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METHOD FOR PREDICTING ENZYME ACTIVITY BY COMPUTER SIMULATION

Foreign code F110002913
File No. S2010-0497-N0
Posted date May 9, 2011
Country WIPO
International application number 2009JP004286
International publication number WO 2010/026738
Date of international filing Sep 1, 2009
Date of international publication Mar 11, 2010
Priority data
  • P2008-228434 (Sep 5, 2008) JP
Title METHOD FOR PREDICTING ENZYME ACTIVITY BY COMPUTER SIMULATION
Abstract Disclosed is a method for predicting enzyme activity based on the three-dimensional structure of proteins, even without actually measuring enzyme activity using proteins. This is accomplished by performing a docking simulation between a protein and a substrate by using a computer, and then predicting the enzyme activity of the protein by substituting the docking simulation results into equation 1 or 3.
Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】タンパク質Aの酵素活性をコンピュータを用いたシミュレーションにより予測する方法であって、
酵素活性がタンパク質Aへの基質の進入の向きにより規定されるようなタンパク質であり、
タンパク質Aの酵素活性fが以下の式1により算出される方法;
【数式1】式中、gは基質ごとに固有の定数であり、Eはタンパク質Aと補酵素とのドッキングの酵素活性に対する寄与度であり、βはタンパク質への基質の進入の向きの酵素活性に対する寄与度であり、aは生体内環境による影響を表す定数であり、Nとnは、タンパク質Aと基質とのドッキングシミュレーションにより得られる値であり、Nはタンパク質Aと基質とのドッキングシミュレーションの総回数であり、Nは2以上であり、nは酵素反応を受け得る向きで基質がタンパク質Aに進入した回数である。

【請求項2】タンパク質Aの立体構造データが、タンパク質Aとは別のタンパク質Bの立体構造データに基づいて計算されるものであり、βが以下の式2によって算出される請求の範囲第1項に記載の方法:
【数式2】式中、Nwとnwは、タンパク質Bと基質とのドッキングシミュレーションにより得られる値であり、Nwはタンパク質Bと基質とのドッキングシミュレーションの総回数であり、Nwは2以上であり、nwは酵素反応を受け得る向きで基質がタンパク質Bに進入した回数である。

【請求項3】タンパク質Bの酵素活性に対するタンパク質Aの相対的な酵素活性をコンピュータを用いたシミュレーションにより予測する方法であって、
酵素活性がタンパク質Aへの基質の進入の向きにより規定されるようなタンパク質であり、
タンパク質Aの相対的な酵素活性f’が以下の式3により算出される方法;
【数式3】式中、gは基質ごとに固有の定数であり、Eはタンパク質Aと補酵素とのドッキングの酵素活性に対する寄与度であり、aは生体内環境による影響を表す定数であり、βはタンパク質への基質の進入の向きの酵素活性に対する寄与度であり、次の式2により表され;
【数式4】Nとnは、タンパク質Aと基質とのドッキングシミュレーションにより得られる値であり、Nはタンパク質Aと基質とのドッキングシミュレーションの総回数であり、Nは2以上であり、nは酵素反応を受け得る向きで基質がタンパク質Aに進入した回数であり、Nwとnwはタンパク質Bと基質とのドッキングシミュレーションにより得られる値であり、Nwはタンパク質Bと基質とのドッキングシミュレーションの総回数であり、Nwは2以上であり、nwは酵素反応を受け得る向きで基質がタンパク質Bに進入した回数である。

【請求項4】Eが、下記の式16または式17により表される、請求の範囲第1項~第3項のいずれか1に記載の方法:
【数式5】(式16中、γはタンパク質への補酵素の進入の向きの酵素活性に対する寄与度であり、次の式21により表され、
【数式6】Lとlは、タンパク質Aと補酵素とのドッキングシミュレーションにより得られる値であり、Lはタンパク質Aと補酵素とのドッキングシミュレーションの総回数であり、Lは2以上であり、lは酵素反応が進行し得る向きで補酵素がタンパク質Aに進入した回数であり、Lwとlwはタンパク質Bと補酵素とのドッキングシミュレーションにより得られる値であり、Lwはタンパク質Bと補酵素とのドッキングシミュレーションの総回数であり、Lwは2以上であり、lwは酵素反応が進行し得る向きで補酵素がタンパク質Bに進入した回数である);
【数式7】(式17中、mはタンパク質Aと補酵素とのドッキングモデルをクラスタリングして得られたクラスタ内のモデル数であり、mwはタンパク質Bと補酵素とのドッキングモデルをクラスタリングして得られたクラスタ内のモデル数であり、δはクラスタ内のモデル数の酵素活性への寄与度を表す。)

【請求項5】式1または式3において、
【数式8】について、Sigmoid関数を導入する、請求の範囲第1項~第4項のいずれか1に記載の方法。

【請求項6】2以上のタンパク質Aについてドッキングシミュレーションを行い、
gとaが、ドッキングシミュレーションにより得られた計算値yと、測定された値y’との二乗誤差を最小にする値であり、下記の式4を用いて算出される、請求の範囲第2項~第5項のいずれか1に記載の方法。
【数式9】式中、ywとy’wはタンパク質Bについての値であり、yA1とy’A1、yApとy’Apはタンパク質Aについての値であり、pは2以上の数を表す。

【請求項7】タンパク質と基質とのドッキングシミュレーションが以下の工程を含む請求の範囲第1項~第6項のいずれか1に記載の方法:
(a)タンパク質Bの立体構造データを入手し、タンパク質Aの立体構造データをタンパク質Bの立体構造データに基づいて計算し、
(b)タンパク質AまたはBと補酵素とのドッキングシミュレーションを行い、熱力学的に安定なドッキングモデルを決定し;
(c)タンパク質AまたはBと基質とのドッキングのグリッドを設定し;
(d)タンパク質Bと基質とのドッキングシミュレーションをNw回行い、Nwは2以上であり、酵素反応を受け得る向きで基質がタンパク質Bに進入した回数nwを計数し、
(e)タンパク質Aと基質とのドッキングシミュレーションをN回行い、Nは2以上であり、酵素反応を受け得る向きで基質がタンパク質Aに進入した回数nを計数する。

【請求項8】工程(b)の後に次の工程(b-1)を行い;
工程(b-1)タンパク質AまたはBと補酵素とのドッキングモデルをクラスタリングし、クラスタリングして得られたクラスタ内の2以上のモデルについてinduced fitを行い、
工程(d)において、induced fit後の各モデルについて、基質とのドッキングシミュレーションを行う、
請求の範囲第1項~第7項のいずれか1に記載の方法。

【請求項9】タンパク質Aが変異型タンパク質である請求の範囲第1項~第7項のいずれか1に記載の方法。

【請求項10】タンパク質AがUDP-グルクロン酸転移酵素であり、補酵素がUDP-グルクロン酸である、請求の範囲第4項~第9項のいずれか1に記載の方法。

【請求項11】タンパク質Aがgとaの算出のために用いた変異型タンパク質以外の変異型タンパク質であり、算出されたgとaの値を用いて酵素活性の予測を行う、請求の範囲第6項~第10項のいずれか1に記載の方法。

【請求項12】請求の範囲第1項~第11項のいずれか1に記載の方法を実行するために、コンピュータを下記の手段として機能させるプログラムを担持する記録媒体:
 (1)入力されたアミノ酸配列情報に基づいて、タンパク質Aの立体構造データを計算する手段、
 (2)タンパク質Aの立体構造データと、ドッキングシミュレーションの対象となる基質の立体構造データを記憶する手段、
 (3)前記記憶された、タンパク質Aの立体構造データと基質の立体構造データを用いて、タンパク質Aと基質とのドッキングシミュレーションを行うシミュレーション手段、
 (4)シミュレーションにより得られた結果を記憶する手段、
 (5)記憶されたシミュレーション結果に基づいて、タンパク質Aの酵素活性を算出する手段、
 (6)算出された酵素活性を表示する手段。

【請求項13】請求の範囲第1項~第11項のいずれか1に記載の方法を実行するために、下記の手段を担持する装置;
 (1)入力されたアミノ酸配列情報に基づいて、タンパク質Aの立体構造データを計算する手段、
 (2)タンパク質Aの立体構造データと、ドッキングシミュレーションの対象となる基質の立体構造データを記憶する手段、
 (3)前記記憶された、タンパク質Aの立体構造データと基質の立体構造データを用いて、タンパク質Aと基質とのドッキングシミュレーションを行うシミュレーション手段、
 (4)シミュレーションにより得られた結果を記憶する手段、
 (5)記憶されたシミュレーション結果に基づいて、タンパク質Aの酵素活性を算出する手段、
 (6)算出された酵素活性を表示する手段。

【請求項14】請求の範囲第1項~第11項のいずれか1に記載の方法、請求の範囲第12項に記載の記録媒体、または請求の範囲第13項に記載の装置を用いて、2以上の基質について、基質ごとのタンパク質Aの酵素活性を予測し、得られた2以上の予測結果に基づいて目的の基質を選択する、基質適合性の判定方法。

【請求項15】前記基質が生体に投与される薬剤であって、請求の範囲第14項に記載の方法を用いて、薬剤の投与量および/または投与間隔、投与頻度を評価する方法。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION KOBE UNIVERSITY
  • Inventor
  • TAKAOKA, Yutaka
  • MIURA, Kenji
  • NISHIO, Hisahide
IPC(International Patent Classification)
Specified countries AE(UTILITY MODEL),AG,AL(UTILITY MODEL),AM(PROVISIONAL PATENT)(UTILITY MODEL),AO(UTILITY MODEL),AT(UTILITY MODEL),AU,AZ(UTILITY MODEL),BA,BB,BG(UTILITY MODEL),BH(UTILITY MODEL),BR(UTILITY MODEL),BW(UTILITY MODEL),BY(UTILITY MODEL),BZ(UTILITY MODEL),CA,CH,CL(UTILITY MODEL),CN(UTILITY MODEL),CO(UTILITY MODEL),CR(UTILITY MODEL),CU(INVENTOR'S CERTIFICATE),CZ(UTILITY MODEL),DE(UTILITY MODEL),DK(UTILITY MODEL),DM,DO(UTILITY MODEL),DZ,EC(UTILITY MODEL),EE(UTILITY MODEL),EG(UTILITY MODEL),ES(UTILITY MODEL),FI(UTILITY MODEL),GB,GD,GE(UTILITY MODEL),GH(UTILITY CERTIFICATE),GM,GT(UTILITY MODEL),HN,HR(CONSENSUAL PATENT),HU(UTILITY MODEL),ID,IL,IN,IS,JP(UTILITY MODEL),KE(UTILITY MODEL),KG(UTILITY MODEL),KM,KN,KP(INVENTOR'S CERTIFICATE)(UTILITY MODEL),KR(UTILITY MODEL),KZ(PROVISIONAL PATENT)(UTILITY MODEL),LA,LC,LK,LR,LS(UTILITY MODEL),LT,LU,LY,MA,MD(UTILITY MODEL),ME,MG,MK,MN,MW,MX(UTILITY MODEL),MY(UTILITY-INNOVATION),MZ(UTILITY MODEL),NA,NG,NI(UTILITY MODEL),NO,NZ,OM(UTILITY MODEL),PE(UTILITY MODEL),PG,PH(UTILITY MODEL),PL(UTILITY MODEL),PT(UTILITY MODEL),RO,RS(PETTY PATENT),RU(UTILITY MODEL),SC,SD,SE,SG,SK(UTILITY MODEL),SL(UTILITY MODEL),SM,ST,SV(UTILITY MODEL),SY,TJ(UTILITY MODEL),TM(PROVISIONAL PATENT),TN,TR(UTILITY MODEL),TT(UTILITY CERTIFICATE),TZ,UA(UTILITY MODEL),UG(UTILITY CERTIFICATE),US,UZ(UTILITY MODEL),VC(UTILITY CERTIFICATE),VN(PATENT FOR UTILITY SOLUTION),ZA,ZM,ZW,EP(AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF(UTILITY MODEL),BJ(UTILITY MODEL),CF(UTILITY MODEL),CG(UTILITY MODEL),CI(UTILITY MODEL),CM(UTILITY MODEL),GA(UTILITY MODEL),GN(UTILITY MODEL),GQ(UTILITY MODEL),GW(UTILITY MODEL),ML(UTILITY MODEL),MR(UTILITY MODEL),NE(UTILITY MODEL),SN(UTILITY MODEL),TD(UTILITY MODEL),TG(UTILITY MODEL)),AP(BW(UTILITY MODEL),GH(UTILITY MODEL),GM(UTILITY MODEL),KE(UTILITY MODEL),LS(UTILITY MODEL),MW(UTILITY MODEL),MZ(UTILITY MODEL),NA(UTILITY MODEL),SD(UTILITY MODEL),SL(UTILITY MODEL),SZ(UTILITY MODEL),TZ(UTILITY MODEL),UG(UTILITY MODEL),ZM(UTILITY MODEL),ZW(UTILITY MODEL)),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM)
Please contact us by E-mail or facsimile if you have any interests on this patent.

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