たんぱく質のＸ線構造解析で構築したモデルの修正用プログラムおよびコンピュータシステム
【課題】 たんぱく質の結晶構造解析のモデルを修正して、水素結合とファンデルワールス（ＶＤＷ）結合による水のネットワークを分断することなく表し、かつ、たんぱく質分子と水のネットワークとの結合を全て表すモデルとするプログラムおよびコンピュータシステムを提供する。
【解決手段】 水チェックプログラム２１は、モデル内の個々の水を、空間群の全ての対称操作によって単位格子内で移動させ、かつ、並進操作によって隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはＶＤＷ結合によって相互に繋がる１以上の水のネットワークを検出するとともに、ネットワーク内の水が水素結合またはＶＤＷ結合をするアミノ酸残基またはリガンドを検出して、モデル内の水の位置をアミノ酸残基またはリガンドに結合するネットワークに含まれる位置に変更する。コンピュータシステム１は、上記プログラム２１を記憶する記憶部１１と、その処理を実行する演算部１２を備える。
【解決手段】 水チェックプログラム２１は、モデル内の個々の水を、空間群の全ての対称操作によって単位格子内で移動させ、かつ、並進操作によって隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはＶＤＷ結合によって相互に繋がる１以上の水のネットワークを検出するとともに、ネットワーク内の水が水素結合またはＶＤＷ結合をするアミノ酸残基またはリガンドを検出して、モデル内の水の位置をアミノ酸残基またはリガンドに結合するネットワークに含まれる位置に変更する。コンピュータシステム１は、上記プログラム２１を記憶する記憶部１１と、その処理を実行する演算部１２を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たんぱく質のＸ線結晶構造解析に関し、より詳しくは、構築したモデルの修正を行うプログラムおよびコンピュータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ゲノム科学研究はめざましい進歩を遂げている。この進歩により、実験モデル生物を含め数々の生物種で、膨大な遺伝情報が明らかになりつつある。しかし、遺伝情報の生物学的意味を明らかにするためには、遺伝情報から翻訳されたたんぱく質の機能を解明する必要がある。たんぱく質の機能を解明するための１つの有力な分析手段として立体構造決定があり、Ｘ線結晶構造解析は最も有力な立体構造決定手段の１つとなっている。
【０００３】
Ｘ線結晶構造解析の手順は、たんぱく質試料取得以降、結晶化実験、Ｘ線回折実験、位相計算、モデルの構築、モデルの精密化の段階に分類できる。近年、Protein Data Bank（以下、ＰＤＢと略記する）においては、Ｘ線構造解析によって得られたたんぱく質の結晶構造の登録数が極めて増加している。これは、最近のＸ線結晶構造解析技術の進展で、大規模にかつ簡単にＸ線結晶構造解析を行うことができるようになったことも１つの要因である。
【０００４】
たとえば、結晶化実験の段階では、自動結晶化ロボット（たとえば、特許文献１）、Ｘ線回折実験の段階では、理化学研究所構造ゲノムビームラインＢＬ２６Ｂ２での SPring
-8 Precise Automatic Cryo-sample Exchanger（ＳＰＡＣＥ）、位相計算の段階では、複数のコンピュータを用いて並列的に位相計算を自動で行う自動位相計算システム（ＰＥＲＯＮ）が開発されている。しかしながら、結晶構造のＰＤＢへの登録、つまり社会への公開のための最終構造を得るには、残された問題がある。それは、構築したモデルの修正と精密化の段階である。
【０００５】
モデルの構築および修正と精密化の段階は、極めて高分解能のデータなど構造解析を行う上で非常に良好な条件が整っていてさえ、自動で行うことはできない。モデルの構築作業は、一般的には、経験と専門的知識をもつ熟練した研究者が、モデル構築ソフトウェア（たとえば、Ｑｕａｎｔａ:アクセルリス社）を用いて手動で行う。モデルの修正と精密化をするモデル評価作業は、モデル評価ソフトウェア（たとえば、ＷＨＡＴＣＨＥＣＫ）を用いて、知識と経験を活用して行う。このため、登録され社会に公開される立体構造の質は、結晶解析を行う研究者の質に大きく依存する。これは、公開された立体構造を将来利用する際に、大きな問題になると考えられる。
【０００６】
モデル構築評価作業は、アミノ酸残基と、水と、リガンドの確認作業に分類できる。アミノ酸残基の認識作業では、各アミノ酸残基が電子密度に適合していることを確認するのみならず、幾何学的情報などを確認する必要がある。特に手動でモデルの修正を行う場合、熟練者でもロイシン（Ｌｅｕ）残基などの幾何学的情報を誤りやすい。
【０００７】
さらに、アスパラギン（Ａｓｎ）残基、グルタミン（Ｇｌｎ）残基、ヒスチジン（Ｈｉｓ）残基では、側鎖の向きを反転（１８０゜回転）させても電子密度に適合するため、水素結合を考慮して側鎖の向きを適切にしなければならない。しかしながら、これらの残基の側鎖の向きの適否を調べるために水素結合を考慮するにしても、構築したモデルが全ての水素結合を表しているとは限らず、判断に誤りが生じやすい。これは、結晶構造解析固有の結晶学的対称性（結晶が属する空間群の対称性）のために、分子間の水素結合が現れない等価点に、水分子が設定されることが多いからである。
【０００８】
また、Ｘ線構造解析で同定できる水分子の数は（０．３０１−９．５×０．０１×Ｒ）×Ｎ程度であるということが知られている（非特許文献１）。ここで、Ｒは分解能、Ｎはたんぱく質の非水素原子の数である。たとえば、分解能が２．０Åの場合、同定可能な水の数は、アミノ酸残基の数とほぼ同じである。モデルの修正作業は、これらの大量の水の結合のネットワークを考慮に入れて行う必要がある。
【０００９】
発明者の属するたんぱく質構造解析研究チームでは、過去４年間で、１００構造以上の解析を行ってきた。社会的有用性を考慮して、解析した構造の数のみならず、構築したモデルの質を確保するために、解析途中でモデルを評価することに加え、最終段階では、解析を担当した研究者以外の熟練した研究者が、モデルの質を確認している。この二重作業によりヒューマンエラーが回避される。しかしながら、大規模かつ高速に構造解析を行うためには、人手でモデルの評価を行うことは適していない。
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−０８３１２６号公報
【非特許文献１】O. Carugo and D. Bordo, “How many water molecules can be detected by protein crystallography”, Acta. Crystallographica, International Union of Crystallography, 1999、D55、p.479-483
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
Ｘ線結晶構造解析の結果をたんぱく質の機能の解明に利用するためには、構築したモデルに誤りがないことはもとより、構築したモデルが、たんぱく質分子と水分子、リガンド分子と水分子、および水分子と水分子の、水素結合およびファンデルワールス（ＶＤＷ）結合（ＶＤＷ力による結合）を、判りやすく表すものでなければならない。さもなければ、機能解明の研究において、機能発現に関与するたんぱく質の部位と水分子との水素結合が読み取れず、たんぱく質と他の物質の分子との相互作用を誤って解釈したり、解釈ができなくなったりする。また、構築したモデルが、水素結合による水のネットワークを分断して表していたのでは、生体内において水のネットワークの代わりに入り得る他の物質を、推測することができなくなる。しかしながら、水のネットワークを分断することなく表し、かつ、たんぱく質分子と水のネットワークとの結合を全て表したモデルを提供するプログラムは開発されていない。
【００１２】
また、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基、Ｈｉｓ残基は、たんぱく質の機能発現に関与する部位に存在することが多い。このため、構築したモデルが、これらの残基の側鎖の向きを正しく表していなければ、これらの残基が機能発現に関与しているにもかかわらず、機能発現に関与しないという結論を導き出したり、逆に、これらの残基が機能発現に関与してないにもかかわらず、機能発現に関与するという結論を導き出したりする、誤りが生じる可能性がある。しかし、これらの側鎖の向きが適切なモデルを提供する方法は提案されていないのが現状である。
【００１３】
さらに、Ｘ線結晶構造解析の効率を高めて、多くのたんぱく質の立体構造を明らかにするためには、モデルの修正と精密化の段階を自動化して、人手による作業をできるだけ減少させることが望ましい。しかも、モデルの修正と精密化に携わる研究者の熟練度によらず、解析で得られるモデルの質が一様に高いことが望ましい。
【００１４】
本発明の目的は、水素結合およびＶＤＷ結合による水のネットワークを分断することなく表し、かつ、たんぱく質分子と水のネットワークとの結合を全て表したモデルを提供するプログラムおよびコンピュータシステムを実現することにある。また、本発明の目的は、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基、Ｈｉｓ残基の側鎖の向きが適切なモデルを提供するプログラムおよびコンピュータシステムを実現することにある。さらに、本発明の目的は、モデルの修正と精密化に携わる研究者の熟練度によらず、解析で得られるモデルの質を一様に高くすることが可能なプログラムおよびコンピュータシステムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、たんぱく質のＸ線構造解析で構築したモデルの水の位置を修正するためのプログラムであって、
モデル内の個々の水を、Ｘ線構造解析に用いた結晶が属する空間群の全ての対称操作によって単位格子内で移動させ、かつ、並進操作によって隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはファンデルワールス結合によって相互に繋がる１以上の水のネットワークを検出する手順と、
各ネットワークに含まれているいずれかの水が水素結合またはファンデルワールス結合をするたんぱく質分子のアミノ酸残基またはリガンドを検出する手順と、
モデル内の水の位置を、アミノ酸残基またはリガンドに結合するネットワークに含まれる位置に変更する手順、または、モデル内の水の位置を、アミノ酸残基またはリガンドに結合するネットワークに含まれる位置に変更すべきことを使用者に提示する手順とを
コンピュータに実行させることを特徴とするプログラムである。
【００１６】
本発明はまた、検出したネットワークに１つの水のみが含まれているときに、その水を削除する手順、または、その水を削除すべきことを使用者に提示する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１７】
本発明はまた、検出したネットワークに含まれているいずれの水も、水素結合またはファンデルワールス結合によって、アミノ酸残基およびリガンドに結合しないときに、そのネットワークに含まれている全ての水を削除する手順、または、そのネットワークに含まれている全ての水を削除すべきことを使用者に提示する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１８】
本発明はまた、検出したネットワークに含まれている水からアミノ酸残基またはリガンドまでの距離が所定距離以下のときに、その水を削除する手順、または、その水を削除すべきことを使用者に提示する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１９】
本発明は、検出したネットワークに含まれている水同士の距離が所定距離以下のときに、所定の基準に基づいて、一方の水を削除しもしくはその位置を変更する手順、または、一方の水を削除しもしくはその位置を変更すべきことを使用者に提示する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００２０】
本発明は、たんぱく質のＸ線構造解析で構築したモデルのＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを修正するためのプログラムであって、
モデル内の個々のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基を、Ｘ線構造解析に用いた結晶が属する空間群の全ての対称操作によって単位格子内で移動させ、かつ、並進操作によって隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはファンデルワールス結合によって相互に繋がる１以上のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基のネットワークを検出する手順と、
各ネットワークに含まれている全てのＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを個別に反転させて、側鎖の向きが異なる全ての修飾モデルを作成し、各修飾モデルの水、アミノ酸残基およびリガンド間の水素結合を検出して、各ネットワークに含まれているＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを、水素結合の総数が最も多い修飾モデルにおける向きに変更する手順、または、変更すべきことを使用者に提示する手順とを
コンピュータに実行させることを特徴とするプログラムである。
【００２１】
本発明はまた、ネットワークを検出する手順において、ネットワークに含まれているＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基が、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基以外のアミノ酸残基と水素結合またはワンデルワールス結合をし、かつ、そのアミノ酸残基が他のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基と水素結合またはワンデルワールス結合をするときに、そのアミノ酸残基と他のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基をネットワークに含めることをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００２２】
本発明は、たんぱく質のＸ線構造解析で構築したモデルを修正するためのコンピュータシステムであって、
モデルを記憶するモデル記憶部と、
上記のいずれかのプログラムを記憶するプログラム記憶部と、
プログラム記憶部に記憶されたプログラムの手順を実行する実行部と
を含むことを特徴とするモデルを修正するコンピュータシステムである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、モデル内の個々の水を、空間群の全ての対称操作によって単位格子内で移動させ、かつ、並進操作によって隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはＶＤＷ結合によって相互に繋がる水のネットワークを検出するので、水のネットワークが分断されることなく検出される。しかも、各ネットワークに含まれているいずれかの水が水素結合またはＶＤＷ結合をするたんぱく質分子のアミノ酸残基またはリガンドを検出して、モデル内の水の位置を、アミノ酸残基またはリガンドに結合するネットワークに含まれる位置に変更し、または、モデル内の水の位置を、アミノ酸残基またはリガンドに結合するネットワークに含まれる位置に変更すべきことを使用者に提示するので、たんぱく質分子およびリガンドと水のネットワークとの結合が表されたモデルが得られる。
【００２４】
また、本発明によれば、検出したネットワークに１つの水のみが含まれているときに、その水を削除し、または、その水を削除すべきことを使用者に提示するので、孤立している水の除去が可能である。
【００２５】
また、本発明によれば、検出したネットワークに含まれているいずれの水も、水素結合またはＶＤＷ結合によって、アミノ酸残基およびリガンドに結合しないときに、そのネットワークに含まれている全ての水を削除し、または、そのネットワークに含まれている全ての水を削除すべきことを使用者に提示するので、アミノ酸残基およびリガンドに結合しない浮遊したネットワークの除去が可能である。
【００２６】
また、本発明によれば、検出したネットワークに含まれている水からアミノ酸残基またはリガンドまでの距離が所定距離以下のときに、その水を削除し、または、その水を削除すべきことを使用者に提示するので、アミノ酸残基またはリガンドに対して近すぎる位置にある水の除去が可能である。
【００２７】
また、本発明によれば、検出したネットワークに含まれている水同士の距離が所定距離以下のときに、所定の基準に基づいて、一方の水を削除しもしくはその位置を変更し、または、一方の水を削除しもしくはその位置を変更すべきことを使用者に提示するので、相互に近すぎる位置にある水の削除またはその位置の修正が可能である。ネットワークには、対称操作および並進操作で位置が変わらなかった水と、それらの操作で位置が変わった水の双方が含まれ得る。本来特異点上に位置する水が誤って特異点からわずかにずれた位置でモデルに含まれていたときには、その水は、位置の異なる別の水として、同一のネットワークに含まれることになり、両者の距離は極めて短くなる。このような水を特異点上に位置させることも可能である。
【００２８】
本発明によれば、モデル内の個々のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基を、空間群の全ての対称操作によって単位格子内で移動させ、かつ、並進操作によって隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはＶＤＷ結合によって相互に繋がる１以上のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基のネットワークを検出するので、異なるたんぱく質分子（サブユニット）間に水素結合またはＶＤＷ結合があり、構築したモデルにそれが現れていないときでも、異なるたんぱく質分子のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基も１つのネットワークに含めることができる。
【００２９】
そして、各ネットワークに含まれている全てのＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを個別に反転させて、側鎖の向きが異なる全ての修飾モデルを作成し、各修飾モデルの水、アミノ酸残基およびリガンド間の水素結合を検出して、各ネットワークに含まれているＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを、水素結合の総数が最も多い修飾モデルにおける向きに変更し、または、変更すべきことを使用者に提示するので、最もエネルギー的に安定なＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基のネットワークが得られ、各残基の側鎖の向きが適切になる。側鎖の向きが異なる全ての修飾モデルの数は、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の総数をＮとすると、２Ｎである。
【００３０】
また、本発明によれば、ネットワークを検出する手順において、ネットワークに含まれているＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基が、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基以外のアミノ酸残基と水素結合またはワンデルワールス結合をし、かつ、そのアミノ酸残基が他のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基と水素結合またはワンデルワールス結合をするときに、そのアミノ酸残基と他のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基をネットワークに含めるため、直接には繋がらないが、ただ１つのアミノ残基を介して相互に繋がるＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基は、同一のネットワークに含まれることになる。その結果、個々のネットワークの規模が大きくなって、修飾モデルの水素結合の数も多くなり、エネルギー的により安定なネットワークが得られ易くなって、各残基の向きが一層適切になる。
【００３１】
本発明によれば、上記のいずれかのプログラムの手順を実行する実行部をコンピュータシステムに備えているので、解析効率が高まり、しかも、モデルの修正と精密化に携わる研究者の熟練度によらず、モデルの質が一様に高い解析結果を提供し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１は本発明の実施の一形態であるコンピュータシステム１の構成を模式的に示すブロック図である。コンピュータシステム１は、記憶部１１、演算部１２、表示部１３、入力部１４、出力部１５およびネットワークインターフェース部１６を有している。
【００３３】
記憶部１１は、半導体メモリ、ハードディスク（ＨＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルユーティリティディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイディスク（ＢＤ）、などの記憶装置から成り、Ｘ線結晶構造解析で構築したたんぱく質のモデル１１ａ、解析に用いた結晶の格子定数、空間群の対称操作などの結晶情報１１ｂのほか、以下に詳述する本発明のモデルチェックプログラム１１ｃを記憶している。演算部１２は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）などの演算装置から成り、記憶部１１に記憶されているモデルチェックプログラム１１ｃが表す処理を実行する。
【００３４】
表示部１３は、カラー液晶表示装置（ＬＣＤ）などの表示装置から成り、演算部１２からの指示に応じて、結晶構造のモデルの画像およびモデルに関する種々の情報を表示する。入力部１４は、キーボードなどの文字数字入力装置と、マウス、ジョイスティックなどのポインティング装置から成り、使用者の操作を受け付けて演算部１２に伝達する。表示部１３と入力部１４とにより、グラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）が実現される。出力部１５は、インクジェットプリンタなどの印刷装置から成り、演算部１２からの指示に応じて、モデルの画像およびモデルに関する種々の情報を印刷出力する。ネットワークインターフェース部１６はコンピュータシステム１を、ローカルエリアネットワーク、インターネットなどのコンピュータネットワークに接続する。
【００３５】
図２はモデルチェックプログラム１１ｃの機能を示すブロック図である。モデルチェックプログラム１１ｃは、機能よって、水チェック２１、側鎖チェック２２、パッキングチェック２３、ジオメトリチェック２４、シーケンスチェック２５およびフォーマットチェック２６の各プログラムに分類される。
【００３６】
水チェックプログラム２１は、構築したモデルに含まれる水のネットワークを検出して、水の位置のチェックと修正を行う。側鎖チェックプログラム２２は、たんぱく質分子のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きのチェックと修正を行う。パッキングチェックプログラム２３は、結晶構造におけるたんぱく質分子の配置のチェックを行う。ジオメトリチェックプログラム２４は、たんぱく質分子のアミノ酸残基の幾何学的構造、たとえば、環状の側鎖の平面性、隣り合う結合の二面角などをチェックする。シーケンスチェックプログラム２５は、たんぱく質分子におけるアミノ酸残基の１次配列をチェックする。フォーマットチェックプログラム２６は、モデルの記述様式がＰＤＢのフォーマットに適合しているか否かをチェックする。
【００３７】
以下、本発明の特徴である水チェックプログラム２１と側鎖チェックプログラム２２について、詳細に説明する。
【００３８】
まず、水チェックプログラム２１について説明する。水チェックプログラム２１は、モデルに含まれる個々の水を、Ｘ線結晶構造解析に用いた結晶が属する空間群の対称操作により単位格子内で移動させ、さらに、並進操作により隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはＶＤＷ結合によって繋がる１以上のネットワークを検出する。なお、空間群の対称操作には、座標（ｘ,ｙ,ｚ）の原子を同じ座標（ｘ,ｙ,ｚ）に移動させる、すなわち位置を変えない操作も含まれており、したがって、検出されたネットワークには、移動により位置が変わった水と、位置が変わらない水の双方が含まれる。水チェックプログラム２１は、また、各ネットワークに含まれる個々の水が、たんぱく質のアミノ酸残基またはリガンドに、水素結合またはＶＤＷ結合によって繋がるか否かを判定する。
【００３９】
図３は水のネットワークを模式的に示す図である。水のネットワークは（ａ）〜（ｄ）に分類される。（ａ）は、１つの水のみを含み、その水がアミノ酸残基またはリガンドに繋がらないネットワークである。このネットワークの水を孤立水という。孤立水は、モデル構築の段階で、電子密度のノイズを誤って水と判断したときなどに生じる。孤立水はモデルから除去すべきである。
【００４０】
（ｂ）は、２つ以上の水を含み、それらの水がいずれもアミノ酸残基またはリガンドに繋がらないネットワークである。このネットワークを浮遊ネットワークという。浮遊ネットワークも電子密度のノイズを誤って水と判断したときに生じるが、電子密度にいずれかの水が現れていなかったときや、いずれかの水の位置に誤りがあったときにも生じる。浮遊ネットワークは、モデルから除去するか、いずれかの水の位置を修正するか、あるいは、欠落している水を新たに加えるべきものである。
【００４１】
（ｃ）、（ｄ）は、２つ以上の水を含み、いずれかの水がアミノ酸残基またはリガンドに繋がるネットワークである。
【００４２】
（ｃ）のネットワークに含まれる水は、全て、対称操作および並進操作によって位置が変化しなかった水である。水素結合およびＶＤＷ結合のうち、結合している２原子が共に、対称操作および並進操作によって位置が変化しなかったものである場合の結合（太線で示す）を、本結合という。
【００４３】
（ｄ）のネットワークに含まれる水のいくつかは、対称操作および並進操作によって位置が変化しなかった水であり、他の水は、対称操作および並進操作によって位置が変化した水である。水素結合およびＶＤＷ結合のうち、結合している２原子の少なくとも一方が、対称操作および並進操作によって位置が変化したものである場合の結合（細線で示す）を、ＳＹＭＭ結合という。なお、（ｄ）において、１つの水はＳＹＭＭ結合によって、自己に結合している。
【００４４】
水チェックプログラム２１は、図３の（ｄ）のように、水素結合またはＶＤＷ結合によってたんぱく質のアミノ酸残基またはリガンドに繋がり、しかも、ＳＹＭＭ結合をしている水を含むネットワークが存在するときに、モデル内のその水の位置を、そのＳＹＭＭ結合をする位置に修正すべきであるとする。そして、修正を実行し、または、修正すべきことを表示部１３に表示して使用者に示す。
【００４５】
水チェックプログラム２１は、自動修正モードと手動修正モードを有しており、これらのモードは、使用者が入力部１４からの入力によって、選択することができる。自動修正モードでは、ＳＹＭＭ結合をする位置への修正が実行され、手動修正モードでは、修正すべきことの提示がなされる。
【００４６】
図４は、水チェックプログラム２１が手動修正モードにおいて表示部１３に表示する画面の概略を示している。表示画面３０は、構造表示ウィンドウ３１、水リスト表示ウィンドウ３２、水ネットワークリスト表示ウィンドウ３３、水ネットワーク表示ウィンドウ３４、および修正候補表示ウィンドウ３５を有する。構造表示ウィンドウ３１には水のネットワークの立体構造を表示する。水リスト表示ウィンドウ３２にはモデル内の全ての水のリストを表示する。水ネットワークリスト表示ウィンドウ３３には全てのネットワークを表示する。水ネットワーク表示ウィンドウ３４には１つのネットワークの構造を模式的な態様で表示する。図５の（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、構造表示ウィンドウ３１、水リスト表示ウィンドウ３２、水ネットワークリスト表示ウィンドウ３３、および水ネットワーク表示ウィンドウ３４の表示例を示す。
【００４７】
修正候補表示ウィンドウ３５には位置を修正すべき水を、修正前の位置、修正後の位置および後述する属性と共に、表示する。削除すべき水も表示する。図６は、修正前の修正候補表示ウィンドウ３５の表示例（ａ）と、対応する水ネットワーク表示ウィンドウ３４の表示例（ｂ）を示す。これは修正候補が１つのみのときのものである。図７は、図６の（ａ）の修正を行った後の修正候補表示ウィンドウ３５の表示例（ａ）と、対応する水ネットワーク表示ウィンドウ３４の表示例（ｂ）を示す。修正候補がなくなったため、図７（ａ）の修正候補表示ウィンドウ３５には修正候補が表示されていない。また、図６（ｂ）では細線で表示されていたＳＹＭＭ結合が、図７（ｂ）では太線で表示されている。これは、修正後の水、すなわち位置を変更した水は、もはやＳＹＭＭ結合で他の水分子に繋がっているのではなく、本結合で繋がっていることを表している。
【００４８】
水チェックプログラム２１が行う水チェックの処理を、図８〜図１３のフローチャートを参照して説明する。図８は水チェック処理全体を示すフローチャートである。まず、構築されたモデルを読み込み（ステップＳ２）、未処理リストを用意して、これにモデル内の全ての水を入れる（Ｓ４）。そして、ネットワークの番号を１にして（Ｓ６）、未処理リストから水を１つ取り出す（Ｓ８）。
【００４９】
次いで、水のネットワークを作成する（Ｓ１０）。このネットワーク作成処理については後に詳述する。ネットワーク作成後、ネットワークに含まれる水を未処理リストから削除し（Ｓ１２）、未処理リストに水があるか否かを判定する（Ｓ１４）。未処理リストに水があるときは、ネットワーク番号を更新（１を加える）して（Ｓ１６）、ステップＳ８に戻り、ステップＳ１４までの処理を繰返す。以上で、水の全てのネットワークが検出される。
【００５０】
ステップＳ１４の判定で未処理リストに水がないときは、ネットワーク番号を１にし（Ｓ１８）、修正候補を検出する（Ｓ２０）。修正候補検出処理については後に詳述する。修正候補検出処理の後、修正候補があるか否かを判定し（Ｓ２２）、修正候補がなければステップＳ３４に進む。修正候補があるときは、自動修正が指示されているか否か、つまり自動修正モードに設定されているか否かを判定し（Ｓ２４）、自動修正が指示されているときは、自動修正を行う（Ｓ２６）。そして、修正が成功したか否かを判定し（Ｓ２８）、成功したときはステップＳ２０に戻り、成功しなかったときは、ステップＳ３４に進む。自動修正および修正の成否については後述する。
【００５１】
ステップＳ２４の判定で自動修正が指示されていないとき、つまり手動修正モードに設定されているときは、手動修正（Ｓ３０）を行う。手動修正の処理については後述する。手動修正処理の後、使用者により終了が指示されたか否かを判定し（Ｓ３２）、終了が指示されていないときはステップＳ２０に戻り、終了が指示されているときはステップＳ３４に進む。
【００５２】
ステップＳ３４ではネットワーク番号を更新（１を加える）する。そして、その番号のネットワークが存在するか否かを判定して（Ｓ３６）、存在するときはステップＳ２０に戻り、存在しないときは水のチェック処理を終了する。以上で、検出した各ネットワークについて、修正すべき水の検出と修正の実行がなされる。
【００５３】
図９Ａおよび図９Ｂは、図８のステップＳ１０で行う水のネットワークの作成処理を示すフローチャートである。まず、モデルの立体構造を読み込み（ステップＳ１０２）、参照リストと複数のネットワークリストとを用意して、図８のステップＳ８で未処理リストから取り出した水を、参照リストとネットワークリストに入れる（Ｓ１０４）。そして、参照リストから１つの水Ｗｔを取り出す（Ｓ１０６）。取り出した水Ｗｔは参照リストから削除する。最初は、ステップＳ１０４で入れた水を取り出すことになる。
【００５４】
次いで、水Ｗｔの等価水Ｗｉを発生させる（Ｓ１０８）。等価水とは、空間群の対称操作で移動させ、さらに、並進操作で隣接する単位格子に移動させた水のことである。したがって、等価水Ｗｉには水Ｗｔそのものも含まれる。等価水の総数をｎとする。等価水の発生処理については後に詳述する。
【００５５】
等価水Ｗｉを発生させた後、水Ｗｔが水素結合またはＶＤＷ結合によって自己結合をしているか否か、つまり水Ｗｔといずれかの等価水Ｗｉとが水素結合またはＶＤＷ結合をしているか否かを判定する（Ｓ１１０）。ただし、水Ｗｔと座標が同一の等価水Ｗｉは無視する。自己結合をしているときは、ネットワークリストに水Ｗｔと等価水Ｗｉとの自己結合を加える（Ｓ１１２）。
【００５６】
次いで、等価水Ｗｉの番号ｉを１とし（Ｓ１１４）、等価水Ｗｉと水素結合またはＶＤＷ結合をしている全ての水Ｓｊを検出する（Ｓ１１６）。そして、水Ｓｊの番号ｊを１とし（Ｓ１１８）、水Ｓｊがネットワークリストに存在するか否かを判定する（Ｓ１２０）。水Ｓｊがネットワークリストに存在しないときは、水Ｓｊをネットワークリストに加え（Ｓ１２２）、さらに参照リストにも加える（Ｓ１２４）。また、等価水Ｗｉと水Ｓｊとの結合がネットワークリストに存在するか否かを判定し（Ｓ１２６）、存在しなければその結合をネットワークリストに加える（Ｓ１２８）。
【００５７】
このとき、等価水Ｗｉが水Ｗｔと同じであれば、ネットワークリストに加える結合を本結合とし、等価水Ｗｉが水Ｗｔと異なれば、ネットワークリストに加える結合をＳＹＭＭ結合とする。また、等価水Ｗｉと水Ｓｊの距離が１．５Å未満のときは、ネットワークリストに加える結合をショート結合とする。
【００５８】
その後、番号ｊに１を加えて（Ｓ１３０）、番号ｊが等価水Ｗｉに結合している水Ｓｊの総数ｍを超えているか否かを判定し（Ｓ１３２）、超えていなければステップＳ１２０に戻り、超えているときはステップＳ１３４に進む。
【００５９】
ステップＳ１３４では、等価水Ｗｉと水素結合またはＶＤＷ結合をしている全てのアミノ酸残基およびリガンドＵｋを検出する。そして、アミノ酸残基またはリガンドＵｋの番号ｋを１とし（Ｓ１３６）、アミノ酸残基またはリガンドＵｋがネットワークリストに存在するか否かを判定する（Ｓ１３８）。アミノ酸残基またはリガンドＵｋがネットワークリストに存在しないときは、アミノ酸残基またはリガンドＵｋをネットワークリストに加える（Ｓ１４０）。
【００６０】
次いで、等価水Ｗｉとアミノ酸残基またはリガンドＵｋとの水素結合またはＶＤＷ結合がネットワークリストに存在するか否かを判定し（Ｓ１４２）、存在しなければその結合をネットワークリストに加える（Ｓ１４４）。ここでも、ステップＳ１２８と同様に、等価水Ｗｉが水Ｗｔと同じであれば、ネットワークリストに加える結合を本結合とし、等価水Ｗｉが水Ｗｔと異なれば、ネットワークリストに加える結合をＳＹＭＭ結合とする。また、等価水Ｗｉとアミノ酸残基またはリガンドＵｋの距離が１．５Å未満のときは、ネットワークリストに加える結合をショート結合とする。
【００６１】
その後、番号ｋに１を加えて（Ｓ１４６）、番号ｋが検出されたアミノ酸残基およびリガンドの総数ｐを超えているか否かを判定し（Ｓ１４８）、超えていなければステップＳ１３８に戻る。
【００６２】
番号ｐが総数ｐを超えているときは、等価水Ｗｉの番号ｉに１を加えて（Ｓ１５０）、番号ｉが等価水Ｗｉの総数ｎを超えているか否かを判定し（Ｓ１５２）、超えていなければステップＳ１１６に戻る。番号ｉが等価水Ｗｉの総数ｎを超えているときは、参照リストに水が存在するか否かを判定する（Ｓ１５４）。参照リストに水が存在するときはステップＳ１０６に戻り、存在しないときは、ネットワーク作成処理を終了して、図８の処理に戻る。
【００６３】
ステップＳ１０６からＳ１５２までの処理で、１つの水のネットワークを形成する水が全て検出されて、ネットワークリストに加えられていく。また、そのネットワークと水素結合またはＶＤＷ結合をするアミノ酸残基およびリガンドもネットワークリストに加えられていく。
【００６４】
水素結合をするか否かの判定は、原子間距離と、一方の原子がドナーに、他方の原子がアクセプタになり得るか否かに基づいて行う。水素結合となり得る原子間距離は２．２Å〜３．５Åである。水は、ドナーにもアクセプタにもなり得る。アミノ酸残基のどの原子がドナーまたはアクセプタになり得るかを、表１に示す。ＶＤＷ結合をするか否かの判定は、原子間距離のみに基づいて行う。ＶＤＷ結合となり得る原子間距離は２．６５Å〜４．０Åである。
【００６５】
【表１】
【００６６】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、図９ＡのステップＳ１０８で行う等価水の発生処理を示すフローチャートである。まず、モデル、格子定数および空間群を読み込み（ステップＳ２０２）、等価水リストを用意して初期化（クリア）する（Ｓ２０４）。また、等価水の番号ｉを１とし（Ｓ２０６）、対称操作の番号ｊを１とする（Ｓ２０８）。
【００６７】
そして、たんぱく質分子Ｐに空間群の対称操作ＯＰｊ（Ｒ，Ｔ）を適用して、たんぱく質の等価分子Ｐ’ｊを生成する（Ｓ２１０）。ここで、Ｒは回転操作を表す３×３の行列であり、Ｔは並進操作を表す３×１の行列である。操作前の分率座標をＶ、操作後の分率座標をＶ‘で表すと、Ｖ’＝ＲＶ＋Ｔとなる。
【００６８】
対称操作の後、等価分子Ｐ’ｊを並進操作で隣接する単位格子に移動させて、分子Ｐの原子が最も多く含まれる格子内にＰ’ｊの原子が最も多く含まれるようになる並進操作を検出し、その並進操作をＴ’とする（Ｓ２１２）。これは、後の処理（ステップＳ２２０）で、並進操作Ｔ’を対称操作後の水の移動に用いて、対称操作後の水をできるだけたんぱく質分子Ｐに近づけるためである。
【００６９】
次いで、分率座標に適用する並進操作の移動量ａ、ｂおよびｃをいずれも−１とし（Ｓ２１４、Ｓ２１６、Ｓ２１８）、水Ｗｔに対称操作ＯＰｊ（Ｒ，Ｔ）を適用し、さらに並進操作Ｔ’と並進操作Ｔ”（ａ,ｂ,ｃ）を適用して、等価水Ｗｉを生成する（Ｓ２２０）。生成した等価水Ｗｉを等価水リストに加えて（Ｓ２２２）、等価水の番号ｉに１を加える（Ｓ２２４）。
【００７０】
その後、並進操作の移動量ｃに１を加えて（Ｓ２２６）、移動量ｃが１を超えているか否かを判定し（Ｓ２２８）、超えていなければステップＳ２２０に戻る。移動量ｃが１を超えているときは、並進操作の移動量ｂに１を加えて（Ｓ２３０）、移動量ｂが１を超えているか否かを判定し（Ｓ２３２）、超えていなければステップＳ２１８に戻る。移動量ｂが１を超えているときは、並進操作の移動量ａに１を加えて（Ｓ２３４）、移動量ａが１を超えているか否かを判定し（Ｓ２３６）、超えていなければステップＳ２１６に戻る。
【００７１】
移動量ａが１を超えているときは、対称操作の番号ｊに１を加えて（Ｓ２３８）、番号ｊが空間群の対称操作の総数を超えているか否かを判定し（Ｓ２４０）、超えていなければステップＳ２１０に戻る。対称操作の番号ｊが空間群の対称操作の総数を超えているときは、等価水の発生処理を終了して、図９Ａの処理に戻る。
【００７２】
以上の処理で、たんぱく質分子Ｐを含む単位格子を中心とする３×３×３（＝２７）の単位格子それぞれに、空間群の対称操作の総数に等しい等価水が生成される。
【００７３】
図８のステップＳ２０における修正候補の検出処理について説明する。修正候補には、修正操作、属性、修正前の水の位置、および修正後の水の位置が含まれる。修正操作には、削除、対称操作および並進操作による等価点への移動、および特異点への移動の３種がある。属性は、その修正の必要性の程度を表すもので、「ｔｒｕｅ」と「ｆａｌｓｅ」の２つがある。自動修正モードでは、属性ｔｒｕｅの修正が実行され、属性ｆａｌｓｅの修正は実行されない。手動修正モードでは、修正候補表示ウィンドウで使用者が属性を変更することが可能であり、使用者が実行を指示したときに属性ｔｒｕｅとなっている修正が実行される。
【００７４】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、図８のステップＳ２０で行う修正候補の検出処理を示すフローチャートである。まず、モデルとネットワークリストを読み込み（ステップＳ３０２）、修正候補リストを用意して初期化（クリア）する（Ｓ３０４）。
【００７５】
また、ネットワークリストが水を１つのみ含むか否か、すなわち、孤立水であるか否かを判定し（Ｓ３０６）、孤立水のときは、さらに、その孤立水の等価水を図１０Ａおよび図１０Ｂと同様の処理で発生させて、各等価水から４．２Å以内に他の原子が存在するか否かを判定する（Ｓ３０８）。これは、ＶＤＷ結合の最大距離（４．０Å）から０．２Å以内の距離に原子が存在するか否かを判断するためである。他の原子が存在するときは、属性をｔｒｕｅとして孤立水の削除を修正候補リストに加え（Ｓ３１０）、他の原子が存在しないときは、属性をｆａｌｓｅとして孤立水の削除を修正候補リストに加える（Ｓ３１２）。
【００７６】
次いで、ネットワークリストが浮遊ネットワークのものであるか否かを判定し（Ｓ３１４）、浮遊ネットワークのときは、属性をｆａｌｓｅとして、浮遊ネットワークに含まれる全ての水の削除を修正候補リストに加える（Ｓ３１６）。
【００７７】
その後、ネットワークリスト内の水の番号ｉを１として（Ｓ３１８）、ネットワークリスト内にアミノ酸残基またはリガンドが存在するか否かを判定する（Ｓ３２０）。アミノ酸残基またはリガンドが存在しないときには、ステップＳ３３０に進み、存在するときには、水Ｗｉからアミノ酸残基またはリガンドに至る経路にＳＹＭＭ結合が１つのみ存在するか否かを判定する（Ｓ３２２）。その経路上の本結合の数は、考慮せず、つまり０以上であればよい。ＳＹＭＭ結合が１つのみ存在しないとき、すなわちＳＹＭＭ結合が全く存在しないか２以上存在するときには、ステップＳ３３０に進み、ＳＹＭＭ結合が１つのみ存在するときには、そのＳＹＭＭ結合が水Ｗｉの結合であるか否かを判定する（Ｓ３２４）。
【００７８】
ＳＹＭＭ結合が水Ｗｉの結合でないときには、ステップＳ３３０に進み、ＳＹＭＭ結合が水Ｗｉの結合であるときには、そのＳＹＭＭ結合を経由せずに、水Ｗｉからアミノ酸残基またはリガンドに至る他の経路が存在するか否かを判定する（Ｓ３２６）。他の経路が存在するときには、ステップＳ３３０に進む。他の経路が存在しないときには、水Ｗｉの対称操作および並進操作後の位置への移動を、属性ｔｒｕｅとして修正候補リストに加えて（Ｓ３２８）、ステップＳ３３０に進む。
【００７９】
ステップＳ３３０では、水Ｗｉの結合がショート結合であるか否か、すなわち水Ｗｉがショートコンタクトをしているか否かを判定する。水Ｗｉがショートコンタクトをしているときには、そのショート結合が自己との結合であるか否か、すなわち自己コンタクトであるか否かを判定する（Ｓ３３２）。ショートコンタクトが自己コンタクトのときには、水Ｗｉの特異点への移動を、属性ｔｒｕｅとして修正候補リストに加える（Ｓ３３４）。
【００８０】
ショートコンタクトが自己コンタクトでないときには、属性をｔｒｕｅとして、水Ｗｉまたは相手原子の削除を修正候補リストに加える（Ｓ３３６）。ここで、水Ｗｉと相手原子のどちらの削除を修正候補リストに加えるかは、次の条件に従って決定する。相手原子がアミノ酸残基またはリガンドの原子のときは、水Ｗｉを削除の候補とする。相手原子が水Ｗｃのときは、次の（１）〜（５）のようにする。
【００８１】
（１）：水Ｗｉから、水素結合またはＶＤＷ結合を経由して、アミノ酸残基またはリガンドに至る経路が存在し、かつ、水Ｗｃから、水素結合またはＶＤＷ結合を経由して、アミノ酸残基またはリガンドに至る経路が存在しないときは、水Ｗｃを削除の候補とする。
（２）：水Ｗｉから、水素結合またはＶＤＷ結合を経由して、アミノ酸残基またはリガンドに至る経路が存在せず、かつ、水Ｗｃから、水素結合またはＶＤＷ結合を経由して、アミノ酸残基またはリガンドに至る経路が存在するときは、水Ｗｉを削除の候補とする。
（３）：（１）、（２）以外の場合で、ネットワーク中の水素結合およびＶＤＷ結合の総数が、水Ｗｉの方が水Ｗｃよりも多いときは、水Ｗｃを削除の候補とする。
（４）：（１）、（２）以外の場合で、ネットワーク中の水素結合およびＶＤＷ結合の総数が、水Ｗｃの方が水Ｗｉよりも多いときは、水Ｗｉを削除の候補とする。
（５）：（１）〜（４）以外の場合は、ネットワークリストに加えた順序が早い方を削除の候補とする。
【００８２】
なお、（１）〜（５）で削除の候補とする水が、既に削除の候補になっているときは、重ねて削除の候補とすることはしない。
【００８３】
ショートコンタクトの判定および処理の後、水の番号ｉに１を加えて（Ｓ３３８）、番号ｉがネットワークリスト内の水の総数を超えているか否かを判定し（Ｓ３４０）、超えていなければステップＳ３２０に戻り、超えているときは、修正候補の検出処理を終えて、図８の処理に戻る。
【００８４】
この修正候補の検出処理は、図８の水チェック処理からの１度の呼出しで、ネットワーク内の全ての水について１回行われる。したがって、ＳＹＭＭ結合をしている第１の水からたんぱく質分子またはリガンドに至る経路に、ＳＹＭＭ結合をしている第２の水が存在する場合、第１の水については、ステップＳ３２２の判定結果が偽となり、ステップＳ３２８の修正候補リストへの追加処理は行われない。しかしながら、修正候補の検出処理は水チェック処理から何度も呼び出されるため、第２の水が修正候補リストに加えられ、その修正が実行された後は、第１の水についてのステップＳ３２２の判定結果は真となり、第１の水も修正候補リストに加えられて、修正が実行されることになる。
【００８５】
図１２は、図８のステップＳ２６で行う自動修正の処理を示すフローチャートである。まず、修正候補リストに矛盾がある場合に対処するために、ステップＳ４０２とＳ４０４の２つの判定を行う。ステップＳ４０２では、修正候補リストに、同一の水について、属性がｔｒｕｅの削除の修正候補と、属性がｔｒｕｅの対称操作および並進操作後の位置への移動の修正候補があるか否かを判定する。また、ステップＳ４０４では、修正候補リストに、同一の水について、属性がｔｒｕｅの削除の修正候補と、属性がｔｒｕｅの特異点への移動の修正候補があるか否かを判定する。そして、どちらのステップでも、同一の水について２つの修正候補があるときは、ステップＳ４０６に進んで修正不可能として、処理を終えて、図８の処理に戻る。
【００８６】
修正候補リストに矛盾がない場合、修正候補の番号ｊを１とし（Ｓ４０８）、修正候補Ｍｊの属性がｔｒｕｅであるか否かを判定して（Ｓ４１０）、属性がｔｒｕｅの場合に限り、修正を実行する（Ｓ４１２）。そして、番号ｊに１を加えて（Ｓ４１４）、番号ｊが修正候補の総数を超えているか否かを判定し（Ｓ４１６）、超えていなければステップＳ４１０に戻り、超えていれば、修正成功として（Ｓ４１８）、処理を終えて、図８の処理に戻る。
【００８７】
図１３は、図８のステップＳ３０で行う手動修正の処理を示すフローチャートである。まず、修正候補を、修正候補表示ウィンドウ３５に表示して、使用者に提示する（Ｓ５０２）。これに応じて、使用者は修正候補リストの属性を任意に変更する。次いで、使用者から修正実行の指示が与えられたか否かを判定し（Ｓ５０４）、キャンセルが指示されたときは、ステップＳ５２０に進んで修正成功として、処理を終えて、図８の処理に戻る。
【００８８】
修正実行の指示が与えられたときは、修正候補リストに矛盾がある場合に対処するために、ステップＳ５０６とＳ５０８の２つの判定を行う。ステップＳ５０６では、修正候補リストに、同一の水について、属性がｔｒｕｅの削除の修正候補と、属性がｔｒｕｅの対称操作および並進操作後の位置への移動の修正候補があるか否かを判定する。ステップＳ５０８では、修正候補リストに、同一の水について、属性がｔｒｕｅの削除の修正候補と、属性がｔｒｕｅの特異点への移動の修正候補があるか否かを判定する。そして、どちらのステップでも、同一の水について２つの修正候補があるときは、ステップＳ５０２に戻る。
【００８９】
次いで、修正候補の番号ｊを１とし（Ｓ５１０）、修正候補Ｍｊの属性がｔｒｕｅであるか否かを判定して（Ｓ５１２）、属性がｔｒｕｅの場合に限り、修正を実行する（Ｓ５１４）。そして、番号ｊに１を加えて（Ｓ５１６）、番号ｊが修正候補の総数を超えているか否かを判定し（Ｓ５１８）、超えていなければステップＳ５１２に戻り、超えていれば、修正成功として（Ｓ５２０）、処理を終えて、図８の処理に戻る。
【００９０】
次に、側鎖チェックプログラム２２について説明する。側鎖チェックプログラム２２は、モデルのたんぱく質分子に含まれる個々のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基を、Ｘ線結晶構造解析に用いた結晶が属する空間群の対称操作により単位格子内で移動させ、さらに、並進操作により隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはＶＤＷ結合によって繋がる１以上のネットワークを検出する。なお、空間群の対称操作には、位置を変えない操作も含まれており、したがって、検出されたネットワークには、移動により位置が変わった残基と、位置が変わらない残基の双方が含まれる。ネットワークには、水素結合またはＶＤＷ結合によってＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基に直接繋がる他のアミノ酸残基（２０種）も含める。
【００９１】
そして、各ネットワーク内のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖を個別に反転（１８０゜回転）させて、側鎖の向きが異なる全ての修飾モデルを作成するとともに、作成した修飾モデルにおける水素結合を検出して、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを、水素結合の総数が最も多い修飾モデルにおける向きにする。１つのネットワークに含まれるＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の総数をＮとするとき、１つのネットワークについて作成される修飾モデルの数は２Ｎとなる。通常、ネットワークに含まれるこれら３種のアミノ酸残基の数Ｎは、５〜６個程度まで、多くても１０個程度である。したがって、修飾モデルの数は１０００程度以下となり、膨大な数にはならない。
【００９２】
Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖のうち反転させる部分は、次のとおりである。Ａｓｎ残基においては、ＣβとＣγの結合に関して、Ｏδ１およびＮδ２を反転させ、Ｇｌｎ残基においては、ＣγとＣδの結合に関して、Ｏε１およびＮε２を反転させる。また、Ｈｉｓ残基においては、ＣβとＣγの結合に関して、Ｎδ１、Ｃδ２、Ｃε１およびＮε２を反転させる。
【００９３】
側鎖チェックプログラム２２は、自動修正モードと手動修正モードを有しており、これらのモードは、使用者が入力部１４からの入力によって、選択することができる。自動修正モードでは、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の反転が実行され、手動修正モードでは、側鎖を反転すべきことの提示がなされる。
【００９４】
図１４は、側鎖チェックプログラム２２が手動修正モードおいて表示部１３に表示する画面の概略を示している。表示画面４０は、構造表示ウィンドウ４１、残基リスト表示ウィンドウ４２、ネットワーク表示ウィンドウ４３、および修正候補表示ウィンドウ４４を有する。構造表示ウィンドウ４１には、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基のネットワークの立体構造を表示する。残基リスト表示ウィンドウ４２には、Ａｓｎ、ＧｌｎおよびＨｉｓの各残基が含まれるネットワーク番号と、そのネットワークに含まれる水素結合およびＶＤＷ結合の数を表示する。ネットワーク表示ウィンドウ４３には、１つのネットワークの構造を模式的な態様で表示する。
【００９５】
修正候補表示ウィンドウ４４には、修正候補の、つまりいずれかの側鎖を反転させるのが好ましいネットワークと、修正した場合のそのネットワークにおける、反転させた側鎖の数と、水素結合の数を表示する。
【００９６】
図１５の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、構造表示ウィンドウ４１、ネットワーク表示ウィンドウ４３および修正候補表示ウィンドウ４４の表示例を示す。この例では、修正候補表示ウィンドウ４４には、同一のネットワークについて２つの修正候補が示されている。使用者は、修正候補を選択して、選択した修正候補に対応する立体構造および模式的構造を、それぞれ、構造表示ウィンドウ４１およびネットワーク表示ウィンドウ４３に表示させることができる。図１５の（ａ）、（ｂ）は一方の修正候補を使用者が選択したときのものである。図１６に、他方の修正候補を使用者が選択したときの構造表示ウィンドウ４１、ネットワーク表示ウィンドウ４３、および修正候補表示ウィンドウ４４の表示例を示す。
【００９７】
側鎖チェックプログラム２２が行うＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖チェックの処理を、図１７〜図２１のフローチャートを参照して説明する。図１７は側鎖チェック処理全体を示すフローチャートである。まず、モデルを読み込み（ステップＳ６０２）、未処理リストを用意して、これにモデル内の全てのＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基を入れる（Ｓ６０４）。そして、ネットワークの番号を１にして（Ｓ６０６）、未処理リストから水を１つ取り出す（Ｓ６０８）。
【００９８】
次いで、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基のネットワークを作成する（Ｓ６１０）。このネットワーク作成処理については後に詳述する。ネットワーク作成後、ネットワークに含まれるＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基を未処理リストから削除し（Ｓ６１２）、未処理リストにアミノ酸残基があるか否かを判定する（Ｓ６１４）。未処理リストにアミノ酸残基があるときは、ネットワーク番号を更新（１を加える）して（Ｓ６１６）、ステップＳ６０８に戻り、ステップＳ６１４までの処理を繰返す。以上で、全てのネットワークが検出される。
【００９９】
ステップＳ６１４の判定で未処理リストにアミノ酸残基がないときは、ネットワーク番号を１にし（Ｓ６１８）、修正候補を検出する（Ｓ６２０）。修正候補検出処理については後に詳述する。修正候補検出処理の後、修正候補があるか否かを判定し（Ｓ６２２）、修正候補がなければステップＳ６３２に進む。修正候補があるときは、自動修正が指示されているか否か、つまり自動修正モードに設定されているか否かを判定し（Ｓ６２４）、自動修正が指示されているときは自動修正を行う（Ｓ６２６）。自動修正が指示されていないとき、つまり手動修正モードに設定されているときは、手動修正（Ｓ６２８）を行う。自動修正および手動修正の処理については後述する。
【０１００】
その後、終了指示が与えられたか否かを判定し（Ｓ６３０）、終了指示がないときはステップＳ６２０に戻る。終了指示があったときは、ネットワーク番号を更新（１を加える）して（Ｓ６３２）、その番号のネットワークが存在するか否かを判定し（Ｓ６３４）、存在するときはステップＳ６２０に戻り、存在しないときは側鎖のチェック処理を終了する。以上で、検出した各ネットワークについて、修正すべきＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の検出と修正の実行がなされる。
【０１０１】
図１８Ａおよび図１８Ｂは、図１７のステップＳ６１０で行うネットワークの作成処理を示すフローチャートである。まず、モデルの立体構造を読み込み（ステップＳ７０２）、参照リストと複数のネットワークリストとを用意して初期化（クリア）し（Ｓ７０４）、図１７のステップＳ６０８で未処理リストから取り出したアミノ酸残基を、参照リストとネットワークリストに入れる（Ｓ７０６）。そして、参照リストから１つのアミノ酸残基Ｒを取り出す（Ｓ７０８）。取り出したアミノ酸残基Ｒは参照リストから削除する。最初は、ステップＳ７０６で入れたアミノ酸残基を取り出すことになる。
【０１０２】
そして、そのアミノ酸残基Ｒについて、側鎖と主鎖とが水素結合またはＶＤＷ結合をしているか否か、つまり自己結合をしているか否かを判定し（Ｓ７１０）、しているときはネットワークリストに、その自己結合を本結合として加える（Ｓ７１２）。ただし、結合距離が１．５Å以下のときはショート結合とする。なお、本結合は、前述のように、水素結合およびＶＤＷ結合のうち、結合している２原子が共に、対称操作および並進操作によって位置が変化しなかったものである場合の結合のことである。
【０１０３】
次いで、アミノ酸残基Ｒの等価残基Ｒｉを発生させる（Ｓ７１４）。等価残基とは、空間群の対称操作で移動させ、さらに、並進操作で隣接する単位格子に移動させたアミノ酸残基のことである。したがって、等価残基Ｒｉにはアミノ酸残基Ｒそのものも含まれる。等価残基の総数をｎとする。等価残基の発生処理は、水のネットワークに関して図１０Ａおよび図１０Ｂに示した等価水の発生処理と、同様である。
【０１０４】
等価残基Ｒｉを発生させた後、アミノ酸残基Ｒが自己結合をしているか否か、つまりアミノ酸残基Ｒといずれかの等価残基Ｒｉとが水素結合またはＶＤＷ結合をしているか否かを判定する（Ｓ７１６）。ただし、アミノ酸残基Ｒと座標が同一の等価残基Ｒｉは無視する。自己結合をしているときは、ネットワークリストにアミノ酸残基Ｒと等価残基Ｒｉとの自己結合をＳＹＭＭ結合として加える（Ｓ７１８）。ただし、結合距離が１．５Å以下のときはショート結合とする。なお、ＳＹＭＭ結合は、前述のように、水素結合およびＶＤＷ結合のうち、結合している２原子の少なくとも一方が、対称操作および並進操作によって位置が変化したものである場合の結合である。
【０１０５】
次いで、等価残基Ｒｉの番号ｉを１とし（Ｓ７２０）、等価残基Ｒｉと水素結合またはＶＤＷ結合をしている全てのアミノ酸残基Ｓｊを検出する（Ｓ７２２）。ここで、アミノ酸残基の種類は問わず、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基以外のアミノ酸残基も対象とする。また、水素結合またはＶＤＷ結合をする部位は問わず、側鎖同士、主鎖同士、側鎖と主鎖の結合を対象とする。
【０１０６】
そして、アミノ酸残基Ｓｊの番号ｊを１とし（Ｓ７２４）、アミノ酸残基Ｓｊがネットワークリストに存在するか否かを判定する（Ｓ７２６）。アミノ酸残基Ｓｊがネットワークリストに存在しないときは、アミノ酸残基Ｓｊをネットワークリストに加え（Ｓ７２８）、さらに、アミノ酸残基ＳｊがＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基であるか否かを判定する（Ｓ７３０）。アミノ酸残基Ｓｊがこれら３種のいずれかのアミノ酸残基であるときは、アミノ酸残基Ｓｊを参照リストにも加える（Ｓ７３２）。
【０１０７】
また、等価残基Ｒｉとアミノ酸残基Ｓｊとの結合がネットワークリストに存在するか否かを判定し（Ｓ７３４）、存在しなければその結合をネットワークリストに加える（Ｓ７３６）。このとき、等価残基Ｒｉがアミノ酸残基Ｒと同じであれば、ネットワークリストに加える結合を本結合とし、等価残基Ｒｉがアミノ酸残基Ｒと異なれば、ネットワークリストに加える結合をＳＹＭＭ結合とする。また、等価残基Ｒｉとアミノ酸残基Ｓｊの距離が１．５Å未満のときは、ネットワークリストに加える結合をショート結合とする。
【０１０８】
その後、番号ｊに１を加えて（Ｓ７３８）、番号ｊが等価残基Ｒｉに結合しているアミノ酸残基Ｓｊの総数ｍを超えているか否かを判定し（Ｓ７４０）、超えていなければステップＳ７２６に戻り、超えているときはステップＳ７４２に進む。
【０１０９】
ステップＳ７４２では、等価残基Ｒｉと水素結合またはＶＤＷ結合をしている全ての水およびリガンドＵｋを検出する（Ｓ７４２）。そして、水またはリガンドの番号Ｕｋの番号ｋを１とし（Ｓ７４４）、水またはリガンドＵｋがネットワークリストに存在するか否かを判定する（Ｓ７４６）。水またはリガンドＵｋがネットワークリストに存在しないときは、水またはリガンドＵｋをネットワークリストに加える（Ｓ７４８）。
【０１１０】
次いで、等価残基Ｒｉと水またはリガンドＵｋとの水素結合またはＶＤＷ結合がネットワークリストに存在するか否かを判定し（Ｓ７５０）、存在しなければその結合をネットワークリストに加える（Ｓ７５２）。ここでも、ステップＳ７３６と同様に、等価残基Ｒｉがアミノ酸残基Ｒと同じであれば、ネットワークリストに加える結合を本結合とし、等価残基Ｒｉがアミノ酸残基Ｒと異なれば、ネットワークリストに加える結合をＳＹＭＭ結合とする。また、等価残基Ｒｉと水またはリガンドＵｋの距離が１．５Å未満のときは、ネットワークリストに加える結合をショート結合とする。
【０１１１】
その後、番号ｋに１を加えて（Ｓ７５４）、番号ｋが検出された水およびリガンドの総数ｐを超えているか否かを判定し（Ｓ７５６）、超えていなければステップＳ７４６に戻る。
【０１１２】
番号ｋが水およびリガンドの総数ｐを超えているときは、等価残基Ｒｉの番号ｉに１を加えて（Ｓ７５８）、番号ｉが等価残基Ｒｉの総数ｎを超えているか否かを判定し（Ｓ７６０）、超えていなければステップＳ７２２に戻る。番号ｉが等価残基Ｒｉの総数ｎを超えているときは、参照リストに水が存在するか否かを判定する（Ｓ７６２）。参照リストに水が存在するときはステップＳ７０８に戻り、存在しないときは、ネットワーク作成処理を終了して、図１７の処理に戻る。
【０１１３】
ステップＳ７０８からＳ７６０までの処理で、１つのネットワークを形成するＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基が全て検出されて、ネットワークリストに加えられていく。また、そのネットワークと直接水素結合またはＶＤＷ結合をするアミノ酸残基、水およびリガンドもネットワークリストに加えられていく。
【０１１４】
図１９は、図１７のステップＳ６２０で行う修正候補の検出処理を示すフローチャートである。まず、モデルとネットワークリストを読み込む（ステップＳ８０２）。そして、読み込んだネットワークＧに含まれる全てのＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の総数をＮとし、各アミノ酸残基の側鎖の向きを個別に反転させる組合せＲＯＴＡＴＥｊ（ｂｉ）を作成する（Ｓ８０４）。ここで、ｊは組合せの番号であり、１〜２Ｎの値をとる。また、ｉはネットワークＧ内でのアミノ酸残基の番号を表す。ｂｉは、番号ｉのアミノ酸残基の側鎖を反転させるか否かを示すフラグであって、ｔｒｕｅまたはｆａｌｓｅの値をとる。
【０１１５】
次いで、修正候補リストを用意して初期化（クリア）し（Ｓ８０６）、ネットワークＧ内およびネットワークＧとモデルの他の部分（そのネットワークに含まれていないアミノ酸残基、水およびリガンド）との水素結合を検出して（Ｓ８０８）、検出した水素結合の数ＨＢｉｎｉを記憶する（Ｓ８１０）。
【０１１６】
その後、組合せの番号ｊを１とし（Ｓ８１２）、ネットワークＧと同一のネットワークＧｊを作成する（Ｓ８１４）。ネットワークＧｊの作成後、アミノ酸残基の番号ｉを１とし（Ｓ８１６）、組合せＲＯＴＡＴＥｊのｉ番目のフラグｂｉがｔｒｕｅであるか否かを判定して（Ｓ８１８）、フラグｂｉがｔｒｕｅのときは、ネットワークＧｊのｉ番目のアミノ酸残基の側鎖を反転させる（Ｓ８２０）。そして、番号ｉに１を加えて（Ｓ８２２）、番号ｉがアミノ酸残基の総数Ｎを超えているか否かを判定し（Ｓ８２４）、超えていなければステップＳ８１８に戻る。ステップＳ８１２〜Ｓ８２４の処理により、ネットワークＧｊは修飾されたネットワークとなり、ネットワークＧに代えてネットワークＧｊを含むモデルは、修飾されたモデルとなる。
【０１１７】
番号ｉがアミノ酸残基の総数Ｎを超えているときは、ネットワークＧｊ内およびネットワークＧｊとモデルの他の部分との水素結合を検出して（Ｓ８２６）、検出した水素結合の数ＨＢｊがステップＳ８１０で記憶した水素結合の数ＨＢｉｎｉ以上であるか否かを判定する（Ｓ８２８）。水素結合数ＨＢｊが水素結合数ＨＢｉｎｉ以上のときには、ネットワークＧｊと水素結合の数ＨＢｊを修正候補リストに加える（Ｓ８３０）。
【０１１８】
次いで、組合せの番号ｊに１を加えて（Ｓ８３２）、番号ｊが組合わせの総数２Ｎを超えているか否かを判定し（Ｓ８３４）、超えていなければステップＳ８１４に戻る。番号ｊが総数２Ｎを超えているときは、修正候補リストを水素結合の数ＨＢｊが多い順に並び替えて（Ｓ８３６）、修正候補の検出処理を終了し、図１７の処理に戻る。
【０１１９】
図２０は、図１７のステップＳ６２６で行う自動修正の処理を示すフローチャートである。まず、修正候補リストとネットワークＧを読み込み（ステップＳ９０２）、組合せの番号ｓを１とする（Ｓ９０４）。これで水素結合の数ＨＢｊが最も多かった組合せが指定される。そして、ネットワーク内のアミノ酸残基の番号ｉを１として（Ｓ９０６）、組合せＲＯＴＡＴＥｓのｉ番目のフラグｂｉがｔｒｕｅであるか否かを判定し（Ｓ９０８）、フラグｂｉがｔｒｕｅのときは、ネットワークＧのｉ番目のアミノ酸残基の側鎖を反転させる（Ｓ９１０）。
【０１２０】
その後、番号ｉに１を加えて（Ｓ９１２）、番号ｉがネットワーク内の３種のアミノ酸残基の数Ｎを超えているか否かを判定し（Ｓ９１４）、超えていなければステップＳ９０８に戻る。番号ｉがアミノ酸残基の数Ｎを超えているときは、自動修正の処理を終了して、図１７の処理に戻る。
【０１２１】
図２１は、図１７のステップＳ６２８で行う手動修正の処理を示すフローチャートである。まず、修正候補リストとネットワークＧを読み込み（ステップＳ１００２）、修正候補リストを、修正候補表示ウィンドウ４４に表示して、使用者に提示する（Ｓ１００４）。これに応じて、使用者は、任意の修正候補を選択して修正実行の指示を与え、またはキャンセルの指示を与える。次いで、修正実行の指示が与えられたか否かを判定し（Ｓ１００６）、キャンセルが指示されたときは、処理を終えて、図１７の処理に戻る。
【０１２２】
修正実行の指示が与えられたときは、選択された修正候補の番号を組合せＲＯＴＡＴＥの番号ｓとする（Ｓ１００８）。そして、ネットワーク内のアミノ酸残基の番号ｉを１として（Ｓ１０１０）、組合せＲＯＴＡＴＥｓのｉ番目のフラグｂｉがｔｒｕｅであるか否かを判定し（Ｓ１０１２）、フラグｂｉがｔｒｕｅのときは、ネットワークＧのｉ番目のアミノ酸残基の側鎖を反転させる（Ｓ１０１４）。
【０１２３】
その後、番号ｉに１を加えて（Ｓ１０１６）、番号ｉがネットワーク内の３種のアミノ酸残基の数Ｎを超えているか否かを判定し（Ｓ１０１８）、超えていなければステップＳ１０１２に戻る。番号ｉがアミノ酸残基の数Ｎを超えているときは、手動修正の処理を終了して、図１７の処理に戻る。
【０１２４】
上述の水チェック処理とＡｓｎ、ＧｌｎおよびＨｉｓの各アミノ酸残基の側鎖チェック処理は、一方の結果が他方に影響を与える。したがって、水チェック処理と側鎖チェック処理は交互に何度か行うのが好ましい。図２に示した水チェックプログラム２１と側鎖チェックプログラム２２とを、交互に呼び出す上位のプログラムを用意して、水チェックプログラム２１と側鎖チェックプログラム２２を自動修正モードで動作させることも可能である。このようにすると、水のネットワークおよびＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを、容易に適切にすることができる。なお、図２に示したプログラムは、ＣＤなどの着脱可能な記録媒体に記録して、あるいは、インターネットなどのネットワークを介して、配布することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の実施の一形態であるコンピュータシステム１の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】モデルチェックプログラム１１ｃの機能を示すブロック図である。
【図３】水のネットワークを模式的に示す図である。
【図４】水チェックプログラム２１が表示部１３に表示する画面の概略を示す図である。
【図５】構造表示ウィンドウ３１、水リスト表示ウィンドウ３２、水ネットワークリスト表示ウィンドウ３３、および水ネットワーク表示ウィンドウ３４のそれぞれの表示例を示す図である。
【図６】修正前の修正候補表示ウィンドウ３５の表示例と、対応する水ネットワーク表示ウィンドウ３４の表示例を示す図である。
【図７】図６の修正を行った後の修正候補表示ウィンドウ３５の表示例と、対応する水ネットワーク表示ウィンドウ３４の表示例を示す図である。
【図８】水チェック処理全体を示すフローチャートである。
【図９Ａ】図８のステップＳ１０で行う水のネットワークの作成処理を示すフローチャートの前半である。
【図９Ｂ】図８のステップＳ１０で行う水のネットワークの作成処理を示すフローチャートの後半である。
【図１０Ａ】図９ＡのステップＳ１０８で行う等価水の発生処理を示すフローチャートの前半である。
【図１０Ｂ】図９ＡのステップＳ１０８で行う等価水の発生処理を示すフローチャートの後半である。
【図１１Ａ】図８のステップＳ２０で行う修正候補の検出処理を示すフローチャートの前半である。
【図１１Ｂ】図８のステップＳ２０で行う修正候補の検出処理を示すフローチャートの後半である。
【図１２】図８のステップＳ２６で行う自動修正の処理を示すフローチャートである。
【図１３】図８のステップＳ３０で行う手動修正の処理を示すフローチャートである。
【図１４】側鎖チェックプログラム２２が表示部１３に表示する画面の概略を示す図である。
【図１５】構造表示ウィンドウ４１、ネットワーク表示ウィンドウ４３および修正候補表示ウィンドウ４４の表示例を示す図である。
【図１６】構造表示ウィンドウ４１、ネットワーク表示ウィンドウ４３および修正候補表示ウィンドウ４４の他の表示例を示す図である。
【図１７】側鎖チェック処理全体を示すフローチャートである。
【図１８Ａ】図１７のステップＳ６１０で行うネットワークの作成処理を示すフローチャートの前半である。
【図１８Ｂ】図１７のステップＳ６１０で行うネットワークの作成処理を示すフローチャートの後半である。
【図１９】図１７のステップＳ６２０で行う修正候補の検出処理を示すフローチャートである。
【図２０】図１７のステップＳ６２６で行う自動修正の処理を示すフローチャートである。
【０１２６】
【図２１】図１７のステップＳ６２８で行う手動修正の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２７】
１ コンピュータシステム
１１ 記憶部
１１ａ 構築モデル
１１ｂ 結晶情報
１１ｃ モデルチェックプログラム
１２ 演算部
１３ 表示部
１４ 入力部
１５ 出力部
１６ ネットワークインターフェース部
２１ 水チェックプログラム
２２ 側鎖チェックプログラム
２３ パッキングチェックプログラム
２４ ジオメトリチェックプログラム
２５ シーケンスチェックプログラム
２６ フォーマットチェックプログラム
３０ 表示画面
３１ 構造表示ウィンドウ
３２ 水リスト表示ウィンドウ
３３ 水ネットワークリスト表示ウィンドウ
３４ 水ネットワーク表示ウィンドウ
３５ 修正候補表示ウィンドウ
４０ 表示画面
４１ 構造表示ウィンドウ
４２ 残基リスト表示ウィンドウ
４３ ネットワーク表示ウィンドウ
４４ 修正候補表示ウィンドウ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たんぱく質のＸ線結晶構造解析に関し、より詳しくは、構築したモデルの修正を行うプログラムおよびコンピュータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ゲノム科学研究はめざましい進歩を遂げている。この進歩により、実験モデル生物を含め数々の生物種で、膨大な遺伝情報が明らかになりつつある。しかし、遺伝情報の生物学的意味を明らかにするためには、遺伝情報から翻訳されたたんぱく質の機能を解明する必要がある。たんぱく質の機能を解明するための１つの有力な分析手段として立体構造決定があり、Ｘ線結晶構造解析は最も有力な立体構造決定手段の１つとなっている。
【０００３】
Ｘ線結晶構造解析の手順は、たんぱく質試料取得以降、結晶化実験、Ｘ線回折実験、位相計算、モデルの構築、モデルの精密化の段階に分類できる。近年、Protein Data Bank（以下、ＰＤＢと略記する）においては、Ｘ線構造解析によって得られたたんぱく質の結晶構造の登録数が極めて増加している。これは、最近のＸ線結晶構造解析技術の進展で、大規模にかつ簡単にＸ線結晶構造解析を行うことができるようになったことも１つの要因である。
【０００４】
たとえば、結晶化実験の段階では、自動結晶化ロボット（たとえば、特許文献１）、Ｘ線回折実験の段階では、理化学研究所構造ゲノムビームラインＢＬ２６Ｂ２での SPring
-8 Precise Automatic Cryo-sample Exchanger（ＳＰＡＣＥ）、位相計算の段階では、複数のコンピュータを用いて並列的に位相計算を自動で行う自動位相計算システム（ＰＥＲＯＮ）が開発されている。しかしながら、結晶構造のＰＤＢへの登録、つまり社会への公開のための最終構造を得るには、残された問題がある。それは、構築したモデルの修正と精密化の段階である。
【０００５】
モデルの構築および修正と精密化の段階は、極めて高分解能のデータなど構造解析を行う上で非常に良好な条件が整っていてさえ、自動で行うことはできない。モデルの構築作業は、一般的には、経験と専門的知識をもつ熟練した研究者が、モデル構築ソフトウェア（たとえば、Ｑｕａｎｔａ:アクセルリス社）を用いて手動で行う。モデルの修正と精密化をするモデル評価作業は、モデル評価ソフトウェア（たとえば、ＷＨＡＴＣＨＥＣＫ）を用いて、知識と経験を活用して行う。このため、登録され社会に公開される立体構造の質は、結晶解析を行う研究者の質に大きく依存する。これは、公開された立体構造を将来利用する際に、大きな問題になると考えられる。
【０００６】
モデル構築評価作業は、アミノ酸残基と、水と、リガンドの確認作業に分類できる。アミノ酸残基の認識作業では、各アミノ酸残基が電子密度に適合していることを確認するのみならず、幾何学的情報などを確認する必要がある。特に手動でモデルの修正を行う場合、熟練者でもロイシン（Ｌｅｕ）残基などの幾何学的情報を誤りやすい。
【０００７】
さらに、アスパラギン（Ａｓｎ）残基、グルタミン（Ｇｌｎ）残基、ヒスチジン（Ｈｉｓ）残基では、側鎖の向きを反転（１８０゜回転）させても電子密度に適合するため、水素結合を考慮して側鎖の向きを適切にしなければならない。しかしながら、これらの残基の側鎖の向きの適否を調べるために水素結合を考慮するにしても、構築したモデルが全ての水素結合を表しているとは限らず、判断に誤りが生じやすい。これは、結晶構造解析固有の結晶学的対称性（結晶が属する空間群の対称性）のために、分子間の水素結合が現れない等価点に、水分子が設定されることが多いからである。
【０００８】
また、Ｘ線構造解析で同定できる水分子の数は（０．３０１−９．５×０．０１×Ｒ）×Ｎ程度であるということが知られている（非特許文献１）。ここで、Ｒは分解能、Ｎはたんぱく質の非水素原子の数である。たとえば、分解能が２．０Åの場合、同定可能な水の数は、アミノ酸残基の数とほぼ同じである。モデルの修正作業は、これらの大量の水の結合のネットワークを考慮に入れて行う必要がある。
【０００９】
発明者の属するたんぱく質構造解析研究チームでは、過去４年間で、１００構造以上の解析を行ってきた。社会的有用性を考慮して、解析した構造の数のみならず、構築したモデルの質を確保するために、解析途中でモデルを評価することに加え、最終段階では、解析を担当した研究者以外の熟練した研究者が、モデルの質を確認している。この二重作業によりヒューマンエラーが回避される。しかしながら、大規模かつ高速に構造解析を行うためには、人手でモデルの評価を行うことは適していない。
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−０８３１２６号公報
【非特許文献１】O. Carugo and D. Bordo, “How many water molecules can be detected by protein crystallography”, Acta. Crystallographica, International Union of Crystallography, 1999、D55、p.479-483
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
Ｘ線結晶構造解析の結果をたんぱく質の機能の解明に利用するためには、構築したモデルに誤りがないことはもとより、構築したモデルが、たんぱく質分子と水分子、リガンド分子と水分子、および水分子と水分子の、水素結合およびファンデルワールス（ＶＤＷ）結合（ＶＤＷ力による結合）を、判りやすく表すものでなければならない。さもなければ、機能解明の研究において、機能発現に関与するたんぱく質の部位と水分子との水素結合が読み取れず、たんぱく質と他の物質の分子との相互作用を誤って解釈したり、解釈ができなくなったりする。また、構築したモデルが、水素結合による水のネットワークを分断して表していたのでは、生体内において水のネットワークの代わりに入り得る他の物質を、推測することができなくなる。しかしながら、水のネットワークを分断することなく表し、かつ、たんぱく質分子と水のネットワークとの結合を全て表したモデルを提供するプログラムは開発されていない。
【００１２】
また、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基、Ｈｉｓ残基は、たんぱく質の機能発現に関与する部位に存在することが多い。このため、構築したモデルが、これらの残基の側鎖の向きを正しく表していなければ、これらの残基が機能発現に関与しているにもかかわらず、機能発現に関与しないという結論を導き出したり、逆に、これらの残基が機能発現に関与してないにもかかわらず、機能発現に関与するという結論を導き出したりする、誤りが生じる可能性がある。しかし、これらの側鎖の向きが適切なモデルを提供する方法は提案されていないのが現状である。
【００１３】
さらに、Ｘ線結晶構造解析の効率を高めて、多くのたんぱく質の立体構造を明らかにするためには、モデルの修正と精密化の段階を自動化して、人手による作業をできるだけ減少させることが望ましい。しかも、モデルの修正と精密化に携わる研究者の熟練度によらず、解析で得られるモデルの質が一様に高いことが望ましい。
【００１４】
本発明の目的は、水素結合およびＶＤＷ結合による水のネットワークを分断することなく表し、かつ、たんぱく質分子と水のネットワークとの結合を全て表したモデルを提供するプログラムおよびコンピュータシステムを実現することにある。また、本発明の目的は、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基、Ｈｉｓ残基の側鎖の向きが適切なモデルを提供するプログラムおよびコンピュータシステムを実現することにある。さらに、本発明の目的は、モデルの修正と精密化に携わる研究者の熟練度によらず、解析で得られるモデルの質を一様に高くすることが可能なプログラムおよびコンピュータシステムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、たんぱく質のＸ線構造解析で構築したモデルの水の位置を修正するためのプログラムであって、
モデル内の個々の水を、Ｘ線構造解析に用いた結晶が属する空間群の全ての対称操作によって単位格子内で移動させ、かつ、並進操作によって隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはファンデルワールス結合によって相互に繋がる１以上の水のネットワークを検出する手順と、
各ネットワークに含まれているいずれかの水が水素結合またはファンデルワールス結合をするたんぱく質分子のアミノ酸残基またはリガンドを検出する手順と、
モデル内の水の位置を、アミノ酸残基またはリガンドに結合するネットワークに含まれる位置に変更する手順、または、モデル内の水の位置を、アミノ酸残基またはリガンドに結合するネットワークに含まれる位置に変更すべきことを使用者に提示する手順とを
コンピュータに実行させることを特徴とするプログラムである。
【００１６】
本発明はまた、検出したネットワークに１つの水のみが含まれているときに、その水を削除する手順、または、その水を削除すべきことを使用者に提示する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１７】
本発明はまた、検出したネットワークに含まれているいずれの水も、水素結合またはファンデルワールス結合によって、アミノ酸残基およびリガンドに結合しないときに、そのネットワークに含まれている全ての水を削除する手順、または、そのネットワークに含まれている全ての水を削除すべきことを使用者に提示する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１８】
本発明はまた、検出したネットワークに含まれている水からアミノ酸残基またはリガンドまでの距離が所定距離以下のときに、その水を削除する手順、または、その水を削除すべきことを使用者に提示する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１９】
本発明は、検出したネットワークに含まれている水同士の距離が所定距離以下のときに、所定の基準に基づいて、一方の水を削除しもしくはその位置を変更する手順、または、一方の水を削除しもしくはその位置を変更すべきことを使用者に提示する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００２０】
本発明は、たんぱく質のＸ線構造解析で構築したモデルのＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを修正するためのプログラムであって、
モデル内の個々のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基を、Ｘ線構造解析に用いた結晶が属する空間群の全ての対称操作によって単位格子内で移動させ、かつ、並進操作によって隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはファンデルワールス結合によって相互に繋がる１以上のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基のネットワークを検出する手順と、
各ネットワークに含まれている全てのＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを個別に反転させて、側鎖の向きが異なる全ての修飾モデルを作成し、各修飾モデルの水、アミノ酸残基およびリガンド間の水素結合を検出して、各ネットワークに含まれているＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを、水素結合の総数が最も多い修飾モデルにおける向きに変更する手順、または、変更すべきことを使用者に提示する手順とを
コンピュータに実行させることを特徴とするプログラムである。
【００２１】
本発明はまた、ネットワークを検出する手順において、ネットワークに含まれているＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基が、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基以外のアミノ酸残基と水素結合またはワンデルワールス結合をし、かつ、そのアミノ酸残基が他のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基と水素結合またはワンデルワールス結合をするときに、そのアミノ酸残基と他のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基をネットワークに含めることをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００２２】
本発明は、たんぱく質のＸ線構造解析で構築したモデルを修正するためのコンピュータシステムであって、
モデルを記憶するモデル記憶部と、
上記のいずれかのプログラムを記憶するプログラム記憶部と、
プログラム記憶部に記憶されたプログラムの手順を実行する実行部と
を含むことを特徴とするモデルを修正するコンピュータシステムである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、モデル内の個々の水を、空間群の全ての対称操作によって単位格子内で移動させ、かつ、並進操作によって隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはＶＤＷ結合によって相互に繋がる水のネットワークを検出するので、水のネットワークが分断されることなく検出される。しかも、各ネットワークに含まれているいずれかの水が水素結合またはＶＤＷ結合をするたんぱく質分子のアミノ酸残基またはリガンドを検出して、モデル内の水の位置を、アミノ酸残基またはリガンドに結合するネットワークに含まれる位置に変更し、または、モデル内の水の位置を、アミノ酸残基またはリガンドに結合するネットワークに含まれる位置に変更すべきことを使用者に提示するので、たんぱく質分子およびリガンドと水のネットワークとの結合が表されたモデルが得られる。
【００２４】
また、本発明によれば、検出したネットワークに１つの水のみが含まれているときに、その水を削除し、または、その水を削除すべきことを使用者に提示するので、孤立している水の除去が可能である。
【００２５】
また、本発明によれば、検出したネットワークに含まれているいずれの水も、水素結合またはＶＤＷ結合によって、アミノ酸残基およびリガンドに結合しないときに、そのネットワークに含まれている全ての水を削除し、または、そのネットワークに含まれている全ての水を削除すべきことを使用者に提示するので、アミノ酸残基およびリガンドに結合しない浮遊したネットワークの除去が可能である。
【００２６】
また、本発明によれば、検出したネットワークに含まれている水からアミノ酸残基またはリガンドまでの距離が所定距離以下のときに、その水を削除し、または、その水を削除すべきことを使用者に提示するので、アミノ酸残基またはリガンドに対して近すぎる位置にある水の除去が可能である。
【００２７】
また、本発明によれば、検出したネットワークに含まれている水同士の距離が所定距離以下のときに、所定の基準に基づいて、一方の水を削除しもしくはその位置を変更し、または、一方の水を削除しもしくはその位置を変更すべきことを使用者に提示するので、相互に近すぎる位置にある水の削除またはその位置の修正が可能である。ネットワークには、対称操作および並進操作で位置が変わらなかった水と、それらの操作で位置が変わった水の双方が含まれ得る。本来特異点上に位置する水が誤って特異点からわずかにずれた位置でモデルに含まれていたときには、その水は、位置の異なる別の水として、同一のネットワークに含まれることになり、両者の距離は極めて短くなる。このような水を特異点上に位置させることも可能である。
【００２８】
本発明によれば、モデル内の個々のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基を、空間群の全ての対称操作によって単位格子内で移動させ、かつ、並進操作によって隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはＶＤＷ結合によって相互に繋がる１以上のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基のネットワークを検出するので、異なるたんぱく質分子（サブユニット）間に水素結合またはＶＤＷ結合があり、構築したモデルにそれが現れていないときでも、異なるたんぱく質分子のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基も１つのネットワークに含めることができる。
【００２９】
そして、各ネットワークに含まれている全てのＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを個別に反転させて、側鎖の向きが異なる全ての修飾モデルを作成し、各修飾モデルの水、アミノ酸残基およびリガンド間の水素結合を検出して、各ネットワークに含まれているＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを、水素結合の総数が最も多い修飾モデルにおける向きに変更し、または、変更すべきことを使用者に提示するので、最もエネルギー的に安定なＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基のネットワークが得られ、各残基の側鎖の向きが適切になる。側鎖の向きが異なる全ての修飾モデルの数は、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の総数をＮとすると、２Ｎである。
【００３０】
また、本発明によれば、ネットワークを検出する手順において、ネットワークに含まれているＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基が、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基以外のアミノ酸残基と水素結合またはワンデルワールス結合をし、かつ、そのアミノ酸残基が他のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基と水素結合またはワンデルワールス結合をするときに、そのアミノ酸残基と他のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基をネットワークに含めるため、直接には繋がらないが、ただ１つのアミノ残基を介して相互に繋がるＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基は、同一のネットワークに含まれることになる。その結果、個々のネットワークの規模が大きくなって、修飾モデルの水素結合の数も多くなり、エネルギー的により安定なネットワークが得られ易くなって、各残基の向きが一層適切になる。
【００３１】
本発明によれば、上記のいずれかのプログラムの手順を実行する実行部をコンピュータシステムに備えているので、解析効率が高まり、しかも、モデルの修正と精密化に携わる研究者の熟練度によらず、モデルの質が一様に高い解析結果を提供し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１は本発明の実施の一形態であるコンピュータシステム１の構成を模式的に示すブロック図である。コンピュータシステム１は、記憶部１１、演算部１２、表示部１３、入力部１４、出力部１５およびネットワークインターフェース部１６を有している。
【００３３】
記憶部１１は、半導体メモリ、ハードディスク（ＨＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルユーティリティディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイディスク（ＢＤ）、などの記憶装置から成り、Ｘ線結晶構造解析で構築したたんぱく質のモデル１１ａ、解析に用いた結晶の格子定数、空間群の対称操作などの結晶情報１１ｂのほか、以下に詳述する本発明のモデルチェックプログラム１１ｃを記憶している。演算部１２は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）などの演算装置から成り、記憶部１１に記憶されているモデルチェックプログラム１１ｃが表す処理を実行する。
【００３４】
表示部１３は、カラー液晶表示装置（ＬＣＤ）などの表示装置から成り、演算部１２からの指示に応じて、結晶構造のモデルの画像およびモデルに関する種々の情報を表示する。入力部１４は、キーボードなどの文字数字入力装置と、マウス、ジョイスティックなどのポインティング装置から成り、使用者の操作を受け付けて演算部１２に伝達する。表示部１３と入力部１４とにより、グラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）が実現される。出力部１５は、インクジェットプリンタなどの印刷装置から成り、演算部１２からの指示に応じて、モデルの画像およびモデルに関する種々の情報を印刷出力する。ネットワークインターフェース部１６はコンピュータシステム１を、ローカルエリアネットワーク、インターネットなどのコンピュータネットワークに接続する。
【００３５】
図２はモデルチェックプログラム１１ｃの機能を示すブロック図である。モデルチェックプログラム１１ｃは、機能よって、水チェック２１、側鎖チェック２２、パッキングチェック２３、ジオメトリチェック２４、シーケンスチェック２５およびフォーマットチェック２６の各プログラムに分類される。
【００３６】
水チェックプログラム２１は、構築したモデルに含まれる水のネットワークを検出して、水の位置のチェックと修正を行う。側鎖チェックプログラム２２は、たんぱく質分子のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きのチェックと修正を行う。パッキングチェックプログラム２３は、結晶構造におけるたんぱく質分子の配置のチェックを行う。ジオメトリチェックプログラム２４は、たんぱく質分子のアミノ酸残基の幾何学的構造、たとえば、環状の側鎖の平面性、隣り合う結合の二面角などをチェックする。シーケンスチェックプログラム２５は、たんぱく質分子におけるアミノ酸残基の１次配列をチェックする。フォーマットチェックプログラム２６は、モデルの記述様式がＰＤＢのフォーマットに適合しているか否かをチェックする。
【００３７】
以下、本発明の特徴である水チェックプログラム２１と側鎖チェックプログラム２２について、詳細に説明する。
【００３８】
まず、水チェックプログラム２１について説明する。水チェックプログラム２１は、モデルに含まれる個々の水を、Ｘ線結晶構造解析に用いた結晶が属する空間群の対称操作により単位格子内で移動させ、さらに、並進操作により隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはＶＤＷ結合によって繋がる１以上のネットワークを検出する。なお、空間群の対称操作には、座標（ｘ,ｙ,ｚ）の原子を同じ座標（ｘ,ｙ,ｚ）に移動させる、すなわち位置を変えない操作も含まれており、したがって、検出されたネットワークには、移動により位置が変わった水と、位置が変わらない水の双方が含まれる。水チェックプログラム２１は、また、各ネットワークに含まれる個々の水が、たんぱく質のアミノ酸残基またはリガンドに、水素結合またはＶＤＷ結合によって繋がるか否かを判定する。
【００３９】
図３は水のネットワークを模式的に示す図である。水のネットワークは（ａ）〜（ｄ）に分類される。（ａ）は、１つの水のみを含み、その水がアミノ酸残基またはリガンドに繋がらないネットワークである。このネットワークの水を孤立水という。孤立水は、モデル構築の段階で、電子密度のノイズを誤って水と判断したときなどに生じる。孤立水はモデルから除去すべきである。
【００４０】
（ｂ）は、２つ以上の水を含み、それらの水がいずれもアミノ酸残基またはリガンドに繋がらないネットワークである。このネットワークを浮遊ネットワークという。浮遊ネットワークも電子密度のノイズを誤って水と判断したときに生じるが、電子密度にいずれかの水が現れていなかったときや、いずれかの水の位置に誤りがあったときにも生じる。浮遊ネットワークは、モデルから除去するか、いずれかの水の位置を修正するか、あるいは、欠落している水を新たに加えるべきものである。
【００４１】
（ｃ）、（ｄ）は、２つ以上の水を含み、いずれかの水がアミノ酸残基またはリガンドに繋がるネットワークである。
【００４２】
（ｃ）のネットワークに含まれる水は、全て、対称操作および並進操作によって位置が変化しなかった水である。水素結合およびＶＤＷ結合のうち、結合している２原子が共に、対称操作および並進操作によって位置が変化しなかったものである場合の結合（太線で示す）を、本結合という。
【００４３】
（ｄ）のネットワークに含まれる水のいくつかは、対称操作および並進操作によって位置が変化しなかった水であり、他の水は、対称操作および並進操作によって位置が変化した水である。水素結合およびＶＤＷ結合のうち、結合している２原子の少なくとも一方が、対称操作および並進操作によって位置が変化したものである場合の結合（細線で示す）を、ＳＹＭＭ結合という。なお、（ｄ）において、１つの水はＳＹＭＭ結合によって、自己に結合している。
【００４４】
水チェックプログラム２１は、図３の（ｄ）のように、水素結合またはＶＤＷ結合によってたんぱく質のアミノ酸残基またはリガンドに繋がり、しかも、ＳＹＭＭ結合をしている水を含むネットワークが存在するときに、モデル内のその水の位置を、そのＳＹＭＭ結合をする位置に修正すべきであるとする。そして、修正を実行し、または、修正すべきことを表示部１３に表示して使用者に示す。
【００４５】
水チェックプログラム２１は、自動修正モードと手動修正モードを有しており、これらのモードは、使用者が入力部１４からの入力によって、選択することができる。自動修正モードでは、ＳＹＭＭ結合をする位置への修正が実行され、手動修正モードでは、修正すべきことの提示がなされる。
【００４６】
図４は、水チェックプログラム２１が手動修正モードにおいて表示部１３に表示する画面の概略を示している。表示画面３０は、構造表示ウィンドウ３１、水リスト表示ウィンドウ３２、水ネットワークリスト表示ウィンドウ３３、水ネットワーク表示ウィンドウ３４、および修正候補表示ウィンドウ３５を有する。構造表示ウィンドウ３１には水のネットワークの立体構造を表示する。水リスト表示ウィンドウ３２にはモデル内の全ての水のリストを表示する。水ネットワークリスト表示ウィンドウ３３には全てのネットワークを表示する。水ネットワーク表示ウィンドウ３４には１つのネットワークの構造を模式的な態様で表示する。図５の（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、構造表示ウィンドウ３１、水リスト表示ウィンドウ３２、水ネットワークリスト表示ウィンドウ３３、および水ネットワーク表示ウィンドウ３４の表示例を示す。
【００４７】
修正候補表示ウィンドウ３５には位置を修正すべき水を、修正前の位置、修正後の位置および後述する属性と共に、表示する。削除すべき水も表示する。図６は、修正前の修正候補表示ウィンドウ３５の表示例（ａ）と、対応する水ネットワーク表示ウィンドウ３４の表示例（ｂ）を示す。これは修正候補が１つのみのときのものである。図７は、図６の（ａ）の修正を行った後の修正候補表示ウィンドウ３５の表示例（ａ）と、対応する水ネットワーク表示ウィンドウ３４の表示例（ｂ）を示す。修正候補がなくなったため、図７（ａ）の修正候補表示ウィンドウ３５には修正候補が表示されていない。また、図６（ｂ）では細線で表示されていたＳＹＭＭ結合が、図７（ｂ）では太線で表示されている。これは、修正後の水、すなわち位置を変更した水は、もはやＳＹＭＭ結合で他の水分子に繋がっているのではなく、本結合で繋がっていることを表している。
【００４８】
水チェックプログラム２１が行う水チェックの処理を、図８〜図１３のフローチャートを参照して説明する。図８は水チェック処理全体を示すフローチャートである。まず、構築されたモデルを読み込み（ステップＳ２）、未処理リストを用意して、これにモデル内の全ての水を入れる（Ｓ４）。そして、ネットワークの番号を１にして（Ｓ６）、未処理リストから水を１つ取り出す（Ｓ８）。
【００４９】
次いで、水のネットワークを作成する（Ｓ１０）。このネットワーク作成処理については後に詳述する。ネットワーク作成後、ネットワークに含まれる水を未処理リストから削除し（Ｓ１２）、未処理リストに水があるか否かを判定する（Ｓ１４）。未処理リストに水があるときは、ネットワーク番号を更新（１を加える）して（Ｓ１６）、ステップＳ８に戻り、ステップＳ１４までの処理を繰返す。以上で、水の全てのネットワークが検出される。
【００５０】
ステップＳ１４の判定で未処理リストに水がないときは、ネットワーク番号を１にし（Ｓ１８）、修正候補を検出する（Ｓ２０）。修正候補検出処理については後に詳述する。修正候補検出処理の後、修正候補があるか否かを判定し（Ｓ２２）、修正候補がなければステップＳ３４に進む。修正候補があるときは、自動修正が指示されているか否か、つまり自動修正モードに設定されているか否かを判定し（Ｓ２４）、自動修正が指示されているときは、自動修正を行う（Ｓ２６）。そして、修正が成功したか否かを判定し（Ｓ２８）、成功したときはステップＳ２０に戻り、成功しなかったときは、ステップＳ３４に進む。自動修正および修正の成否については後述する。
【００５１】
ステップＳ２４の判定で自動修正が指示されていないとき、つまり手動修正モードに設定されているときは、手動修正（Ｓ３０）を行う。手動修正の処理については後述する。手動修正処理の後、使用者により終了が指示されたか否かを判定し（Ｓ３２）、終了が指示されていないときはステップＳ２０に戻り、終了が指示されているときはステップＳ３４に進む。
【００５２】
ステップＳ３４ではネットワーク番号を更新（１を加える）する。そして、その番号のネットワークが存在するか否かを判定して（Ｓ３６）、存在するときはステップＳ２０に戻り、存在しないときは水のチェック処理を終了する。以上で、検出した各ネットワークについて、修正すべき水の検出と修正の実行がなされる。
【００５３】
図９Ａおよび図９Ｂは、図８のステップＳ１０で行う水のネットワークの作成処理を示すフローチャートである。まず、モデルの立体構造を読み込み（ステップＳ１０２）、参照リストと複数のネットワークリストとを用意して、図８のステップＳ８で未処理リストから取り出した水を、参照リストとネットワークリストに入れる（Ｓ１０４）。そして、参照リストから１つの水Ｗｔを取り出す（Ｓ１０６）。取り出した水Ｗｔは参照リストから削除する。最初は、ステップＳ１０４で入れた水を取り出すことになる。
【００５４】
次いで、水Ｗｔの等価水Ｗｉを発生させる（Ｓ１０８）。等価水とは、空間群の対称操作で移動させ、さらに、並進操作で隣接する単位格子に移動させた水のことである。したがって、等価水Ｗｉには水Ｗｔそのものも含まれる。等価水の総数をｎとする。等価水の発生処理については後に詳述する。
【００５５】
等価水Ｗｉを発生させた後、水Ｗｔが水素結合またはＶＤＷ結合によって自己結合をしているか否か、つまり水Ｗｔといずれかの等価水Ｗｉとが水素結合またはＶＤＷ結合をしているか否かを判定する（Ｓ１１０）。ただし、水Ｗｔと座標が同一の等価水Ｗｉは無視する。自己結合をしているときは、ネットワークリストに水Ｗｔと等価水Ｗｉとの自己結合を加える（Ｓ１１２）。
【００５６】
次いで、等価水Ｗｉの番号ｉを１とし（Ｓ１１４）、等価水Ｗｉと水素結合またはＶＤＷ結合をしている全ての水Ｓｊを検出する（Ｓ１１６）。そして、水Ｓｊの番号ｊを１とし（Ｓ１１８）、水Ｓｊがネットワークリストに存在するか否かを判定する（Ｓ１２０）。水Ｓｊがネットワークリストに存在しないときは、水Ｓｊをネットワークリストに加え（Ｓ１２２）、さらに参照リストにも加える（Ｓ１２４）。また、等価水Ｗｉと水Ｓｊとの結合がネットワークリストに存在するか否かを判定し（Ｓ１２６）、存在しなければその結合をネットワークリストに加える（Ｓ１２８）。
【００５７】
このとき、等価水Ｗｉが水Ｗｔと同じであれば、ネットワークリストに加える結合を本結合とし、等価水Ｗｉが水Ｗｔと異なれば、ネットワークリストに加える結合をＳＹＭＭ結合とする。また、等価水Ｗｉと水Ｓｊの距離が１．５Å未満のときは、ネットワークリストに加える結合をショート結合とする。
【００５８】
その後、番号ｊに１を加えて（Ｓ１３０）、番号ｊが等価水Ｗｉに結合している水Ｓｊの総数ｍを超えているか否かを判定し（Ｓ１３２）、超えていなければステップＳ１２０に戻り、超えているときはステップＳ１３４に進む。
【００５９】
ステップＳ１３４では、等価水Ｗｉと水素結合またはＶＤＷ結合をしている全てのアミノ酸残基およびリガンドＵｋを検出する。そして、アミノ酸残基またはリガンドＵｋの番号ｋを１とし（Ｓ１３６）、アミノ酸残基またはリガンドＵｋがネットワークリストに存在するか否かを判定する（Ｓ１３８）。アミノ酸残基またはリガンドＵｋがネットワークリストに存在しないときは、アミノ酸残基またはリガンドＵｋをネットワークリストに加える（Ｓ１４０）。
【００６０】
次いで、等価水Ｗｉとアミノ酸残基またはリガンドＵｋとの水素結合またはＶＤＷ結合がネットワークリストに存在するか否かを判定し（Ｓ１４２）、存在しなければその結合をネットワークリストに加える（Ｓ１４４）。ここでも、ステップＳ１２８と同様に、等価水Ｗｉが水Ｗｔと同じであれば、ネットワークリストに加える結合を本結合とし、等価水Ｗｉが水Ｗｔと異なれば、ネットワークリストに加える結合をＳＹＭＭ結合とする。また、等価水Ｗｉとアミノ酸残基またはリガンドＵｋの距離が１．５Å未満のときは、ネットワークリストに加える結合をショート結合とする。
【００６１】
その後、番号ｋに１を加えて（Ｓ１４６）、番号ｋが検出されたアミノ酸残基およびリガンドの総数ｐを超えているか否かを判定し（Ｓ１４８）、超えていなければステップＳ１３８に戻る。
【００６２】
番号ｐが総数ｐを超えているときは、等価水Ｗｉの番号ｉに１を加えて（Ｓ１５０）、番号ｉが等価水Ｗｉの総数ｎを超えているか否かを判定し（Ｓ１５２）、超えていなければステップＳ１１６に戻る。番号ｉが等価水Ｗｉの総数ｎを超えているときは、参照リストに水が存在するか否かを判定する（Ｓ１５４）。参照リストに水が存在するときはステップＳ１０６に戻り、存在しないときは、ネットワーク作成処理を終了して、図８の処理に戻る。
【００６３】
ステップＳ１０６からＳ１５２までの処理で、１つの水のネットワークを形成する水が全て検出されて、ネットワークリストに加えられていく。また、そのネットワークと水素結合またはＶＤＷ結合をするアミノ酸残基およびリガンドもネットワークリストに加えられていく。
【００６４】
水素結合をするか否かの判定は、原子間距離と、一方の原子がドナーに、他方の原子がアクセプタになり得るか否かに基づいて行う。水素結合となり得る原子間距離は２．２Å〜３．５Åである。水は、ドナーにもアクセプタにもなり得る。アミノ酸残基のどの原子がドナーまたはアクセプタになり得るかを、表１に示す。ＶＤＷ結合をするか否かの判定は、原子間距離のみに基づいて行う。ＶＤＷ結合となり得る原子間距離は２．６５Å〜４．０Åである。
【００６５】
【表１】
【００６６】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、図９ＡのステップＳ１０８で行う等価水の発生処理を示すフローチャートである。まず、モデル、格子定数および空間群を読み込み（ステップＳ２０２）、等価水リストを用意して初期化（クリア）する（Ｓ２０４）。また、等価水の番号ｉを１とし（Ｓ２０６）、対称操作の番号ｊを１とする（Ｓ２０８）。
【００６７】
そして、たんぱく質分子Ｐに空間群の対称操作ＯＰｊ（Ｒ，Ｔ）を適用して、たんぱく質の等価分子Ｐ’ｊを生成する（Ｓ２１０）。ここで、Ｒは回転操作を表す３×３の行列であり、Ｔは並進操作を表す３×１の行列である。操作前の分率座標をＶ、操作後の分率座標をＶ‘で表すと、Ｖ’＝ＲＶ＋Ｔとなる。
【００６８】
対称操作の後、等価分子Ｐ’ｊを並進操作で隣接する単位格子に移動させて、分子Ｐの原子が最も多く含まれる格子内にＰ’ｊの原子が最も多く含まれるようになる並進操作を検出し、その並進操作をＴ’とする（Ｓ２１２）。これは、後の処理（ステップＳ２２０）で、並進操作Ｔ’を対称操作後の水の移動に用いて、対称操作後の水をできるだけたんぱく質分子Ｐに近づけるためである。
【００６９】
次いで、分率座標に適用する並進操作の移動量ａ、ｂおよびｃをいずれも−１とし（Ｓ２１４、Ｓ２１６、Ｓ２１８）、水Ｗｔに対称操作ＯＰｊ（Ｒ，Ｔ）を適用し、さらに並進操作Ｔ’と並進操作Ｔ”（ａ,ｂ,ｃ）を適用して、等価水Ｗｉを生成する（Ｓ２２０）。生成した等価水Ｗｉを等価水リストに加えて（Ｓ２２２）、等価水の番号ｉに１を加える（Ｓ２２４）。
【００７０】
その後、並進操作の移動量ｃに１を加えて（Ｓ２２６）、移動量ｃが１を超えているか否かを判定し（Ｓ２２８）、超えていなければステップＳ２２０に戻る。移動量ｃが１を超えているときは、並進操作の移動量ｂに１を加えて（Ｓ２３０）、移動量ｂが１を超えているか否かを判定し（Ｓ２３２）、超えていなければステップＳ２１８に戻る。移動量ｂが１を超えているときは、並進操作の移動量ａに１を加えて（Ｓ２３４）、移動量ａが１を超えているか否かを判定し（Ｓ２３６）、超えていなければステップＳ２１６に戻る。
【００７１】
移動量ａが１を超えているときは、対称操作の番号ｊに１を加えて（Ｓ２３８）、番号ｊが空間群の対称操作の総数を超えているか否かを判定し（Ｓ２４０）、超えていなければステップＳ２１０に戻る。対称操作の番号ｊが空間群の対称操作の総数を超えているときは、等価水の発生処理を終了して、図９Ａの処理に戻る。
【００７２】
以上の処理で、たんぱく質分子Ｐを含む単位格子を中心とする３×３×３（＝２７）の単位格子それぞれに、空間群の対称操作の総数に等しい等価水が生成される。
【００７３】
図８のステップＳ２０における修正候補の検出処理について説明する。修正候補には、修正操作、属性、修正前の水の位置、および修正後の水の位置が含まれる。修正操作には、削除、対称操作および並進操作による等価点への移動、および特異点への移動の３種がある。属性は、その修正の必要性の程度を表すもので、「ｔｒｕｅ」と「ｆａｌｓｅ」の２つがある。自動修正モードでは、属性ｔｒｕｅの修正が実行され、属性ｆａｌｓｅの修正は実行されない。手動修正モードでは、修正候補表示ウィンドウで使用者が属性を変更することが可能であり、使用者が実行を指示したときに属性ｔｒｕｅとなっている修正が実行される。
【００７４】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、図８のステップＳ２０で行う修正候補の検出処理を示すフローチャートである。まず、モデルとネットワークリストを読み込み（ステップＳ３０２）、修正候補リストを用意して初期化（クリア）する（Ｓ３０４）。
【００７５】
また、ネットワークリストが水を１つのみ含むか否か、すなわち、孤立水であるか否かを判定し（Ｓ３０６）、孤立水のときは、さらに、その孤立水の等価水を図１０Ａおよび図１０Ｂと同様の処理で発生させて、各等価水から４．２Å以内に他の原子が存在するか否かを判定する（Ｓ３０８）。これは、ＶＤＷ結合の最大距離（４．０Å）から０．２Å以内の距離に原子が存在するか否かを判断するためである。他の原子が存在するときは、属性をｔｒｕｅとして孤立水の削除を修正候補リストに加え（Ｓ３１０）、他の原子が存在しないときは、属性をｆａｌｓｅとして孤立水の削除を修正候補リストに加える（Ｓ３１２）。
【００７６】
次いで、ネットワークリストが浮遊ネットワークのものであるか否かを判定し（Ｓ３１４）、浮遊ネットワークのときは、属性をｆａｌｓｅとして、浮遊ネットワークに含まれる全ての水の削除を修正候補リストに加える（Ｓ３１６）。
【００７７】
その後、ネットワークリスト内の水の番号ｉを１として（Ｓ３１８）、ネットワークリスト内にアミノ酸残基またはリガンドが存在するか否かを判定する（Ｓ３２０）。アミノ酸残基またはリガンドが存在しないときには、ステップＳ３３０に進み、存在するときには、水Ｗｉからアミノ酸残基またはリガンドに至る経路にＳＹＭＭ結合が１つのみ存在するか否かを判定する（Ｓ３２２）。その経路上の本結合の数は、考慮せず、つまり０以上であればよい。ＳＹＭＭ結合が１つのみ存在しないとき、すなわちＳＹＭＭ結合が全く存在しないか２以上存在するときには、ステップＳ３３０に進み、ＳＹＭＭ結合が１つのみ存在するときには、そのＳＹＭＭ結合が水Ｗｉの結合であるか否かを判定する（Ｓ３２４）。
【００７８】
ＳＹＭＭ結合が水Ｗｉの結合でないときには、ステップＳ３３０に進み、ＳＹＭＭ結合が水Ｗｉの結合であるときには、そのＳＹＭＭ結合を経由せずに、水Ｗｉからアミノ酸残基またはリガンドに至る他の経路が存在するか否かを判定する（Ｓ３２６）。他の経路が存在するときには、ステップＳ３３０に進む。他の経路が存在しないときには、水Ｗｉの対称操作および並進操作後の位置への移動を、属性ｔｒｕｅとして修正候補リストに加えて（Ｓ３２８）、ステップＳ３３０に進む。
【００７９】
ステップＳ３３０では、水Ｗｉの結合がショート結合であるか否か、すなわち水Ｗｉがショートコンタクトをしているか否かを判定する。水Ｗｉがショートコンタクトをしているときには、そのショート結合が自己との結合であるか否か、すなわち自己コンタクトであるか否かを判定する（Ｓ３３２）。ショートコンタクトが自己コンタクトのときには、水Ｗｉの特異点への移動を、属性ｔｒｕｅとして修正候補リストに加える（Ｓ３３４）。
【００８０】
ショートコンタクトが自己コンタクトでないときには、属性をｔｒｕｅとして、水Ｗｉまたは相手原子の削除を修正候補リストに加える（Ｓ３３６）。ここで、水Ｗｉと相手原子のどちらの削除を修正候補リストに加えるかは、次の条件に従って決定する。相手原子がアミノ酸残基またはリガンドの原子のときは、水Ｗｉを削除の候補とする。相手原子が水Ｗｃのときは、次の（１）〜（５）のようにする。
【００８１】
（１）：水Ｗｉから、水素結合またはＶＤＷ結合を経由して、アミノ酸残基またはリガンドに至る経路が存在し、かつ、水Ｗｃから、水素結合またはＶＤＷ結合を経由して、アミノ酸残基またはリガンドに至る経路が存在しないときは、水Ｗｃを削除の候補とする。
（２）：水Ｗｉから、水素結合またはＶＤＷ結合を経由して、アミノ酸残基またはリガンドに至る経路が存在せず、かつ、水Ｗｃから、水素結合またはＶＤＷ結合を経由して、アミノ酸残基またはリガンドに至る経路が存在するときは、水Ｗｉを削除の候補とする。
（３）：（１）、（２）以外の場合で、ネットワーク中の水素結合およびＶＤＷ結合の総数が、水Ｗｉの方が水Ｗｃよりも多いときは、水Ｗｃを削除の候補とする。
（４）：（１）、（２）以外の場合で、ネットワーク中の水素結合およびＶＤＷ結合の総数が、水Ｗｃの方が水Ｗｉよりも多いときは、水Ｗｉを削除の候補とする。
（５）：（１）〜（４）以外の場合は、ネットワークリストに加えた順序が早い方を削除の候補とする。
【００８２】
なお、（１）〜（５）で削除の候補とする水が、既に削除の候補になっているときは、重ねて削除の候補とすることはしない。
【００８３】
ショートコンタクトの判定および処理の後、水の番号ｉに１を加えて（Ｓ３３８）、番号ｉがネットワークリスト内の水の総数を超えているか否かを判定し（Ｓ３４０）、超えていなければステップＳ３２０に戻り、超えているときは、修正候補の検出処理を終えて、図８の処理に戻る。
【００８４】
この修正候補の検出処理は、図８の水チェック処理からの１度の呼出しで、ネットワーク内の全ての水について１回行われる。したがって、ＳＹＭＭ結合をしている第１の水からたんぱく質分子またはリガンドに至る経路に、ＳＹＭＭ結合をしている第２の水が存在する場合、第１の水については、ステップＳ３２２の判定結果が偽となり、ステップＳ３２８の修正候補リストへの追加処理は行われない。しかしながら、修正候補の検出処理は水チェック処理から何度も呼び出されるため、第２の水が修正候補リストに加えられ、その修正が実行された後は、第１の水についてのステップＳ３２２の判定結果は真となり、第１の水も修正候補リストに加えられて、修正が実行されることになる。
【００８５】
図１２は、図８のステップＳ２６で行う自動修正の処理を示すフローチャートである。まず、修正候補リストに矛盾がある場合に対処するために、ステップＳ４０２とＳ４０４の２つの判定を行う。ステップＳ４０２では、修正候補リストに、同一の水について、属性がｔｒｕｅの削除の修正候補と、属性がｔｒｕｅの対称操作および並進操作後の位置への移動の修正候補があるか否かを判定する。また、ステップＳ４０４では、修正候補リストに、同一の水について、属性がｔｒｕｅの削除の修正候補と、属性がｔｒｕｅの特異点への移動の修正候補があるか否かを判定する。そして、どちらのステップでも、同一の水について２つの修正候補があるときは、ステップＳ４０６に進んで修正不可能として、処理を終えて、図８の処理に戻る。
【００８６】
修正候補リストに矛盾がない場合、修正候補の番号ｊを１とし（Ｓ４０８）、修正候補Ｍｊの属性がｔｒｕｅであるか否かを判定して（Ｓ４１０）、属性がｔｒｕｅの場合に限り、修正を実行する（Ｓ４１２）。そして、番号ｊに１を加えて（Ｓ４１４）、番号ｊが修正候補の総数を超えているか否かを判定し（Ｓ４１６）、超えていなければステップＳ４１０に戻り、超えていれば、修正成功として（Ｓ４１８）、処理を終えて、図８の処理に戻る。
【００８７】
図１３は、図８のステップＳ３０で行う手動修正の処理を示すフローチャートである。まず、修正候補を、修正候補表示ウィンドウ３５に表示して、使用者に提示する（Ｓ５０２）。これに応じて、使用者は修正候補リストの属性を任意に変更する。次いで、使用者から修正実行の指示が与えられたか否かを判定し（Ｓ５０４）、キャンセルが指示されたときは、ステップＳ５２０に進んで修正成功として、処理を終えて、図８の処理に戻る。
【００８８】
修正実行の指示が与えられたときは、修正候補リストに矛盾がある場合に対処するために、ステップＳ５０６とＳ５０８の２つの判定を行う。ステップＳ５０６では、修正候補リストに、同一の水について、属性がｔｒｕｅの削除の修正候補と、属性がｔｒｕｅの対称操作および並進操作後の位置への移動の修正候補があるか否かを判定する。ステップＳ５０８では、修正候補リストに、同一の水について、属性がｔｒｕｅの削除の修正候補と、属性がｔｒｕｅの特異点への移動の修正候補があるか否かを判定する。そして、どちらのステップでも、同一の水について２つの修正候補があるときは、ステップＳ５０２に戻る。
【００８９】
次いで、修正候補の番号ｊを１とし（Ｓ５１０）、修正候補Ｍｊの属性がｔｒｕｅであるか否かを判定して（Ｓ５１２）、属性がｔｒｕｅの場合に限り、修正を実行する（Ｓ５１４）。そして、番号ｊに１を加えて（Ｓ５１６）、番号ｊが修正候補の総数を超えているか否かを判定し（Ｓ５１８）、超えていなければステップＳ５１２に戻り、超えていれば、修正成功として（Ｓ５２０）、処理を終えて、図８の処理に戻る。
【００９０】
次に、側鎖チェックプログラム２２について説明する。側鎖チェックプログラム２２は、モデルのたんぱく質分子に含まれる個々のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基を、Ｘ線結晶構造解析に用いた結晶が属する空間群の対称操作により単位格子内で移動させ、さらに、並進操作により隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはＶＤＷ結合によって繋がる１以上のネットワークを検出する。なお、空間群の対称操作には、位置を変えない操作も含まれており、したがって、検出されたネットワークには、移動により位置が変わった残基と、位置が変わらない残基の双方が含まれる。ネットワークには、水素結合またはＶＤＷ結合によってＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基に直接繋がる他のアミノ酸残基（２０種）も含める。
【００９１】
そして、各ネットワーク内のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖を個別に反転（１８０゜回転）させて、側鎖の向きが異なる全ての修飾モデルを作成するとともに、作成した修飾モデルにおける水素結合を検出して、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを、水素結合の総数が最も多い修飾モデルにおける向きにする。１つのネットワークに含まれるＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の総数をＮとするとき、１つのネットワークについて作成される修飾モデルの数は２Ｎとなる。通常、ネットワークに含まれるこれら３種のアミノ酸残基の数Ｎは、５〜６個程度まで、多くても１０個程度である。したがって、修飾モデルの数は１０００程度以下となり、膨大な数にはならない。
【００９２】
Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖のうち反転させる部分は、次のとおりである。Ａｓｎ残基においては、ＣβとＣγの結合に関して、Ｏδ１およびＮδ２を反転させ、Ｇｌｎ残基においては、ＣγとＣδの結合に関して、Ｏε１およびＮε２を反転させる。また、Ｈｉｓ残基においては、ＣβとＣγの結合に関して、Ｎδ１、Ｃδ２、Ｃε１およびＮε２を反転させる。
【００９３】
側鎖チェックプログラム２２は、自動修正モードと手動修正モードを有しており、これらのモードは、使用者が入力部１４からの入力によって、選択することができる。自動修正モードでは、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の反転が実行され、手動修正モードでは、側鎖を反転すべきことの提示がなされる。
【００９４】
図１４は、側鎖チェックプログラム２２が手動修正モードおいて表示部１３に表示する画面の概略を示している。表示画面４０は、構造表示ウィンドウ４１、残基リスト表示ウィンドウ４２、ネットワーク表示ウィンドウ４３、および修正候補表示ウィンドウ４４を有する。構造表示ウィンドウ４１には、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基のネットワークの立体構造を表示する。残基リスト表示ウィンドウ４２には、Ａｓｎ、ＧｌｎおよびＨｉｓの各残基が含まれるネットワーク番号と、そのネットワークに含まれる水素結合およびＶＤＷ結合の数を表示する。ネットワーク表示ウィンドウ４３には、１つのネットワークの構造を模式的な態様で表示する。
【００９５】
修正候補表示ウィンドウ４４には、修正候補の、つまりいずれかの側鎖を反転させるのが好ましいネットワークと、修正した場合のそのネットワークにおける、反転させた側鎖の数と、水素結合の数を表示する。
【００９６】
図１５の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、構造表示ウィンドウ４１、ネットワーク表示ウィンドウ４３および修正候補表示ウィンドウ４４の表示例を示す。この例では、修正候補表示ウィンドウ４４には、同一のネットワークについて２つの修正候補が示されている。使用者は、修正候補を選択して、選択した修正候補に対応する立体構造および模式的構造を、それぞれ、構造表示ウィンドウ４１およびネットワーク表示ウィンドウ４３に表示させることができる。図１５の（ａ）、（ｂ）は一方の修正候補を使用者が選択したときのものである。図１６に、他方の修正候補を使用者が選択したときの構造表示ウィンドウ４１、ネットワーク表示ウィンドウ４３、および修正候補表示ウィンドウ４４の表示例を示す。
【００９７】
側鎖チェックプログラム２２が行うＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖チェックの処理を、図１７〜図２１のフローチャートを参照して説明する。図１７は側鎖チェック処理全体を示すフローチャートである。まず、モデルを読み込み（ステップＳ６０２）、未処理リストを用意して、これにモデル内の全てのＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基を入れる（Ｓ６０４）。そして、ネットワークの番号を１にして（Ｓ６０６）、未処理リストから水を１つ取り出す（Ｓ６０８）。
【００９８】
次いで、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基のネットワークを作成する（Ｓ６１０）。このネットワーク作成処理については後に詳述する。ネットワーク作成後、ネットワークに含まれるＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基を未処理リストから削除し（Ｓ６１２）、未処理リストにアミノ酸残基があるか否かを判定する（Ｓ６１４）。未処理リストにアミノ酸残基があるときは、ネットワーク番号を更新（１を加える）して（Ｓ６１６）、ステップＳ６０８に戻り、ステップＳ６１４までの処理を繰返す。以上で、全てのネットワークが検出される。
【００９９】
ステップＳ６１４の判定で未処理リストにアミノ酸残基がないときは、ネットワーク番号を１にし（Ｓ６１８）、修正候補を検出する（Ｓ６２０）。修正候補検出処理については後に詳述する。修正候補検出処理の後、修正候補があるか否かを判定し（Ｓ６２２）、修正候補がなければステップＳ６３２に進む。修正候補があるときは、自動修正が指示されているか否か、つまり自動修正モードに設定されているか否かを判定し（Ｓ６２４）、自動修正が指示されているときは自動修正を行う（Ｓ６２６）。自動修正が指示されていないとき、つまり手動修正モードに設定されているときは、手動修正（Ｓ６２８）を行う。自動修正および手動修正の処理については後述する。
【０１００】
その後、終了指示が与えられたか否かを判定し（Ｓ６３０）、終了指示がないときはステップＳ６２０に戻る。終了指示があったときは、ネットワーク番号を更新（１を加える）して（Ｓ６３２）、その番号のネットワークが存在するか否かを判定し（Ｓ６３４）、存在するときはステップＳ６２０に戻り、存在しないときは側鎖のチェック処理を終了する。以上で、検出した各ネットワークについて、修正すべきＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の検出と修正の実行がなされる。
【０１０１】
図１８Ａおよび図１８Ｂは、図１７のステップＳ６１０で行うネットワークの作成処理を示すフローチャートである。まず、モデルの立体構造を読み込み（ステップＳ７０２）、参照リストと複数のネットワークリストとを用意して初期化（クリア）し（Ｓ７０４）、図１７のステップＳ６０８で未処理リストから取り出したアミノ酸残基を、参照リストとネットワークリストに入れる（Ｓ７０６）。そして、参照リストから１つのアミノ酸残基Ｒを取り出す（Ｓ７０８）。取り出したアミノ酸残基Ｒは参照リストから削除する。最初は、ステップＳ７０６で入れたアミノ酸残基を取り出すことになる。
【０１０２】
そして、そのアミノ酸残基Ｒについて、側鎖と主鎖とが水素結合またはＶＤＷ結合をしているか否か、つまり自己結合をしているか否かを判定し（Ｓ７１０）、しているときはネットワークリストに、その自己結合を本結合として加える（Ｓ７１２）。ただし、結合距離が１．５Å以下のときはショート結合とする。なお、本結合は、前述のように、水素結合およびＶＤＷ結合のうち、結合している２原子が共に、対称操作および並進操作によって位置が変化しなかったものである場合の結合のことである。
【０１０３】
次いで、アミノ酸残基Ｒの等価残基Ｒｉを発生させる（Ｓ７１４）。等価残基とは、空間群の対称操作で移動させ、さらに、並進操作で隣接する単位格子に移動させたアミノ酸残基のことである。したがって、等価残基Ｒｉにはアミノ酸残基Ｒそのものも含まれる。等価残基の総数をｎとする。等価残基の発生処理は、水のネットワークに関して図１０Ａおよび図１０Ｂに示した等価水の発生処理と、同様である。
【０１０４】
等価残基Ｒｉを発生させた後、アミノ酸残基Ｒが自己結合をしているか否か、つまりアミノ酸残基Ｒといずれかの等価残基Ｒｉとが水素結合またはＶＤＷ結合をしているか否かを判定する（Ｓ７１６）。ただし、アミノ酸残基Ｒと座標が同一の等価残基Ｒｉは無視する。自己結合をしているときは、ネットワークリストにアミノ酸残基Ｒと等価残基Ｒｉとの自己結合をＳＹＭＭ結合として加える（Ｓ７１８）。ただし、結合距離が１．５Å以下のときはショート結合とする。なお、ＳＹＭＭ結合は、前述のように、水素結合およびＶＤＷ結合のうち、結合している２原子の少なくとも一方が、対称操作および並進操作によって位置が変化したものである場合の結合である。
【０１０５】
次いで、等価残基Ｒｉの番号ｉを１とし（Ｓ７２０）、等価残基Ｒｉと水素結合またはＶＤＷ結合をしている全てのアミノ酸残基Ｓｊを検出する（Ｓ７２２）。ここで、アミノ酸残基の種類は問わず、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基以外のアミノ酸残基も対象とする。また、水素結合またはＶＤＷ結合をする部位は問わず、側鎖同士、主鎖同士、側鎖と主鎖の結合を対象とする。
【０１０６】
そして、アミノ酸残基Ｓｊの番号ｊを１とし（Ｓ７２４）、アミノ酸残基Ｓｊがネットワークリストに存在するか否かを判定する（Ｓ７２６）。アミノ酸残基Ｓｊがネットワークリストに存在しないときは、アミノ酸残基Ｓｊをネットワークリストに加え（Ｓ７２８）、さらに、アミノ酸残基ＳｊがＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基であるか否かを判定する（Ｓ７３０）。アミノ酸残基Ｓｊがこれら３種のいずれかのアミノ酸残基であるときは、アミノ酸残基Ｓｊを参照リストにも加える（Ｓ７３２）。
【０１０７】
また、等価残基Ｒｉとアミノ酸残基Ｓｊとの結合がネットワークリストに存在するか否かを判定し（Ｓ７３４）、存在しなければその結合をネットワークリストに加える（Ｓ７３６）。このとき、等価残基Ｒｉがアミノ酸残基Ｒと同じであれば、ネットワークリストに加える結合を本結合とし、等価残基Ｒｉがアミノ酸残基Ｒと異なれば、ネットワークリストに加える結合をＳＹＭＭ結合とする。また、等価残基Ｒｉとアミノ酸残基Ｓｊの距離が１．５Å未満のときは、ネットワークリストに加える結合をショート結合とする。
【０１０８】
その後、番号ｊに１を加えて（Ｓ７３８）、番号ｊが等価残基Ｒｉに結合しているアミノ酸残基Ｓｊの総数ｍを超えているか否かを判定し（Ｓ７４０）、超えていなければステップＳ７２６に戻り、超えているときはステップＳ７４２に進む。
【０１０９】
ステップＳ７４２では、等価残基Ｒｉと水素結合またはＶＤＷ結合をしている全ての水およびリガンドＵｋを検出する（Ｓ７４２）。そして、水またはリガンドの番号Ｕｋの番号ｋを１とし（Ｓ７４４）、水またはリガンドＵｋがネットワークリストに存在するか否かを判定する（Ｓ７４６）。水またはリガンドＵｋがネットワークリストに存在しないときは、水またはリガンドＵｋをネットワークリストに加える（Ｓ７４８）。
【０１１０】
次いで、等価残基Ｒｉと水またはリガンドＵｋとの水素結合またはＶＤＷ結合がネットワークリストに存在するか否かを判定し（Ｓ７５０）、存在しなければその結合をネットワークリストに加える（Ｓ７５２）。ここでも、ステップＳ７３６と同様に、等価残基Ｒｉがアミノ酸残基Ｒと同じであれば、ネットワークリストに加える結合を本結合とし、等価残基Ｒｉがアミノ酸残基Ｒと異なれば、ネットワークリストに加える結合をＳＹＭＭ結合とする。また、等価残基Ｒｉと水またはリガンドＵｋの距離が１．５Å未満のときは、ネットワークリストに加える結合をショート結合とする。
【０１１１】
その後、番号ｋに１を加えて（Ｓ７５４）、番号ｋが検出された水およびリガンドの総数ｐを超えているか否かを判定し（Ｓ７５６）、超えていなければステップＳ７４６に戻る。
【０１１２】
番号ｋが水およびリガンドの総数ｐを超えているときは、等価残基Ｒｉの番号ｉに１を加えて（Ｓ７５８）、番号ｉが等価残基Ｒｉの総数ｎを超えているか否かを判定し（Ｓ７６０）、超えていなければステップＳ７２２に戻る。番号ｉが等価残基Ｒｉの総数ｎを超えているときは、参照リストに水が存在するか否かを判定する（Ｓ７６２）。参照リストに水が存在するときはステップＳ７０８に戻り、存在しないときは、ネットワーク作成処理を終了して、図１７の処理に戻る。
【０１１３】
ステップＳ７０８からＳ７６０までの処理で、１つのネットワークを形成するＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基が全て検出されて、ネットワークリストに加えられていく。また、そのネットワークと直接水素結合またはＶＤＷ結合をするアミノ酸残基、水およびリガンドもネットワークリストに加えられていく。
【０１１４】
図１９は、図１７のステップＳ６２０で行う修正候補の検出処理を示すフローチャートである。まず、モデルとネットワークリストを読み込む（ステップＳ８０２）。そして、読み込んだネットワークＧに含まれる全てのＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の総数をＮとし、各アミノ酸残基の側鎖の向きを個別に反転させる組合せＲＯＴＡＴＥｊ（ｂｉ）を作成する（Ｓ８０４）。ここで、ｊは組合せの番号であり、１〜２Ｎの値をとる。また、ｉはネットワークＧ内でのアミノ酸残基の番号を表す。ｂｉは、番号ｉのアミノ酸残基の側鎖を反転させるか否かを示すフラグであって、ｔｒｕｅまたはｆａｌｓｅの値をとる。
【０１１５】
次いで、修正候補リストを用意して初期化（クリア）し（Ｓ８０６）、ネットワークＧ内およびネットワークＧとモデルの他の部分（そのネットワークに含まれていないアミノ酸残基、水およびリガンド）との水素結合を検出して（Ｓ８０８）、検出した水素結合の数ＨＢｉｎｉを記憶する（Ｓ８１０）。
【０１１６】
その後、組合せの番号ｊを１とし（Ｓ８１２）、ネットワークＧと同一のネットワークＧｊを作成する（Ｓ８１４）。ネットワークＧｊの作成後、アミノ酸残基の番号ｉを１とし（Ｓ８１６）、組合せＲＯＴＡＴＥｊのｉ番目のフラグｂｉがｔｒｕｅであるか否かを判定して（Ｓ８１８）、フラグｂｉがｔｒｕｅのときは、ネットワークＧｊのｉ番目のアミノ酸残基の側鎖を反転させる（Ｓ８２０）。そして、番号ｉに１を加えて（Ｓ８２２）、番号ｉがアミノ酸残基の総数Ｎを超えているか否かを判定し（Ｓ８２４）、超えていなければステップＳ８１８に戻る。ステップＳ８１２〜Ｓ８２４の処理により、ネットワークＧｊは修飾されたネットワークとなり、ネットワークＧに代えてネットワークＧｊを含むモデルは、修飾されたモデルとなる。
【０１１７】
番号ｉがアミノ酸残基の総数Ｎを超えているときは、ネットワークＧｊ内およびネットワークＧｊとモデルの他の部分との水素結合を検出して（Ｓ８２６）、検出した水素結合の数ＨＢｊがステップＳ８１０で記憶した水素結合の数ＨＢｉｎｉ以上であるか否かを判定する（Ｓ８２８）。水素結合数ＨＢｊが水素結合数ＨＢｉｎｉ以上のときには、ネットワークＧｊと水素結合の数ＨＢｊを修正候補リストに加える（Ｓ８３０）。
【０１１８】
次いで、組合せの番号ｊに１を加えて（Ｓ８３２）、番号ｊが組合わせの総数２Ｎを超えているか否かを判定し（Ｓ８３４）、超えていなければステップＳ８１４に戻る。番号ｊが総数２Ｎを超えているときは、修正候補リストを水素結合の数ＨＢｊが多い順に並び替えて（Ｓ８３６）、修正候補の検出処理を終了し、図１７の処理に戻る。
【０１１９】
図２０は、図１７のステップＳ６２６で行う自動修正の処理を示すフローチャートである。まず、修正候補リストとネットワークＧを読み込み（ステップＳ９０２）、組合せの番号ｓを１とする（Ｓ９０４）。これで水素結合の数ＨＢｊが最も多かった組合せが指定される。そして、ネットワーク内のアミノ酸残基の番号ｉを１として（Ｓ９０６）、組合せＲＯＴＡＴＥｓのｉ番目のフラグｂｉがｔｒｕｅであるか否かを判定し（Ｓ９０８）、フラグｂｉがｔｒｕｅのときは、ネットワークＧのｉ番目のアミノ酸残基の側鎖を反転させる（Ｓ９１０）。
【０１２０】
その後、番号ｉに１を加えて（Ｓ９１２）、番号ｉがネットワーク内の３種のアミノ酸残基の数Ｎを超えているか否かを判定し（Ｓ９１４）、超えていなければステップＳ９０８に戻る。番号ｉがアミノ酸残基の数Ｎを超えているときは、自動修正の処理を終了して、図１７の処理に戻る。
【０１２１】
図２１は、図１７のステップＳ６２８で行う手動修正の処理を示すフローチャートである。まず、修正候補リストとネットワークＧを読み込み（ステップＳ１００２）、修正候補リストを、修正候補表示ウィンドウ４４に表示して、使用者に提示する（Ｓ１００４）。これに応じて、使用者は、任意の修正候補を選択して修正実行の指示を与え、またはキャンセルの指示を与える。次いで、修正実行の指示が与えられたか否かを判定し（Ｓ１００６）、キャンセルが指示されたときは、処理を終えて、図１７の処理に戻る。
【０１２２】
修正実行の指示が与えられたときは、選択された修正候補の番号を組合せＲＯＴＡＴＥの番号ｓとする（Ｓ１００８）。そして、ネットワーク内のアミノ酸残基の番号ｉを１として（Ｓ１０１０）、組合せＲＯＴＡＴＥｓのｉ番目のフラグｂｉがｔｒｕｅであるか否かを判定し（Ｓ１０１２）、フラグｂｉがｔｒｕｅのときは、ネットワークＧのｉ番目のアミノ酸残基の側鎖を反転させる（Ｓ１０１４）。
【０１２３】
その後、番号ｉに１を加えて（Ｓ１０１６）、番号ｉがネットワーク内の３種のアミノ酸残基の数Ｎを超えているか否かを判定し（Ｓ１０１８）、超えていなければステップＳ１０１２に戻る。番号ｉがアミノ酸残基の数Ｎを超えているときは、手動修正の処理を終了して、図１７の処理に戻る。
【０１２４】
上述の水チェック処理とＡｓｎ、ＧｌｎおよびＨｉｓの各アミノ酸残基の側鎖チェック処理は、一方の結果が他方に影響を与える。したがって、水チェック処理と側鎖チェック処理は交互に何度か行うのが好ましい。図２に示した水チェックプログラム２１と側鎖チェックプログラム２２とを、交互に呼び出す上位のプログラムを用意して、水チェックプログラム２１と側鎖チェックプログラム２２を自動修正モードで動作させることも可能である。このようにすると、水のネットワークおよびＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを、容易に適切にすることができる。なお、図２に示したプログラムは、ＣＤなどの着脱可能な記録媒体に記録して、あるいは、インターネットなどのネットワークを介して、配布することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の実施の一形態であるコンピュータシステム１の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】モデルチェックプログラム１１ｃの機能を示すブロック図である。
【図３】水のネットワークを模式的に示す図である。
【図４】水チェックプログラム２１が表示部１３に表示する画面の概略を示す図である。
【図５】構造表示ウィンドウ３１、水リスト表示ウィンドウ３２、水ネットワークリスト表示ウィンドウ３３、および水ネットワーク表示ウィンドウ３４のそれぞれの表示例を示す図である。
【図６】修正前の修正候補表示ウィンドウ３５の表示例と、対応する水ネットワーク表示ウィンドウ３４の表示例を示す図である。
【図７】図６の修正を行った後の修正候補表示ウィンドウ３５の表示例と、対応する水ネットワーク表示ウィンドウ３４の表示例を示す図である。
【図８】水チェック処理全体を示すフローチャートである。
【図９Ａ】図８のステップＳ１０で行う水のネットワークの作成処理を示すフローチャートの前半である。
【図９Ｂ】図８のステップＳ１０で行う水のネットワークの作成処理を示すフローチャートの後半である。
【図１０Ａ】図９ＡのステップＳ１０８で行う等価水の発生処理を示すフローチャートの前半である。
【図１０Ｂ】図９ＡのステップＳ１０８で行う等価水の発生処理を示すフローチャートの後半である。
【図１１Ａ】図８のステップＳ２０で行う修正候補の検出処理を示すフローチャートの前半である。
【図１１Ｂ】図８のステップＳ２０で行う修正候補の検出処理を示すフローチャートの後半である。
【図１２】図８のステップＳ２６で行う自動修正の処理を示すフローチャートである。
【図１３】図８のステップＳ３０で行う手動修正の処理を示すフローチャートである。
【図１４】側鎖チェックプログラム２２が表示部１３に表示する画面の概略を示す図である。
【図１５】構造表示ウィンドウ４１、ネットワーク表示ウィンドウ４３および修正候補表示ウィンドウ４４の表示例を示す図である。
【図１６】構造表示ウィンドウ４１、ネットワーク表示ウィンドウ４３および修正候補表示ウィンドウ４４の他の表示例を示す図である。
【図１７】側鎖チェック処理全体を示すフローチャートである。
【図１８Ａ】図１７のステップＳ６１０で行うネットワークの作成処理を示すフローチャートの前半である。
【図１８Ｂ】図１７のステップＳ６１０で行うネットワークの作成処理を示すフローチャートの後半である。
【図１９】図１７のステップＳ６２０で行う修正候補の検出処理を示すフローチャートである。
【図２０】図１７のステップＳ６２６で行う自動修正の処理を示すフローチャートである。
【０１２６】
【図２１】図１７のステップＳ６２８で行う手動修正の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２７】
１ コンピュータシステム
１１ 記憶部
１１ａ 構築モデル
１１ｂ 結晶情報
１１ｃ モデルチェックプログラム
１２ 演算部
１３ 表示部
１４ 入力部
１５ 出力部
１６ ネットワークインターフェース部
２１ 水チェックプログラム
２２ 側鎖チェックプログラム
２３ パッキングチェックプログラム
２４ ジオメトリチェックプログラム
２５ シーケンスチェックプログラム
２６ フォーマットチェックプログラム
３０ 表示画面
３１ 構造表示ウィンドウ
３２ 水リスト表示ウィンドウ
３３ 水ネットワークリスト表示ウィンドウ
３４ 水ネットワーク表示ウィンドウ
３５ 修正候補表示ウィンドウ
４０ 表示画面
４１ 構造表示ウィンドウ
４２ 残基リスト表示ウィンドウ
４３ ネットワーク表示ウィンドウ
４４ 修正候補表示ウィンドウ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
たんぱく質のＸ線構造解析で構築したモデルの水の位置を修正するためのプログラムであって、
モデル内の個々の水を、Ｘ線構造解析に用いた結晶が属する空間群の全ての対称操作によって単位格子内で移動させ、かつ、並進操作によって隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはファンデルワールス結合によって相互に繋がる１以上の水のネットワークを検出する手順と、
各ネットワークに含まれているいずれかの水が水素結合またはファンデルワールス結合をするたんぱく質分子のアミノ酸残基またはリガンドを検出する手順と、
モデル内の水の位置を、アミノ酸残基またはリガンドに結合するネットワークに含まれる位置に変更する手順、または、モデル内の水の位置を、アミノ酸残基またはリガンドに結合するネットワークに含まれる位置に変更すべきことを使用者に提示する手順とを
コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項２】
検出したネットワークに１つの水のみが含まれているときに、その水を削除する手順、または、その水を削除すべきことを使用者に提示する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１記載のプログラム。
【請求項３】
検出したネットワークに含まれているいずれの水も、水素結合またはファンデルワールス結合によって、アミノ酸残基およびリガンドに結合しないときに、そのネットワークに含まれている全ての水を削除する手順、または、そのネットワークに含まれている全ての水を削除すべきことを使用者に提示する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１記載のプログラム。
【請求項４】
検出したネットワークに含まれている水からアミノ酸残基またはリガンドまでの距離が所定距離以下のときに、その水を削除する手順、または、その水を削除すべきことを使用者に提示する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１記載のプログラム。
【請求項５】
検出したネットワークに含まれている水同士の距離が所定距離以下のときに、所定の基準に基づいて、一方の水を削除しもしくはその位置を変更する手順、または、一方の水を削除しもしくはその位置を変更すべきことを使用者に提示する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１記載のプログラム。
【請求項６】
たんぱく質のＸ線構造解析で構築したモデルのＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを修正するためのプログラムであって、
モデル内の個々のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基を、Ｘ線構造解析に用いた結晶が属する空間群の全ての対称操作によって単位格子内で移動させ、かつ、並進操作によって隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはファンデルワールス結合によって相互に繋がる１以上のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基のネットワークを検出する手順と、
各ネットワークに含まれている全てのＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを個別に反転させて、側鎖の向きが異なる全ての修飾モデルを作成し、各修飾モデルの水、アミノ酸残基およびリガンド間の水素結合を検出して、各ネットワークに含まれているＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを、水素結合の総数が最も多い修飾モデルにおける向きに変更する手順、または、変更すべきことを使用者に提示する手順とを
コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項７】
ネットワークを検出する手順において、ネットワークに含まれているＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基が、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基以外のアミノ酸残基と水素結合またはワンデルワールス結合をし、かつ、そのアミノ酸残基が他のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基と水素結合またはワンデルワールス結合をするときに、そのアミノ酸残基と他のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基をネットワークに含めることをコンピュータに実行させることを特徴とする請求項６記載のプログラム。
【請求項８】
たんぱく質のＸ線構造解析で構築したモデルを修正するためのコンピュータシステムであって、
モデルを記憶するモデル記憶部と、
請求項１〜７のいずれかに記載のプログラムを記憶するプログラム記憶部と、
プログラム記憶部に記憶されたプログラムの手順を実行する実行部と
を含むことを特徴とするモデルを修正するコンピュータシステム。
【請求項１】
たんぱく質のＸ線構造解析で構築したモデルの水の位置を修正するためのプログラムであって、
モデル内の個々の水を、Ｘ線構造解析に用いた結晶が属する空間群の全ての対称操作によって単位格子内で移動させ、かつ、並進操作によって隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはファンデルワールス結合によって相互に繋がる１以上の水のネットワークを検出する手順と、
各ネットワークに含まれているいずれかの水が水素結合またはファンデルワールス結合をするたんぱく質分子のアミノ酸残基またはリガンドを検出する手順と、
モデル内の水の位置を、アミノ酸残基またはリガンドに結合するネットワークに含まれる位置に変更する手順、または、モデル内の水の位置を、アミノ酸残基またはリガンドに結合するネットワークに含まれる位置に変更すべきことを使用者に提示する手順とを
コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項２】
検出したネットワークに１つの水のみが含まれているときに、その水を削除する手順、または、その水を削除すべきことを使用者に提示する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１記載のプログラム。
【請求項３】
検出したネットワークに含まれているいずれの水も、水素結合またはファンデルワールス結合によって、アミノ酸残基およびリガンドに結合しないときに、そのネットワークに含まれている全ての水を削除する手順、または、そのネットワークに含まれている全ての水を削除すべきことを使用者に提示する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１記載のプログラム。
【請求項４】
検出したネットワークに含まれている水からアミノ酸残基またはリガンドまでの距離が所定距離以下のときに、その水を削除する手順、または、その水を削除すべきことを使用者に提示する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１記載のプログラム。
【請求項５】
検出したネットワークに含まれている水同士の距離が所定距離以下のときに、所定の基準に基づいて、一方の水を削除しもしくはその位置を変更する手順、または、一方の水を削除しもしくはその位置を変更すべきことを使用者に提示する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１記載のプログラム。
【請求項６】
たんぱく質のＸ線構造解析で構築したモデルのＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを修正するためのプログラムであって、
モデル内の個々のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基を、Ｘ線構造解析に用いた結晶が属する空間群の全ての対称操作によって単位格子内で移動させ、かつ、並進操作によって隣接する単位格子に移動させて、水素結合またはファンデルワールス結合によって相互に繋がる１以上のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基のネットワークを検出する手順と、
各ネットワークに含まれている全てのＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを個別に反転させて、側鎖の向きが異なる全ての修飾モデルを作成し、各修飾モデルの水、アミノ酸残基およびリガンド間の水素結合を検出して、各ネットワークに含まれているＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基の側鎖の向きを、水素結合の総数が最も多い修飾モデルにおける向きに変更する手順、または、変更すべきことを使用者に提示する手順とを
コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項７】
ネットワークを検出する手順において、ネットワークに含まれているＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基が、Ａｓｎ残基、Ｇｌｎ残基およびＨｉｓ残基以外のアミノ酸残基と水素結合またはワンデルワールス結合をし、かつ、そのアミノ酸残基が他のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基と水素結合またはワンデルワールス結合をするときに、そのアミノ酸残基と他のＡｓｎ残基、Ｇｌｎ残基またはＨｉｓ残基をネットワークに含めることをコンピュータに実行させることを特徴とする請求項６記載のプログラム。
【請求項８】
たんぱく質のＸ線構造解析で構築したモデルを修正するためのコンピュータシステムであって、
モデルを記憶するモデル記憶部と、
請求項１〜７のいずれかに記載のプログラムを記憶するプログラム記憶部と、
プログラム記憶部に記憶されたプログラムの手順を実行する実行部と
を含むことを特徴とするモデルを修正するコンピュータシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００８−９９３９（Ｐ２００８−９９３９Ａ）
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１８２５２９（Ｐ２００６−１８２５２９）
【出願日】平成１８年６月３０日（２００６．６．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１８年度、文部科学省、タンパク３０００委託研究「タンパク質基本構造の網羅的解析プログラム」、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの）
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【出願人】（０００２３３０５５）日立ソフトウエアエンジニアリング株式会社 (1,610)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月３０日（２００６．６．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１８年度、文部科学省、タンパク３０００委託研究「タンパク質基本構造の網羅的解析プログラム」、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの）
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【出願人】（０００２３３０５５）日立ソフトウエアエンジニアリング株式会社 (1,610)
【Ｆターム（参考）】
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