Nghiên cứu sàng lọc in silico các phân tử nhỏ có tiềm năng ức chế interleukin-2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nghiên cứu sàng lọc in silico các phân tử nhỏ có tiềm năng ức chế interleukin-2 trình bày tổng quát là dự đoán khả năng gắn kết của các phân tử nhỏ với IL-2 bằng phương pháp docking bằng phần mềm LeadIT sẽ giúp chọn ra các hợp chất tiềm năng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu sàng lọc in silico các phân tử nhỏ có tiềm năng ức chế interleukin-2

Nghiên cứu sàng lọc in silico các phân tử nhỏ có tiềm năng ức chế interleukin-2 Lê Thanh Duy1, Lê Minh Trí1, 2, Nguyễn Quốc Thái1 Huỳnh Nguyễn Hoài Phương1, Thái Khắc Minh1* 1 Khoa Dược, Đại học Y Dược TP. Hồ Chí Minh 2 Khoa Y, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh Summary Interleukin-2 (IL-2) plays multiple roles in shaping the immune response. Their ability to inhibit IL-2 has not been fully studied. In this studty, IL-2 inhibitory activity of small-molecule was explored by molecular modeling and virtual screening approach. A toatl of 21,800,167 substances from the ZINC, Maybridge and Drugbank libraries were screened through the 3D pharmacophore A030 and A038, the results obtained 10,112 substances that satisfy both models, continue to calculate the ADMET risk values with risk thresholds: absorption ≤ 3.5, metabolism ≤ 2.5, toxicity ≤ 2, total ≤ 7.5. A total of 678 substances were passed the ADMET screening. Five substances that satisfy the docking model with high docking scores showing good binding to the IL-2 receptor are namely DB07813, ZINC24881462, ZINC79907123, ZINC40287043, ZINC58171180 with docking scores < -30 kJ. mol1. Small molecules capable of inhibiting IL-2 will be further evaluated through molecular dynamic simulations. Keywords: IL-2, IL2-inhibitor, docking, 3D-pharmacophore, virtual screening. Đặt vấn đề denileukin diftitox (IL-12 tái tổ hợp với độc tố Interleukin-2 (IL-2) là một cytokin được tìm ra diphtheria điều trị bệnh nhân có biểu hiện quá từ hơn 25 năm trước và là cytokin được nghiên mức IL-2R trên tế bào T lymphoma), thuốc đối cứu rộng rãi nhất cho đến ngày nay. IL-2 đóng kháng thụ thể IL-2R nổi bật trong phòng ngừa vai trò rất quan trọng trong hệ thống miễn dịch chống thải ghép bao gồm: Dadizumab của cơ thể [1]. IL-2 sản xuất bởi các tế bào T (Zenapax; Hoffmann-La Roche) và basiliximab được kháng nguyên kích hoạt. Trước đây được (Simulect; Novartis) hoạt động bằng cách kết gọi là yếu tố tăng trưởng tế bào T, tác động của hợp trực tiếp: phong tỏa thụ thể, điều hòa giảm IL-2 bao gồm khả năng tăng cường hoạt động tế thụ thể (kích hoạt loại bỏ IL-2Rα khỏi bề mặt tế bào giết tự nhiên (natural killer cell: NK) hoặc tế bào mà không báo hiệu) và gây độc tế bào qua bào NK được kích hoạt bởi lymphokin (lymphokine-activated killer cell), gia tăng hoạt trung gian kháng thể (ADCC) thông qua kích động của tế bào lympho xâm nhập khối u hoạt và nhận biết bởi các tế bào NK [2]. Thuốc (TILs)… [1]. Hiện nay, có 2 nhóm thuốc chính phân tử nhỏ ức chế tương tác IL-2/IL-2R hiện trong điều trị các bệnh lý liên quan đến IL-2: nay còn rất hạn chế [3-5]. Việc nghiên cứu để tìm Thuốc đồng vận IL-2 như aldesleukin (IL-2 tái tổ kiếm phân tử nhỏ có khả năng ức chế protein hợp được sử dụng trong ung thư thận), này là cần thiết và mở ra cơ hội điều trị những bệnh viêm và bệnh tự miễn với một cơ chế mới. Vì vậy, nghiên cứu này được thực hiên với mục Chịu trách nhiệm: Thái Khắc Minh Email: thaikhacminh@ump.edu.vn tiêu tổng quát là dự đoán khả năng gắn kết của Ngày nhận: 03/11/2021 các phân tử nhỏ với IL-2 bằng phương pháp Ngày phản biện: 10/11/2021 docking bằng phần mềm LeadIT sẽ giúp chọn ra Ngày duyệt bài: 25/01/2022 các hợp chất tiềm năng. 14 TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC SỐ 40 - THÁNG 1/2022
Phương pháp nghiên cứu danh pháp SMILES trong phần mềm MOE Cơ sở dữ liệu 2015.10 bằng cách chọn cột mol  File  Save Dựa trên nghiên cứu của Raimundo, từ vị trí as  Output: SMILES/Text (.txt). Tệp .txt tạo của ligand đồng kết tinh FRG301 với protein thành chứa danh sách các hợp chất theo thứ tự trong cấu trúc tinh thể 1M48. Đối tượng thử tương ứng với tập dữ liệu gốc sẽ được sao nghiệm của đề tài gồm 21,800,167 chất từ các chép lên cửa sổ SMILES của SwissADME cơ sở dữ liệu ZINC Purchasable (ZINC), (http://www.swissadme.ch) [8]  chọn Run! để MayBrigde HitCreator, DrugBank. tiến hành đánh giá. Kết quả được tải về ở mục Phương pháp nghiên cứu Retrieve Data  CSV và đưa vào Microsoft Quá trình sàng lọc các phân tử nhỏ có khả Excel để thực hiện sàng lọc bằng chức năng năng ức chế IL-2 được thực hiện qua các giai Filter. Các tiêu chí sàng lọc là: Không có vi đoạn: Xây dựng mô hình 3D-pharmacophore; phạm trong các mô hình PAINS, Brenk, Ghose Đánh giá ADME; Xây dựng mô hình mô tả phân (Amgen), Verber (GSK), Egan (Pharmacia) và tử docking, mô phỏng động học phân tử. Muegge (Bayer); mô hình BOILED-Egg và Xây dựng mô hình 3D-pharmacophore không ức chế tất cả 5 cytochrom có trong mô Cơ sở dữ liệu gồm 72 hợp chất thuộc các hình (CYP1A2, CYP2C19, CYP2C9, CYP2D6, nghiên cứu khác nhau với điều kiện các chất CYP3A4). được xác định hoạt tính ức chế IL-2 bằng Xây dựng mô hình mô tả phân tử docking phương pháp Scintillation proximity assay Cấu trúc IL-2 sau khi được chuẩn bị bằng (SPA), với các giá trị IC50 nhỏ hơn 10 μM tương phần mềm MOE, được đưa vào phần mềm ứng được trình bày trong phụ lục. Các chất LeadIT 2.1.8 để tiến hành docking. Khoang gắn trong các tập sau khi được xây dựng cấu trúc kết được xác định bao trùm các acid amin bao 2D bằng phần mềm Isis Draw 2.5 sẽ được tạo gồm: Glu62, Agr38, Leu72, Lys35, Met39, cấu dạng bằng công cụ Conformation Import Lys76, Phe42, Lys43 trong đó Glu62, Agr38, trong phần mềm MOE 2015.10. Cuối cùng, mô Leu72 là các acid amin quyết định hoạt tính của hình pharmacophore được xây dựng bằng công protein. Quá trình docking được thực hiện bằng cụ xây dựng pharmacophore tự động công cụ FlexX được tích hợp sẵn trong phần Pharmacophore Elucidation trong MOE 2015.10 mềm LeadIT 2.1.8 và lưu kết quả là điểm số bằng cách sử dụng các cấu dạng vừa tìm được docking dưới dạng tệp *.sdf. Điểm số docking của tập xây dựng để tạo ra các truy vấn (đơn vị kJ/mol) thể hiện ái lực gắn kết phối tử - (pharmacophore query) có sự chồng phủ tốt với protein dựa trên mức độ tương thích với vị trí hầu hết các phân tử hợp chất trong tập xây gắn kết tại đích tác động. Điểm số docking càng dựng. Công cụ Pharmacophore Search được sử nhỏ, ái lực gắn kết càng tốt. dụng để đánh giá mô hình xây dựng được dựa Kết quả và bàn luận trên số lượng phân tử trong các tập kiểm tra Kết quả mô hình 3D-pharmacophore thỏa mãn mô hình (các phân tử này gọi là Kết quả thu được 46 mô hình (11 mô hình “hits”). Các tiêu chuẩn được sử dụng để đánh 5 điểm và 35 mô hình 4 điểm). Các mô hình thu giá bao gồm 2 thang điểm gồm thang điểm của được đều có độ chính xác (accuracy scoring) phần mềm MOE và thang điểm GH. 1,0000 và có điểm chồng phủ (overlap scoring) Đánh giá ADME dao động từ 2,6388 đến 1,7457. Các mô hình Các hợp chất sau khi được sàng lọc qua mô được tiếp tục đánh giá qua điểm số GH hình pharmacophore sẽ được chuyển thành (Goodness of hit list). TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC SỐ 40 - THÁNG 1/2022 15
Bảng 1. Kết quả xây dựng mô hình A030 và A038 Điểm chồng Điểm chính Tỷ suất Loại mô Độ nhạy Độ đặc Độ chính phủ (overlap xác (accuracy hoạt tính Điểm GH hình (Se) hiệu (Sp) xác (Acc) scoring) scoring) (Ya) A030 RHHaa 2.3842 1,0000 0,76 0,86 0,84 0,66 0,59 A038 RHHaa 2.3237 1,0000 0,92 0,81 0,84 0,63 0,57 Mô hình A030 (hình 1) và mô hình A038 thấy cả 2 mô hình này đều có khả năng dự đoán (hình 2) là 2 mô hình 5 điểm có điểm số GH lần tốt các “hit” tiềm năng trong khả năng ức chế lượt là 0,59 và 0,57 (đều trên 0,5). Điều này cho IL-2. Hình 1. Mô hình 3D-pharmacophore 5 điểm của A030 Hình 2. Mô hình 3D-pharmacophore 5 điểm của A038 16 TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC SỐ 40 - THÁNG 1/2022
Kết quả docking phân tử Khoang gắn kết được xác định từ tâm của ligand đồng kết tinh với bán kính 10 Å, sao cho che phủ các axit amin quan trọng trong khoang gắn kết gồm Glu62, Agr38, Leu72, Lys35, Met39, Lys76, Phe42 và Lys43. Đây là các acid amin tạo thành khoang xúc tác với ligand đồng kết tinh FRG301 trong cấu trúc tinh thể [3] 21.800.167 chất thuộc các thư viện ZINC, Maybridge và Drugbank được sàng lọc qua mô hình 3D  pharmacophore A030 và A038; kết quả thu được 10.112 chất thỏa mãn cả 2 mô hình. Trong đó có 645 chất thuộc tập Drugbank, Hình 3. Khoang xúc tác của (PDB:1M48) và 857 chất thuộc tập Maybridge và 8.610 thuộc ligand đồng kết tinh FRG301 trong khoang. tập ZINC. 10.112 chất nói trên tiếp tục được tính toán các giá trị rủi ro ADMET (hấp thu, phân bố, chuyển hóa, thải trừ và độc tính) bằng phần mềm ADMET Predictor TM. Với các ngưỡng rủi ro: hấp thu ≤ 3,5, chuyển hóa ≤ 2,5, độc tính ≤ 2, Tổng ≤ 7,5 có 678 chất vượt qua được, đây là các chất được hy vọng có tiềm năng vượt qua được các thử nghiệm lâm sàng sau này. Zinc: 21.777.093 chất Zinc: 8610 chất faafadfadf 3D - pharmacophore Dugbank: 645 chất Dugbank: 9.074 chất Maybridge: 14.000 Maybridge: 857 ADME Docking 10 chất tiềm năng 657 chất Hình 4. Sơ đồ kết quả sàng lọc ảo chất ức chế IL-2 5 chất thỏa mãn mô hình docking với điểm số ZINC24881462, ZINC79907123, ZINC40287043, docking cao cho thấy khả năng gắn kết tốt với ZINC58171180 với điểm số docking thấp hơn thụ thể IL-2, đó là các phân tử của DB07813, -30 kJ.mol1. TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC SỐ 40 - THÁNG 1/2022 17
A B Điểm số docking: -26,047 kJ.mol1 Điểm số docking: -26,282 kJ.mol1 C D Điểm số docking: -23,527 kJ.mol1 Điểm số docking: -23,194 kJ.mol1 E Điểm số docking: -23,137 kJ.mol1 Hình 5. Mô hình gắn kết 3D và tương tác 2D của A) DB07813, B) ZINC24881462, C) ZINC79907123, D) ZINC40287043, E) ZINC58171180 với IL-2 18 TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC SỐ 40 - THÁNG 1/2022
Bàn luận IL-2. Các chất này sau khi được sàng lọc để Mô hình pharmacophore và đánh giá ADME thoả mãn những tiêu chí ADME sẽ có khả năng đã cho hiệu năng sàng lọc ban đầu tốt, với 100 % đạt những tiêu chuẩn cho các hợp chất dùng số chất thỏa mãn pharmacophore và ADME đã làm thuốc đường uống, cũng như có một độ an được docking thành công. Các chất sau khi toàn về dược động học nhất định. Kết quả được sàng lọc tiếp qua SwissADME để thoả docking cho thấy các chất này có ái lực gắn kết mãn những tiêu chí sẽ có khả năng đạt những cao với khoang trung tâm (điểm số docking giao tiêu chuẩn cho các hợp chất dùng làm thuốc động < -30,1230 kJ/mol) và gần như tất cả các đường uống cũng như có một độ an toàn về chất tạo liên kết với Lys43, Leu72 là 2 acid amin dược động học nhất định. Từ kết quả sàng lọc quan trọng nhất, cũng như đánh giá được khả thu được, phần lớn các chất được chọn là năng tạo liên kết kỵ nước, liên kết hydro giữa những chất mang các nhóm thế cho điện tử như protein và phối tử. nhóm amin, amid. Nhờ đó tạo được tương tác Tài liệu tham khảo với các acid amin quan trọng trong khoang như 1. Mitra S. et al. (2018), "Biology of IL-2 Glu 62, Lys 35, Lys 76 góp phần làm tăng khả and its therapeutic modulation: Mechanisms and năng gắn kết của các chất. Nghiên cứu sẽ tiếp strategies", J. Leukoc Biol., 103 (4), pp. 643- tục hướng tới việc sử dụng mô hình 655. pharmacophore để tiến hành sàng lọc các tập 2. Wilson C. G. et al. (2011), "Small- cơ sở dữ liệu khác như Ngân hàng Thuốc cổ molecule inhibitors of IL-2/IL-2R: Lessons truyền Trung Hoa (TCM tcm.cmu.edu.tw), thư learned and applied", Curr. Top Microbiol. viện các mảnh cấu trúc của ChemDiv Immunol., 348, pp. 25-59. (www.chemdiv.com)… nhằm tìm ra những chất 3. Raimundo B. C. et al. (2004), ức chế mới có hiệu quả chọn lọc cao. Với 5 chất "Integrating fragment assembly and biophysical tiềm năng tìm được, nghiên cứu sẽ tiến hành methods in the chemical advancement of small- chạy mô phỏng động học phân tử 5 chất với molecule antagonists of IL-2: An approach for phân tử 50 ns trong cùng điều kiện với trường inhibiting protein−protein interactions", Journal lực CHARMM27 bằng phần mềm GROMACS và of Medicinal Chemistry, 47 (12), pp. 3111-3130. tính toán năng lượng liên kết tự do trong phần 4. Wilson C. et al. (2011), "Small-molecule tiếp theo của nghiên cứu này. inhibitors of IL-2/IL-2R: Lessons learned and Kết luận applied", Curr. Top Microbiol. Immunol., 348, pp. Nghiên cứu đã xây dựng được mô hình sàng 25-59. lọc ảo các chất ức chế IL-2 dựa trên mô hình 5. Huỳnh Nhật Lễ, Lê Thanh Duy, Mai Thành 3D-pharmacophore, đánh giá ADME và mô hình Tấn,Trần Thành Đạo, Lê Minh Trí, Thái Khắc mô tả phân tử docking và tiến hành sàng lọc Minh (2021), "Liệu pháp miễn dịch Interleukin-2 trên 3 cơ sở dữ liệu ZINC, Maybrigde HitCreator trong điều trị ung thư", Tạp chí Y học Thành phố và DrugBank. Mô hình pharmacophore là mô Hồ Chí Minh, 25 (2), tr. 1-10. hình 5 điểm gồm 2 vòng thơm, 2 nhóm kỵ nước và 1 trung tâm mang điện tích dương. Đây là những điều kiện cần có của một chất ức chế TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC SỐ 40 - THÁNG 1/2022 19