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Computation of molecular interaction field using quantum chemistry calculation and probe molecules and its application to structure-activity relationship

Research Project

Project/Area Number 18K14887
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 47020:Pharmaceutical analytical chemistry and physicochemistry-related
Research InstitutionShowa University

Principal Investigator

Hayakawa Daichi  昭和大学, 薬学部, 講師 (20761141)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2019: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Keywords分子相互作用場 / ハロゲン結合 / 弱い水素結合 / インシリコ創薬 / 構造活性相関 / 分子モデル / 分子力場関数 / 分子間相互作用 / ポテンシャル関数 / 分子力学 / 非典型非共有結合 / 量子化学計算 / インシリコ装薬 / in silico 創薬
Outline of Final Research Achievements

A molecular interaction field (MIF) is a three-dimensional potential map describing the interactions formed around a compound of interest. MIF is widely used as a descriptor to construct quantitative structure-activity relationship model and a very important concept for in silico drug design. Recently, nonconventional interactions such as halogen bonds and weak hydrogen bonds have been increasingly important in structure-based drug design. In the present study, I developed a calculation method for MIF describing nonconventional interactions using quantum chemistry calculation and probe molecules. In addition, I developed a new molecular model describing halogen bonds aiming a fast calculation for MIF.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

非典型分子間相互作用を記述可能なMIF計算法が確立されたことにより、構造活性相関研究において、非典型相互作用を考慮することが可能となった。これによって、コンピュータを用いて薬物分子をスクリーニングしたり設計したりする際に、従来法では取りこぼしてしまっていた化合物も適切に評価できる可能性がある。従来の化合物デザインでは、主に水素結合やイオン結合を形成する官能基を付加することを考慮していた。本手法によって、ハロゲン結合や弱い水素結合を形成するような官能基の付加も含めてデザインできるため、より多様な分子設計が可能になると期待される。新薬開発を後押しする新規手法としての活用が期待される。

Report

(5 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (7 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Unpolarizable molecular model describing electron distribution for treating halogen bonds2021

    • Author(s)
      Hayakawa Daichi、Watanabe Yurie、Gouda Hiroaki
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters

      Volume: 779 Pages: 138824-138824

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2021.138824

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A molecular interaction field describing nonconventional intermolecular interactions and its application to protein-ligand interaction prediction2020

    • Author(s)
      Daichi Hayakawa, Nahoko Sawada, Yurie Watanabe, Hiroaki Gouda
    • Journal Title

      Journal of Molecular Graphics and Modelling

      Volume: 96 Pages: 107515-107515

    • DOI

      10.1016/j.jmgm.2019.107515

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 電荷分布を明示的に記述する分子モデル構築のための電子密度フィッティング法2021

    • Author(s)
      早川大地
    • Organizer
      第49回構造活性相関シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Probe-based QM modelingによるタンパク質/リガンド相互作用計算法の検証2020

    • Author(s)
      早川大地、渡邉友里江、合田浩明
    • Organizer
      日本薬学会第140年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] タンパク質-リガンド相互作用解析のためのprobe-based QM modeling 法2019

    • Author(s)
      早川大地、合田浩明
    • Organizer
      第63回日本薬学会関東支部大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 高精度タンパク質-リガンド相互作用解析を目指したprobe-based QM modeling法の考案と検証2019

    • Author(s)
      早川大地、渡邉友里江、合田浩明
    • Organizer
      第47回構造活性相関シンポジウム
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 薬学に関連した生体高分子のin silico解析2019

    • Author(s)
      早川大地
    • Organizer
      日本薬学会東海支部特別講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Non-conventional 相互作用を記述可能な分子相互作用場計算法の構築とタンパク質-リガンド相互作用解析への応用2019

    • Author(s)
      早川大地、渡邉友里江、合田浩明
    • Organizer
      日本薬学会第139年会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 量子化学計算とプローブ分子に基づいた分子相互作用場の算出とタンパク質-リガンド相互作用解析への応用2018

    • Author(s)
      早川大地、渡邉友里江、合田浩明
    • Organizer
      第46回構造活性相関シンポジウム
    • Related Report
      2018 Research-status Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2023-01-30  

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