BioMedCAChe ActiveSite ( ドッキングシミュレーション ) ご紹介 富士通株式会社 バイオ IT 事業開発本部 バイオソフトウェアプロジェクト All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 1
化学 バイオソフトウェアの開発と提供の経緯 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 Mainframe WS PC 化学情報管理 DB MACCS/MACCS-II for Mainframe ACD ISIS for Mainframe, PC, & WS REACCS for Mainframe RS 3 Discovery / HTS ChemDraw / ChemOffice/ COWS Spread Sheet for Chemical Information Management 分子シミュレーション KAMELO ANCHOR for Mainframe ANCHOR-II for WS Drawing Tool ChemFrontier Chemical Structure AIPHOS/KOSP ChemLib Information Library CAChe / BioMed CAChe 解析 予測 自主開発品 : ブルー ライセンス品 : グリーン Molecular Orbital Method Molecular Dynamics Crystral Modeling ADAPT for Mainframe ADAPT for WS トピックス MOPAC93/97/2000/2002 for HPC,WS WinMOPAC MASPHYC for HPC,WS Crystruct Emil BIORESEARCH >Jimmy Stewart(MOPAC) コンサル WinMASPHYC (Materials Explorer) TOPKAT TSAR ADMEWORKS BioFrontier/P450 GeneSphere >CAChe 買収 All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 2
化学 バイオソフトウエア一覧 CAChe( 計算化学統合バッケージ ) 新 BioMed CAChe( タンパク ) Materials Explorer (WinMASPHYC: 分子動力学法 ) WinMOPAC( 分子軌道法 ) MOPAC2002( 分子軌道法 ) ACD( 分光解析 予測 情報管理統合パッケージ ) BioFrontier/P450( 代謝予測 DB) ChemOffice( 分子モデリング 情報管理統合パッケージ ) ChemFrontier( 分子作画 ) 新 ADMEWORKS/ModelBuilder( 構造活性相関 ADMET 予測 ) 新 AIPHOS/KOSP 合成経路設計支援システム新 GeneSphere ( 遺伝子 たんぱく質関連性探索ツール ) Tsar( 構造活性相関 ADMET 予測 ) TOPKAT( 毒性予測 ) DIVA( 統計処理 ) は代理店販売製品 その他は自主開発製品 All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 3
バイオソフトウェアプロジェクト 分子ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ 化学情報管理 E-NoteBook Enterprise CAChe/BioMedCAChe ACD/Labs Products Web連携 解析 結果 合成研究ＤＢ 分子構造 毒性情報 合成経路 反応情報 データ 連携 計算 結果 計測 データ 分析装置 毒性予測 NMR MS等 解析 予測 Materials Explorer AIPHOS/KOSP ADMEWORKS All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 4
BioMedCAChe シリーズ BioCAChe タンパク質の 3 次元構造が確認できる BioMedCAChe タンパク質の 3 次元構造が解析できる BioMedCAChe ActiveSite タンパク質と化合物のドッキングシミュレーションが行える All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 5
ドッキングシミュレーション 新薬候補 鍵 = 候補化合物 鍵穴 = 活性部位 ActiveSite タンパク質 ドンキングメカニズムの解明 All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 6
原子レベルで見たタンパク質の 3 次元構造 1.4A 実寸大 All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 7
薬が入る可能性のある隙間 3.0A 平均平面からの深さ 数年前までは UNIX システムが主流 All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 8
BioMedCAChe シリーズ タンパク質構造解析用ソフトウェアパソコン版 巨大分子 ( タンパク質など ) の計算がパソコン上で可能となった パソコンの性能向上 ソフウェア開発技術の進歩 CAChe ( 分子モデリングソフトウェア ) All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 9
BioMedCAChe シリーズ CAChe ProteinMD ドッキング & スコアリング機能 CAChe LocalSCF BioMedCAChe ActiveSite Tabulator MOPAC ProjectLeader Dynamics CONFLEX Sequence View & Protein Builder Mechanics BioMedCAChe BioCAChe All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 10
CAChe 製品 - 機能対応マップ BioMedCAChe ActiveSite CAChe Worksystem Pro ドッキング スコアリング BioMed CAChe Sequence View DGauss Quantum CAChe Project Leader MOPAC ポリマー解析 ZINDO Dynamics MM2/MM3 CONFLEX Bio CAChe Personal CAChe CAChe Worksystem All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 11
主な機能の概要 Mechanics 分子力場計算エンジン Dynamics 分子動力学計算エンジン Tabulator 分子軌道図描画プログラム CONFLEX 配座探索ツール MOPAC 半経験的分子軌道計算エンジン SequenceView&ProteinBuilder たんぱく質構造データの構築と編集機能 ProjectLeader 多目的ツール ( バッチ計算実行 計算結果抽出 構造活性相関解析の実行 ) ZINDO 半経験的分子軌道計算エンジン ( 可視紫外吸収スペクトル ) Polymer モジュール高分子物性の計算 Dgauss 密度汎関数法により分子軌道計算エンジン All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 12
BioMedCAChe ActiveSite の特徴 1. バインディング領域の設定とグリッド間隔の指定が自在 2. ドッキング評価関数に改良 PMF ポテンシャルを採用 3. ラマルクの遺伝的アルゴリズムを採用 Structure Based Drug Design パソコンで本格的 SBDD システム実現 All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 13
バインディング領域の設定とグリッド間隔の指定が自在 水素位置の補正とリガンドの構造最適化に MO 計算を利用 計算効率の向上と明らかなエラーの排除 All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 14
スコアー計算の原理 タンパク質活性部位 リガンド B A C ターゲット D + a b c プローブ ドッキング B b A a C c D 最適組み合わせ a - A b - B c - D All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 15
融合原子型の改良 PMF ポテンシャルを採用 PDB identifier Ligand RMS error in A Muegge atom vdw terms[1] RMS error CAChe pairwise repulsion terms 1INF BANA113 1.3 0.488 1ING BANA109 1.3 1.432 1INH BANA111 1.9 1.412 1INW apana 1.7 0.402 1INX epana 2.5 0.719 1IVC BANA106 2.1 2.222 1IVD BANA105 1.4 0.441 1IVE BANA108 2.1 1.208 1IVF DANA 1.8 0.737 1NNC GANA 1.3 0.238 2BAT NANA 1.3 1.172 Average error 1.7 0.952 計算精度が約 2 倍向上 All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 16
ラマルクの遺伝的アルゴリズムを採用 多様な用途に使用可能 All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 17
遺伝的アルゴリズムの概念 交差 優 突然変異 劣 1 世代 2 世代 3 世代 4 世代 より優秀な子孫を残す All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 18
終遺伝的アルゴリズムの処理フロー 遺伝的表現の作成 ( タンパク質とリガンドの組み合わせ ) ラマルクの特徴 精度向上 スコア計算 エリート探索 指定世代到達 了部分構造修正 収束条件のチェック 母集団平均化 選択 交差 突然変異 All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 19
タンパク質を扱う為の 3 つのウィンドウ Sample Property Window 3D Structure window Sequence View Window All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 20
フォールディングパターンの確認 All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 21
たんぱく質解析用新機能 Ribbons and curls displays for proteins All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 22
たんぱく質解析用新機能 Color surface of protein by property (as per sequence) All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 23
たんぱく質解析用新機能 Temperature Factor 31-40 0-10 活性部位 21-30 41-50 All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 24
タンパク質活性部位解析機能 MOPAC で計算する事により精度向上 All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 25
たんぱく質解析用新機能 Automatic H-bond & bump labeling All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 26
アミノ酸残基 原子単位の選択機能 Select Neighbors Select Water All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 27
バーチャルスクリーニング ProjectLeader 適用可能 All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 28
スコアーと 50% 阻害濃度の相関性 PMF Score (kcal/mol) Flexible Ligand in a Flexible Active Site 0-10 -20-30 -40-50 29-60 -70-80 -90-100 -110 2 6 4 3 15 13 5 34 7 20 33 23 PMF score=19.3*log(ic50)+44.8 rcv^2=0.40 r^2=0.54-8 -7-6 -5-4 -3-2 -1 0 log(ic50) All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 29
企業様向け価格 BioCAChe 1,000,000 保守 ( 200,000) BioMed CAChe 2,400,000 保守 ( 480,000) BioMed CAChe Active Site 3,500,000 保守 ( 700,000) CAChe Protein MDオプション 1,500,000 保守 ( 300,000) 各グレード毎に年間レンタルライセンスあり (1 コピー 5 コピー 10 コピー ) All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 30
教育機関様向け価格 BioCAChe 300,000 保守 ( 60,000) BioMed CAChe 700,000 保守 ( 140,000) BioMed CAChe Active Site 1,000,000 保守 ( 200,000) CAChe Protein MD オプション 450,000 保守 ( 90,000) 各グレード毎に ルームサイトライセンス サイトライセンスあり All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 31
CAChe LocalSCF さらに高速化 計算時間短縮実現 世界最高速タンパク質専用 半経験的分子軌道法計算プログラム All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 32
CAChe 関連の情報は 下記のホームページ http://software.fujitsu.com/jp/cache/ を ご参照下さい All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 33
All Rights Reserved, Copyright FUJITSU LTD. 2006 34