成果普及 事業内容

myPresto
(Medicinally Yielding PRotein Engineering SimulaTOr)

myPrestoとは

myPrestoは、経済産業省及びNEDOから委託を受けて実施した「生体高分子立体構造情報解析」及び「創薬加速に向けたタンパク質構造解析基盤技術開発」プロジェクトで研究開発した医薬品開発支援の分子シミュレーションシステムで、従来に比べて短時間で高精度・高能率で行うことができます。

myPrestoの構成

myPrestoは、化合物の二次元構造を三次元構造への変換、タンパク質等のモデリング、タンパク質-薬物ドッキング、in silicoスクリーニング等のプログラム群で構成されております。

myPrestoの構成

myPrestoの適用分野

製薬、農業、化粧品、食品等

myPrestoの使用条件

myPrestoを使用するためには、別途、化合物の二次元構造情報又は三次元構造情報が必要となることがあります。

myPrestoの入手方法

myPrestoは、国立大学法人大阪大学蛋白質研究所付属プロテオミクス総合研究センターのウェブサイトから入手することができます。

myPrestoの特徴

  • 従来、タンパク質の分子シミュレーションは、原子運動の遅い現実の系をありのままに計算することにこだわるあまり、長時間の計算時間によっても十分な分子シミュレーションができませんでした。 myPrestoでは、現実の系をありのままに計算するのではなく、原子運動が実際よりも激しい仮想的な系を計算することで、従来よりも短時間のうちに幅広い構造探索を行い、もっともらしい構造情報を引き出す技術―拡張アンサンブル法-を採用することで、効率的なモデリング計算を可能にしています。  拡張アンサンブル法の一種であるマルチカノニカル法(McMD)は、統計力学的に厳密な理論的枠組みと強力なサンプリング能力が得られるが、収束が難しく手作業が多いという欠点がありました。myPrestoでは、新たに開発したSimulated Tempering/Force-biased McMDによる自動収束手法の実装により、収束の操作を自動化でき、蛋白質や蛋白質-薬物複合体の精密なモデリングに広く応用できます。 また、近年注目されているTsallis統計を決定論的に実現するTsallis dynamicsを実装しています。
  • in silicoスクリーニングのための蛋白質・低分子有機化合物ドッキング手法を開発し、タンパク質とリガンドの複合体を、4秒程度の計算時間で約56%という高い確率で高精度(RMSD 2Å以内)に再現することができます(AMD Opteron/Intel Xeon使用時)。グリッドポテンシャルを蛋白質表面のラフな形状を考慮し滑らかにすることで、ノイズを低減した構造探索を可能にしています。 myPresto version3の約2倍の速度とより高いスクリーニング精度を達成しています。
  • 厳密な結合エネルギー評価のための、厳密で純粋な分子動力学計算による蛋白質-リガンドの結合自由エネルギーを見積るFilling potential法を開発し実装しています。Filling potential法の説明(動画 1分7秒 13MB) また、改良版であって、より簡便に結合自由エネルギーを計算する方法(SRPG:Smooth Reaction Path Generation法)を開発・実装しています。
  • myPrestoの多くの機能は、複数の計算機で処理を分散・並列計算できるように設計されており、蛋白質・低分子有機化合物ドッキングは、多数のPC上で計算を分散動作させるグリッド環境でも動作するようにも開発されています。
  • 多数の標的蛋白質と化合物との蛋白質ー化合物相互作用行列を利用した新しいin silicoスクリーニング手法(Multiple Target Screening method/Docking Score Index method)の解析ツールを実装。 ランダムなスクリーニング実験に比較し、高い確率で数十倍の効率の薬物スクリーニングが実現可能です。
  • 二次元電子カタログから三次元構造を生成し半経験的量子化学計算で原子電荷を計算するためのツールが用意されています。 またコンビナトリアルに分子を生成するツールもあります。また、その他、化合物を扱う各種ツール(ファイル変換、物性予測)があります。
  • 多数の化合物を蛋白質の全表面にドッキングすることで、蛋白質のリガンド結合ポケットを予測する機能(MolSite)があります。
  • 蛋白質の構造ゆらぎを考慮したアンサンブルドッキングの場合、どの構造がドッキングスクリーニングに適しているかを選別するのが問題になりますが、ドラッグライクな化合物集団(UAP:Universal Active Probe)を使って構造を評価する手法を開発・実装しています。
  • 特許調査を実施済み。

myPrestoの機能

  • 受容体-低分子ドッキングエンジンsievgene:in silicoスクリーニングなどのための、蛋白質などの受容体と薬物低分子とのフレキシブルドッキングを行うドッキングエンジンを追加しました。mol2ファイル形式で準備された一般的な分子を扱うことができます。
  • 自動化されたマルチカノニカル・Simulated Tempering分子動力学シミュレーション:構造未知の蛋白質ループ領域のモデリングや蛋白質―薬物複合体の構造精密化に有効なマルチカノニカル・Simulated Tempering分子動力学を使いやすく自動化しています。
  • GB/SA及びASA法などの溶媒和モデル:並列化効率の極めて高い水分子を顕に考慮しないGB/SA及びASA法などの溶媒和モデルを様々な手法と組み合わせてモデリングシミュレーションに活用できます。
  • NPT計算の実装:温度・圧力一定の分子動力学シミュレーションを斜方セル、直方体セルなど6種類のセルで実行でき、剛体モデルとの併用も可能で生体膜・膜蛋白質の計算が行えます。
  • Particle mesh Ewald(PME), Fast multipole method (FMM)など、長距離クーロン力の計算を実装しています。
  • 一般の低分子をAMBER7/AMBER8 GAFFでモデリングできます。
  • 受容体-低分子ドッキングエンジンsievgeneは、Windows PCグリッド(Grid-MP United Devices社)に対応し、多数のWindows PCで並列動作することが可能です。
  • 化合物データベースを生成する(二次元電子カタログ(SD file)から3次元mol2ファイルを生成する)ツール類が利用可能です。また、与えられた分子のフラグメントを組み合わせ、コンビナトリアルに多数の分子を自動生成するツール(VCOL)が利用可能です。
    myPrestoの機能

myPrestoの設計仕様

tplgene

タンパク質・核酸の座標を入力とし、力場パラメーターの割り当てを行います。AMBER96/99, CHARMM19/22力場が利用可能です。

tplgeneの設計仕様(tplgeneL参照)

tplgeneL

一般の分子の座標を入力とし、力場パラメーターの割り当てを行います。General Amber Force Field 、AMBER99力場が利用可能です。

tplgene/tplgeneLのシステム設計書
tplgene/tplgeneLの設計仕様

cosgene

分子動力学シミュレーションを行います。McMD/Force Biased McMDなどの拡張アンサンブル法が利用可能です。MPI並列による高い並列動作が可能です。AMBER力場・CHARMM力場に対応しています。

cosgeneの設計仕様 その1
cosgeneの設計仕様 その2
cosgeneの設計仕様 その3
cosgeneの設計仕様 その4
cosgeneの設計仕様 その5
cosgeneの設計仕様 その6
cosgeneの設計仕様 その7
myPrestoマニュアル(日本語)myPresto manual(English
tplgene/tplgeneL/cosgene全般、
myPresto analysisマニュアル(日本語)
myPresto analysis manual(English):cosgene analysis機能
sievgene

受容体に低分子をドッキングさせる薬物ドッキング・in silicoスクリーニングのためのドッキングエンジンです。

sievgeneの設計仕様
myPresto sievgeneマニュアル(日本語)
myPresto sievgene manual(English)
MTS/DSIマニュアル(日本語)MTS/DSI manual(English)
MTS/DSIスクリーニング手法の概要
MD-MVOマニュアル(日本語)
分子の重ね合わせをMDで行う精度の高い類似化合物探索法
TGSマニュアル(日本語)
分子のトポロジーを記述子に使う高速でラフな類似化合物探索法
Substructure-searchマニュアル(日本語):分子の部分構造探索法
3DdataConstruction

医薬品スクリーニング用化合物データベース作成ツール類

VCOLの設計仕様
:コンビナトリアルに化合物を生成するツール
myPresto VCOLマニュアル(日本語)myPresto VCOL manual(English)
BindMolのマニュアル(日本語)
2つの分子を連結することで新しい分子を生成するプログラム(仮想的な化学修飾などができる)
LogS_predictorのマニュアル(日本語):溶解度予測
LigandBOXマニュアル(日本語):化合物データベース
UAP

アンサンブルドッキングでの妥当な構造の選択法。

UAP(Universal Active Probe)マニュアル(日本語)
MolSite

蛋白質のリガンド結合ポケット予測法。

MolSiteの設計仕様(日本語)
MolSiteマニュアル(日本語)

注意!

設計仕様書と実際のソースコードは一部異なる場合があります。プログラムの理論に関する情報は、 独立行政法人産業技術総合研究所創薬分子プロファイリング研究センター(molprof)のホームページで公開しております。

ダウンロード/お問い合わせ

大阪大学蛋白質研究所附属プロテオミクス総合研究センター

本ソフトウェアの著者、引用文献について