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

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K14887
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 47020:Pharmaceutical analytical chemistry and physicochemistry-related
• Research Institution: Showa University
• Principal Investigator: Hayakawa Daichi 昭和大学, 薬学部, 講師 (20761141)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 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

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.

Free Research Field

計算化学

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。