myPrestoツール群の精度・推奨度の一覧

myPrestoに収録されているほぼ全てのツールは、論文ないし実験を伴う実証等を経ています。しかしながら、開発初期（2001年～）以降の計算化学の進展・計算環境の変化に全ツールを対応させてきた訳では無く、現時点ではもはや推奨されない・使用する際に注意を要するツールも含まれています。

myPrestoツール群の主な機能について、必要性・精度・保守・使い易さなどの指標を以下に記載しました。

記載した指標は感覚的なもので、

となっています。

MDシミュレーション

cosgene: COnformation SamplinG ENginE （古典力場を用いた分子動力学シミュレーションソフト：CPU版）

このエンジンは、AMBERなどの古典力場を用いた生体高分子・有機化合物向けの分子動力学シミュレーションソフト(CPU版)です。通常のNVE / NVT / NPT のカノニカル分子動力学に加え、マルチカノニカル分子動力学が利用できます。球・周期境界（直方体・斜方セル）に対応しています。

マニュアル
チュートリアル
内部仕様書１，内部仕様書２，内部仕様書３

psygene-G: Protein dYnamics SimulatinG ENginE for GPU （古典力場を用いた分子動力学シミュレーションソフト：GPU版）

非エバルト法（Zero-Multipole summation法）を用いた静電相互作用計算による分子動力学 (MD)計算を、GPUを用いて高速に実行します。MPIによって複数のGPUによる並列化計算が容易であり、100万原子系など大きな系に適します。但し、扱える系は直方体セル、NVTアンサンブルのみです。空間分割法を用いるため、一定サイズ以下（セルの１辺が、ZM法の相互作用カットオフ長の4倍以下、2万原子程度以下）の系には使えません。

マニュアル
内部仕様書１、内部仕様書２

低分子等の分子構造ファイルの準備

Hgene: Hydrogen Generation ENginE （低分子化合物の分子構造の作成・ファイル書式変換等）

低分子化合物の分子構造に対して、簡易な３D構造の生成、確からしい位置への水素原子付加、Gasteiger電荷・MOPAC AM1BCC電荷などの付与、各種ファイル書式変換を行います。

マニュアル
内部仕様書

力場パラメータの割り付け

tplgeneX: ToPoLogy generatinG ENginE eXtended（蛋白質・核酸等への古典力場トポロジーファイル作成）

myPrestoの各ツールで利用する生体高分子の分子トポロジーを構築します。PDBx/mmCIFフォーマットによる原子座標の入出力も可能であり、水・イオン・リガンド分子のトポロジーの取り扱いも簡略化しました。

マニュアル
内部仕様書

tplgeneL: ToPoLogy generatinG ENginE for Ligands （低分子化合物への古典力場トポロジーファイルの作成）

myPrestoの各ツールで利用する低分子化合物の分子トポロジーを構築します。系が低分子化合物を含む場合、特にcosgene/psygene-G/omegageneでMDシミュレーションを行う場合には必須となります。このプログラムは、１分子（化学結合で連結された分子の集団）のみ対象とする為、2分子以上を含む複合体の場合、分割して処理する必要があります。

マニュアル
内部仕様書

膜系作成ツール

membgene

膜貫通タンパク質・脂質二重膜・水・イオンを含む系の座標を作成するためのツールプログラムです。現在は、適用範囲が狭く、ユーザー指定項目が多いため、利用は推奨しません。現在、一般的な蛋白質を埋め込めるツールを開発中（未公開、要相談）。

マニュアル

自由エネルギー計算

Filling potential method（蛋白質―化合物複合体から化合物の解離経路の探索と自由エネルギー面計算）

Filling potential法は、２つの分子の複合体（蛋白質―薬物複合体など）において、片方の分子に反発ホテンシャルと求心ホテンシャルを与えたUmbrella Potentialを使ったMD計算を多数実行することで、複合体から解離した構造を生成します（現在、aMDまたはmeta dynamicsと呼ばれるもの）。使用したUmbrella Potentialの影響を考慮して、座標トラシェクトリ群の多重ヒストグラム解析（WHAM）を行うことによって、リガンド分子の解離経路に沿った自由エネルギー面を計算します。

マニュアル
内部仕様書１、内部仕様書２

sievgeneDIAV:（短時間MD計算の結果で結合エネルギーを推算）

sievgeneDIAVは、受容体―リガンド複合体のMDシミュレーション計算の構造トラジェクトリーファイルを使用して、受容体とリガンドとの結合自由エネルギーの値を近似的に求めます。これは、受容体―リガンド間の相互作用の平均値と分散を用いて結合エネルギーを推測する方法で、本来の分子シミュレーションによる自由エネルギー計算とは異なり、結合エネルギーの概算値を知るための雑な近似です。

マニュアル
内部仕様書

配座発生ツール

Confgene:Conformer Generation ENginE（低分子化合物の配座生成ツール, ToolsYYMMDD.tar.gzに同梱）

低分子のコンフォーマを生成するツールです。回転可能な１重結合であって環に含まれない直鎖結合の回転によって、配座を生成します。同時に、分子を構成する各原子について化学的に等価な原子（対称の位置にある原子）のチェックを行うなど、RESP電荷計算に必要な情報も提供します。

マニュアル
内部仕様書

ConfgeneC: Conformer Generation ENginE for Cyclic part（低分子化合物の環配座・光学異性体生成ツール, ToolsYYMMDD.tar.gzに同梱）

低分子における環状部分について、コンフォーマ構造を発生します。Confgeneと異なり、光学異性体の発生および環配座の生成のみを行います。

マニュアル

化合物データベースと化合物データベース生成ツール

3DdataConstruction: （低分子立体構造データベース構築ツール）

低分子化合物の２次元電子カタログ（2D SDFファイル）から３次元分子構造の3D mol2ファイルからなる化合物データベースを構築するツールです。

マニュアル
内部仕様書１、内部仕様書２

LigandBox: LIGANd Data Base Open and eXtensible （低分子化合物データベース）

世界中で市販されている低分子化合物（3次元分子構造、原子電荷および推算による分子の物性値）のオープンなデータベースです。主にナミキ商事、キシダ化学の販売可能な物質のカタログから構築しており、毎年、品目名は更新しています。またKEGG MEDICUSに集められた医薬品、PDB ligandについても同様の情報を含んでいます。

蛋白質ー化合物ドッキング

sievgene: SIEVinG ENginE （受容体―化合物分子ドッキング・エンジン）

フレキシブル・ドッキングの手法により、化合物を生体高分子へドッキングする（受容体―リガンド複合体候補構造）プログラムです。

マニュアル
チュートリアル
内部仕様書

sievgene_M（並列版ドッキング・エンジン）

sievgene_Mは、sievgeneのOpenMPによる並列処理版です。機能・精度は同等。sievgene_Mは、Intel社のメニーコアCPU(Xeon Phi)でも実行可能です。Intel Xeon Phiは50個以上のコアを搭載したコプロセッサです。

sievgeneNMR: SIEVinG ENginE for NMR （溶液NMRの情報を利用したドッキング・エンジン）

NMRによる蛋白質―化合物相互作用のシグナル情報を取り込んだフレキシブル・ドッキングの手法であり、化合物を生体高分子へドッキングさせるプログラムです。STDを改良したDIRECTION法による溶液NMRシグナルの取り込みにより、複合体予測精度は、約2倍に向上しています。

マニュアル
内部仕様書１、内部仕様書２

sievgeneMVO: SIEVinG ENginE for Maximum Volume Overlap （既知複合体構造への分子重ね合わせを併用したドッキング・エンジン）

標的蛋白質と既知活性化合物の複合体立体構造が入手可能な場合、既知活性化合物のドッキングポーズに対して入力分子の分子構造を重ね合わせるフレキシブル・ドッキングの手法です。このツールは、化合物を生体高分子へドッキングさせる場合、若しくはスクリーニングする場合に利用します。ユーザーが与えた薬物ドッキングポーズに対して、テスト化合物の分子体積の重ね合わせをドッキング計算と同時に行うことで、ユーザーのイメージした分子に近い化合物を選択できます。

マニュアル

MVO: Maximum-Volume Overlap（複数ドッキングポーズから既知の複合体のリガンド座標を参照してポーズを選択, ToolsYYMMDD.tar.gzに同梱）

標的蛋白質とのドッキング計算によって低分子化合物のドッキングポーズを多数提示できる場合、既知複合体でのリガンドと体積の重なりが最も大きくなるようなポーズを選択します。体積は、各原子の電荷の大きさ、原子半径の違いを考慮したものです。

マニュアル

薬物スクリーニング

selectMTS: Multiple Target Screening method（標的蛋白質構造を用いたStructure-based drug screening）

MTS法、machine-learning MTS (MSM-MTS) 法、direct score modification MTS (DSM-MTS)法の３つの手法が利用できます。受容体に対するactive compoundsが既知の場合、 machine-learning MTSが最もヒット率が高い方法です。標的蛋白質構造（PDB形式）、結合ポケットの指示ファイル、入力分子（mol2ファイル形式）があれば利用できます。

スクリーニング チュートリアル

selectDSI: Docking Score Index method（既知活性化合物情報を利用したLigand-based drug screening）

Ligand-based drug screening法として、オリジナルのdocking score index (DSI)法と、 machine-learning DSI (ML-DSI) 法が利用できます。受容体に対するactive compoundsが複数既知の場合には、 machine-learning DSI が高いヒット率を示します。標的蛋白質に対する低分子活性化合物が5～10個程度以上あれば利用可能です。標的蛋白質構造ファイル（PDB形式）、結合ポケットの指示ファイルは必要ありません。

スクリーニング チュートリアル

Affinity_fingerprint: Compound database and protein-compound affinity matrix （多数蛋白質と多数低分子化合物との総当たりドッキングスコアの表）

多数タンパク質に対する多数低分子化合物のsievgeneによる総当たりのドッキングスコアを提供します。ここでは、ポケット構造の多様性に富むとされる182種類の蛋白質と、薬物スクリーニングに用いるLigandBoxより抜き出した市販化合物200万種類（150Da < 分子量 < 350Da、ヘテロ原子の量が全重原子の15%以上を含む分子、化学反応性や変異原性が見込まれる分子構造を除外）を用いています。このデータベースがselectMTSおよびselectDSIに使われます。このデータベースの入手先情報は、screening_packマニュアルに記載されています。

マニュアル

MVO_screening（分子の立体構造の重ね合わせによるLigand-based drug screening）

MVO_scoreeningは、MVO(Maximum volume overlap)法を使って、クエリー分子と重なりが大きい分子を探索するプログラムです。分子の簡単な配座生成と、分子に含まれる原子のvan der Waals半径と電荷を考慮した重ね合わせを、エネルギー最小化計算と同時に行います。

マニュアル

Substrucure_search（化合物の部分構造探索）

化合物の部分構造探索、分子のグラフ同形を計算するプログラムです。分子を化学結合でつながったグラフとみなし、原子タイプも認識したグラフ同形を判別します。

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TGS: Topological Graph Search (A Similarity Search Using Molecular Topological Graphs：分子の大まかな類似性計算)

分子を化学結合でつながったグラフとみなし、この隣接行列の対角項に原子の物性値を代入した行列の、不変量である行列固有値を、分子記述子とする類似化合物探索法です。低分子リガンドの大まかな分子構造の類似性を解析します。比較的高速でランダムライブラリーの作成などで利用します。

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分子物性推算

LogS_prediction:（水溶解度推定ツール）

分子の部分構造に基づく分子記述子とGBSA法での溶媒和自由エネルギー推算値に基づいて低分子化合物の溶解度（水溶解度：LogSaq）を推定し、アグリゲーションする確率も予測します。

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合成候補分子・合成容易性予測

ReCGen: Generate virtual compounds based on input structure（与えた分子に対する仮想的な合成展開・候補分子構造の提示）

ユーザーの与えた母核構造に対して、医薬品らしい雰囲気を残しながら母核の修正・側鎖部分の付加などを行い、仮想的な化合物構造を多数生成するプログラムです。
このプログラムは、母核を修飾するのに使う側鎖のデータベース（フラグメントDB）の構築、複数のフラグメントDBのマージと、ユーザーの分子を基にした類縁の化合物集団の生成の３つのツールからなります。ReCGenは京都コンステラ・テクノロジーズが著作権を有する化合物構造生成プログラムです。

SyntheticAccessibility: Prediction of the synthetic accessibility of given compounds（分子の有機合成のし易さ）

与えられた化合物の合成容易性を、分子の複雑度、光学活性中心、対称性、部分構造の使用頻度から予測するプログラムです。部分構造の使用頻度：分子を部分構造に分解したときに、それらの部分構造が用意した化合物のデータベースに含まれる分子での出現頻度により、しばしば使われる構造を多く含む場合は合成容易と判断します。合成容易性は、0(簡単）～10（困難）の数字で表示されます。合成容易性は、人の感覚を表す値で、物理量ではありません。

マニュアル
内部仕様書

PDBx/mmCIF書式対応ツール

LibMyPresto: Library package for parsing and writing of PDBx/mmCIF and PDB formatted files

PDBが提供するPDBx/mmCIFフォーマットとPDBフォーマットの双方のデータの読み書きを行うライブラリです。ユーザーの作成したC言語、f77およびf90のプログラムとリンクさせ、それらから呼び出して使う事ができます。

内部仕様書

その他のツール

Pdbcheck（PDBファイル形式の蛋白質構造の形式的な検査）

Pdbcheckでは、PDB形式の蛋白質のファイルを読み、原子の衝突や、亜鉛・マグネシウムイオンなど２価の金属イオンに配位するCYS残基の解離形への書き換え、近接するCYS残基の存在などを検査し、ユーザーの指定により書き換えを行います。

マニュアル
内部仕様書

Split_mols（複数分子の記載されたファイルを1分子1ファイルに分割して出力）

１つのファイルに、複数の分子のSDF/MOL形式、mol2形式、SMILES形式で記載されているような場合（化合物データベースで一般的）に、1ファイルに1分子が記載されるように、名前を付けて分割・出力します。コメントの位置を分子構造の前・後の入れ替えも可能。

Mergetpl（分子のトポロジーファイルの結合）

系が複数分子から構成される場合、通常はtplgeneXで構成分子のトポロジーファイルをマージします。しかし、tplgeneXでうまく処理できない場合など、ユーザーが手作業で複数分子のトポロジーファイルをまとめたい場合に利用します。

マニュアル

EditMol（分子エディター）

低分子の分子の構造をCUIで修正する為のツールです。低分子に対する原子の付加・削除、結合の次数の変更、分子フラグメントの付加などを行います。

マニュアル

Setwater（溶媒水の付加ツール）

蛋白質などの溶質分子に対して、溶媒水分子を付加するツールです。このツールは孤立系（球状）・周期系（直方体）に対応しています。一辺が約16Aの直方体に入った256水分子のMD計算済み座標値が既に用意されており、この直方体を系にかぶせて原子間距離がvan der Waals接触するもの、系の境界からはみ出すものを削ることで水分子を配置します。

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Add_ion（溶媒水の塩の付加）

溶媒水分子を付加された系に対して、ユーザーの指示する濃度で塩（Na+, Cl-）を配置します。このツールは孤立系（球状）・周期系（直方体）に対応しています(正確には水分子をNa+またはCl-で置換)。

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CLUSTERING/PMF_PCA（クラスター解析・主成分解析）

MDシミュレーションの構造トラジェクトリーファイル中の分子構造をクラスタリング、または主成分分析・頻度の分析から自由エネルギー面を計算する為に利用します。

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reweightingTools（マルチカノニカルMDの結果をカノニカル統計に変換）

マルチカノニカルMDシミュレーションのエネルギートラジェクトリーファイルおよび構造トラジェクトリーファイルなどから、任意の温度のカノニカル分布を再現する様に重みづけを行うと共に構造を抽出します。

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