Nghiên cứu sàng lọc ảo các chất có hoạt tính ức chế 1NDM-1 ở vi khuẩn

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019 Nghiên cứu Y học<br /> <br /> <br /> NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC ẢO CÁC CHẤT<br /> CÓ HOẠT TÍNH ỨC CHẾ NDM-1 Ở VI KHUẨN<br /> Trần Thành Đạo*, Lê Minh Trí*, Đặng Văn Hoài**, Võ Viết Việt*, Thái Khắc Minh*<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Mở đầu: Đề kháng kháng sinh đang là vấn đề nghiêm trọng của ngành y tế trên toàn thế giới. Vi khuẩn<br /> siêu kháng thuốc đang lan rộng một cách nhanh chóng, trong đó có Enterobacteriaceae tiết các enzym metallo-<br /> beta-lactamase (MBL) thủy phân carbapenem – kháng sinh chính trong điều trị nhiễm trùng gram âm. New<br /> Delhi Metallo-beta-lactamase-1 (NDM-1) là enzym quan trọng trong nhóm MBL. Hiện tại chưa có chất ức<br /> chế NDM-1 trên lâm sàng và phần lớn nghiên cứu đang tập trung vào việc tìm kiếm các chất ức chế NDM-1.<br /> Do đó, nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu tìm kiếm các chất có khả năng ức chế enzym NDM-1 bằng các<br /> phương pháp in silico bao gồm mô hình 3D- pharmacophore và mô hình mô tả phân tử docking.<br /> Đối tượng - Phương pháp nghiên cứu: Các cấu trúc protein NDM-1 được tải về từ ngân hàng cơ sở<br /> dữ liệu protein. Các chất ức chế với giá trị IC50 thu được từ 19 bài báo được xây dựng cấu trúc. Mô hình<br /> docking với tập chất ức chế và tập chất thỏa mô hình pharmacophore được tiến hành trong LeadIT. Mô hình<br /> 3D pharmacophore được xây dựng tự động bằng phần mềm MOE. Các mô hình được ứng dụng để sàng<br /> trên tập Drugbank để tìm các chất có khả năng ức chế NDM-1.<br /> Kết quả: Nghiên cứu đã xây dựng được mô hình mô tả phân tử docking trên tập chất ức chế ban đầu.<br /> Kết quả cho thấy tầm quan trọng của liên kết phối trí với hai ion kẽm và liên kết hydro với acid amin<br /> Cys208 và Lys211. Hai mô hình 3D pharmacophore 4 điểm được xây dựng gồm các điểm chung là 2 điểm<br /> anion và 1 điểm kỵ nước, ngoài ra mỗi mô hình chứa điểm anion và điểm liên kết hydro. Kết quả sàng lọc ảo<br /> từ tập Drugbank qua mô hình 3D pharmacophore và docking thu được 17 chất có khả năng ức chế NDM-1.<br /> Kết luận: Nghiên cứu đã xây dựng các mô hình dự đoán được hoạt tính ức chế enzym NDM-1 in silico<br /> và sàng lọc được các chất ức chế NDM-1 tiềm năng để từ đó có thể được tiến hành thử nghiệm đánh giá<br /> hoạt tính in vitro và xa hơn phát triển thành các chất ức chế có thể sử dụng trong lâm sàng trong tương lai.<br /> Từ khóa: carbapenem, docking, đề kháng kháng sinh, Enterobacteriaceae, MBL, NDM-1<br /> ABSTRACT<br /> VIRTUAL SCREENING FOR BACTERIAL NDM-1 INHIBITORS<br /> Tran Thanh Dao, Le Minh Tri, Dang Van Hoai, Vo Viet Viet, Thai Khac Minh<br /> <br /> * Ho Chi Minh City Journal of Medicine * Supplement of Vol. 23 - No 2- 2019: 707-715<br /> <br /> Introduction: Antibiotic resistance presents an increasing threat to current healthcare systems across<br /> the world. Multidrug-resistant Gram-negative is spreading globally, including Enterobacteriaceae<br /> producing metallo-beta-lactamases which hydrolysis carbapenem – a group of antibiotics using for Gram-<br /> negative infections. New Delhi Metallo-beta-lactamase-1 (NDM-1) is an important enzyme in clinical<br /> areas. There is no inhibitor using in clinical and almost of studies focus on the finding the novel inhibitors of<br /> NDM-1 until now. Therefore, the aim of this study is to find novel with NDM-1 inhibitory activity via in<br /> silico methods including docking model and 3D pharmacophore model.<br /> *<br /> Khoa Dược, Đại Học Y Dược Thành phố Hồ Chí Minh<br /> **<br /> Khoa KHCB, Đại học Y Dược Thành phố Hồ Chí Minh<br /> Tác giả liên lạc: PGS. TS. Thái Khắc Minh ĐT: 0909680385 Email: thaikhacminh@uphcm.edu.vn<br /> <br /> <br /> Chuyên Đề Dược 707<br /> Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019<br /> <br /> Materials and methods: Structures of NDM-1 were downloaded from protein data bank. Chemical<br /> structures with IC50 values were collected from the literatures. Molecular modelling docking was performed<br /> on NDM-1 inhibitors on LeadIT. 3D pharmacophore was created automatically by Pharmacophore<br /> Elucidator tool in MOE. These models were applied for screening on Drugbank database to figure out new<br /> NDM-1 inhibitors.<br /> Results: Docking modelling showed the importance of metal ligation bonds with zinc ions and<br /> hydrogen bonds with Cys208 and Lys211 which are the crucial amino acids. Two 3D pharmacophore<br /> included 4 features, having the same two features, hydrophobic feature and anion feature were obtained. This<br /> study resulted in 17 potential inhibitors of NDM-1 via virtual screening.<br /> Conclusion: In this study, the in silico virtual screening for NDM-1 inhibitors was developed by<br /> combination of 3D pharmacophore and docking models. The potential novel NDM-1 inhibitors were<br /> identified and could be developed as inhibitors using in clinical in the future.<br /> Keywords: antibiotic resistance, carbapenem, docking, Enterobacteriaceae, MBL, NDM-1<br /> ĐẶTVẤN ĐỀ lâm sàng về việc đề kháng với carbapenem.<br /> Do vậy, rất cần thiết để nghiên cứu tìm ra<br /> Theo báo cáo về tình hình đề kháng một kháng sinh mới không nhạy cảm với sự<br /> kháng sinh trên thế giới năm 2014, ước tính thủy phân của NDM-1 hoặc một chất ức chế<br /> có 700.000 người chết mỗi năm liên quan mới đồng vận với carbapenem trong sự diệt<br /> đến đề kháng kháng sinh(4). Con số này ước<br /> khuẩn. Nghiên cứu xây dựng mô hình dự<br /> tính sẽ tăng lên gấn khoảng 14 lần vào năm đoán hoạt tính ức chế New Delhi-Metallo-<br /> 2050 là 10.000.000 người do đề kháng kháng beta- lactamase-1 NDM-1 được thực hiện cải<br /> sinh.(4) Nhiều vi khuẩn siêu đề kháng đang tiến so vói mô hình đã công bố(2) bao gồm<br /> lan tỏa rộng khắp thế giới, một trong số đó những nội dung: (i) Xây dựng mô hình mô<br /> là họ Enterobacteriaceae gồm các loài như tả phân tử docking trên các chất ức chế<br /> Escherichia coli và K. pneumoniae mang gen NDM-1; (ii) Xây dựng mô hình 3D<br /> đề kháng với các kháng sinh nhóm beta- pharmacophore trên các chất ức chế NDM-1;<br /> lactam, đặc biệt là carbapenem – kháng sinh (iii) Ứng dụng mô hình sàng lọc ảo trên cơ<br /> điều trị chính trong các bệnh nhiễm trùng sở dữ liệu từ Drugbank(7)<br /> gram âm ở bệnh viện như nhiễm trùng<br /> đường tiết niệu, nhiễm khuẩn huyết… Cơ ĐỐITƯỢNG-PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU<br /> chế chính dẫn đến sự đề kháng này là việc Cơ sở dữ liệu<br /> tiết các enzym metallo-beta-lactamase thủy<br /> phân kháng sinh beta-lactam. Các enzym Cấu trúc protein của NDM-1<br /> này khác biệt so với các enzym beta- Các cấu trúc protein của NDM-1 được tải về<br /> lactamase còn lại ở sự có mặt của ion kẽm ở từ Protein Data Bank (PDB - www.rcsb.org) với<br /> vị trí hoạt động. Điều này dẫn đến sự bất các điều kiện sau: (i) Độ phân giải không quá 3 Å<br /> hoạt hết các chất ức chế beta-lactamase đang (tốt nhất không quá 2 Å); (ii) Chứa 2 ion Zn2+ là<br /> có mặt trong lâm sàng như acid clavulanic, đặc trưng quan trọng trong cấu trúc của enzym<br /> avibactam, tazobactam(1,3,6)… Hiện tại, chưa NDM-1. Do cấu trúc protein NDM-1 có trong hai<br /> có một thuốc nào lưu hành có thể ức chế loài vi khuẩn K. pneumoniae và E. coli, nghiên cứu<br /> được các metallo-beta-lactamase, trong đó tiến hành so sánh hai cấu trúc protein về các acid<br /> có New Delhi-Metallo-beta-lactamase-1 amin quan trọng và cấu dạng không gian để<br /> (NDM-1) là một enzym được phát hiện gần xem có sự khác nhau về cấu trúc enzym ở hai<br /> nhất trong nhóm và có mặt trong nhiều ca loài vi khuẩn hay không.<br /> <br /> <br /> 708 Chuyên Đề Dược<br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019 Nghiên cứu Y học<br /> <br /> Các chất ức chế NDM-1 lượng tối thiểu toàn phần. Nghiên cứu đánh giá<br /> Tổng cộng có 167 chất ức chế được tổng kết quả docking bằng công cụ Ligand<br /> hợp từ 19 bài báo quốc tế. Để chuẩn bị cho quá Interactions trong MOE dựa trên hai tiêu chí: ái<br /> trình xây dựng pharmacophore, các chất ức lực gắn kết thể hiện qua điểm số docking và<br /> chế được tiến hành tạo cấu dạng thông qua phương thức gắn kết. Việc đánh giá dựa vào bản<br /> Conformation Import trong MOE 2015.10 chất liên kết, tính chất khoang gắn kết của<br /> (www.chemcomp.com) với các thông số: (i) Số protein, ion kẽm và các acid amin quan trọng.<br /> cấu dạng xuất ra cho mỗi chất: 10.000; (ii) Số Mô hình 3D pharmacophore<br /> bước tìm kiếm lặp lại: 1.000; (iii) Số bước tối Các chất có hoạt tính ức chế thu được từ<br /> thiểu hóa năng lượng: 1.000; (iv) Năng lượng các bài báo phần lớn có giá trị IC50 thấp hơn 10<br /> giảm thiểu test gradient: 0,0001. Để chuẩn bị μM và để chắc chắn rằng các chất có hoạt tính<br /> cho quá trình docking, tập dữ liệu cấu trúc thực sự nằm trong tập hoạt tính, nghiên cứu<br /> được lưu dưới dạng *.sdf. Sau đó, được đưa về cũng tiến hành với ngưỡng 100 μM cho kết<br /> cấu dạng có năng lượng tối thiểu toàn phần<br /> quả đánh giá kém hơn ngưỡng 10 μM. Do đó,<br /> trong Sybyl X 2.0 (www.certara.com). Quá<br /> nghiên cứu sử dụng ngưỡng 10 μM để chia cơ<br /> trình tối thiểu hóa với các thông số như sau: (i)<br /> sở dữ liệu thành tập hoạt tính và tập không<br /> Phương pháp: Conj Grad (Gradient liên hợp);<br /> hoạt tính. Trong đó, tập xây dựng gồm 5 chất<br /> (ii) Điểm dừng: 0,0001 kcal/mol; (iii) Số bước<br /> thuộc 5 khung cấu trúc hóa học khác nhau,<br /> lặp lại tối đa: 10.000 bước; (iv) Điện tích từng<br /> được trình bày ở Bảng 1. Tập kiểm tra gồm tập<br /> phần: Gasteiger-Huckel. Động lực học phân tử<br /> hoạt tính gồm 67 chất tương ứng với IC50 dưới<br /> với số lần lặp lại là 5 lần. Sau đó, đưa về cấu<br /> 10 μM, tập không hoạt tính gồm 95 chất tương<br /> dạng có năng lượng thấp nhất qua bước tối<br /> ứng IC50 từ 10 μM đến không có hoạt tính.<br /> thiểu hóa năng lượng một lần nữa.<br /> Bảng 1: Các chất thuộc tập xây dựng mô hình<br /> Mô hình docking<br /> pharmacophore<br /> Quá trình docking được tiến hành trong IC50<br /> Chất Cấu trúc hóa học<br /> FlexX của LeadIT 2.1.8 (www.certara.com) gồm (M)<br /> các bước: (i) Chuẩn bị protein và xác định<br /> 0,11<br /> khoang gắn kết thông qua chất ức chế đồng kết BMCL-2018-28-214-NOTA<br /> tinh cũng như các acid amin quan trọng; (ii) Tiến<br /> hành docking với các chất đã chuẩn bị với các<br /> thông số: Số kết quả tối đa cho mỗi bước lặp lại JAC-2018-73-425-EDDS<br /> 0,18<br /> là 1.000, số kết quả tối đa cho mỗi lần phân mảnh<br /> là 200, số cấu dạng tốt nhất được xuất ra là 10.<br /> Để đánh giá khoang gắn kết có thể sử dụng để JMC-2017-60-17-7267-36<br /> 0,08<br /> tiến hành docking, tiến hành so sánh độ lệch<br /> giữa vị trí phối tử được dock và vị trí ban đầu<br /> phối tử đồng kết tinh, nếu giá trị RMSD không<br /> JMC-2018-61-1255-5<br /> quá 2 Å thì khoang gắn kết đó khả dụng cho 0,31<br /> docking. Nghiên cứu tiến hành redocking theo<br /> hai cách: (i) Cách 1: Redock trực tiếp chất đồng<br /> N-2014-510-503-RRSAMA<br /> kết tinh trong cấu trúc protein; (ii) Cách 2: Chạy 4,00<br /> động học phân tử và tối thiểu năng lượng để<br /> đưa chất đồng kết tinh về cấu dạng có năng<br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên Đề Dược 709<br /> Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019<br /> <br /> Mô hình pharmacophore được xây dựng docking để sàng lọc trên tập druglike gồm<br /> bằng công cụ tự động Pharmacophore 7.616 chất được tải về từ ngân hàng<br /> Elucidator trong MOE 2015.10 bằng cách sử<br /> Drugbank(7).<br /> dụng các cấu dạng vừa tìm được để tạo ra các<br /> truy vấn có sự chồng phủ tốt với hầu hết các KẾTQUẢ<br /> phân tử trong tập xây dựng. Các thông số: độ So sánh các enzym NDM-1 ở hai loài vi khuẩn<br /> chồng phủ hoạt tính, giới hạn số yếu tố, khoảng<br /> Kết quả so sánh về trình tự các acid amin<br /> cách truy vấn được đặt ở giá trị mặc định.<br /> quan trọng của hai loài vi khuẩn K. pneumoniae<br /> Riêng với thông số phân cụm truy vấn, nghiên<br /> cứu sử dụng giá trị là 2; tương ứng với giá trị và E. coli được trình bày ở Bảng 2 cho thấy các<br /> RMSD (Å) lớn hơn mặc định là 1,25 để gom các acid amin này giống nhau. Về mặt cấu trúc<br /> truy vấn tương tự lại với nhau, để giảm số không gian, sau khi gióng hàng hai vị trí hoạt<br /> truy vấn pharmacophore xuất ra. Đánh giá các động ở hai protein không có sự khác biệt đáng<br /> mô hình pharmacophore thu được bằng các kể về vị trí trong không gian. Do vậy, cấu trúc<br /> chỉ số về độ nhạy, độ đặc hiệu và khả năng dự<br /> protein NDM-1 không thay đổi giữa các loài vi<br /> đoán(5). Độ nhạy là tỉ số giữa chất có hoạt tính<br /> thỏa mô hình 3D pharmacophore và tổng các khuẩn với nhau, có thể trở thành mục tiêu<br /> chất có hoạt tính, biểu thị bằng công thức: chung cho việc tiến hành nghiên cứu.<br /> Bảng 2. So sánh trình tự acid amin quan trọng ở<br /> hai loài vi khuẩn<br /> Độ đặc hiệu là tỉ số giữa chất không có hoạt K. pneumoniae E. coli K. pneumoniae E. coli<br /> 5YPL, 5YPL,<br /> tính không thỏa mô hình với tổng các chất 3Q6X, 4EXS và<br /> 5YPM và<br /> 3Q6X, 4EXS và<br /> 5YPM và<br /> 4EYF 4EYF<br /> không có hoạt tính, biểu thị bằng công thức: 3S0Z 3S0Z<br /> Ile35 Ile35 Asp124 Asp124<br /> Leu65 Leu65 Lys125 Lys125<br /> Met67 Met67 His189 His189<br /> Khả năng dự đoán là khả năng mô hình Phe70 Phe70 Cys208 Cys208<br /> dự đoán đúng chất có hoạt tính và không hoạt Val73 Val73 Lys211 Lys211<br /> Trp93 Trp93 Asn220 Asn220<br /> tính, biểu thị bằng công thức:<br /> His120 His120 Tyr229 Tyr229<br /> Gln123 Gln123 His250 His250<br /> Mô hình docking của tập các chất ức chế<br /> Với TP: có hoạt tính, thỏa mô hình 3D<br /> Kết quả redocking<br /> pharmacophore; FP: không hoạt tính, thỏa mô<br /> hình 3D pharmacophore; FN: có hoạt tính, Ba protein chứa chất đồng kết tinh là các chất<br /> không thỏa mô hình 3D pharmacophore; TN: ức chế enzym NDM-1: 4EXS chứa L-captopril,<br /> không hoạt tính, không thỏa mô hình 3D 4U4L chứa bisthiazolidin và 5A5Z chứa<br /> pharmacophore; N là tổng chất sử dụng trong<br /> tiopronin được tiến hành redocking. Kết quả<br /> mô hình. Các kết quả thu được tối thiểu phải<br /> lớn hơn 0,5(5). redocking được trình bày ở Bảng 3. Cả hai<br /> <br /> Sàng lọc ảo các chất ức chế NDM-1 trường hợp đều có giá trị RMSD đạt yêu cầu<br /> không vượt quá 2, nghiên cứu tiến hành sử<br /> Nghiên cứu tiến hành sàng lọc ảo các chất<br /> ức chế NDM-1 tiềm năng bằng cách sử dụng dụng protein 4EXS có giá trị RMSD thấp nhất<br /> <br /> mô hình 3D pharmacophore và mô hình là 1,490 để tiến hành nghiên cứu docking.<br /> <br /> <br /> <br /> 710 Chuyên Đề Dược<br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019 Nghiên cứu Y học<br /> <br /> Bảng 3: Kết quả redocking của các protein NDM-1 với cơ chất và sự duy trì cấu dạng của khoang<br /> Giá trị độ phân giải (Å) và RMSD (Å) của các acid amin này. Một tương tác với tần<br /> Cách<br /> 4EXS (2,4 Å) 4U4L (1,9 Å) 5A5Z (2,6 Å) suất xảy ra thấp hơn là liên kết ion của amin với<br /> 1 1,490 1,743 1,577 Asp124 là một acid amin gắn kết với cơ chất và<br /> 2 1,498 1,732 1,577<br /> phối trí với kẽm giúp duy trì cấu dạng của<br /> Kết quả docking các chất ức chế ban đầu khoang gắn kết. Có thể thấy ở 4 chất, nhóm<br /> Tổng cộng có 166 trong 167 chất ức chế từ carboxyl ngoài việc phối trí với ion kẽm đồng<br /> các bài báo được dock thành công vào khoang thời còn cho liên kết hydro với Cys208, điều này<br /> gắn kết với điểm số docking âm. Chất không giải thích tại sao tần suất tương tác của kẽm và<br /> dock được vào khoang có thể do có cấu trúc Cys208 đều như nhau. Ngoài ra, các nhóm<br /> cồng kềnh và cấu dạng protein là cứng nên khó carboxyl khác trong cấu trúc 4 chất đồng thời<br /> vào khoang gắn kết. Điểm số docking và các liên kết ion và nhận liên kết hydro từ amin<br /> phương thức gắn kết và tần suất gắn kết của các nhánh bên của Lys211. Tóm lại, có thể thấy rằng<br /> chất với ion kẽm và các acid amin quan trọng nhóm carboxyl đóng vai trò cực kỳ quan trọng<br /> của khoang gắn kết được phân tích. Có thể thấy trong sự gắn kết của 4 chất ức chế. Ngoài ra, sự<br /> hầu hết các chất đều liên kết với hai ion kẽm có mặt của các nhóm amin giúp tăng khả năng<br /> cũng như Cys208. Ngoài ra, các liên kết với gắn kết với khoang thông qua các liên kết ion và<br /> Lys211, Asn220 và His250 cũng chiếm phần lớn liên kết hydro. So sánh tần suất tương tác của 4<br /> trong tổng số các tương tác gắn kết xảy ra. Điều chất có hoạt tính ức chế với tần suất tương tác<br /> này cho thấy tầm quan trọng của liên kết phối trí của tổng cộng 166 chất cho thấy, tất cả chất ức<br /> (hay ion) với kẽm, liên kết hydro với Cys208 và chế đều ưu tiên gắn kết với Cys208 qua sự cho<br /> Lys211 và tương tác kỵ nước đóng vai trò quan liên kết hydro, với 2 ion kẽm qua liên kết phối<br /> trọng trong sự gắn kết với các chất ức chế. Trong trí, với Lys211 qua liên kết ion và sự nhận liên<br /> số 14 chất có điểm số docking âm nhất (chiếm tỷ kết hydro. Ngoài 4 chất trên, các chất ức chế<br /> lệ 8%) trong khoảng từ -35 đến -30 kJ/mol có 4 khác tương tác rất nhiều với Asn220 và His250.<br /> chất thể hiện hoạt tính sinh học trên thực Cụ thể là liên kết hydro với Asn220 và tương tác<br /> nghiệm. Các chất này được trình bày ở Bảng 4. kỵ nước với His250 (Hình 1 C, D). Đây là 2 acid<br /> Nghiên cứu tiến hành phân tích cách thức gắn amin mà vai trò quan trọng trong việc nhận<br /> kết trong khoang gắn kết của 4 chất này. Kết quả dạng và thủy phân cơ chất và phối trí với kẽm<br /> mô hình docking thể hiện qua Hình 1 cho thấy 4 qua các nghiên cứu trước(1,6).<br /> chất này đều có điểm chung là mạch carbon trải Mô hình 3D pharmacophore<br /> dài (khoảng 10 C) trong khoang gắn kết giúp<br /> Tiến hành xây dựng mô hình<br /> phân tử có khả năng gắn kết được với nhiều acid<br /> pharmacophore tự động bằng Pharmacophore<br /> amin, điều này phù hợp với khoang gắn kết của<br /> Elucidator trong MOE, kết quả thu được 27 mô<br /> NDM-1 là một khoang rộng thủy phân hầu như<br /> hình pharmacophore. Nghiên cứu tiến hành<br /> toàn bộ các kháng sinh ß-lactam. Bên cạnh đó,<br /> đánh giá các mô hình thu được 18 mô hình thỏa<br /> cấu trúc các chất ức chế này đều có nhiều nhóm<br /> điều kiện đánh giá và kết quả đánh giá được<br /> carboxyl liên kết ion với 2 ion kẽm và Lys211;<br /> trình bày ở Bảng 5. Trong số 18 mô hình thỏa<br /> đây là liên kết đóng vai trò then chốt trong sự<br /> điều kiện đánh giá, 2 mô hình số 9 và 13 có điểm<br /> định hướng đúng cấu dạng cơ chất cho sự thủy<br /> số đánh giá tốt nhất được Nghiên cứu lựa chọn<br /> phân xảy ra. Ngoài ra, liên kết hydro với Lys211,<br /> để tiến hành các bước tiếp theo (Hình 2). Hai mô<br /> Cys208, His189, Gln123, His122 và Gly219 chiếm<br /> hình pharmacophore này tương đối giống nhau:<br /> tỷ lệ cao trong các phương thức gắn kết cho thấy<br /> mô hình 4 điểm có khoảng cách tương tự trong<br /> sự phù hợp với thông tin đã biết về sự gắn kết<br /> không gian, trong đó có một điểm kỵ nước, hai<br /> <br /> <br /> Chuyên Đề Dược 711<br /> Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019<br /> <br /> điểm anion. Bên cạnh đó, mô hình đầu có một Ngoài ra mô hình docking còn cho thấy các<br /> điểm nhận liên kết hydro về mặt bản chất khá chất có hoạt tính ức chế mạnh và điểm số<br /> giống với điểm anion của mô hình còn lại. Khi docking thấp đều là những chất có cấu trúc có<br /> so với kết quả docking của các chất ức chế ban mạch carbon dài chứa nhiều nhóm carboxyl<br /> đầu, liên kết ion của hai ion kẽm cũng như tạo được đồng thời liên kết ion và liên kết<br /> liên kết hydro với Cys208, liên kết hydro với hydro. Các kết quả trên đã giải thích cho các<br /> Lys211 được xác định là liên kết chủ đạo. điểm của hai mô hình pharmacophore trên.<br /> Bảng 4: Các chất có điểm số docking tốt và hoạt tính thực nghiệm mạnh<br /> Điểm số docking<br /> Tên Cấu trúc Hoạt tính thực nghiệm (M)<br /> (kJ/mol)<br /> <br /> 0,18<br /> JAC-2018-73-425-<br /> Đồng vận imipenem -32,487<br /> EDDS<br /> Hoạt tính in vivo<br /> <br /> <br /> BMC-2017-25-19- 9,3<br /> -34,014<br /> 5133-RSSAMA Đồng vận meropenem<br /> <br /> <br /> <br /> BMC-2017-25-19- 7<br /> -31,818<br /> 5133-SSSAMA Đồng vận meropenem<br /> <br /> <br /> 4<br /> N-2014-510-503-<br /> Đồng vận meropenem -31,306<br /> RRSAMA<br /> Hoạt tính in vivo<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> (A)<br /> (B)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> (D)<br /> (C)<br /> <br /> Hình 1: Phương thức gắn kết của JAC-2018-73-425-EDDS (A) và BMC-2017-25-19-5133-RSSAMA (B),<br /> BMC-2017-25-19-5133-SSSAMA (C) và N-2014-510-503-RRSAMA (D).<br /> <br /> <br /> 712 Chuyên Đề Dược<br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019 Nghiên cứu Y học<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2: Hai mô hình pharmacophore được lựa chọn, Hyd: điểm kỵ nước; Acc: điểm nhận<br /> liên kết hydro; Ani: điểm anion<br /> Bảng 5: Kết quả đánh giá các mô hình pharmacophore<br /> Tập không hoạt tính<br /> STT Ph4 Tập hoạt tính (67) Đánh giá<br /> (95)<br /> TP FP FN TN Se Sp Acc<br /> 1 HH-- 47 20 39 56 0,547 0,737 0,617<br /> 2 HHa- 44 23 41 54 0,518 0,701 0,587<br /> 3 HHa- 32 35 26 69 0,552 0,663 0,605<br /> 4 Haa - 30 37 25 70 0,545 0,654 0,599<br /> 5 Ha-- 28 39 10 85 0,737 0,685 0,677<br /> 6 Haa-- 31 36 17 78 0,646 0,684 0,652<br /> 7 HHa-- 27 40 16 79 0,628 0,664 0,635<br /> 8 Haa- 33 34 22 73 0,600 0,682 0,635<br /> 9 Ha-- 37 30 12 83 0,756 0,735 0,719<br /> 10 Haa-- 31 36 13 82 0,705 0,695 0,677<br /> 11 Haa-- 5 62 5 90 0,500 0,592 0,569<br /> 12 aa-- 36 31 18 77 0,667 0,713 0,677<br /> 13 H--- 37 30 12 83 0,755 0,735 0,719<br /> 14 HHa-- 31 36 23 72 0,574 0,667 0,617<br /> 15 ---- 35 32 14 81 0,714 0,717 0,695<br /> 16 aa-- 36 31 13 82 0,735 0,726 0,707<br /> 17 aaaa 37 30 17 78 0,685 0,722 0,689<br /> 18 H---- 27 40 7 88 0,794 0,688 0,689<br /> H là điểm kỵ nước, a là điểm nhận liên kết hydro, d là điểm cho liên kết hydro, - là điểm anion<br /> Mô hình docking trên các chất thỏa top 5% các chất có điểm số docking thấp nhất<br /> pharmacophore ứng với khoảng [-40; -30) tương ứng với 23<br /> Sàng lọc các druglike từ tập Drugbank qua chất. Về phương thức gắn kết, các chất này<br /> lần lượt hai mô hình pharmacophore đã chọn, phải thỏa điều kiện liên kết phối trí với hai ion<br /> có 457 và 451 chất thỏa lần lượt hai mô hình. kẽm và liên kết hydro với Lys211 là điều kiện<br /> Sau khi gộp chung hai tập trên, kết quả cho đủ để thỏa mô hình docking của các chất ức<br /> tập chung gồm 462 chất. Tiến hành docking chế từ các bài báo. Phương thức gắn kết của<br /> các chất này, 446 chất được dock thành công một số chất được trình bày ở Hình 3. Kết quả<br /> vào khoang gắn kết của NDM-1. Do 4 chất có cuối cùng thu được 17 chất. Chất có điểm số<br /> hoạt tính ức chế thực nghiệm nằm trong docking thấp nhất là DB07588 với điểm số -<br /> khoảng [-35; 30), Nghiên cứu tiến hành chọn 39,31 kJ/mol. Trong cấu trúc phân tử, các nhóm<br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên Đề Dược 713<br />  Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019<br /> <br /> carboxyl thể hiện vai trò chính trong việc liên hoạt tính thực nghiệm ở kết quả docking ban<br /> kết với ion kẽm và Lys211. Ngoài ra, còn có các đầu (Hình 3).<br /> liên kết phụ khác của nhân pyrrol với His250 Kết quả sàng lọc ảo<br /> và nhân indol với Met67. Đây đều là các acid<br /> Các mô hình docking trên chất ức chế<br /> amin quan trọng. Tương tác kỵ nước cũng có<br /> NDM-1 và hai mô hình pharmacophore số 9<br /> mặt với sự tham gia của nhân thơm và các<br /> và 13 được ứng dụng để sàng lọc các chất<br /> acid amin His250, Asn220 và Met67. Một chất<br /> trong tập Drugbank. Từ cơ sở dữ liệu<br /> dùng trong điều trị đau thắt ngực cũng thỏa<br /> Drugbank 9101 chất sàng qua luật 5 Lipinski<br /> yêu cầu mô hình docking, đó là acid<br /> chọn được 7616 chất. Sàng lọc qua 2 mô hình<br /> diaminohydroxy-propan-tetraacetic –<br /> pharmacophore thu được 462 chất; kết hợp với<br /> DB12362 với điểm số docking là -30,91 kJ/mol.<br /> mô hình mô tả phân tử docking thu được 17<br /> Chất này có cấu trúc khá giống với 4 chất có<br /> chất ức chế enzym NDM-1 tiềm năng.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> (A) (B)<br /> <br /> Hình 3: Phương thức gắn kết của DB07588 (A) và DB12362 (B) trong khoang gắn kết<br /> BÀNLUẬN Kết quả sàng lọc trên cơ sở dữ liệu<br /> Drugbank thu được 17 chất có tiềm năng ức<br /> Mô hình mô tả phân tử docking cho thấy<br /> chế NDM-1. Nhằm đánh giá hoạt tính sinh<br /> tầm quan trọng của nhóm carboxyl tạo liên kết<br /> học thực nghiệm của các chất này, Nghiên cứu<br /> phối trí với hai ion kẽm cũng như liên kết<br /> đề nghị có thể tiến hành thử hoạt tính các chất<br /> hydro với Cys208 và Lys211 thông qua các<br /> trên in vitro. Ngoài ra, để sàng lọc ra được các<br /> chất có điểm số docking thấp và có hoạt tính<br /> chất có cấu trúc mới hơn, nghiên cứu đề nghị<br /> mạnh trong thực nghiệm. Với một khoang gắn<br /> sàng lọc trên thư viện các hợp chất phân lập từ<br /> kết với nhiều acid amin phân cực thì liên kết<br /> bài thuốc cổ truyền Trung Hoa (Traditional<br /> ion và liên hydro có tầm quan trọng rất lớn<br /> Chinese Medicine -TCM) và tập ZINC<br /> trong cách thức gắn kết của các chất ức chế.<br /> (zincpharmer.csb.pitt.edu).<br /> Ngoài ra, tương tác kỵ nước cũng xảy ra với<br /> mức độ thấp hơn với His250, His122, Met67. KẾTLUẬN<br /> Mô hình 3D pharmacophore đã được xây Nghiên cứu mô hình cải tiến dự đoán hoạt<br /> dựng bao gồm hai mô hình số 9 và 13 đều gồm tính ức chế New Delhi Metallo-beta-<br /> 4 điểm, trong đó 2 điểm anion, 1 điểm kỵ lactamase-1 NDM-1 đã thực hiện được mô<br /> nước, 1 điểm anion hoặc 1 điểm nhận liên kết hình mô tả phân tử docking, mô hình 3D<br /> hydro. Kết quả này hoàn toàn toàn thống nhất pharmacophore có khả năng dự đoán hoạt tính<br /> với mô hình docking. ức chế NDM-1. Mô hình 3D pharmacophore<br /> <br /> <br /> 714 Chuyên Đề Dược<br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019 Nghiên cứu Y học<br /> <br /> và mô hình docking được ứng dụng để sàng 4. O'neill J (2018). Tackling Drug-Resistant Infections<br /> Globally: final report and recommendations" https://amr-<br /> lọc tìm kiếm các cấu trúc mới có khả năng ức review.org/Publications.html. [Truy cập: 01/06/2018].<br /> chế NDM-1 trên ngân hàng cấu trúc 5. Seidel T, Ibis G, Bendix F, Wolber G (2010). Strategies for<br /> 3D pharmacophore-based virtual screening, Drug Discovery<br /> Drugbank.<br /> Today: Technologies. 7 (4), e221-e228.<br /> Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển 6. Sun Z, Hu L, Sankaran B, Prasad BVV, Palzkill T (2018).<br /> khoa học và công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài Differential active site requirements for NDM-1 β-<br /> mã số 108.05-2017.12 (cho Lê Minh Trí). lactamase hydrolysis of carbapenem versus penicillin and<br /> cephalosporin antibiotics. Nat Commun, 9(1):4524.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO 7. Wishart DS, Feunang YD, Guo AC, Lo EJ, Marcu A, Grant<br /> 1. Everett M, Sprynski N, Coelho A, Castandet J, Bayet M, JR, Sajed T, Johnson D, Li C, Sayeeda Z, Assempour N,<br /> Bougnon J, Lozano C, Davies DT, Leiris S, Zalacain M. Iynkkaran I, Liu Y, Maciejewski A, Gale N, Wilson A, Chin<br /> (2018). Discovery of a Novel Metallo-ß-Lactamase L, Cummings R, Le D, Pon A, Knox C, Wilson M.<br /> Inhibitor, which can Potentiate Meropenem Activity DrugBank, 11/08/2018. [Online]. Available:<br /> against Carbapenem-Resistant Enterobacteriaceae. www.drugbank.ca [Truy cập: 11/08/2018]<br /> Antimicrob Agents Chemother, 62(5): e00074-18.<br /> 2. Hà Thị Kiều Oanh, Võ Viết Việt, Đinh Văn Toàn, Nguyễn<br /> Tuấn Huy, Lê Quốc Hưng, Mai Thành Tấn, Thái Khắc<br /> Ngày nhận bài báo: 18/10/2018<br /> Minh (2018). Xây dựng mô hình dự đoán hoạt tính ức chế Ngày phản biện nhận xét bài báo: 01/11/2018<br /> New Delhi metallo-β-lactamase NDM-1. Chuyên đề Dược,<br /> Ngày bài báo được đăng: 15/03/2019<br /> Y học Thành Phố Hồ Chí Minh, phụ bản 22 (1), 403-407.<br /> 3. Khan S, Ali A, Khan AU (2018). Structural and functional<br /> insight of New Delhi Metallo β-lactamase-1 variants.<br /> Future Med Chem, 10:221-229.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên Đề Dược 715<br />