Mô tả phân tử các dẫn chất tương đồng genistein trên thụ thể estrogen alpha và beta

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ bản của Số 2 * 2014<br /> <br /> Nghiên cứu Y học<br /> <br /> MÔ TẢ PHÂN TỬ CÁC DẪN CHẤT TƯƠNG ĐỒNG GENISTEIN TRÊN THỤ THỂ<br /> ESTROGEN ALPHA VÀ BETA<br /> Huỳnh Thị Ngọc Phương*, Lý Nguyễn Hải Du*, Thái Khắc Minh*<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Mở đầu: Các hormon nhóm estrogen thể hiện các tác động sinh lý qua trung gian 2 nhóm thụ thể estrogen :<br /> thụ thể estrogen alpha và thụ thể estrogen beta. Các nghiên cứu gần đây cho thấy tiềm năng sử dụng trong điều<br /> trị kháng viêm của các chất đồng vận chọn lọc trên nhóm thụ thể estrogen beta bên cạnh các lợi ích cổ điển đã biết<br /> Mục tiêu: Nghiên cứu khả năng gắn kết của các dẫn chất tương đồng genistein lên thụ thể estrogen.<br /> Đối tượng và phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu docking được tiến hành trên 90 dẫn chất tương đồng<br /> genistein, một isoflavonoid tương đối chọn lọc trên nhóm thụ thể ER beta – dựa trên cấu trúc tinh thể đồng kết<br /> tinh (được xác định nhờ phương pháp nhiễu xạ tia X) của 2 nhóm thụ thể ER alpha và ER beta cùng sự hỗ trợ<br /> cùa 2 phần mềm MOE 2008.10 và FlexX/LeadIT 2.0.1.<br /> Kết quả và bàn luận: Mô hình mô tả phân tử của 68 dẫn chất 6-phenylnaphtalen và 22 dẫn chất 2phenylquinolin này đã dự đoán một số mối liên hệ giữa cấu trúc với ái lực cũng như với tính chọn lọc trên nhóm<br /> thụ thể ER beta.<br /> Kết luận: Kết quả docking này phù hợp với những thông tin đã được ghi nhận liên quan đến khoang gắn kết<br /> của 2 phân nhóm ER. Mặt khác, các phương thức gắn kết của các phân tử khá tương hợp với giá trị thực nghiệm<br /> IC50 tương ứng.<br /> Từ khóa: Docking, thụ thể estrogen (ER), thụ thể estrogen beta (ER beta), genistein, 6-phenylnaphtalen, 2phenylquinolin<br /> <br /> ABSTRACT<br /> MOLECULAR DOCKING MODELLING OF GENISTEIN ANALOGUES<br /> ON ESTROGEN RECEPTOR ALPHA AND BETA<br /> Huynh Thi Ngọc Phuong, Ly Nguyen Hai Du, Khac-Minh Thai<br /> * Y Hoc TP. Ho Chi Minh * Vol. 17 - Supplement of No 1 - 2013: 353 - 358<br /> Background: The estrogen hormone represents the physiological effects mediated by two estrogen receptors<br /> namely estrogen receptor alpha and estrogen receptor beta. Recently studies showed the potential using of a<br /> selective agonist on estrogen receptor beta as an anti-inflammatory medicine.<br /> Objectives: To study the binding affinity of genisteine derivatives into estrogen receptors using<br /> docking modelling.<br /> Materials and methods: The docking study was carried out on 90 genisteine derivatives, an isoflavonoid<br /> relatively selective on ER receptor beta, based on the X-ray crystal structure of two receptors ER alpha and ER<br /> beta by MOE 2008.10 software and FlexX / LeadIT 2.0.1.<br /> Results and discussion: A total of 68 structures of 6-phenyl naphtalene and 22 compounds of 2-phenyl<br /> quinoleine were successfully docked on to ER alpha and beta. The relationship between structure and affinity as<br /> well as selectivity on ER beta receptor was also observed.<br /> <br /> * Khoa Dược – Đại học Y Dược TP. Hồ Chí Minh;<br /> Tác giả liên lạc: TS. Huỳnh Thị Ngọc Phương ĐT: 0908. 772. 118<br /> <br /> Chuyên Đề Dược Học<br /> <br /> Email: ngocphuonghuynhthi@gmail.com<br /> <br /> 353<br /> <br /> Nghiên cứu Y học<br /> <br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ bản của Số 2 * 2014<br /> <br /> Conclusion: The docking results were similar to the publised information related to the binding cavity<br /> of two subgroups ER. On the other hand, the binding modes of the molecules were similar with the<br /> experimental IC50 values.<br /> Key words: Docking, estrogen receptor (ER), ER beta, genisteine, 6-phenylnaphthalene, 2-phenylquinolin.<br /> tử chọn lọc trên từng phân nhóm ER gặp khá<br /> ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> nhiều khó khăn do sự tương đồng ở mức độ cao<br /> Estrogen là các hormon steroid có nguồn gốc<br /> của khoang tác động của 2 phân nhóm thụ thể<br /> tự nhiên đóng vai trò quan trọng trong sự tăng<br /> anh em này. Thực tế, sự khác biệt này chỉ là sự<br /> trưởng, phát triển cũng như duy trì ổn định cùa<br /> thay thế của 1 cặp acid amin này bởi 1 cặp acid<br /> nhiều mô khác nhau, ở cả 2 phái nam và nữ. Quả<br /> amin khác: Leu384 và Met421 ở ER alpha được<br /> vậy, bên cạnh vai trò thường biết trên sự sinh<br /> thay bởi Met336 và Ile373 ở RE beta.<br /> sản, các hormon này còn biểu hiện các chức năng<br /> Docking phân tử, một phương pháp mô<br /> sinh lý quan trọng trên hệ tim mạch, hệ miễn<br /> phỏng bởi máy tính dựa trên cấu trúc không<br /> dịch, cũng như hệ thần kinh trung ương, đồng<br /> gian ba chiều của các protein, là công cụ hữu<br /> thời tham gia vào sự cân bằng nội mô của hệ<br /> hiệu trong việc nghiên cứu thuốc mới nhờ dự<br /> xương. Liệu pháp hormone thay thế - vốn gây<br /> đoán các phương thức gắn kết và trong một số<br /> nhiều tranh cãi hiện nay - sử dụng các estrogen,<br /> trường hợp cả ái lực giữa 2 phân tử. Trong phạm<br /> đặc biệt là khi phối hợp với progesteron, được<br /> vi nghiên cứu này, nghiên cứu docking được thực<br /> dùng để giảm nhẹ các triệu chứng mãn kinh và<br /> hiện trên cấu trúc tinh thể đồng kết tinh của từng<br /> dự phòng loãng xương. Các estrogen tác động<br /> phức hợp phân nhóm ER alpha và ER beta với<br /> thông qua các thụ thể estrogen (estrogen<br /> phân tử genistein với sự trợ giúp của 2 phần<br /> receptor - ER), thuộc họ các thụ thể trong nhân,<br /> mềm (MOE 2008.10 và FlexX/LeadIT 2.0.1). Mục<br /> hoạt động như 1 yếu tố phiên mã trên gen đích<br /> tiêu là nhằm tìm hiểu các đặc tính cấu trúc có<br /> tác động được hoạt hóa bởi các phối tử (ligand).<br /> liên quan đến tính chọn lọc trên ER beta của các<br /> Việc gần đây phát hiện thêm một phân<br /> dẫn chất 6-phenylnaphtalen và 2-phenylquinolin<br /> nhóm ER – ER beta (bên cạnh phân nhóm ER<br /> - 2 khung cấu trúc có nhiều nét tương đồng với<br /> alpha đã được biết từ lâu) đã mở ra hy vọng mới<br /> genistein - một isoflavonoid có tác động phytotrong việc điều trị các rối loạn chức năng liên<br /> estrogen gắn kết đồng thời với cả 2 phân nhóm<br /> quan tới các hormon estrogen này. Sử dụng các<br /> ER với 1 ái lực trung bình nhưng có phần chọn<br /> chất điều hòa chọn lọc trên ER beta có triển vọng<br /> lọc hơn trên ER beta (5).<br /> đem lại các hiệu quả điều trị mong muốn đồng<br /> Các kết quả thu được từ nghiên cứu docking<br /> thời tránh được các tác dụng ngoại ý của liệu<br /> lại cho phép đề xuất các phương thức tương tác<br /> pháp hormon thay thế trong điều trị các triệu<br /> giữa protein và các phối tử, mối liên hệ giữa cấu<br /> chứng thời kỳ hậu mãn kinh như gia tăng nguy<br /> trúc phân tử và ái lực gắn kết cũng như sự chọn<br /> cơ ung thư vú và ung thư nội mạc tử cung(1). Bên<br /> lọc của 2 khung cấu trúc trên với 2 phân nhóm<br /> cạnh các lợi ích trên các quá trình sinh lý đã đề<br /> thụ thể. Điều này có thể cũng hữu ích trong việc<br /> cập ở trên, các nghiên cứu mới đây cũng chỉ ra<br /> dự đoán ái lực và tính chọn lọc của các chất<br /> rằng các chất đồng vận chọn lọc trên ER beta rất<br /> tương đồng isoflavonoid khác và phát triển các<br /> tiềm năng trong các trị liệu kháng viêm (2). Mặt<br /> khung cấu trúc mới có tính chọn lọc cao trên ER<br /> khác, gần đây các nhà nghiên cứu cũng ghi nhận<br /> beta. Đây là tiền đề cho việc phát triển các thuốc<br /> sự chọn lọc trên ER beta của các dẫn chất nhóm<br /> mới trong dự phòng và điều trị các rối loạn chức<br /> flavonoid, đặc biệt là phân nhóm isoflavonoid<br /> năng liên quan đến sự suy giảm estrogen, tránh<br /> như genistein, daidzein (3,4).<br /> được các tác dụng thứ phát nghiêm trọng như<br /> Tuy vậy việc tìm kiếm và phát triển các phối<br /> khi sử dụng liệu pháp hormon thay thế.<br /> <br /> 354<br /> <br /> Chuyên Đề Dược Học<br /> <br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ bản của Số 2 * 2014<br /> <br /> Nghiên cứu Y học<br /> <br /> PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> <br /> KẾT QUẢ VÀ BÀNLUẬN<br /> <br /> Cơ sở dữ liệu thực nghiệm<br /> <br /> Kết quả docking thực hiện bởi MOE<br /> 2008.10<br /> <br /> Tổng cộng 90 chất tương đồng genistein gồm<br /> 68 dẫn chất 6-phenyl naphtalen và 22 dẫn chất 2phenylquinolein cùng với giá trị biểu thị ái lực<br /> gắn kết của chúng trên ER alpha (aIC50) và trên<br /> ER beta (bIC50) được thu thập từ các bài báo(6,7)<br /> <br /> Cấu trúc protein tinh thể đồng kết tinh<br /> Hai phức hợp của ER alpha và ER beta đồng<br /> kết tinh với phân tử genistein được tải về từ<br /> ngân hàng cơ sở dữ liệu protein (8) và được chuẩn<br /> bị cho phù hợp với phần mềm hỗ trợ sử dụng<br /> (Bảng 1).<br /> Bảng 1. Các cấu trúc tinh thể đồng kết tinh ER<br /> Phân<br /> Phối tử đồng Độ phân Gía trị<br /> Mã PDB<br /> giải<br /> R<br /> nhóm<br /> kết tinh<br /> ER<br /> 9<br /> 1X7R<br /> genistein<br /> 2,0 A 0,225<br /> alpha<br /> 10<br /> ER beta 1QKM<br /> genistein<br /> 1,8 Ǻ 0,215<br /> <br /> Giá trị<br /> R-free<br /> 0,269<br /> 0,252<br /> <br /> Phần mềm hỗ trợ<br /> <br /> Kết quả docking cho thấy liên kết hydro hình<br /> thành nên tương tác cần thiết giữa các phối tử và<br /> các acid amin trong khoang gắn kết của hai phân<br /> nhóm ER. Các acid amin quan trọng tham gia<br /> tạo liên kết hydro này được trình bày trong bảng<br /> 2. Các acid amin này có định hướng tương tự<br /> nhau trong khoang gắn kết của ER alpha và ER<br /> beta, duy chỉ khác nhau về trình tự đánh số ở<br /> mỗi thụ thể.<br /> Bảng 2. Các acid amin quan trọng tham gia hình<br /> thành liên kết hydro trong vùng tác động của hai<br /> phân nhóm ER<br /> ER alpha<br /> Glu353<br /> His524<br /> Arg394<br /> Gly521<br /> Leu387<br /> <br /> ER beta<br /> Glu305<br /> His475<br /> Arg346<br /> Gly472<br /> Leu339<br /> <br /> Phần mềm MOE 2008.1011 (Canada – OS :<br /> Window) được dùng để xây dựng cấu trúc phân<br /> tử, tiến hành docking bước đầu và biểu diễn các<br /> tương tác liên phân tử. Trong khi đó phần mềm<br /> Tripos SYBYL-X 1.112 giúp cho việc chuẩn bị các<br /> phối tử và phần mềm FlexX / LeadIT 2.0.1(13)<br /> <br /> JMC-01<br /> <br /> (Germany – OS : Linux) thực hiện quá trình<br /> docking phân tử.<br /> <br /> Mô hình mô tả phân tử docking<br /> Nghiên cứu docking được tiến hành với sự<br /> hỗ trợ của 2 phần mềm: docking ban đầu được<br /> thực hiện với phần mềm MOE 2008.10 và<br /> <br /> BMCL-01<br /> <br /> docking xác định thực hiện bởi phần mềm<br /> FlexX/LeadIT 2.0.1 nhằm làm sáng tỏ các<br /> tương tác quan trọng giữa các phối tử và<br /> khoang gắn kết của 2 phân tử protein thụ thể<br /> ER cũng như xác định một số đặc tính cấu trúc<br /> liên quan đến ái lực và tính chọn lọc trên phân<br /> nhóm ER beta.<br /> <br /> Chuyên Đề Dược Học<br /> <br /> Genistein<br /> Hình 1. Hai phân tử đơn giản nhất của 2 nhóm dẫn<br /> chất tương đồng genistein<br /> <br /> 355<br /> <br /> Nghiên cứu Y học<br /> <br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ bản của Số 2 * 2014<br /> <br /> Phân tích các phương thức gắn kết dự<br /> đoán bởi phép docking của 2 cấu trúc đơn giản<br /> nhất của cơ sở liệu - JMC-01 (dẫn chất 6phenylnaphtalen) và BMCL-01 (dẫn chất 2phenylquinolin) (hình 1) cho thấy 4 định<br /> hướng chính của các phối tử trong khoang gắn<br /> kết, gồm:<br /> <br /> (3) định hướng ngược chiều và tương đối<br /> chồng khít lên định hướng của phân tử genistein<br /> đồng kết tinh.<br /> (4) định hướng ngược chiều định hướng của<br /> phân tử genistein và khung naphtalen xoay 180o<br /> quanh liên kết đơn nối với nhân phenyl.<br /> <br /> (1) định hướng cùng chiều và tương đối<br /> <br /> Hai định hướng đầu tiên của JMC-01 trong<br /> <br /> chồng khít lên định hướng của phân tử genistein<br /> <br /> khoang gắn kết ER beta được biểu diễn ở hình 2.<br /> <br /> đồng kết tinh.<br /> <br /> Các phương thức gắn kết từ kết quả docking của<br /> <br /> (2) định hướng cùng chiều định hướng của<br /> phân tử genistein nhưng khung naphtalen xoay<br /> <br /> JMC-01 phù hợp với các dự đoán đã công bố của<br /> cấu trúc này.(6)<br /> <br /> 180o quanh liên kết đơn nối với nhân phenyl.<br /> <br /> C<br /> C1<br /> C8<br /> <br /> C<br /> <br /> A<br /> <br /> B<br /> <br /> Hình 2. Hai cấu dạng của JMC-01 trong khoang gắn kết của ER beta. (A) Định hướng (1); (B) Định hướng (2).<br /> trúc 2-phenylquinolin tạo ra các tương tác tĩnh<br /> điện và tương tác Van der Walls khác nhau với 2<br /> acid amin khác biệt trong khoang gắn kết của 2<br /> phân nhóm ER.Thu được kết quả tương tự khi<br /> thế các nhóm thế khác nhau ở C4 của khung cấu<br /> trúc 6-phenylnaphtalen ở định hướng (1) trong<br /> khoang gắn kết của 2 phân nhóm ER. Các acid<br /> C5<br /> C4<br /> amin chủ chốt tham gia vào các tương tác này<br /> gồm Met336, Ile373 ở ER beta và Leu384, Met421<br /> ở ER alpha. Các tương tác khác biệt với các acid<br /> amin này tạo ra sự chọn lọc trên từng phân<br /> nhóm ER.(10)<br /> Hình 3. Cấu dạng (2) của BMCL-01 trong khoang<br /> gắn kết cua ER beta<br /> Từ 2 phương thức gắn kết đầu tiên (1) và (2),<br /> tương ứng với định hướng (2), sự hiện diện của<br /> các nhóm thế khác nhau ở C1 và C8 của khung<br /> cấu trúc 6-phenylnaphtalen và C4 của khung cấu<br /> <br /> 356<br /> <br /> Tuy nhiên, phép lọc «Refinement<br /> (Forcefield)» quá trình docking với phần mềm<br /> MOE 2008.10 được tiến hành theo phương thức<br /> ngẫu nhiên.11 Vậy nên các phương thức gắn kết<br /> của các dẫn chất tương đồng genistein với<br /> khoang gắn kết 2 phân nhóm ER sẽ được đi sâu<br /> <br /> Chuyên Đề Dược Học<br /> <br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ bản của Số 2 * 2014<br /> tìm hiểu qua phép docking thực hiện bởi phần<br /> mềm FlexX/LeadIT 2.0.1 với các thuật toán sử<br /> dụng hệ thống hơn.(14)<br /> <br /> khung cấu trúc cơ bản tương đồng genistein<br /> tiềm năng có lợi về mặt ái lực và tính chọn lọc<br /> trên ER beta được đề nghị ở hình 4.<br /> <br /> Kết quả docking thực hiện bởi phần mềm<br /> FlexX/LeadIT 2.0.1<br /> Số cấu trúc được dock thành công vào khoang<br /> gắn kết của 2 phân nhóm ER được trình bày ở<br /> bảng 3. Kết quả này phù hợp với thực tế là thể<br /> tích khoang gắn kết của ER alpha lớn hơn của ER<br /> beta.(2)<br /> <br /> Dẫn chất 6-phenyl naphtalen<br /> Dẫn chất 2-phenyl quinolein<br /> <br /> 3'<br /> <br /> X<br /> <br /> Phân tích mối liên hệ cấu trúc – ái lực với 2<br /> phân nhóm ER được thực hiện trên các phân tử<br /> được dock thành công trên cả 2 phân nhóm ER,<br /> gồm:<br /> - Vai trò của các nhóm chức OH<br /> - Vai trò của các nhóm thế ở C1 / naphtalen<br /> - Vai trò của các nhóm thế ở C8 / naphtalen<br /> -Vai trò của các nhóm thế trên nhân phenyl<br /> - Vai trò của các nhóm thế ở C4 / naphtalen<br /> - Ảnh hưởng của việc thế đồng thời ở C1 và<br /> C4 / naphtalen<br /> (ii) Các dẫn chất 2-phenylquinolin<br /> - Ảnh hưởng của việc thay nguyên tử<br /> Carbon C/ naphtalen bởi Nitơ N/ quinolin<br /> - Vai trò của các nhóm thế ở C4 / quinolin<br /> (tương ứng với C8 / naphtalen)<br /> - Vai trò của các nhóm thế ở C5 / quinolin<br /> (tương ứng với C1 / naphtalen)<br /> - Vai trò của các nhóm thế trên nhân phenyl.<br /> <br /> Cấu trúc đề nghị chọn lọc trên ER beta của<br /> các dẫn chất tương đồng genistein<br /> Từ việc phân tích các giá trị thực nghiệm IC50<br /> và các phương thức gắn kết dự đoán bởi phép<br /> docking ở trên, một vài đặc tính cấu trúc trên<br /> <br /> Chuyên Đề Dược Học<br /> <br /> X<br /> OH<br /> <br /> ER beta<br /> 66/68<br /> 21/22<br /> <br /> (i) Các dẫn chất 6-phenylnaphtalen<br /> <br /> 5'<br /> <br /> HO<br /> <br /> Bảng 3. Thống kê kết quả ‘docking’ thành công của<br /> các dẫn chất tương đồng genistein trên ER alpha và<br /> ER beta<br /> ER alpha<br /> 68/68<br /> 21/22<br /> <br /> Nghiên cứu Y học<br /> <br /> C có lợi hơn N<br /> Các nhóm thế rút điện tử: -CN, -C=O, các<br /> nhóm chức mạch thẳng có số nguyên tử C<br /> ≤ 2 thuận lợi cho ái lực và tính chọn lọc<br /> trên ER beta.<br /> Halogen có tác dụng tốt trên ái lực, ngoài<br /> ra Cl còn có lợi cho tính chọn lọc trên ER<br /> beta<br /> F có lợi cho tính chọn lọc trên ER beta, tuy<br /> nhiên sự thế đồng thời 2 F ở C3’ và C5’ lại<br /> có ảnh hưởng xấu<br /> Sự thế đồng thời ở 2 vị trí này các nhóm<br /> thế có tác dụng tốt tương ứng với từng vị<br /> trí có tác dụng tốt trên tính chọn lọc trên<br /> ER beta<br /> <br /> Hình 4. Các biến đổi có lợi cho ái lực và tính chọn lọc<br /> trên ER beta<br /> <br /> KẾT LUẬN<br /> Trong nghiên cứu này, mô hình mô tả phân<br /> tử được thực hiện bởi 2 phần mềm MOE 2008.10<br /> và FlexX/LeadIT 2.0.1 trên cấu trúc tinh thể đồng<br /> kết tinh của ER alpha và ER beta với 90 chất<br /> tương đồng genistein, gồm 68 dẫn chất 6phenylnaphtalen và 22 dẫn chất 2phenylquinolein. Với phần mềm MOE 2008.10,<br /> quá trình docking được tiến hành thành công với<br /> tất cả các dẫn chất trên cả 2 cấu trúc ER. Với<br /> phần mềm FlexX /LeadIT 2.0.1, trên ER beta có 3<br /> phân tử không dock được vào khoang gắn kết.<br /> Kết quả docking này phù hợp với những thông<br /> tin đã được ghi nhận liên quan đến thể tích<br /> khoang gắn kết của hai phân nhóm ER. Mặt<br /> khác, các phương thức gắn kết của các phân tử<br /> khá tương hợp với giá trị thực nghiệm IC50<br /> tương ứng. Điều này chứng tỏ độ tin cậy của mô<br /> hình, và cũng nhờ đó một số mối liên hệ cấu trúc<br /> - ái lực - tính chọn lọc ER beta đã được đề xuất<br /> trên khung cấu trúc tương đồng genistein. Để tái<br /> <br /> 357<br /> <br />