Khóa luận tốt nghiệp ngành Dược học: Ứng dụng mô tả phân tử ISIDA trong thiết kế các hợp chất ức chế enzyme histone deacetylase 2 trong điều trị ung thư

Chia sẻ: Chuheo Dethuong25 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khóa luận được nghiên cứu với mục tiêu nhằm xây dựng được các mô hình toán học QSAR sử dụng mô tả phân tử ISIDA định lượng giữa cấu trúc và hoạt tính ức chế HDAC2; Đánh giá mô hình QSAR theo các thông số thống kê; Ứng dụng mô hình xây dựng được trong sàng lọc, dự đoán và thiết kế hợp chất mới.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp ngành Dược học: Ứng dụng mô tả phân tử ISIDA trong thiết kế các hợp chất ức chế enzyme histone deacetylase 2 trong điều trị ung thư

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƢỢC ĐOÀN VIỆT NGA ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH DỮ LIỆU IN SILICO (ISIDA) TRONG THIẾT KẾ HỢP CHẤT ACID HYDROXAMIC MỚI ỨC CHẾ HDAC2 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƢỢC HỌC Hà Nội – 2018
NU ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƢỢC y,V ac Người thực hiện: ĐOÀN VIỆT NGA m ar Ph ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ d an PHÂN TÍCH DỮ LIỆU IN SILICO (ISIDA) TRONG THIẾT KẾ HỢP CHẤT ne ACID HYDROXAMIC MỚI ỨC CHẾ HDAC2 d ici Me KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƢỢC HỌC of ol Khóa: QH.2013.Y ho Người hướng dẫn: 1. TS. LÊ THỊ THU HƢỜNG Sc 2. TS. PHẠM THẾ HẢI t @ righ py Hà Nội – 2018 Co PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
LỜI CẢM ƠN NU Trước hết, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc và gửi lời cảm ơn chân thành tới ,V TS. Lê Thị Thu Hƣờng, công tác tại bộ môn Dược liệu và Dược học cổ truyền - khoa Y Dược Trường Đại học Quốc gia Hà Nội là người thầy tận tình trực tiếp chỉ y bảo, động viên, hướng dẫn để tôi hoàn thành luận văn của mình. ac Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Thế Hải công tác tại Trường Đại học m Dược Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Bên cạnh đó, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo, thầy cô Khoa Y Dược, ar Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện để tôi được làm khóa luận, được Ph học tập, nghiên cứu, rèn luyện tại Khoa suốt 5 năm học qua. Sau cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, anh chị em và bạn d bè luôn sát cánh, đồng hành, ủng hộ động viên tôi trong quá tình học tập, nghiên an cứu hoàn thành luận văn. Dù đã rất cố gắng nhưng kiến thức, kỹ năng và thời gian thực hiện còn hạn ne hẹp, tôi khó tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô để khóa luận của tôi được hoàn thiện hơn. ici Tôi xin chân thành cảm ơn. d Hà Nội, Ngày 25 tháng 4 năm 2018 Me Sinh viên of Đoàn Việt Nga ol ho Sc t @ righ py Co PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
GIẢI THÍCH CHỮ VIẾT TẮT NU ,V CCC Tính phù hợp hệ số tương quan CSDL Cơ sở dữ liệu y ac HDAC Histone deacetylase m HDAC2 Histone deacetylase 2 ar IC50 Nồng độ ức chế 50% Ph MAE Sai số tuyệt đối d MLR Phương pháp hồi quy tuyến tính đa biến PS Tập kiểm tra an ne Q2 Hệ số tương quan chéo ici Q2LOO Hệ số xác định cho tập kiểm tra d Me QSAR Tương quan định lượng giữa cấu trúc – tác dụng RMSE Sai số toàn phương of SAHA Suberoylanilide hydroxamic acid ol ho TS Tập huấn luyện Sc TSPT Tham số phân tử t @ righ py Co PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
DANH MỤC CÁC HÌNH NU Hình1.1: Quá trình acetyl hóa histone / deacetyl hóa được điều chỉnh bởi các ,V enzyme HAT và HDAC. ............................................................................................ 5 Hình 1.2: Cấu tạo trung tâm hoạt động của HDAC .................................................... 5 y Hình 1.3: Mối liên quan của các dạng HDAC khác nhau tới quá trình sinh trưởng ac phát triển của tế bào . .................................................................................................. 9 m Hình 1.4: Cấu trúc một số dãy acid hydroxamic được tổng hợp .............................. 13 ở Việt Nam ................................................................................................................ 13 ar Hình 2.1: Cấu trúc hóa học của 45 dẫn xuất của acid hydroxamic ........................... 20 Ph thu thập được ............................................................................................................. 20 Hình 2.2: Các bước xây dựng mô hình QSAR và ứng dụng mô hình trong thiết kế d và dự đoán ................................................................................................................ 22 an Hình 2.3: Cơ chế đếm mảnh cấu trúc trong mô tả phân tử ISIDA ........................... 23 Hình 2.4: Biểu di n công thức N- 5-hydroxypyridin-2-yl acetamide theo chương ne trình tô màu và gắn nhãn .......................................................................................... 24 Hình 2.5: Hai loại mảnh cấu trúc theo chuỗi và nhánh với các phân loại: nguyên tử ici và liên kết, chỉ nguyên tử, chỉ liên kết ...................................................................... 25 d Hình 3.1: Các mảnh cấu trúc sử dụng trong mô hình QSAR.................................... 29 Me Hình 3.2: Các mảnh cấu trúc quan trọng được lựa chọn trong mô hình M1, M2 và M3 phản ánh mối tương quan định lượng giữa cấu trúc và hoạt tính sinh học ức chế enzyme HDAC2 ........................................................................................................ 34 of ol ho Sc t @ righ py Co PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
DANH MỤC CÁC BẢNG NU Bảng 1.1: Các chất ức chế HDAC đang thử nghiệm lâm sàng ................................. 11 ,V Bảng 2.1: Giá trị IC50 thực nghiệm của 45 hợp chất trong CSDL ............................ 21 Bảng 3.1: Các thông số đánh giá chéo và độ thích hợp của các mô hình tuyến tính y trên tập TS ................................................................................................................. 31 ac Bảng 3.2: Tính toán khả năng dự đoán của mô hình tuyến tính trên tập PS ............. 32 m Bảng 3.3: Cấu trúc và giá trị dự đoán IC50 của các hợp chất mới thiết kế ................ 36 Bảng 3.4: Dẫn xuất của khung 4a ............................................................................. 37 ar d Ph an ne d ici Me of ol ho Sc t @ righ py Co PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
MỤC LỤC NU MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 ,V CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 3 1.1. Thực trạng mắc bệnh ung thư và tử vong do ung thư .......................................... 3 y 1.1.1. Thực trạng mắc bệnh ung thư và tử vong do ung thư trên thế giới .................. 3 ac 1.1.2. Thực trạng mắc bệnh ung thư và tử vong do ung thư ở Việt Nam .................... 3 m 1.2. Tổng quan HDAC .............................................................................................. 4 1.2.1. Khái niệm histon deacetylase .......................................................................... 4 ar 1.2.2. Phân loại các histon deacetylase ...................................................................... 6 Ph 1.2.3. Mối liên quan giữa ung thư và hoạt động bất thường của HDAC2 ................. 7 1.3. Các chất ức chế histon deacetylase ................................................................. 10 d 1.3.1 Trên thế giới ..................................................................................................... 10 an 1.3.2. Tại Việt Nam ................................................................................................... 11 1.3.3. Cấu trúc các chất ức chế HDAC ..................................................................... 13 ne 1.3.4. Cơ chế tác dụng của các chất ức chế HDAC ................................................ 14 1.4. Mô hình tƣơng quan định lƣợng tính chất – tác dụng (QSAR) ................... 15 ici 1.4.1. Lịch sử QSAR .................................................................................................. 15 d 1.4.2. Đại cương về QSAR ........................................................................................ 15 Me 1.4.3. Quy trình xây dựng mô hình QSAR ................................................................. 16 CHƢƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. 20 2.1. Nguyên liệu ....................................................................................................... 20 of 2.1.1. Cơ sở dữ liệu (CSDL) ...................................................................................... 20 ol 2.2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 21 ho 2.2.1. Phương pháp thiết kế và dự đoán hợp chất thiết kế mới bằng mô hình QSAR từ mảnh cấu trúc ....................................................................................................... 21 Sc 2.2.2. Tính toán tham số phân tử .............................................................................. 23 2.2.3. Thiết kế tập huấn luyện và tập kiểm tra .......................................................... 25 @ 2.2.4. Xây dựng mô hình ........................................................................................... 26 2.2.5. Đánh giá mô hình ............................................................................................ 26 t CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................ 27 gh 3.1. Kết quả ............................................................................................................... 27 ri 3.1.1. Các mô hình QSAR thu được .......................................................................... 27 py 3.1.2. Đánh giá mô hình ............................................................................................ 30 3.1.3. Ứng dụng trong thiết kế hợp chất mới và dự đoán hoạt tính .......................... 34 Co PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
3.2. Bàn luận ............................................................................................................. 37 NU 3.2.1. Về phương pháp tính toán tham số phân tử .................................................... 37 3.2.2. Về mô hình QSAR ............................................................................................ 37 ,V 3.2.3. Về thiết kế hợp chất mới .................................................................................. 38 3.2.4. Kết quả dự đoán khả năng ức chế HDAC2 của các hợp chất acid y hydroxamic mới ........................................................................................................ 38 ac CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................... 40 m TÀI LIỆU THAM KHẢO ar d Ph an ne d ici Me of ol ho Sc t @ righ py Co PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
MỞ ĐẦU NU Theo báo cáo thống kê của tổ chức Y tế giới WHO , ung thư là căn bệnh ,V giết người hàng đầu thế giới mỗi năm với khoảng 14 triệu ca mới phát hiện và 8,2 triệu trường hợp tử vong số liệu tính đến hết năm 2012, theo báo cáo số 297, cập y nhật tháng 6 năm 2014 . Dự báo, số lượng bệnh nhân mắc mới sẽ tăng lên hơn ac 70% trong 2 thập kỷ tới. So với thế giới, Việt Nam thuộc nhóm các nước đứng thứ m 2 vì tỉ lệ mắc ung thư [27]. Trước tình hình đó, việc nghiên cứu và phát triển các thuốc mới chống lại ar ung thư luôn là mối quan tâm hàng đầu của các nhà khoa học, trong đó có Việt Ph Nam. Tuy nhiên, quá trình nghiên cứu phát triển thuốc nói chung và các thuốc điều trị ung thư nói riêng hiện nay vẫn chủ yếu dựa trên các phương pháp thực d nghiệm thử-lỗi với nhược điểm là tốn thời gian, tiền bạc và cho hiệu quả thấp [30]. an Ngoài ra, các thuốc điều trị ung thư hiện đang còn nhiều hạn chế. Do đó yêu cầu cấp bách đặt ra là phải nghiên cứu và phát triển thuốc chống ung thư mới, có tác dụng ne chọn lọc trên đích phân tử nhằm phát huy tối đa hiệu quả, ít độc hơn. Nhờ những tiến bộ trong di truyền học và sinh học phân tử, Histon ici deacetylase (HDAC) được chỉ ra là một trong những đích tác dụng phân tử cho điều d trị ung thư, trong đó HDAC2 thuộc nhóm I được đánh giá là một đích phân tử quan Me trọng do có biểu hiện quá mức trong quá trình deacetyl hoá các histon xảy ra ở hầu hết các dòng tế bào ung thư người [14, 66]. Vì vậy, các chất ức chế HDAC2 đang trở thành các tác nhân chống ung thư đầy triển vọng [6, 8, 43]. of Hiện nay, trên thế giới và Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu xác định, phát ol hiện và thử hoạt tính của hợp chất ức chế HDAC2 có nguồn gốc tự nhiên và tổng ho hợp hóa học [3-5]. Trong các nhóm chất ức chế HDAC2, các acid hydroxamic là nhóm chất được quan tâm chú ý và tập trung nghiên cứu nhiều nhất vì có cấu trúc Sc đơn giản, có khả năng tổng hợp với điều kiện của Việt Nam. Acid hydroxamic có nhóm –NHOH tạo được phức bền với Zn2+ ở trung tâm hoạt động của HDAC2 @ mang lại hoạt tính ức chế enzyme mạnh. Để vừa tiết kiệm thời gian công sức cũng như tính đặc hiệu, nghiên cứu đã lựa chọn thực hiện theo phương pháp thiết kế t thuốc hợp lý dựa trên khung cấu trúc acid hydroxamic. gh Trong những năm gần đây, nghiên cứu sàng lọc hợp chất ức chế HDAC2 ri dựa trên các phương pháp trợ giúp bởi máy tính, hay còn gọi là phương pháp in py silico đã trở thành một hướng đi mới, đầy tiềm năng [48]. Các mô hình in silico là các mô hình toán học thể hiện mối quan hệ định lượng giữa cấu trúc và hoạt tính Co 1 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
(QSAR – Quantitive Structure Activity relationships), được ứng dụng chủ yếu NU trong dự đoán hoạt tính và cơ chế tác dụng, sàng lọc virtual screening các hợp chất có hoạt tính từ các cơ sở dữ liệu hợp chất. Tuy nhiên ngày nay, thay vì phải ,V sàng lọc hàng triệu hợp chất từ các thư viện để tìm ra hợp chất dẫn đường-điểm khởi đầu cho thiết kế thuốc, phương pháp dựa trên mảnh cấu trúc FBDD- y Fragment based drug discovery bắt đầu với tập hợp các phân tử cấu trúc nhỏ dựa ac trên cấu tạo của đích và đồng thời các mảnh cấu trúc này sẽ được ứng dụng trong m thiết kế hợp chất mới. Một trong số các FBDD sử dụng phổ biến hiện nay là mô tả phân tử thiết kế và phân tích dữ liệu in silico (ISIDA-In Silico design and Data ar Analysis . Với mô tả phân tử ISIDA, quá trình thiết kế thuốc mới trong điều trị ung Ph thư sẽ được tối ưu hóa do ứng dụng linh hoạt mô tả trong sàng lọc, dự đoán và thiết kế hợp chất mới. d Từ các vấn đề nêu trên, mục tiêu chung của nghiên cứu này là “Ứng dụng an mô tả phân tử ISIDA trong thiết kế các hợp chất ức chế enzyme histone deacetylase 2 trong điều trị ung thư”. Với mục tiêu cụ thể: ne - Xây dựng được các mô hình toán học QSAR sử dụng mô tả phân tử ISIDA định lượng giữa cấu trúc và hoạt tính ức chế HDAC2. ici - Đánh giá mô hình QSAR theo các thông số thống kê d - Ứng dụng mô hình xây dựng được trong sàng lọc, dự đoán và thiết kế hợp Me chất mới. of ol ho Sc t @ righ py Co 2 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
NU CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ,V 1.1.Thực trạng mắc bệnh ung thƣ và tử vong do ung thƣ 1.1.1. Thực trạng mắc bệnh ung thư và tử vong do ung thư trên thế giới y Ung thư đang là một trong những căn bệnh dẫn đến tử vong hàng đầu trên ac toàn thế giới. Theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới-WHO, trong năm 2012, có khoảng 14 triệu trường hợp ung thư được phát hiện mới và có đến 8,2 triệu ca tử m vong liên quan đến ung thư . Trong số đó, các ca tử vong do các ung thư chủ yếu là: ar ung thư phổi 1,59 triệu ca , ung thư gan 745000 ca , ung thư dạ dày 723000 ca , Ph ung thư đại trực tràng 694000 ca , ung thư vú 521000 ca , ung thư thực quản (400000 ca) [33]. d Dự kiến, số lượng các ca ung thư mới sẽ có khả năng tăng khoảng 70% trong an vòng hai thập kỉ tới, số trường hợp ung thư hàng năm sẽ tăng từ 14 triệu trong 2012 lên 22 triệu trong vòng hai thập kỉ tới . Hơn 60% số các ca ung thư mới hàng năm ne trên thế giới xảy ra ở Châu Phi, Châu Á, Trung và Nam Mỹ, chiếm 70% số các ca tử vong ung thư thế giới [33]. ici 5 yếu tố nguy cơ hàng đầu về hành vi và chế độ ăn uống có liên quan đến 30% trường hợp tử vong do ung thư đó là: chỉ số khối cơ thể cao béo phì , ăn d Me ít rau quả tươi, ít tập thể dục, nghiện thuốc lá hoặc rượu. Ngoài ra, các bệnh nhi m virus HBV, HCV và một số type Human Papilloma Virus HPV là nguyên nhân của trên 20% số các ca tử vong ung thư ở các nước thu nhập thấp of và thu nhập trung bình [38]. 1.1.2. Thực trạng mắc bệnh ung thư và tử vong do ung thư ở Việt Nam ol Vào năm 2012, số lượng các ung thư gặp phổ biến ở Việt Nam trên nam giới ho là gan 16.815 ca, phổi 16.082 ca, dạ dày 9.406 ca, đại trực tràng 4.561 ca và mũi Sc họng 3.301 ca; các ung thư gặp phổ biến ở nữ giới là: vú 11.067 ca, phổi 5.783 ca, gan 5.182 ca, cổ tử cung 5.146 ca và dạ dày 4.797 ca [64]. Tổng số ca tử vong do ung thư là 91.600 ca, trong đó: số nam giới tử vong do ung thư là 58.200 ca: ung @ thư gan chiếm 26,9%, phổi 24,4%, dạ dày 14,5%, miệng - thực quản 5,8%, đại trực tràng 5,2% và do ung thư khác là 23,2%; số nữ giới tử vong do ung thư là 33.400 t gh ca: ung thư phổi chiếm 14,5%, gan 13,7%, vú 12,5%, dạ dày 12,1%, đại trực tràng 8% và do ung thư khác là 39,3% [64]. ri py Co 3 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
1.2. Tổng quan HDAC NU 1.2.1. Khái niệm histon deacetylase Nhi m sắc thể được cấu thành bởi: ADN, protein histon và protein không ,V phải histon [29]. Đơn vị cơ bản của nhi m sắc thể là nucleosom. Mỗi nucleosom gồm 146 cặp base ADN được gói trong một protein histon octame [34] tạo bởi 4 y thành phần: H2A, H2B, H3, H4 [15]. ac Vào năm 1964, Allfrey VG, Faulkner R, Mirsky AE [7] đã khám phá ra quá m trình acetyl hóa thuận nghịch của protein histone và ý nghĩa của biến đổi sau phiên mã này với điều hòa biểu hiện gen. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng các đầu amino ar của protein histon thường bị biến đổi bởi các quá trình methyl hóa, phosphoryl hóa Ph hoặc acetyl hóa sau dịch mã. Quá trình acetyl hoá là một trong những cơ chế điều hoà chính của biểu thị gen, là chìa khóa làm thay đổi cấu trúc nhi m sắc thể và biến d đổi sau phiên mã. Deacetyl hóa histone là quá trình ngược lại của acetyl hóa, làm an tăng tương tác ion giữa histon tích điện dương và ADN tích điện âm, giúp đóng xoắn bằng cách cho cấu trúc chromatin nhỏ gọn hơn và ngăn chặn sự sao chép gen ne vì đã làm hạn chế khả năng tiếp cận của các yếu tố phiên mã. Ngoài ra, acetyl hóa histone còn liên kết với các chức năng bộ gen khác như lắp ráp chromatin, sửa chữa ici DNA và tái tổ hợp. Kiểm soát quá trình biểu thị gen này phụ thuộc vào sự cân bằng d giữa hoạt động của enzym histon acetylase và enzym histon deacetylase, nhờ vào sự Me điều hoà quá trình acetyl hoá lysin ở phần đuôi histon [10]. Ngoài ra, quá trình acetyl hóa cũng liên quan đến rất nhiều protein không histone non-histone proteins) với bản chất có vai trò như một chất nền đóng vai trò quan trọng trong việc quy of định sự biểu hiện gen cũng như các protein khác trong các con đường điều tiết sự ol tăng sinh tế bào, di chuyển tế bào, chu trình chết của tế bào và tạo mạch. Histon acetyltransferase (HAT) là enzym acetyl hóa nhóm -NH2 trong gốc lysin đầu N ho tận của histon, làm trung hòa điện tích dương trên lysin, do đó giảm khả năng Sc tương tác của histon với ADN tích điện âm tạo cấu trúc mở chromatin. Vì vậy, sự acetyl hóa histon tạo điều kiện cho quá trình phiên mã, dịch mã xảy ra hình 1.1b @ [10, 28]. Histon deacetylase HDAC là enzym có tác dụng đối lập với HAT. HDAC t loại bỏ nhóm acetyl từ acetyl lysin Ac-Lys ở đầu N tận của histon, làm đóng xoắn gh chromatin, do đó ức chế quá trình phiên mã Hình 1.1 . ri py Co 4 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
NU y ,V m ac ar d Ph an ne Hình1.1: Quá trình acetyl hóa histone / deacetyl hóa đƣợc điều chỉnh bởi các enzyme HAT và HDAC. (Nguồn: www.quora.com) ici Trung tâm hoạt động HDAC gồm 2 phần chính Hình 1.2 : ion Zn 2+ là coenzyme của HDAC và kênh enzym dạng túi hình ống. Cấu trúc rất linh động, có d Me thể biến đổi phù hợp với chiều dài cơ chất khác nhau. Trên miệng túi có một vành nhỏ được tạo nên từ một vài vòng xoắn protein, phần vành này sẽ tương tác với nhóm nhận diện bề mặt HDAC [40, 61]. of ol ho Sc t @ righ py Hình 1.2: Cấu tạo trung tâm hoạt động của HDAC (Nguồn: PNAS (2004) 101, 15064-15069) Co 5 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
1.2.2. Phân loại các histon deacetylase NU Tính đến nay, các nhà khoa học đã chỉ ra 18 loại HDAC khác nhau, được chia thành 4 nhóm (I-IV trong đó các HDAC phụ thuộc vào Zn2+ thuộc nhóm I, II ,V và IV được gọi là các HDAC “kinh điển” và thường được sử dụng để sàng lọc và thiết kế các chất ức chế HDAC mới [36, 40, 46, 67]. y Nhóm I: HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8. Các enzym này có ở phần ac nhân của nhiều loại tế bào. Các HDACs nhóm I có kích thước nhỏ, thường biểu m hiện ở khắp mọi nơi trong các mô khác nhau của trên người và thường đóng một vai trò chính trong sự tồn tại của tế bào, sự sinh trưởng phát triển và sự khác biệt. ar Nhóm II gồm nhóm IIa và nhóm IIb. Trong đó nhóm IIa có HDAC4, Ph HDAC5, HDAC7, HDAC9, nhóm IIb có HDAC6, HDAC10. Các enzym này biểu thị mô đặc trưng, có khả năng di chuyển giữa bào tương và nhân. d Nhóm III: Các protein điều hoà chuỗi thông tin 2 SIRT : SIRT 1 – 7, an chúng có ở bào tương, ty thể và nhân. Nhóm IV: HDAC11, có ở phần nhân của nhiều loại tế bào. ne Các enzym nhóm I, II và IV phụ thuộc vào Zn 2+. Nhóm III là các enzym có cấu trúc phụ thuộc NAD [54, 67]. Nhóm I (HDAC1, 2, 3, 8) có cấu trúc tương ici đồng với Rdp3 ở tế bào nấm men S.cerevisiae, có chức năng ức chế phiên mã, chỉ d hoạt động khi nằm trong phức hợp protein. HDAC nhóm I có ở nấm men, động Me vật có vú và thực vật. Ở động vật có vú, các HDAC này được chia thành 2 phân nhóm là HDAC1/2 và HDAC3. - HDAC1 và 2 có cấu trúc khá tương đồng 82% . Vùng xúc tác nằm ở đầu of N tạo nên phần chính của protein. Các cofactor là cần thiết cho hoạt động của ol HDAC. HDAC1, 2 hoạt động khi nằm trong phức hợp như phức hợp SIN 3, ho NuRD/NRD/Mi2 và CoREST. Phosphoryl hóa serin trên HDAC1, 2 điều hòa hoạt động của chúng và tạo nên phức hợp với các cofactor khác [24, 53]. Sc - HDAC3 được tìm thấy trong phức hợp với N-coR (nuclear receptor copressor và phức hợp với SMRT. Khoảng 68% vùng các acid amin của HDAC3 @ cần thiết cho cả hoạt tính deacetyl hóa và ức chế phiên mã [53]. - HDAC8 không được xếp vào phân nhóm nào vì nó chủ yếu có ở động vật t có xương sống. Hoạt động của HDAC8 giảm khi phosphoryl hóa bởi protein gh kinase A [53, 57]. ri Nhóm II gồm HDAC 4,5,7,9 nhóm IIa và HDAC6,10 nhóm IIb tương py đồng với HDAC1 trong tế bào nấm men. HDAC nhóm II có kích thước phân tử lớn và khác biệt so với HDAC nhóm I do có đầu N tham gia váo quá trình ức chế Co 6 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
phiên mã. Nhóm này chứa tín hiệu định vị ngoài nhân NES nên có thể di chuyển NU từ nhân ra bào tương và ngược lại [31]. Nhóm III gồm SIRT1-7 tương tự Sir2 ở tế bào nấm men. HDAC nhóm III ,V này không liên quan đến các nhóm khác, chúng có ở trong nhân SIRT 1,6,7 , bào tương SIRT2 hoặc ty thể SIRT 3,4,5 . Nhóm HDAC III ít được nghiên cứu ở y người, nhưng được xác định có cơ chế hoạt động phụ thuộc cofactor NAD+ [53].` ac Nhóm IV gồm HDAC11 chỉ có ở người . Nghiên cứu hệ thống loài thấy m rằng HDAC11 liên quan gần hơn với HDAC3,8 nên có thể giả định HDAC11 liên quan mật thiết với HDAC nhóm I hơn là nhóm II. HDAC11 có vùng xúc ar tác ở đầu N và có thể bị ức chế bởi trapoxin dẫn chất của TSA . HDAC11 Ph chưa được tìm thấy trong các phức hợp HDAC đã biết để có thể xác định chức năng sinh học [31, 53]. d HDAC không chỉ điều hòa các protein histon mà rất nhiều protein không an histon cũng bị ảnh hưởng bởi hoạt tính của các HDAC. Thuật ngữ các chất ức chế HDAC để chỉ các chất có khả năng ức chế HDAC nhóm I, II và IV [50, 65]. ne 1.2.3. Mối liên quan giữa ung thư và hoạt động bất thường của HDAC2 Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy sự biểu hiện gen, kiểm soát bởi ici thay đổi biểu sinh là rất quan trọng đối với sự khởi đầu và tiến triển của rất nhiều d bệnh trong đó có ung thư. Thay đổi biểu sinh làm thay đổi biểu hiện gen mà cấu Me trúc DNA không thay đổi, do đó, dẫn đến bệnh tật - trái ngược với đột biến DNA – vì thế có tiềm năng đảo ngược bởi các enzyme nhắm mục tiêu chịu trách nhiệm dược lý trong sửa đổi di truyền ngoại sinh. HDACs có mặt trong hầu hết các mô of và cho thấy biểu hiện quá mức hoạt động của enzyme, tăng mạnh phản ứng ol deacetyl hóa đuôi histon và cấu trúc sợi nhi m sắc. Sự có mặt quá nhiều, chức ho năng và tăng sinh các HDAC nhóm I và II có liên quan tới khối u ác tính bao gồm ung thư biểu mô tế bào T [11] cũng như sự tăng biểu hiện của nhóm I HDAC1, Sc HDAC2 và HDAC3 được xác định là yếu tố cần thiết cho sự gia tăng và phát triển của tế bào ung thư thông qua các bằng chứng thực nghiệm, tiền lâm sàng và @ lâm sàng về các ảnh hưởng sinh học liên quan đến sự thay đổi trong hoạt động của HDAC. Ngoài ra, HDAC nhóm I có mặt trong các khối u ác tính và huyết học có t xu hướng tương quan với tiên lượng xấu hơn, với biểu hiện tăng cao HDAC2 [63]. gh Ngược lại, sự biểu hiện các HDAC nhóm II 4,5, 6, 7 và 10 có xu hướng liên quan ri đến tiên lượng tốt hơn như tế bào ung thư phổi. Đó là lý do mà mối tương quan py giữa HDAC và ung thư chưa thật rõ ràng, tuy nhiên lựa chọn ức chế HDAC nhóm I là chiến lược điều trị ung thư hiệu quả hơn cả. Hình 1.3 cho thấy các nhóm Co 7 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
HDAC khác nhau có các tác động khác nhau: chu trình tự chết, biệt hóa, điều hòa NU vòng đời tế bào, di chuyển, tính cảm ứng với điều trị hóa học và sinh mạch. Histone deacetyleasa 2 HDAC2 thuộc HDAC nhóm I. HDAC2 hoạt động như ,V một chất ức chế phiên mã thông qua loại bỏ nhóm lysine ở đầu N của protein histon H2A, H2B, H3 và H4 . Tuy nhiên HDAC2 không liên kết với ADN nên chúng sẽ y được chọn lọc bởi các yếu tố phiên mã như YY1, SP1/SP3, gen ức chế khối u p53 và ac BRCA1. HDAC2 cũng có thể được gắn vào ADN như là một phần của phức hợp m CoREST, mSin3 và NuRD. Những phức hợp là mục tiêu với các trình tự gen đặc hiệu bằng các tương tác với các yếu tố phiên mã trình tự đặc hiệu [19]. ar Phức hợp chứa HDAC2 cũng liên quan đến gen điều chỉnh phiên mã qua Ph thụ thể trung gian. Những phức hợp chứa gen biến đổi biểu sinh khác, chẳng hạn như MeCp2 – là một protein có nhóm liên kết methyl. Các enzyme vận chuyển d nhóm methyl DNA DNMT1, DNMT3A và DNMT3B, sự methyl transferases an histone SUVAR39H1 và G9a và histon bị bỏ đi nhóm methyl LSD1 , cho thấy một cách khác mà HDAC2 quy định biểu hiện gen và sửa chữa nhi m sắc [39]. ne HDAC2 cũng quy định biểu hiện gen thông qua sự deacetyl của yếu tố phiên mã cụ thể bao gồm STAT3 và SMAD7. HDAC2 là một chìa khóa quan ici trọng của gen điều hòa chu kỳ tế bào, quá trình tế bào tự tiêu diệt, kết dính tế bào d và di cư. Cùng với HDAC1, HDAC2 quy định việc phiên mã của các gen liên Me quan đến quá trình tạo máu, biệt hóa tế bào biểu mô, phát triển tim và tế bào thần kinh [55]. Các đột biến có thể có ở HDAC2 xuất hiện ở tế bào soma. HDAC2 bị đột of biến trong các khối u lẻ tẻ và trong các khối u phát sinh ở người có ung thư biểu ol mô đại trực tràng không polyp di truyền. Đột biến này do sự cắt bỏ 9 adenin ở ho exon tạo thành protein không hoạt động. Sự biểu hiện các dạng đột biến của HDAC2 gây ra sự kháng với tác dụng của các chất ức chế HDAC. Việc thiếu các Sc biểu hiện và chức năng HDAC2 tạo nên sự tăng điều chỉnh gen thúc đẩy tăng trưởng khối u [25, 42]. HDAC2 liên quan đến nhiều bệnh ung thư khác nhau: t @ righ py Co 8 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
NU y ,V m ac ar d Ph an ne ici Hình 1.3: Mối liên quan của các dạng HDAC khác nhau tới quá trình sinh d trƣởng phát triển của tế bào (Nguồn: Future medicinal chemistry (2012) 4, Me 1439-1460). Việc điều hòa về biểu hiện hoạt động HDAC2 có liên quan đến sự phát of triển ung thư. HDAC2 biểu hiện quá mức trong các loại ung thư khác nhau bao gồm cả đại tràng, dạ dày, cổ tử cung, ung thư tuyến tiền liệt, ung thư phổi không ol tế bào nhỏ và ung thư biểu mô tế bào gan. HDAC2 biểu hiên quá mức liên quan ho đến ung thư một phần thông qua việc chọn lọc sai lầm của nó và sự im lặng của các gen ức chế khối u. Sự ức chế của gen p21WAF1 ức chế khối u ở vùng khởi Sc động và có thể được đảo ngược bởi việc điều trị bằng thuốc ức chế HDAC [52]. Biểu hiện HDAC2 tương quan với tiên lượng xấu khi bệnh ở giai đoạn tiên triển @ trong ung thư đại trực tràng, tuyến tiền liệt, dạ dày và biểu mô tế bào gan. Ung thư đại tràng: Các nghiên cứu cho thấy trong loại khối u này sự phiên t gh mã HDAC2 được điều chỉnh bởi tín hiệu beta-catenin-TCF-myc đã bị xóa bỏ trong bệnh ung thư đại tràng. HDAC2 biểu hiện quá mức tương quan với tiên ri lượng xấu và bệnh ở giai đoạn tiến triển trong ung thư đại trực tràng. Tuy nhiên, py Ropero và các cộng sự tìm thấy một sự đột biến bất hoạt của HDAC2 trong ung thư đại tràng với bất ổn microsatellite [47]. Co 9 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
Ung thư vú: HDAC2 gây lão hóa trong tế bào ung thư vú. Hơn nữa sự mất NU hoạt tính của HDAC2 kéo theo quá trình chết tế bào apoptosis của tamoxifen trong estrogen / progesterone tế bào ung thư vú dương tính [41]. ,V Bệnh ung thư tuyến tiền liệt: Theo nghiên cứu của Weichert và các cộng sự thấy rằng HDAC2 được biểu hiện mạnh mẽ trong hơn 70% các trường hợp phân y tích ung thư tuyến tiền liệt. Sự gia tăng trong biểu hiện HDAC2 có liên quan với ac tăng cường tăng sinh tế bào khối u. m Ung thư biểu mô tế bào gan: HDAC2 quy định chu kỳ tế bào và sự phân chia của HDAC2 gây ra ngừng chuyển pha G1/S trong chu kỳ tế bào. Trong quá trình ar chuyển đổi G1/S,sự phân chia đích của HDAC2 có tính chọn lọc gây ra các biểu hiện Ph của p16 INK4a và p21 WAF1/Cip1 , và đồng thời ức chế sự biểu hiện của cyclin D1, CDK4 và CDK2. Do đó, sự ức chế HDAC2 dẫn đến sự giảm điều chỉnh của gen d đích E2F/DP1 thông qua việc giảm sự phosphoryl hóa protein PRB [9]. an Bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính COPD : giảm hoạt động và biểu hiện HDAC2 được tìm thấy trong bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính COPD . Việc giảm ne hoạt động của HDAC2 làm tăng điều hòa các gen liên quan đến phản ứng viêm và kháng corticosteroid trong COPD [9]. ici 1.3. Các chất ức chế histon deacetylase d 1.3.1 Trên thế giới Me Từ những năm 1970, Yoshida và cộng sự đã phát hiện ra dẫn chất hydroxamat tự nhiên đầu tiên có tác dụng ức chế trực tiếp HDAC là Trichostatin A TSA , vốn là chất có tác dụng chống nấm . Sau đó, dựa trên hiểu biết về mối of liên quan giữa HDAC và ung thư đồng thời xác định được cấu trúc 3D của các ol HDAC, một số chất ức chế HDAC có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp hóa học ho đã được nghiên cứu và thử nghiệm trên lâm sàng để ứng dụng trong điều trị ung thư. Cho đến nay, nhiều chất ức chế HDAC UHDAC đã được công bố và có thể Sc chia thành các nhóm cấu trúc: acid hydroxamic, benzamides, acid béo mạch ngắn và peptide vòng [16]. @ Trong các nhóm chất ức chế HDAC, các acid hydroxamic là nhóm chất được quan tâm chú ý và tập trung nghiên cứu nhiều nhất bởi cấu trúc đơn giản, d tổng t hợp và có nhóm -NHOH tạo được phức bền với Zn+2 ở trung tâm hoạt động của gh HDAC, đáp ứng được chức năng gắn kết với nhóm kẽm và giúp tăng hoạt tính ức ri chế enzym. Hiện nay, FDA đã phê duyệt một acid hydroxamic UHDAC điển hình py là vorinostat suberoylanilide hydroxamic acid, Zolinza vào năm 2006 sử dụng trong điều trị u lympho da tế bào. Một hợp chất UHDA khác là depsipeptide Co 10 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
romidepsin, Istodax cũng được FDA cấp phép lưu hành vào năm 2009 để điều trị NU CTCL và điều trị ung thư hạch tế bào T ngoại vi. Nhiều chất ức chế enzym HDAC khác cũng đang được thử nghiệm lâm sàng nhằm phát triển liệu pháp điều trị ung ,V thư dựa trên đích này Bảng 1.1 [8, 49]. Bảng 1.1: Các chất ức chế HDAC đang thử nghiệm lâm sàng y Nhóm Hợp chất Pha thử nghiệm ac Butyrat I, II m AN-9 tiền thuốc I, II ar Acid carboxylic Acid valproic I, II Ph Phenyl butyrat I Đã c/m I, II d SAHA an PXD101 II NVP-LAQ824 I ne LBH-589 II, III Acid hydroxamic ITF-2357 II ici SB-939 I CRA 024781 I d Me JNJ-16241199 I SNDX-275 I, II of (MS-275) Các benzamid CI-994 I, II ol MGCD-0103 II ho Peptid vòng Depsipeptid (FK228) I, II Sc Tuy nhiên, mỗi nhóm nêu trên đều có những hạn chế nhất định như: các acid hydroxamic bị chuyển hoá nhanh, độ ổn định còn kém; các benzamide có thể là @ nguyên nhân dẫn đến tác dụng phụ của các thuốc an thần ; các peptid vòng khó tạo thành về mặt hoá học và FK-228 có phần gắn kết với ion Zn2+ chứa thiol [37]. t gh 1.3.2. Tại Việt Nam Một số nghiên cứu tìm kiếm hợp chất ức chế HDAC2 đã được thực hiện và ri công bố trên các tạp chí trong nước và quốc tế. Tất cả các nghiên cứu trên đều được py thực hiện bởi nhóm nghiên cứu của GS.TS. Nguy n Hải Nam thuộc Đại học Dược Co 11 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
Hà Nội. Hiện nhóm chủ yếu tập trung thiết kế và tổng hợp hóa dược các hợp chất dị NU vòng là dẫn xuất của acid hydroxamic, gần 50 hợp chất mới được tổng hợp và thử hoạt tính [3-5, 17, 44]. ,V a) y m ac b) ar d Ph c) an ne ici d) d Me of e) ol ho Sc f) t @ righ py Co 12 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma