効率的な分子設計のための構造生成システムに関する研究

分子構造生成器開発：データベースから抽出した環構造と水素の情報を考慮した原子単位のフラグメントの２種類を効率的に組み合わせて、化学構造を生成するアルゴリズムを考案、実装した。アルゴリズムはカノニカル経路生成法を改良しており、重複する構造が発生しない。また、縮約グラフを利用することで、取り扱う頂点数を減少させ高速化を実現した。分子構造のフレームワークに基づいて構造を組み立てるアルゴリズムを考案し、これにより、フラグメントを組み合わせる際に問題となる側鎖のみが異なる同一骨格を有する化学構造の生成が抑制される。また、反応性が高い部分構造や不安定な部分構造を有する構造の生成を抑制する仕組みを導入した。これにより、現実的な化学構造の提案が可能となった。QSARモデルの逆解析手法の開発：定量的構造活性モデル（QSAR）の逆解析(inverse QSAR)により、望ましい活性を持つ分子構造を設計する。既往の手法で利用される回帰モデルはすべて線形であり、モデルの低予測能力に加え、モデルの適用範囲(AD)を加味していないという問題があった。ADとはQSARモデルが高精度で予測値を計算できる記述子空間における領域を表す。今回の研究では、AD内において望ましい活性値を持つ領域を規定するために、データセットの事前分布にQSARモデルを組み合わせ、事後分布を導出した。提案手法は、既往の手法の課題を克服した形となった。記述子の開発：生体内タンパクとの相互作用をリガンド分子のみから表現するために、分子の立体的、空間的な位置関係を表現する記述子を開発した。それらの記述子は化学構造生成器に実装されている。これにより、活性に影響を与えると考えられる特徴を表現した上で、inverse QSAR解析を行うことが可能となった。

分子構造生成器開発：データベースから抽出した環構造と水素の情報を考慮した原子単位のフラグメントの２種類を効率的に組み合わせて、化学構造を生成するアルゴリズムを考案、実装した。アルゴリズムはカノニカル経路生成法を改良しており、重複する構造が発生しない。また、縮約グラフを利用することで、取り扱う頂点数を減少させ高速化を実現した。分子構造のフレームワークに基づいて構造を組み立てるアルゴリズムを考案し、これにより、フラグメントを組み合わせる際に問題となる側鎖のみが異なる同一骨格を有する化学構造の生成が抑制される。また、反応性が高い部分構造や不安定な部分構造を有する構造の生成を抑制する仕組みを導入した。これにより、現実的な化学構造の提案が可能となった。QSARモデルの逆解析手法の開発：定量的構造活性モデル（QSAR）の逆解析(inverse QSAR)により、望ましい活性を持つ分子構造を設計する。既往の手法で利用される回帰モデルはすべて線形であり、モデルの低予測能力に加え、モデルの適用範囲(AD)を加味していないという問題があった。ADとはQSARモデルが高精度で予測値を計算できる記述子空間における領域を表す。今回の研究では、AD内において望ましい活性値を持つ領域を規定するために、データセットの事前分布にQSARモデルを組み合わせ、事後分布を導出した。提案手法は、既往の手法の課題を克服した形となった。記述子の開発：生体内タンパクとの相互作用をリガンド分子のみから表現するために、分子の立体的、空間的な位置関係を表現する記述子を開発した。それらの記述子は化学構造生成器に実装されている。これにより、活性に影響を与えると考えられる特徴を表現した上で、inverse QSAR解析を行うことが可能となった。