약물부분구조 검색을 위한 개선된 RS3 메커니즘의 저장 크기 축소 방안

Abstract

약물의 화학적 구조는 그 약물의 약리작용과 연관성을 가지고 있다. 때문에 신약 개발 시 약물의 화학구조를 기반으로 하여 신약을 설계하려는 시도가 많이 이루어지고 있다. 특히, ‘Medicinal Chemistry’ 분야에서 약물의 화학구조를 기반으로 한 연구가 활발히 진행되고 있다. 약학자는 신약개발을 위한 초기 단계로, 만들고자 하는 약물과 비슷한 화학구조를 가지고 있는 기존 약물을 조사할 필요가 있다. 이는 비슷하거나 동일한 화학구조가 이미 존재할 경우 신약의 가치가 없을 수도 있기 때문에 매우 중요한 단계다. 또한, 신약개발 시 불필요한 비용과 시간을 최소화하기 위한 방법이기도 하다. 이를 위해 신약 연구자나 개발자들은 특정 화학구조가 어떠한 약물들에서 나타나는지를 신속하게 검색하기를 원한다. 수 많은 약물들 중에서 특정 화학구조를 포함한 약물들을 자동으로 빠르게 찾을 수 있는 현실적인 방법과 시스템이 필요하다. 이처럼 어떤 화학구조에서 특정한 부분구조의 존재여부를 검사하는 것을 부분구조검색(Substructure Searching)이라 한다. 부분구조검색은 1950년대부터 활발히 연구되어 온 분야로 그래프 이론의 ‘Subgraph Isomorphism’ 문제로 귀결된다. 하지만 ‘Subgraph Isomorphism’ 문제는 NP-complete문제로 순수하게 그래프 이론 알고리즘으로는 현실적인 응답시간에 만족하지 못한다. 때문에 이러한 시간적 문제를 해결하기 위해 다양한 접근법들이 연구됐고, 그 중 1990년대에 RDBMS를 이용해 검색 성능을 높인 RS3 시스템이 미국 특허를 받았다. 후일 상용화된 RS3 시스템은 점점 변형되어 현재 accelrys 사(http://accelrys.com)의 Pipeline Pilot이란 서비스로 제공되고 있다.

본 논문에서는 약물의 부분구조를 찾는 문제에 대해 현실적인 대안으로 RS3 시스템을 개선한 연구[1]를 바탕으로 새로운 개선을 제안한다. 개선방안으로 RS3 시스템에서 문제가 된 약물구조 저장방법과 질의 방법을 개선해 제안했다. RS3 시스템의 치명적 결함인 화학구조 기술 방법에 대한 [1](Enhanced RS3, E-RS3)의 개선 방법을 발전시키기 위한 방법들을 시도했다. 본 논문의 제안 방법들은 기존 RS3 시스템의 성능보다는 좋지만, [1] 시스템의 성능과는 큰 차이를 보이지 못했다. [1] 시스템(E-RS3)에 비해 현저히 저장공간을 줄였고, 재현율과 검색 시간은 비슷한 수준이다. 반면 정확도면에서 E-RS3에 비해 약간 성능이 저하됐다. 하지만 본 논문의 시스템을 더욱 개선시키고 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 방향을 찾을 수 있었다. 본 논문의 future work는 본 연구가 앞으로 진행되어 갈 방향에 대해 다룬다.