LERE-QSAR 解析に基づく hNEU1 予測立体構造の妥当性評価

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5.3.2 LERE-QSAR 解析に基づくhNEU1予測立体構造の妥当性評価

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表 5.9 複合体形成に伴うΔGobsおよび代表自由エネルギー項 ^a (hNEU1 (a), hNEU2 (b), N1-NA (c)−Set I化合物)

complex

no.^b ΔG_obs^c ΔG_calc^d ΔE_bind^es <ΔG_solpolar (GB-OBC I)>^e ΔE_bind^vdW electrostatic energy^f 1-a −3.64 −3.14 −221.12 194.15 (7.23) −20.17 −26.97 2-a −2.84 −3.42 −175.72 140.46 (12.11) −18.23 −35.26 3-a −5.35 −5.28 −250.37 168.82 (9.51) −14.08 −81.55 1-b −6.79 −7.08 −272.30 197.98 (6.05) −24.11 −74.32 2-b −3.15 −3.32 −172.49 154.06 (4.26) −25.83 −18.43 3-b −6.16 −5.69 −164.91 113.31 (8.93) −26.81 −51.60 1-c −12.49 −13.00 −204.75 166.79 (5.37) −25.15 −37.96 2-c −11.56 −10.40 −194.15 169.04 (6.66) −30.49 −25.11 3-c −7.74 −8.39 −124.10 93.49 (5.95) −19.15 −30.61

variance (a)^g 943.26 480.95 6.45 576.72

variance (b)^g 2394.68 1195.48 1.25 526.68

variance (c)^g 1280.42 1231.75 21.46 27.71

a In kcal/mol.

b 1–6 represent compound numbers. a, b, and c denote ligand-free proteins, hNEU1, hNEU2, and N1-NA, respectively.

cΔG_obs= RT ln IC₅₀ (T = 310 K).

dΔG_calc for a, b, and c were calculated from eqs. (5.2), (5.3), and (5.4), respectively.

e Average value and standard deviation (in parentheses).

fΔE_bind^es+<ΔG_solpolar (GB-OBC I)>.

g In kcal²/mol².

5.3.2.2 hNEU1−Set II化合物に対するLERE-QSAR 解析

Set II化合物 (compounds 3–6)とhNEU1の複合体形成に伴う実測の全自由エネルギー 変化 (ΔGobs)の変動の支配要因を明らかにする LERE-QSAR 解析に基づき, 構築した

hNEU1 の予測モデル構造のさらなる妥当性評価を行った. hNEU1 は, ホモロジーモデリン

グにより構築した予測モデル構造であるにもかかわらず, 一連のSet II化合物とhNEU1の 複合体形成に伴う実測のΔGobs の変動を, 物理化学的な意味づけとともに説明可能な統計 的に有意であるLERE-QSAR相関式 (5.5)を得ることができた.

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ΔGobs= 0.0739 (ΔEbindes+ΔEbindvdW+<ΔGsolpolar (GB-OBC I)>) +1.32 (5.5) n = 4, r = 0.926, s = 0.318 kcal/mol, F = 12.0

相関式において, 実測と計算による全自由エネルギー変化との間には良好な線形関係が あることを確認できる. また, 等温滴定熱量測定 (isothermal titration calorimetry: ITC)の実 験結果 [49]からαを 0.678 とした場合, 上式の右辺の第一項 (ΔEbindes + ΔEbindvdW +

<ΔGsolpolar (GB-OBC I)>)の係数 (γ1 = (1 + β)(1 − α))におけるβは負の値を示す (β = −0.771).

このことは, 式 (2.2)導出において仮定したとおり (β < 0 and/or const1 > 0), 相関式の右辺 の第一項に対して線形なpenalty energy項の存在を表している.

表 5.10 は, LERE-QSAR 解 析 で 用 い た 代 表 自 由 エ ネ ル ギ ー 項, 実 測 値ΔGobs, LERE-QSAR相関式 (5.5)より得られる予測値ΔGcalc, MM法に基づく静電相互作用エネル ギーΔEbindes, GB-OBC I法に基づく水和自由エネルギー変化の極性項<ΔGsolpolar (GB-OBC I)>

およびvan der Waals相互作用エネルギーΔEbindvdWの値を示す. 図5.9は, ΔGobsの変動に 対する各エネルギー項の寄与を示す. 第3章および第4章の解析結果と同様に, ΔEbindesと

<ΔGsolpolar (GB-OBC I)>の各々の寄与は大きいものの (var.[ΔEbindes] = 430, var.[<ΔGsolpolar

(GB-OBC I)>] = 474 kcal²/mol²), 両者の間にはほぼ完全な逆相関関係が成立し (r = −0.995,

式 (5.6)), 結果として静電相互作用エネルギー (ΔEbindes + <ΔGsolpolar (GB-OBC I)>)の寄与はき わめて小さくなることを確認できる (var.[ΔEbindes + <ΔGsolpolar (GB-OBC I)>] = 5).

<ΔGsolpolar (GB-OBC I)>=−1.04 ΔEbindes−91.4 (5.6) n = 4, r = 0.995, s = 3.00, F = 209

一方で, ΔEbindvdWの寄与は, (ΔEbindes + <ΔGsolpolar (GB-OBC I)>)の寄与と比べて相対的に大きい ことから (var.[ΔEbindvdW] = 53), ΔEbindvdWがΔGobsの変動に対して支配的に働くと考えられる (r = 0.996, 式 (5.7)). したがって, Set II化合物とhNEU1の複合体形成に伴う実測の全自 由エネルギー変化の変動に対して, 両分子間におけるvan der Waals相互作用が支配的な 役割を果たしている.

ΔGobs= 0.0815 ΔEbindvdW−4.33 (5.7)

n = 4, r = 0.996, s = 0.0734, F = 261

本節ならびに前節における LERE-QSAR 解析から, ホモロジーモデリングにより構築した

hNEU1 の予測モデル構造は, 実測を再現可能な妥当な構造であり, 少なくともその活性部

位近傍のアミノ酸残基については良好に構築できていると考えられる. 次節では, 支配項で

あるvan der Waals相互作用に焦点を当て, その変動に関与するhNEU1のアミノ酸残基を

定量的に明らかにする.

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表5.10 複合体形成に伴うΔGobsおよび代表自由エネルギー項^a (hNEU1−Set II化合物)

compound

no. ΔG_obs^b ΔG_calc^c ΔE_bind^es <ΔG_solpolar (GB-OBC I)>^d ΔE_bind^vdW electrostatic energy^e 3 −5.45 −5.75 −250.37 168.82 (9.51) −14.08 −81.55 4 −6.01 −5.69 −284.88 209.70 (13.87) −19.63 −75.18 5 −6.38 −6.47 −307.20 227.71 (10.28) −25.83 −79.49 6 −7.09 −7.03 −291.29 212.03 (14.27) −33.64 −79.26

variance^f 430.46 473.87 52.95 5.33

a In kcal/mol.

bΔGobs= RT ln IC50 (T = 310 K).

c Calculated from eq. (5.5).

d Average value and standard deviation (in parentheses).

eΔEbindes+<ΔGsolpolar (GB-OBC I)>.

f In kcal²/mol².

図5.9 Set II化合物とhNEU1の複合体形成に伴う各エネルギー項の変動

各代表自由エネルギー項はcompound 3を基準として表す. ΔE_bind^es

ΔE_bind^vdW

<ΔG_solpolar (GB-OBC I)>

ΔGobs

ΔG_calc

Energy (kcal/mol)

6 4

0

−4

−8

Compounds

3 4 5 6

2

−2

−6

ΔEbindes+ <ΔGsolpolar (GB-OBC I)>

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