タンパク質の立体構造に基づく新規農薬候補化合物の合理的探索

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K07331
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 鈴木 倫太郎 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 高度解析センター, 上級研究員 (00399429)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 化合物のクラスタリング / 3次元分子の作成

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までに商用化合物ライブラリ（ZINCが約2270万品目、ナミキ商事のSupplier在庫が515万品目など）から農薬として適した物性値を持たない化合物（パラメータ設定により20％から4.4％）を除外したうえで、実行速度の速いツールbayonを用いたクラスタリング結果を検討し、ナミキ商事のライブラリの場合50万から150万品目程度のクラスターに分割するのが適当であることが分かった。
さらに分割した各クラスターから代表性が高いと考えられる分子を選択するアルゴリズムを考案した。固有ベクトル中心性の高い分子では必ずしも代表性が高いとは思われなかったため、共通骨格を判定して共通骨格に近い分子を選択することとした。
代表構造を3次元の分子にする際、光学異性体についてキラル中心の数をNとすると2^N個の組み合わせについて3次元分子の作成をrdkitで試み、所定の回数以内で目的の組み合わせが実現できるかどうか、できた分子が歪んでいないかを判定するアルゴリズムを考案した。
さらに幾何異性体への対応、光学異性に依存した光学異性への対応や、メソ異性体を判定して重複を避ける、などの課題を解決すべくアルゴリズムを改良した。また、開発の可能性、ドッキングシミュレーション結果の処理の点から異性体の数が8個を超える分子については計算対象としないこととした。不斉軸、不斉面、アトロプ異性体、ヘリシティ、位相異性体についても現段階では考慮しないこととした。
今後得られた3次元分子を用いてドッキングシミュレーションを実行する。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

光学異性体の処理のプログラミングに時間を要したため、実際のドッキングシミュレーションにまでは至らなかった。

Strategy for Future Research Activity

これまで化合物の選定と3次元化を厳密に行う方針で研究を進めてきたが、想定以上に複雑な処理が必要なことがわかったため、手法を簡便化する。現在までに対応できた幾何異性体へ、光学異性に依存した光学異性、メソ異性体については処理に含める一方で、立体異性体の数が多いものは実用化が困難とみなして計算対象から外すこととして準備した3次元分子のライブラリーに対してアセト乳酸合成酵素の野生型および薬剤抵抗性変異体についてドッキングシミュレーションを行い、候補化合物を購入、活性測定を行う。

Causes of Carryover

（理由）スクリーニングにより選定した化合物の購入に充てる予定であったが、進捗状況に記したとおり、当初計画で想定していなかった点二つのうち、一つについて昨年度解決できていなかった問題が判明し、選定に至らず購入できなかった。
（使用計画）ドッキングシミュレーションによるスクリーニングを実施し、選定した化合物を購入する
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