため 環 境 静 電 ポテンシャル 近 似 [11]は 用 いないこ ととした 可 視 化 プログラム BioStation Viewer[6] を 使 用 して 高 次 多 体 補 正 を 含 む IFIE(FMO2-IFIE, FMO3-IFIE, FMO4-IFIE) 解 析 を 行 った また 精 度 検 証 のため HF/STO-3G レベルで 通 常 の 分 子 軌 道 (Conventional MO) 計 算 との 比 較 も 行 った 2.2 SBDD を 指 向 した 新 規 フラグメント 分 割 法 SBDD を 指 向 した 新 規 フラグメント 分 割 法 として 次 のような 指 針 を 用 いた タンパク 質 については 従 来 の 主 鎖 分 割 (Main chain)に 加 え 主 鎖 - 側 鎖 での 分 割 (Main/Side chain)を 行 った( 図 3) これにより アミノ 酸 残 基 の IFIE を 主 鎖 からの 寄 与 か 側 鎖 からの 寄 与 かを 区 別 することができる 主 鎖 は C 炭 素 と C=O 間 側 鎖 は C 炭 素 と C 炭 素 間 の sp 3 混 成 軌 道 で 分 割 した そのため アミノ 酸 残 基 フラグメントの 主 鎖 部 分 (C H-CO-NH)は 生 化 学 的 なアミノ 酸 残 基 の 構 成 (NH-C H-CO)と 異 なっ ている この 時 Gly と Pro は その 構 造 から 主 鎖 (a) 主 鎖 分 割 (Main chain) (b) 主 鎖 側 鎖 分 割 (Main/Side chain) 図 3 タンパク 質 フラグメント 分 割 法 と 側 鎖 に 分 割 することが 出 来 ないため アミノ 酸 残 基 を 一 つのフラグメントとして 取 り 扱 った また ジスルフィド 結 合 (S-S 結 合 )を 形 成 している 二 つ の Cys に 関 しては 二 つの 主 鎖 フラグメント 一 つ の 側 鎖 フラグメントとした EST(1) 一 方 リガンドである EST は 図 2で 示 すように 緑 で 囲 った 六 員 環 (A 環 )の 部 位 と Glu353, Arg394 オレンジで 囲 った 五 員 環 (D 環 )の 部 位 と His524 と の 二 つの 結 合 サイトを 持 ち それぞれが 受 容 体 と 結 合 ネットワークを 形 成 している そこで これらの 機 能 部 位 をフラグメント 単 位 とする 二 つの 分 割 モ デル(Model1, Model2)を 提 案 し( 図 4) リガン ド 分 割 方 法 の 検 討 を 行 った 3. 結 果 Model1 EST(2) EST(1) Model2 3.1 新 規 フラグメント 分 割 法 の 精 度 検 証 EST(2) 図 4 EST フラグメント 分 割 法 (Model1, Model2) ER-EST 複 合 体 ( 受 容 体 -リガンド 系 )における 新 規 分 割 法 を 用 いた 多 体 FMO 計 算 の Total energy の 精 度 検 証 を 行 なった ここでは 従 来 のフラグメン ト 分 割 法 ( 主 鎖 分 割 でリガンド 分 割 無 し)と 新 規 フ ラグメント 分 割 法 ( 本 研 究 では 主 鎖 分 割 でリガン ド 分 割 有 り 主 鎖 - 側 鎖 分 割 でリガンド 分 割 無 し 主 鎖 - 側 鎖 分 割 でリガンド 分 割 有 りの 三 つの 組 み 合 わせ)を 用 いた まず タンパク 質 である 受 容 体 部 の 詳 細 分 割 の 影 響 を 見 積 もるために HF/STO-3G レベルの Conventional MO 計 算 との Total energy の 比 較 を 行 った( 表 1) 主 鎖 - 側 鎖 分 割 (リガンド 分 割 無 し) を 用 いた FMO2 計 算 の Total energy の 差 は 10hartree 程 度 だが FMO3, FMO4 計 算 では 10-3 hartree 程 度 の 誤 差 に 収 まり 従 来 の 分 割 法 の FMO4 計 算 と 同 程 度 の 計 算 精 度 になる このことから HF/STO-3G レベ ルで 主 鎖 - 側 鎖 分 割 を 行 う 場 合 には FMO3, FMO4 計 算 を 行 えば その Total energy が 化 学 的 な 議 論 を するために 十 分 な 精 度 であることがわかる そして その 精 度 はリガンド 分 割 を 行 っても 保 たれること 34

38 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,32-41 ページ,2013 年 が 確 認 できる( 表 1) これらの 傾 向 は 表 2に 示 した 6-31G 基 底 の 多 体 補 正 FMO 計 算 において より 顕 著 に 表 れる ただし HF/6-31G, MP2/6-31G レベ ルの 計 算 においては Conventional MO 計 算 が 行 え ないため 最 も 分 割 誤 差 が 少 なく 高 精 度 であると 考 えられる 従 来 の 分 割 法 を 用 いた FMO4 計 算 に 対 する Total energy の 差 を 比 較 した( 表 2) その 結 果 HF MP2 レベルの 両 方 で 主 鎖 - 側 鎖 分 割 (リガンド 分 割 無 し)を 用 いた FMO2 計 算 では 誤 差 は 10hartree 程 度 FMO3 計 算 では ~ hartree 程 度 と なり FMO4 計 算 では hartree 以 下 の 誤 差 に 収 まり 6-31G 基 底 で 主 鎖 - 側 鎖 分 割 の FMO4 計 算 は 従 来 の 分 割 法 の FMO3 計 算 と 同 程 度 の 計 算 精 度 とな る よって HF/6-31G, MP2/6-31G レベルにおいては 主 鎖 - 側 鎖 分 割 を 行 う 場 合 には FMO4 計 算 すること でその Total energy は 化 学 的 な 精 度 を 保 った 議 論 が 可 能 となる 表 1 Conventional MO 計 算 に 対 する 各 FMO 計 算 の Total energy の 比 較 Fragmentation c Difference of total energy (hartree) Protein Ligand FMO2 FMO3 FMO4 HF/STO-3G ( c Rerefence of total energy: hartree) a Main Frag. No Model Model b Main/Side Frag. No Model Model a 主 鎖 分 割 b 主 鎖 - 側 鎖 分 割 c HF/STO-3G レベルに おける Conventional MO 計 算 に 対 する 各 FMO 計 算 の Total energy の 差 分 さらに リガンド 分 割 (Model1)の 有 無 に 対 す る Total energy の 影 響 は 各 計 算 レベル(HF/STO-3G, HF/6-31G, MP2/6-31G)において 見 受 けられず( 表 1 2) 二 体 補 正 でも 十 分 な 精 度 が 得 られた こ れは Model2 でも 同 様 で リガンド 分 割 法 の 違 いが Total energy にもたらす 影 響 は 少 ないことがわかる 従 って 今 回 のリガンド 二 分 割 モデルでは 分 割 の 有 無 や 分 割 法 の 違 いで Total energy の 計 算 精 度 の 差 は 無 く 系 全 体 の 計 算 精 度 はタンパク 質 の 分 割 方 法 に 依 存 することがわかった 次 に 多 体 補 正 IFIE の 精 度 検 証 を MP2/6-31G レ ベルで 行 なった 表 3に 従 来 のフラグメント 分 割 方 法 における EST とその 周 辺 アミノ 酸 残 基 との 多 体 補 正 IFIE 値 と その 値 に 対 する 新 規 分 割 法 ( 主 鎖 - 側 鎖 分 割 でリガンド 分 割 (Model1, Model2))の 多 体 補 正 IFIE 値 の 差 を 示 した このとき 新 規 分 割 法 の IFIE 値 は アミノ 酸 残 基 単 位 ( 各 アミノ 酸 残 基 の 主 鎖 フラグメントと 側 鎖 フラグメントの IFIE を 足 し 合 わせる) リガンド 単 位 (EST(1)と EST(2) の IFIE を 足 し 合 わせる)に 直 したアミノ 酸 残 基 対 リガンドの 値 を 用 いた 表 2 従 来 の 分 割 法 の FMO4 計 算 に 対 する 各 FMO 計 算 の Total energy の 比 較 Fragmentation Protein Ligand FMO2 FMO3 FMO4 HF/STO-3G ( c Rerefence of total energy: hartree) a c Main chain No b Main/Side chain c-e Difference of total energy (hartree) c No c Model c Model HF/6-31G ( d Rerefence of total energy: hartree) a Main chain d No b Main/Side chain d No d Model d Model MP2/6-31G ( e Rerefence of total energy: hartree) a Main chain e No b Main/Side chain e No e Model e Model a 主 鎖 分 割 b 主 鎖 - 側 鎖 分 割 c-e 各 計 算 レベルにお ける 従 来 のフラグメント 分 割 法 での FMO4 計 算 に 対 する 各 FMO 計 算 の Total energy の 差 分 最 初 に FMO2-IFIE の 値 を 確 認 すると Model1 で は 誤 差 が 0.5kcal/mol 以 上 のアミノ 酸 残 基 は 四 つ( 最 も 大 きいもので Leu346 の 1.1kcal/mol) Model2 では 六 つ( 最 も 大 きいのは Phe404 の 1.3kcal/mol)であった EST 周 辺 のアミノ 酸 残 基 の 立 体 構 造 を 確 認 したところ 主 に FMO2-IFIE の 誤 差 が 0.5kcal/mol 以 上 のアミノ 酸 残 基 は リガンドの 分 割 領 域 (EST の B, C 環 )に 近 い Leu346, Ala350, Glu353, Leu387, Met388, Phe404 等 であった 一 方 で 高 次 多 体 補 正 (FMO3, FMO4) 計 算 によって リ ガンド 分 割 主 鎖 - 側 鎖 分 割 による IFIE の 誤 差 は 大 幅 に 改 善 していることが 確 認 できる 例 えば 従 来 の 分 割 方 法 の 場 合 と 比 べてみると 誤 差 が 0.5kcal/mol 以 上 のアミノ 酸 残 基 は FMO3-IFIE で は Model1 は 二 つ Model2 では 三 つに 減 り FMO4-IFIE では Model1 Model2 共 に 二 つとなり さ らにその 誤 差 は 1.0kcal/mol 以 下 (ほぼ 0.5kcal/mol 程 度 )に 収 まる また EST と ER の 間 の IFIE sum についても 同 様 に 従 来 の 分 割 方 法 の 場 合 と 比 較 す ると IFIE sum の 通 常 のフラグメント 分 割 法 からの 誤 差 は FMO2 では 10kcal/mol 以 上 あったが FMO3 と FMO4 では 5kcal/mol 程 度 に 収 束 する よって リガンド 分 割 主 鎖 - 側 鎖 分 割 した 場 合 でも 35

39 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,32-41 ページ,2013 年 FMO3-IFIE, FMO4-IFIE を 用 いることで リガンド 単 位 アミノ 酸 残 基 単 位 の IFIE 解 析 を 従 来 の 分 割 方 法 と 定 性 的 に 矛 盾 なく 行 えることがわかる 最 後 に Model1 と Model2 のリガンド 分 割 法 の 違 いによる 精 度 を 比 較 する Total energy は リガン ド 分 割 モデルの 違 いで 差 が 無 かったが 先 に 述 べた ように MP2/6-31G レベルで 新 規 分 割 法 ( 主 鎖 - 側 鎖 分 割 でリガンド 分 割 あり)と 従 来 の 分 割 法 との FMO2-IFIE 値 の 比 較 においては Model1 が 勝 っている ( 表 3) 一 方 FMO3-IFIE 値 FMO4-IFIE 値 にお いては リガンドの 分 割 方 法 の 違 いによる IFIE の 差 は 十 分 に 改 善 されている 従 って 今 回 検 討 を 行 ったリガンド 分 割 モデル( 二 分 割 )においては IFIE 解 析 を 行 うだけであれば FMO3-IFIE 解 析 で 定 性 的 には 十 分 に 議 論 できる 以 上 の 結 果 より 主 鎖 - 側 鎖 分 割 とリガンド 分 割 を 行 う 場 合 Total energy の 精 度 を 議 論 するために は FMO4 計 算 まで 行 う 必 要 がある 一 方 で IFIE 解 析 を 行 うためには FMO3 計 算 まで 行 えば 十 分 な 精 度 であり Model1 と Model2 に 有 意 な 差 も 無 く 相 互 作 用 解 析 が 可 能 であった 次 節 の 新 規 分 割 法 を 用 い た ER-EST 間 FMO4-IFIE 解 析 では リガンド 分 割 方 法 は Model1 を 例 として 紹 介 する 3.2 エストロゲン 受 容 体 とリガンドの 相 互 作 用 解 析 ER-EST 複 合 体 の FMO4-IFIE 解 析 (MP2/6-31G レベ ル)の 結 果 を 図 5 表 4に 示 す 図 5には (a) 従 来 のフラグメント 分 割 (リガンド 分 割 無 し 主 鎖 分 割 ) した 場 合 (b)リガンド 分 割 無 し 主 鎖 - 側 鎖 分 割 し た 場 合 (c), (d)リガンド 分 割 (Model1) 主 鎖 - 側 鎖 分 割 した 場 合 の EST の FMO4-IFIE 解 析 の 結 果 を 示 した 黄 色 のリガンドフラグメント(EST, EST(1), EST(2))に 対 して 周 辺 のアミノ 酸 残 基 で 赤 いフラ グメントは 引 力 相 互 作 用 青 いフラグメントは 斥 力 相 互 作 用 している 主 鎖 - 側 鎖 分 割 (Main/Side chain)した 場 合 には 主 鎖 側 鎖 フラグメントの 区 別 は アミノ 酸 残 基 名 に M S の 添 え 字 で 行 う 表 4には 図 5(b)-(d)のリガンド 周 辺 残 基 の IFIE 値 をまとめた 図 5(a)より 従 来 のフラグメント 分 割 方 法 の FMO4-IFIE 解 析 の 結 果 を 確 認 すると EST( 黄 色 )の 周 辺 に 存 在 する Thr347, Glu353, Arg394, Phe404, His524( 赤 いアミノ 酸 残 基 )などがリガンドとの 結 合 安 定 化 に 寄 与 していることが 確 認 できる 次 に 図 5(b)より 主 鎖 - 側 鎖 分 割 することで これらの 結 合 安 定 化 に 対 するアミノ 酸 残 基 の 寄 与 が Thr347 M (-4.5kcal/mol)のように 主 鎖 からのものであるこ と また Glu353 S (-41.7.kcal/mol) Arg394 S (-6.8kcal/mol) His524 S (-10.4kcal/mol)のよ うに 側 鎖 からのものであることが 区 別 できた 表 3 多 体 補 正 IFIE(MP2/6-31G)の 精 度 検 証 FMO2-IFIE of EST (kcal/mol) MP2 c a Difference Reference Res. # Res. Name Model1 Model2 343 Met Leu Thr Ala Glu Leu Met Arg Phe Met His Water IFIE sum of EST FMO3-IFIE of EST (kcal/mol) MP2 c a Difference Reference Res. # Res. Name Model1 Model2 343 Met Leu Thr Ala Glu Leu Met Arg Phe Met His Water IFIE sum of EST FMO4-IFIE of EST (kcal/mol) MP2 c a Difference Reference Res. # Res. Name Model1 Model2 343 Met Leu Thr Ala Glu Leu Met Arg Phe Met His Water IFIE sum of EST a 主 鎖 分 割 でリガンド 分 割 無 し b 主 鎖 - 側 鎖 分 割 でリガンド 分 割 有 り c 従 来 の 分 割 法 に 対 する 新 規 分 割 法 のリガンド 対 アミノ 酸 残 基 単 位 の 多 体 補 正 IFIE の 差 36

40 CBI 学会誌 第 1 巻 第 1 号 ページ 2013 年 さらに EST のどの部位がアミノ酸残基と相互作用 しているか 結合サイトごとの詳細を調べるため リガンド分割 Model1 した結果を 図５(c), (d) に示す EST(1)は Glu kcal/mol Arg394S S -9.6kcal/mol Phe404 S -4. 8kcal/mol など の側鎖と また Thr347M -4.5kcal/mol の主鎖と 引力相互作用する もう一方の EST(2)は 主に His524S -10.6kcal/mol の側鎖とだけ引力相互作 用することが定量的に確認でき 図２に示すような EST の結合サイトごとの相互作用を特定することが できた 表４ EST の FMO4-IFIE 解析 FMO4-IFIE of EST (kcal/mol) HF Fragmentation of ligand a Res. # Res. Name Main/side chain 343 Met Main Side 346 Leu Main Side 347 Thr Main Side 350 Ala Main Side 353 Glu Main Side 394 Arg Main Side Main 404 Phe Side Main 524 His Side Water FMO4-IFIE sum of EST No EST Res. # Res. Name Main/side chain 343 Met Main Side 346 Leu Main Side 347 Thr Main Side 350 Ala Main Side 353 Glu Main Side 394 Arg Main Side 404 Phe Main Side 524 His Main Side Water FMO4-IFIE sum of EST No EST a 図５ FMO4-IFIE 解析 (a)従来の分割法 (b) リガンド分割無し 主鎖-側鎖分割 (c)est のリ ガンド分割 EST(1) 主鎖-側鎖分割 (d)est のリガンド分割 EST(2) 主鎖-側鎖分割 黄 色はリガンドフラグメントを示し EST, EST(1), EST(2) リガンドフラグメントに対して ER 側 のアミノ酸残基は IFIE を可視化したもので 色 の濃さは相互作用の強さを表している 赤は引 力 青は斥力 b Model1 EST(1) EST(2) MP2 Fragmentation of ligand b Model1 EST(1) EST(2) a 主鎖-側鎖分割でリガンド分割無し b 主鎖-側鎖分割 でリガンド分割(Model1)有り 分子間の結合には 水素結合などを起因とする静 37

41 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,32-41 ページ,2013 年 電 力 だけでなく CH/ 相 互 作 用 などの 弱 い 力 ( 分 散 力 )も 非 常 に 重 要 である[16]-[18] しかしながら これまで CH/ 相 互 作 用 などを 評 価 するには アミノ 酸 残 基 対 リガンドの IFIE 解 析 では 十 分 でなく 軌 道 相 互 作 用 [2][19]を 使 った 複 雑 な FILM 解 析 が 必 要 であった CH/ 相 互 作 用 を 容 易 に 特 定 するための 新 たな 方 法 として 次 の 方 法 を 紹 介 する IFIE 解 析 に 用 いた 可 視 化 ツール BioStation Viewer では 梅 沢 西 尾 らの CHPI プログラム[6][7][16]を 使 うことが できる この 解 析 プログラムは 分 子 の 構 造 情 報 か ら CH/ 相 互 作 用 を 網 羅 的 に 探 索 することが 可 能 で ある ここでは ER と EST 間 の CH/ 相 互 作 用 につ いて CHPI 解 析 による 探 索 と 新 規 分 割 法 による FMO4-IFIE 解 析 を 用 いた 定 量 的 な 相 互 作 用 エネルギ ーの 見 積 もりの 両 面 から 特 定 する C H 3 H H 3 C Ala350 H C H C H H Leu387 HO EST はじめに ER-EST 複 合 体 の PDB ファイルを 用 いて ER と EST 間 の CHPI 解 析 を 行 ったところ Ala350 Leu380 Phe404 の 側 鎖 の CH が EST(1)の 六 員 環 (A 環 )の 軌 道 と CH/ 相 互 作 用 する 候 補 として 挙 がっ た( 図 6) そこで リガンド 分 割 (Model1) 主 A B C 図 6 CH/ 相 互 作 用 解 析 D H OH C Phe404 鎖 - 側 鎖 分 割 を 行 った 場 合 の EST(1)と Ala350, Leu378, Phe404 との FMO4-IFIE 解 析 (HF/6-31G, MP2/6-31G)を 行 った 比 較 のため 従 来 の 分 割 法 を 用 いた IFIE 解 析 の 例 も 示 す MP2 レベルの 計 算 を 用 いると 静 電 力 だけでなく 分 散 力 も 取 り 込 むこ とが 出 来 る ここでは HF レベルの IFIE FMO4-HF E IJ を 静 電 力 による 寄 与 を 表 すものと 仮 定 し 電 子 相 関 である MP2 とレベルの IFIE と HF レベルの IFIE と FMO4-corr FMO4-MP2 FMO4-HF の 差 EIJ EIJ E を CH/ 相 IJ 互 作 用 などの 分 散 力 による 寄 与 を 表 すものと 仮 定 して 議 論 する 従 来 の 分 割 法 で EST の FMO4-IFIE 解 析 ( 図 7(a), (b))を 行 うと Ala350 は EST と 静 電 力 による 引 力 相 互 作 用 (-1.3kcal/mol)しており 分 散 力 (-2.4kcal/mol)によってさらにリガンドの 結 合 安 定 化 に 寄 与 することが 分 かる また Leu387, Phe404 は 静 電 力 では EST と 斥 力 関 係 にあるが MP2 計 算 することで 引 力 相 互 作 用 を 示 す このことから EST に 対 して Leu387 と Phe404 は 主 に 分 散 力 によ ってリガンドとの 結 合 安 定 化 に 寄 与 していること が 分 かる しかしながら その 分 散 力 が 主 鎖 からの 寄 与 か 側 鎖 の CH/ 結 合 による 寄 与 か 区 別 できず 定 量 的 に CH/ 相 互 作 用 を 特 定 することは 困 難 であ る よって 相 互 作 用 の 帰 属 を 明 らかにするため 新 規 分 割 法 を 用 いた FMO4-IFIE 解 析 ( 図 7(c), (d)) を 行 った 図 7(c), (d)より Ala350 では 主 に 主 鎖 と EST(1) の 間 で 静 電 力 による 引 力 相 互 作 用 (-1.7kcal/mol) しており 側 鎖 は EST(1)と 静 電 力 や 分 散 力 による 引 力 相 互 作 用 を 全 くしていなかった Leu387 は EST(1)と 主 鎖 の 静 電 力 (-0.8kcal/mol)と 側 鎖 の CH/ 結 合 を 起 因 とする 分 散 力 (-3.3kcal/mol)の 両 方 によって EST(1)と 引 力 相 互 作 用 していた また Phe404 の 主 鎖 は EST(1)と 全 く 相 互 作 用 しておらず Phe404 の 側 鎖 と EST(1)の 間 で 引 力 相 互 作 用 してお り それは 主 に CH/ を 起 因 とする 分 散 力 (-3.9kcal/mol)によるものであった ここで タ ンパク 質 系 における CH/ 結 合 ひとつあたりのエネ ルギーの 安 定 化 は およそ 1.0kcal/mol であること [17][18]から IFIE による 分 散 力 の 数 値 的 評 価 と 分 子 の 立 体 構 造 から フラグメント 間 でいくつ CH/ 相 互 作 用 しているかを 見 積 もることも 可 能 である 例 えば Phe404 の 側 鎖 と EST(1)の 分 散 力 は -3.9kcal/mol であり Phe404 のフェニル 基 の 位 置 と EST(1)の 六 員 環 (A 環 )の 位 置 から 一 つの CH/ 相 互 作 用 だけでなく 三 四 個 の CH/ もしくは - 相 互 作 用 (T 型 )を 形 成 していることが 推 定 できる この 結 果 は FILM 解 析 による 軌 道 レベルの 解 析 結 果 (CH/ 相 互 作 用 二 つ - 相 互 作 用 が 一 つ 確 認 され た)と 一 致 する[2] CHPI 解 析 の 結 果 と 照 らし 合 わ 38

42 CBI 学会誌 第 1 巻 第 1 号 ページ 2013 年 図７ EST の FMO4-IFIE 解析による CH/ 相互作用の特定 (a)従来の分割法で FMO4-HF/6-31G レベル (b) 従来の分割法で FMO4-MP2/6-31G レベル (c)est のリガンド分割 EST(1) 主鎖-側鎖分割で FMO4-HF/6-31G レベル (d)est のリガンド分割 EST(1) 主鎖-側鎖分割で FMO4-MP2/6-31G レベル 黄色はリガンドフラグメントを示し EST, EST(1) リガンドフラグメントに対して ER 側のアミノ 酸残基は IFIE を可視化したもので 色の濃さは相互作用の強さを表している 赤は引力 青は斥力 せると EST と CH/ 結合するアミノ酸残基の候補と して挙がった Ala350 は 主鎖の分極による静電相 互作用により EST(1)の結合安定化に寄与しており CH/ 相互作用していないことが定量的に確認され た また Leu387 は主鎖の分極による静電力と CH/ 結合による分散力の両方で EST(1)の結合安定化に 寄与する Phe404 は複数の CH/ 相互作用や - 相互 作用などの分散力により EST(1)の安定化を促す役 割を担うことがわかる 以上の結果より 新規フラグメント分割法を用い た FMO4-IFIE 解析によって 受容体-リガンド間の 相互作用をリガンドの結合サイトごとに 従来の分 割法よりも高解像度で解析を行うことができた ま た 従来は FILM 解析[2][19]による軌道相互作用を 39

43 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,32-41 ページ,2013 年 使 わないと 特 定 が 困 難 であった CH/ 相 互 作 用 など も 容 易 に 特 定 できるようになった 4 まとめ FMO4 法 と 本 研 究 で 提 案 した SBDD を 指 向 した 新 規 フラグメント 分 割 法 (リガンド 分 割 主 鎖 - 側 鎖 分 割 )を 用 いることにより SBDD で 活 用 されるよう な 結 合 サイトごとの 相 互 作 用 解 析 が 計 算 精 度 を 落 とすことなく 可 能 となった 例 えば EST の 六 員 環 (A 環 )のフラグメントと Thr347 の 主 鎖 や Glu353 の 側 鎖 が 引 力 相 互 作 用 することや EST の 五 員 環 (D 環 )のフラグメントと His524 の 側 鎖 が 引 力 相 互 作 用 するというように 結 合 サイトを 特 定 するような 機 能 部 位 ごとの 高 解 像 度 な 解 析 ができた それに 伴 い CH/ 相 互 作 用 などの 弱 い 力 の 特 定 も 容 易 に 行 え るようになった さらなる 発 展 のため より 複 雑 な 結 合 サイトを 持 つ 受 容 体 -リガンド 系 においてリガ ンドを 三 分 割 以 上 した 場 合 ER-EST 複 合 体 と 同 様 に 結 合 サイトごとの 相 互 作 用 解 析 が 可 能 かどうか FMO3-IFIE による 解 析 で 計 算 精 度 は 十 分 であるかど うかなどの 検 証 を 行 なう 予 定 である このような 新 規 フラグメント 分 割 法 を 用 いた FMO4-IFIE 解 析 は 今 後 SBDD をはじめとする 論 理 創 薬 に 大 きく 貢 献 で きると 考 えられる 本 研 究 では ER のファーマコホ アモデル(50 残 基 モデル)を 例 に 紹 介 したが この ような 切 り 出 しモデルを 用 いることで 計 算 コスト の 低 減 につなげられる そのため ER の 全 体 構 造 (241 残 基 )においても 同 様 の 解 析 を 行 い ファー マコホアモデルの 有 用 性 について 検 証 を 行 う 必 要 がある コレスキー 分 解 を 用 いた MP2 計 算 の 高 速 化 の 導 入 も 計 算 コストの 大 幅 な 削 減 が 期 待 される [20] さらに 詳 細 フラグメント 分 割 以 外 にも FMO2 法 では 計 算 精 度 に 問 題 のあったタンパク 質 側 のフ ラグメント 分 割 を 生 化 学 的 なアミノ 酸 残 基 単 位 で 行 う[21]ことなどは 今 後 の 課 題 である 謝 辞 本 研 究 を 行 うに 当 たり CH/ 相 互 作 用 について 議 論 いただいた CHPI 研 究 所 の 西 尾 元 宏 先 生 微 生 物 化 学 研 究 所 の 梅 沢 洋 二 先 生 に 感 謝 致 します 本 研 究 は 文 部 科 学 省 次 世 代 IT 基 盤 構 築 のための 研 究 開 発 イノベーション 基 盤 シミュレーションソフトウ ェアの 研 究 開 発 プロジェクトにおいて 実 施 されま した また 本 研 究 の 一 部 は The 2011 Joint Conference of CBI-Society and JSBi にて 発 表 し Award for the Best poster に 選 出 されました 参 考 文 献 [1] K. Kitaura, E. Ikeo, T. Asada, T. Nakano, M. Uebayasi, Fragment molecular orbital method: an approximate computational method for large molecules, Chem. Phys. Lett., 313, (1999). [2] D. G. Fedorov, K. Kitaura,The Fragment Molecular OrbitalMethid: PRACTICAL APPLICATION TO LARGE MOLECULAR SYSTEM, CRC Press, (2009) [3] J.T. Moore, J.L. Collins, K.H. Pearce, The nuclear receptor superfamily and drug discovery, ChemMedChem, 1, (2006). [4] T. Kaminuma, Pathways and networks of nuclear receptors and modeling of syndrome X, Chem-Bio Informatics Journal, 3, (2003). [5] K. Fukuzawa, Y. Mochizuki, S. Tanaka, K. Kitaura, and T. Nakano, Molecular Interactions between Estrogen Receptor and Its Ligand Studied by the ab Initio Fragment Molecular Orbital Method, J. Phys. Chem. B, 110, (2006). [6] BioStation 6.0 (ABINIT-MP お よ び BioStation Viewer) は 下 記 サイトからのダウ ンロードできます x.php ABINIT-MP 及 び BioStation Viewer に 関 する 技 術 的 な お 問 い 合 わ せ は [email protected] にご 連 絡 お 願 い 致 します [7] T. Ozawa, K. Okazaki, and K. Kitaura, Importance of CH/ Hydrogen Bonds in Recognition of the Core Motif in Proline-Recognition Domains: An Ab Initio Fragment Molecular Orbital Study, J. Comp. Chem, 32, (2011). [8] O. Ichihara, J. Barker, R. J. Law, and M. Whittaker, Compound Design by Fragment-Linking, Mol. Inf., 30, (2011). [9] M. von Itzstein, W.-Y. Wu, G.B. Kok, M.S. Pegg, J.C. Dyason, B. Jin, T. van Phan, M.L. Smythe, H.F. White, S.W. Oliver, P.M. Colman, J.N. Varghese, D.M. Ryan, J.M. Woods, R.C. Bethell, V.J. Hotham, J.M. Cameron, C.R. Penn, Rational design of potent sialidase-based inhibitors of influenza 40

44 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,32-41 ページ,2013 年 virus replication, Nature 363, (1993). [10] K. Raha, M.B. Peters, B. Wang, N. Yu, A.M. Wollacott, L.M. Westerhoff, K.M. Merz Jr., The role of quantum mechanics in structure-based drug design, Drug Discovery Today 12, (2007) [11] S. Hitaoka, M. Harada, T. Yoshida, and H. Chuman, Correlation Analyses on Binding Affinity of Sialic Acid Analogues with Influenza Virus Neuraminidase-1 Using ab Initio MO Calculations on Their Complex Structures, J. Chem. Inf. Model., 50, (2010). [12] T. Nakano, T. Kaminuma, T. Sato, K. Fukuzawa, Y. Akiyama, M. Uebayasi, K. Kitaura, Fragment molecular orbital method: use of approximate electrostatic potential, Chem. Phys. Lett., 351, (2002). [13] Y. Mochizuki, K. Yamashita, T. Murase, T. Nakano, K. Fukuzawa, K. Takematsu, H. Watanabe, S. Tanaka, Large scale FMO-MP2 calculations on a massively parallel-vector computer, Chem. Phys. Lett., 457, (2008). [14] T. Nakano, Y. Mochizuki, K. Yamashita, C. Watanabe, K. Fukuzawa, K. Segawa, Y. Okiyama, T. Tsukamoto, S. Tanaka, Development of the four-body corrected fragment molecular orbital (FMO4) method, Chem. Phys. Lett., 523, (2012) [15] C. Watanabe, K. Fukuzawa, Y. Okiyama, T. Tsukamoto, A. Kato, S. Tanaka, Y. Mochizuki, T. Nakano, Three- and four-body corrected fragment molecular orbital calculations with a novel subdividing fragmentation method applicable to structure-based drug design, J. Mol. Graph. Model. 41, (2013) [16] Y. Umezawa, M. Nishio, CH/ Interactions as Demonstrated in the Crystal structure of Guanine-nucleotide Binding Proteins, Src homology-2 Domains and Human Growth Hormone in Complex with their Specific Ligands, Bioorg. Med. Chem., 6, (1998) [17] M. Brandl, M. S. Weiss, A. Jabs, J. SuÈ hnel, R. Hilgenfeld, C-H -Interactions in Proteins, J. Mol. Biol. 307, (2001) [18] M. Nishio, The CH/ hydrogen bond in chemistry. Conformation, supramolecules, optical resolution and interactions involving carbohydrates, Phys. Chem. Chem. Phys., 13, (2011) [19] T. Ishikawa, Y. Mochizuki, S. Amari, T. Nakano, H. Tokiwa, S. Tanaka, K. Tanaka, Fragment interaction analysis based on local MP2, Theor. Chem. Acc. 118, (2007) [20] Y. Okiyama, T. Nakano, K. Yamashita, Y. Mochizuki, N. Taguchi, S. Tanaka, Acceleration of fragment molecular orbital calculations with Cholesky decomposition approach, Chemical Physics Letters 490, (2010). [21] A. Yoshioka, K. Takematsu, I. Kurisaki, K. Fukuzawa, Y. Mochizuki, T. Nakano, E. Nobusawa, K. Nakajima, S. Tanaka, Antigen antibody interactions of influenza virus hemagglutinin revealed by the fragment molecular orbital calculation, Theo. Chem. Acc, 130, (2011). 41

45 論 文 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,42-46 ページ,2013 年 Cartesian Gaussian の 積 分 の 初 期 積 分 の 計 算 中 野 達 也 1, 3, 山 下 勝 美 2, 沖 山 佳 生 3, 瀬 川 勝 智 1, 望 月 祐 志 3, 4 1 国 立 医 薬 品 食 品 衛 生 研 究 所, 東 京 都 世 田 谷 区 上 用 賀 NECソフト 株 式 会 社, 東 京 都 江 東 区 新 木 場 東 京 大 学 生 産 技 術 研 究 所, 東 京 都 目 黒 区 駒 場 立 教 大 学 理 学 部 化 学 科, 東 京 都 豊 島 区 西 池 袋 [email protected] (T. Nakano) ( 論 文 受 付 日 June 13, 2013 ; 公 開 日 July 31, 2013 ) 要 旨 : 基 底 関 数 に Cartesian Gaussian を 用 いた 場 合 核 引 力 積 分 や 電 子 反 発 積 分 といっ た 積 分 を 計 算 するためには 初 期 積 分 を 計 算 する 必 要 がある 初 期 積 分 は 電 子 反 発 積 分 の 計 算 において 多 数 回 計 算 する 必 要 があるため 効 率 よく 計 算 することが 重 要 になる 今 回 提 案 す る 初 期 積 分 の 計 算 方 法 は 4 項 Taylor 展 開 を 中 心 とし 四 則 演 算 の 他 に 一 回 の 平 方 根 計 算 と 分 岐 一 回 で 計 算 できる 標 準 的 な 初 期 積 分 の 計 算 手 法 である McMurchie-Davidson (L. E. McMurchie and E. R. Davidson, J. Comput. Phys. 26, (1978).) 法 と 比 較 して 約 2.4 倍 の 高 速 化 が 得 られた キーワード: Cartesian Gaussian, 初 期 積 分 1.はじめに 1.1 Cartesian Gaussian の 初 期 積 分 の 計 算 基 底 関 数 に Cartesian Gaussian を 用 いた 場 合 核 引 力 積 分 や 電 子 反 発 積 分 といった 積 分 を 計 算 す るためには 1 2m 2 Fm ( T ) t exp[ Tt ] dt 0 m : 0, 1, 2, (1) T 0 で 定 義 される 初 期 積 分 を 計 算 する 必 要 がある[1] 初 期 積 分 は 不 完 全 ガンマ 関 数 を 用 いて ( a, x) x a 1 t 0 t e dt for a 0 and x 0 m 1/ Fm ( T ) 2 T ( m 1/ 2, T ) (2) と 計 算 できる[2] F m (T ) は 電 子 反 発 積 分 の 計 算 において 多 数 回 ( 縮 約 殻 の 個 数 の 約 4 乗 回 ) 計 算 されるため 効 率 良 く 計 算 することが 重 要 になる このため F m (T ) の 計 算 方 法 については これまでに 多 くの 研 究 がなされ 現 在 も 高 速 化 のための 研 究 が 行 われている[1-13] ここでは Taylor 展 開 と 漸 近 展 開 を 組 合 せた 方 法 について 解 説 する この 方 法 では 0 T T の 領 域 は 4 項 の T T f Taylor 展 開 を の 領 域 は 漸 近 展 開 [2]を 用 いて 計 算 している プログラムではT f の 値 に T f 2m 36 を 使 用 している[3] F m (T ) をT で 微 分 すると f Licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License 42

46 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,42-46 ページ,2013 年 F d 1( T ) Fm ( T ) dt m (3) が 得 られる 式 (2)を 用 いると F m (T ) の 4 項 の Taylor 展 開 は 3 k F ( T ) F ( T*)( T * T ) k! (4) m k 0 m k 9 と 表 される F m (T*) は 1 2 刻 みであらかじめ 計 算 し ておく T * はT に 一 番 近 い 値 を 採 用 する F m (T*) は T* 0 の 場 合 には 簡 単 に 積 分 できて F m ( 0) 1 (2m 1) (5) となる T* 0 の 場 合 は 整 級 数 F ( T*) m exp( T*) i (2T*) i 0 (2m 1) (2m 2i 1) (6) を 用 いて 計 算 する[1] T T f の 場 合 F0 ( T ) T (7) 2 と 近 似 できる[3] F m (T ) に 部 分 積 分 を 行 うと 降 方 向 の 漸 化 式 Fm ( T ) (exp[ T ] 2T Fm 1( T )) (2m 1) (8) が 導 かれる 式 (7)を 変 形 すると 昇 方 向 の 漸 化 式 Fm 1( T ) ((2m 1) Fm ( T ) exp[ T ]) (2T ) (9) が 得 られる この 式 (8)は T T の 領 域 では Fm 1( T ) (2m 1) Fm ( T ) (2T ) (10) で 近 似 できる[3] 2.プログラム 初 期 積 分 計 算 プログラムの 概 要 を 以 下 に 示 した メイ ンプログラムから 初 期 化 サブルーチン call initialize_constants call initialize_auxiliary_integral を 呼 び 出 した 後 電 子 反 発 積 分 等 のルーチンから 初 期 積 分 ルーチン fmt(f,m,t)を 呼 び 出 す subroutine fmt(f,m,t)!! Fm(T)!! 4-term Taylor expansion method! f! 2001/10/04! T. Nakano! use constants use auxiliary_integral_table implicit none integer,intent(in)::m real(8),intent(in)::t real(8),intent(out)::f(0:m) integer ts,i real(8) delta,t_inv,nu if (t <= (2*m+36)) then! Tf=2*m+36 ts=0.5_8+t*fmt_inv_step_size delta=ts*fmt_step_size-t do i=0,m f(i)=((fmt_table(i+3,ts)*inv6*delta & +fmt_table(i+2,ts)*inv2)*delta & +fmt_table(i+1,ts))*delta & +fmt_table(i,ts) end do else t_inv=inv2/t f(0)=sqrt(pi_div2*t_inv) nu=1.0_8 do i=1,m f(i)=t_inv*nu*f(i-1) nu=2.0_8+nu end do end if end 図 1 初 期 積 分 計 算 ルーチン module auxiliary_integral_table!! Fm(T)!! 4-term Taylor expansion method!! 2001/08/29! T. Nakano! implicit none save real(8),parameter::inv2 =1.0_8/2.0_8 real(8),parameter::inv6 =1.0_8/6.0_8 integer,parameter::fmt_m =22 integer,parameter::fmt_inv_d =2**9! d=1/2**9 integer,parameter::fmt_max_m =fmt_m+3! 4-term expansion 43

47 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,42-46 ページ,2013 年 real(8),parameter::fmt_t =2*fmt_m+36! Tf=2*m+36 integer,parameter::fmt_n_step=fmt_t*fmt_inv_d! fmt_n_step=tf/d real(8) fmt_table(0:fmt_max_m,0:fmt_n_step) real(8),parameter::fmt_step_size & =fmt_t/fmt_n_step real(8),parameter::fmt_inv_step_size= & 1.0_8/fmt_step_size end 図 2 初 期 積 分 用 配 列 subroutine initialize_constants!! 2001/03/23! T. Nakano! use constants implicit none pi=4.0_8*atan(1.0_8) pi_div2=pi/2.0_8 pi_div4=pi/4.0_8 end 図 3 定 数 初 期 化 サブルーチン subroutine initialize_auxiliary_integral!! Fm(T)! 4-term Taylor expansion method!! 2001/08/29! T. Nakano! use auxiliary_integral_table implicit none real(8),parameter::thr_zero=1.0e-17_8 integer index,range,i,j,m,nu real(8) eps,t,expt,t2,term,func!! Fm(0)=1/(2*m+1)! do m=0,fmt_max_m fmt_table(m,0)=1.0_8/(2*m+1) end do!! Fm(T), T > 0! m=fmt_max_m do j=1,fmt_n_step t=fmt_step_size*j expt=exp(-t) nu=2*m+1 t2=t*2.0_8 eps=(expt/t2)*thr_zero term=1.0_8/nu func=term i=nu 1 continue i=i+2 term=term*t2/i func=func+term if (term.gt.eps) goto 1 fmt_table(m,j)=expt*func do i=m-1,0,-1 nu=nu-2 fmt_table(i,j)=(expt+t2*fmt_table(i+1,j))/nu end do end do end 図 4 Taylor 展 開 用 の 表 の 計 算 実 際 のプログラムでは 高 速 化 のために 補 助 積 分 ルーチンをインライン 展 開 している 呼 出 し 側 で use constants use auxiliary_integral_table integer ts real(8) delta,t_inv,nu と 宣 言 した 後 以 下 のルーチンをインライン 展 開 する if (t <= 36.0_8) then! Tf=2*m+36 (m=0) ts=0.5_8+t*fmt_inv_step_size delta=ts*fmt_step_size-t f(0)=((fmt_table(3,ts)*inv6*delta & +fmt_table(2,ts)*inv2)*delta & +fmt_table(1,ts))*delta & +fmt_table(0,ts) else f(0)=sqrt(pi_div4/t) end if 図 5 m 0 の 場 合 if (t <= 38.0_8) then! Tf=2*m+36 (m=1) ts=0.5_8+t*fmt_inv_step_size delta=ts*fmt_step_size-t f(0)=((fmt_table(3,ts)*inv6*delta & +fmt_table(2,ts)*inv2)*delta & +fmt_table(1,ts))*delta & 44

48 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,42-46 ページ,2013 年 +fmt_table(0,ts) f(1)=((fmt_table(4,ts)*inv6*delta & +fmt_table(3,ts)*inv2)*delta & +fmt_table(2,ts))*delta & +fmt_table(1,ts) else t_inv=inv2/t f(0)=sqrt(pi_div2*t_inv) f(1)=t_inv*f(0) end if 図 6 m 1の 場 合 3.ベンチマークテスト 3.1 計 算 精 度 と 計 算 速 度 の 検 証 計 算 精 度 の 検 証 として 0 T m 22 の 領 域 について T を 等 分 し 高 精 度 な 数 値 計 算 ライブラリである IMSL と 標 準 的 な 初 期 積 分 の 計 算 方 法 である McMurchie-Davidson (MD)の 方 法 と 比 較 を 行 った 計 算 機 には DELL Precision M6500 (Windows 8 64bit 版 Intel Corei7, 1.06GHz メモリ 8GB)を 使 用 した コンパイラには インテル Visual Fortran コンパイラー11.1Windows 版 プロフェッショナル エディション IMSL 同 梱 日 本 語 版 を 使 用 した MD 法 と 比 較 した 場 合 相 対 誤 差 の 最 大 値 は m=22 T= E-002 の 場 合 E-008(IMSL= E-002)であった 絶 対 誤 差 の 最 大 値 は m=0 T= の 場 合 に E-015(IMSL= )であった IMSL と 比 較 した 場 合 の 相 対 誤 差 の 最 大 値 は m= 22 T= E-003 の 場 合 に E-014(IMSL= E-002)であった 絶 対 誤 差 の 最 大 値 は m=0 T= の 場 合 に E-016(IMSL= E-002)となった これら 三 つの 方 法 の 中 では IMSL が 最 も 計 算 精 度 が 高 いと 考 えられることから 今 回 提 案 した 初 期 積 分 の 計 算 方 法 は IMSL とほぼ 同 程 度 の 計 算 精 度 を 持 っていると 考 えられる 計 算 速 度 は 上 記 の 計 算 を 10 回 繰 り 返 して 測 定 し た Present 6.7 sec MD 16.0 sec IMSL sec これから 今 回 提 案 した 方 法 は MD 法 よりも 約 2.4 倍 高 速 であることが 示 された 4.まとめ 基 底 関 数 に Cartesian Gaussian を 用 いた 場 合 核 引 力 積 分 や 電 子 反 発 積 分 といった 積 分 を 計 算 する ためには 初 期 積 分 を 計 算 する 必 要 がある 初 期 積 分 は 電 子 反 発 積 分 の 計 算 において 多 数 回 計 算 する 必 要 があるため 効 率 よく 計 算 することが 重 要 にな る 今 回 提 案 する 初 期 積 分 の 計 算 方 法 は 4 項 Taylor 展 開 を 中 心 とし 四 則 演 算 の 他 に 一 回 の 平 方 根 計 算 と 分 岐 一 回 で 計 算 できる これによりベクトル 計 算 機 でも 高 速 な 初 期 積 分 のルーチンを 実 装 できた [12] 参 考 文 献 [1] V. R. Saunders, in Computational Techniques in Quantum Chemistry and Molecular Physics, edited by G. H. F. D. Diercksen, B. T. Sutcliffe, and A. Veillard (Reidel, Dordrecht, 1975). [2] F. E. Harris, Int. J. Quantum Chem. 23, (1983). [3] L. E. McMurchie and E. R. Davidson, J. Comput. Phys. 26, (1978). [4] L.Jakab, J. Chem. Phys. 70, (1979). [5] J. Grotendorst and E. O. Steinborn, J. Chem. Phys. 84, (1986). [6] S. Obara and A. Saika, J. Chem. Phys. 84, (1986). [7] S. Yahiro and Y. Gondo, J. Comput. Chem. 13, (1992). [8] 高 島 一 et al., JCPE J. 13, (2001). [9] 小 原 繁, 分 子 構 造 総 合 討 論 会, 1Pp043 (2003). [10] 小 原 繁, 分 子 構 造 総 合 討 論 会, 3P107 (2004). [11] 本 田 宏 明, 小 原 繁, J. Comput. Chem. Jpn. 4, (2005). [12] Y. Mochizuki et al., Chem. Phys. Lett. 457, (2008). [13] T. Nakano et al., in The fragment molecular orbital method: practical applications to large molecular systems, edited by D. Fedorov, K. Kitaura (CRC, Boca Raton, 2009). 45

49 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号,42-46 ページ,2013 年 付 録 Windows 64bit 版 への IMSL のインストール インテル Visual Fortran コンパイラー 11.1Windows 版 プロフェッショナル エディショ ン IMSL 同 梱 日 本 語 版 には IMSL という 高 精 度 な 数 値 計 算 ライブラリが 付 属 している ここでは 64bit 版 の IMSL をスタティックにリンクする 場 合 の 使 用 方 法 について 簡 単 に 説 明 する( 詳 細 につい ては,WINDOWS 版 IMSL Fortran ライブラリ Ver. 7.0 インストールガイド InstGuide/Inst_FNL70_win.pdf を 参 照 ) スタート > コントロール パネル (Windows 8 の 場 合 Windows キー+x キー)> システム > シス テムの 詳 細 設 定 > 詳 細 設 定 > 環 境 変 数 で シス テム 環 境 変 数 の Path に IMSL へのパスが 含 まれ ていない 場 合 は 追 加 する 例 :Path の 最 後 に C: Program Files (x86) VNI imsl fnl600; を 追 加 する Microsoft Visual Studio 2010 を 起 動 し 新 規 にプ ロジェクトを 作 成 する モードを Release プラッ トフォームとして x64 を 選 択 する C: Program Files (x86) VNI imsl fnl600 intel64 lib を 追 加 する Project > Properties > Fortran > Lamguage > Process OpenMP Directives を 並 列 コードの 生 成 (/Qopenmp) に 設 定 する Project > Properties > Fortran > Floating Point > Floating-Point Exception Handling を Produce NaN signed infinities denormal results に 設 定 する Project > Properties > Fortran > Command Line> Additional Options に,/F を 設 定 する (スタックサイズの 設 定 ) Project > Properties > Linker > Input > Ignore Specific Library に msvcrt を 追 加 する Project > Properties > Linker > Command Line の Additional Options に /MACHINE:x64 を 追 加 する 構 成 で Debug を 選 択 し 同 様 に 設 定 する 後 は プログラムのソースコードに include 'link_fnl_static.h' を 追 加 すれば IMSL ライブラリを include 文 を 追 加 したルーチンから 使 用 できるようになる ( 例 え ば 不 完 全 ガンマ 関 数 :dgami) 実 行 形 式 (exe ファイル)を 移 植 する 場 合 は 実 行 形 式 をコピーしたフォルダに C: Program Files (x86) Intel Composer XE 2013 redist intel64 compiler libiomp5m d.dll も 併 せてコピーする Tools > Options > Intel Composer XE > Visual Fortran > Compilers をクリックし プラットフォ ームとして x64 を 選 択 し Includes に C: Program Files (x86) VNI imsl fnl600 intel64 include static を Libraries に 46

50 CBI 学 会 誌 2013 年 第 1 巻 第 1 号 CBI 学 会 誌 第 1 巻 第 1 号 2013 年 7 31 発 刊 制 作 責 任 : 明 彦 制 作 : 澤 陽 塚 優 橋 まき 町 規 湯 川 真 澄 宮 直 美 発 :CBI 学 会 本 著 作 物 の 著 作 権 は 著 者 にあり CBI 学 会 は 本 著 作 物 に 関 する 冊 および 電 媒 体 による 複 製 配 布 改 変 再 出 版 の 権 利 を 持 つ

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