VAI TRÒ CỦA AMINACYL-TARN-SYNTHETASE TRONG DỊCH MÃ VÀ ỨNG DỤNG AMINACYL-TARN- SYNTHETASE NHƯ ĐÍCH TÁC ĐỘNG TRONG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÁC LOẠI THUỐC KHÁNG VI SINH VẬT MỚI

ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN VI SINH KÝ SINH TIỂU NHĨM SỐ 32 TRẦN QUỲNH GIAO ĐỖ THỊ NGÂN HÀ NGUYỄN NGỌC KHÁNH HÀ NGUYỄN HÙNG HÀ VAI TRÒ CỦA AMINACYL-TARN-SYNTHETASE TRONG DỊCH MÃ VÀ ỨNG DỤNG AMINACYL-TARNSYNTHETASE NHƯ ĐÍCH TÁC ĐỘNG TRONG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÁC LOẠI THUỐC KHÁNG VI SINH VẬT MỚI CHUYÊN ĐỀ HỌC PHẦN SINH Hồ Chí Minh - 2021 MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT: III DANH MỤC HÌNH ẢNH: IV AMINOACYL – TARN SYNTHETASE VÀ VAI TRÒ TRONG DỊCH MÃ 1.1 Aminoacyl – tARN synthetase gì? 1.2 Vai trò Aminoacyl – tARN synthetase dịch mã CƠ CHẾ CỦA Q TRÌNH AMINOACYL HĨA .2 TẦM QUAN TRỌNG VÀ THỰC TRẠNG CỦA CÁC THUỐC KHÁNG VI SINH VẬT HIỆN NAY .3 3.1 Tầm quan trọng thuốc kháng sinh 3.2 Vấn đề kháng thuốc kháng sinh 3.2.1 Thực trạng kháng thuốc kháng sinh 3.2.2 Nguyên nhân kháng thuốc kháng sinh 3.2.2.1 Lạm dụng 3.2.2.2 Kê đơn không phù hợp 3.2.2.3 Sử dụng rộng rãi nông nghiệp 3.2.2.4 Giá trị kinh tế thuốc kháng sinh 3.2.2.5 Rào cản quy định 3.3 Hậu kháng thuốc kháng sinh MỘT SỐ ĐÍCH TÁC ĐỘNG CỦA THUỐC KHÁNG VI SINH VẬT VÀ TIỀM NĂNG CỦA AMINOACYL – TARN SYNTHETASE NHƯ LÀ ĐÍCH TÁC ĐỘNG ĐĨNG VAI TRỊ QUAN TRỌNG 4.1 Một số đích tác động thuốc kháng vi sinh vật 4.2 Tại Aminoacyl tARN lại có vai trị quan trọng sản xuất thuốc kháng sinh? 4.3 Cơ chế việc ứng dụng aminoacyl – tARN synthetase đích tác động kháng sinh 4.3.1 Đích tác động vị trí liên kết hoạt động enzym 4.3.1.1 Đích tác động vị trí gắn Amino Acid aaRS 4.3.1.2 Đích tác động vị trí gắn ATP aaRS .8 4.3.1.3 Đích tác động vị trí gắn Amino Acid aaRS , ngăn cản đầu 3’ tARN gắn vào vị trí hoạt động i 4.3.1.4 Đích tác động vị trí gắn ATP gắn lên aaRS , ngăn cản đầu 3’ tARN gắn vào vị trí hoạt động 11 4.3.1.5 Đích gắn Amino acid vị trí phụ trợ aaRS 11 4.3.1.6 Đích tác động vị trí gắn Aminoacyl- Adenylate aaRS 12 4.3.2 Đích tác động vị trí chỉnh sửa aaRS 14 4.3.3 Đích tác động tARN xen vào phức hợp aaRS–tARN 14 TỔNG HỢP KẾT LUẬN VÀ MỞ RỘNG VẤN ĐỀ 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 18 ii Danh mục viết tắt: aaRS aminoacyl-tRNA synthetase ADN deoxyribonucleic acid AMP cyclic adenosine monophosphate AMPPNP AP adenylyl-imidodiphosphate auxiliary pocket ATP adenosine triphosphate HGT horizontal gene transfer HTS high-throughput screening IIeRS isoleucyl-tRNA synthetase mARN messenger RNA MDR multidrug-resistant MetRS methionyl-tRNA synthetase MRSA methicillin-resistant PheRS phenylalanyl-tRNA synthetase ProRS prolyl-tRNA synthetase tARN transfer RNA TrpRS tryptophanyl-tRNA synthetase ValRS valyl-tRNA synthetase Danh mục hình ảnh: Hình 1.1 Q trình aminoacyl hóa dịch mã tế bào Hình 2.1 Cơ chế xúc tác q trình aminoacyl hóa aminoacyl – tARN synthetase Hình 4.1 Cơng thức hóa học Indolmycin Hình 4.2 Sự chồng chất cấu trúc bậc ba B stearothermophilus TrpRS phức hợp với indolmycin ATP Hình 4.3 Cấu trúc hóa học cladosporin Hình 4.4 Cấu trúc P falciparum LysS phức hợp với cladosporin Hình 4.5 Cấu trúc hóa học Halofuginone Halofuginol .10 Hình 4.6 Cấu trúc bậc ba P falciparum ProRS phức hợp với halofuginone AMPPNP 10 Hình 4.7 Cấu trúc hóa học ASP 3026 cấu trúc bậc ba phức hợp PfLysRS với lysine chất ức chế ASP 3026 ký sinh trùng Plasmodium falciparum 11 Hình 4.8 Cơng thức hóa học REP 8839 11 Hình 4.9 Cơng thức hóa học 1320 12 Hình 4.10 Sự mở rộng túi Met hình thành túi AP 12 Hình 4.11 Cơng thức hóa học Mupirocin 12 Hình 4.12 So sánh liên kết Mupirocin (nguyên tử C màu đỏ) isoleucin adenylate (nguyên tử C màu xanh) liên kết với HeRS 13 Hình 4.13 Thuốc thử chống nấm AN2690 nhắm vào vị trí hoạt động chỉnh sửa nấm men cách bẫy tARN Leu 14 Hình 4.14 Cơng thức hóa học Halofuginone 14 Hình 4.15 Cơng thức hóa học Neomycin .15 Hình 4.16 Cấu trúc liên kết tARNPhe với neomycin B 15 iv AMINOACYL – tARN SYNTHETASE VÀ VAI TRÒ TRONG DỊCH MÃ 1.1 Aminoacyl – tARN synthetase gì? Aminoacyl – tARN synthetase biết đến enzyme quan trọng hoạt động sống tế bào Đây loại enzyme giúp tARN gắn với amino acid phù hợp để tạo phức hợp amino acid – tARN tham gia vào dịch mã Enzyme nhiều nhà nghiên cứu cho có nhiều vai trị quan trọng khác ngồi q trình dịch mã[1] Tuy nhiên, chuyên đề này, chủ yếu đề cập đến vai trò aminoacyl – tARN synthetase dịch mã 1.2 Vai trò Aminoacyl – tARN synthetase dịch mã Một loại amino acid có tới vài loại tARN để vận chuyển aminoacyl - tARN synthetase dùng cho loại amino acid Vì vậy, loại enzyme aminoacyl – tARN synthetase xúc tác cho phản ứng aminoacyl hóa Cho đến nay, người ta tìm thấy 36 aminoacyl – tARN synthetase khác tế bào người, enzyme xúc tác cho trình aminoacyl hóa tất tARN thể người[2] Trong q trình dịch mã, aminoacyl-tARN-synthetase đóng vai trị chìa khóa Vai trị chủ đạo aminoacyl-tARN synthetase dịch mã gắn amino acid thích hợp lên tARN tương ứng để tạo phức hợp amino acid – tARN Để tạo phức hợp aminoacyl – tARN phù hợp, giai đoạn diễn tế bào bao gồm: - Bước đầu nhận diện xác amino acid cần gắn với tARN, enzym aminoacyl – tARN synthetase nhận diện xác nhờ vào khác biệt kích thước, hình dạng, điện tích, nhóm chức hóa học amino acid - Nhận diện tARN tương ứng với amino acid dựa vào base đặc biệt nhánh gắn amino acid vòng antincodon tARN - Aminoacyl-tARN synthetase sau tham gia xúc tác cho liên kết tARN amino acid để tạo nên phức hợp aminoacyl-tARN Một vai trò quan trọng khác aminoacyl-tARN synthetase thực “đọc sửa sai” thực trình aminoacyl hóa Việc “đọc sửa sai” có tính định độ xác sản phẩm tạo sau trình dịch mã Đây bước quan trọng sau giai đoạn aminoacyl hóa, bước “đọc sửa sai” không thực nữa, sau phức hợp aminoacyl – tARN gắn vào ribosom, ribosom đảm bảo ăn khớp codon mARN với anticodon tARN không kiểm tra xem tARN gắn với amino acid tương ứng hay khơng[3] Hình 1.1 Q trình aminoacyl hóa dịch mã tế bào CƠ CHẾ CỦA Q TRÌNH AMINOACYL HĨA Phản ứng tạo phức hợp aminoacyl – tARN chủ yếu gồm bước: Đầu tiên hình thành aminoacyl – adenylate hoạt hóa: Một amino acid adenosine triphosphate (ATP) xúc tác enzyme aminoacyl – tARN synthetase kết hợp tạo thành aminoacyl – adenylate hoạt hóa[4] ATP + Amino acid Aminoacyl – AMP + PP i Aminoacyl tARN Synthetase 2Pi H2O Trong phản ứng này, pyrophosphate (PPi) tạo bị thủy giải tạo phân tử phosphate vô cơ, nhờ vậy, chiều phản ứng nghiêng phía tạo aminoacyl – AMP Sau hình thành aminoacyl – tARN: tARN thích hợp liên kết với aminoacyl – tARN synthetase thông qua vùng liên kết đối mã nó, amino acid chuyển đến trình tự CCA đầu 3’ tARN với giải phóng AMP Aminoacyl – AMP + tARN Aminoacyl – tARN + AMP Aminoacyl – tARN Synthetase Hình 2.1 Cơ chế xúc tác q trình aminoacyl hóa aminoacyl – tARN synthetase TẦM QUAN TRỌNG VÀ THỰC TRẠNG CỦA CÁC THUỐC KHÁNG VI SINH VẬT HIỆN NAY 3.1 Tầm quan trọng thuốc kháng sinh Kỷ nguyên thuốc kháng sinh bắt đầu với phát penicillin Sir Alexander Fleming vào năm 1928 Từ đến nay, thuốc kháng sinh thay đổi y học đại cứu sống hàng triệu người Thuốc kháng sinh lần kê đơn để điều trị bệnh nhiễm trùng nghiêm trọng vào năm 1940 Trong đó, Penicillin thành cơng việc kiểm soát nhiễm trùng vi khuẩn cho người lính Thế chiến II[5] Thuốc kháng sinh khơng cứu sống bệnh nhân mà cịn đóng vai trị quan trọng việc đạt tiến lớn y học phẫu thuật Chúng ngăn ngừa điều trị thành cơng bệnh nhiễm trùng xảy bệnh nhân điều trị hóa trị liệu, người mắc bệnh mãn tính tiểu đường, viêm khớp dạng thấp, người trải qua phẫu thuật phức tạp cấy ghép nội tạng, thay khớp hay phẫu thuật tim 3.2 Vấn đề kháng thuốc kháng sinh 3.2.1 Thực trạng kháng thuốc kháng sinh Vào năm 1950, tình trạng kháng penicillin trở thành vấn đề nghiêm trọng, dẫn đến nhiều tiến thập kỷ trước bị đe dọa Ngay sau đó, kháng sinh beta-lactam phát hiện, nghiên cứu phát triển, khơi phục thành tựu trước thuốc kháng sinh Tuy nhiên, trường hợp Staphylococcus aureus kháng methicillin (MRSA) xác định thập kỷ, Vương quốc Anh vào năm 1962 Hoa Kỳ vào năm 1968[5] Mặc dù từ cuối năm 1960 đến đầu năm 1980, ngành công nghiệp dược phẩm đưa nhiều loại kháng sinh để giải vấn đề cạn kiệt thuốc kháng sinh kháng thuốc cuối chứng kiến hầu hết loại kháng sinh phát triển Kết là, vào năm 2015, nhiều thập kỷ sau bệnh nhân điều trị thuốc kháng sinh, nhiễm trùng vi khuẩn, lại lần trở thành mối đe dọa[6] 3.2.2 Nguyên nhân kháng thuốc kháng sinh 3.2.2.1 Lạm dụng Việc lạm dụng thuốc kháng sinh rõ ràng thúc đẩy tiến triển tình trạng kháng thuốc Các nghiên cứu dịch tễ học chứng minh mối quan hệ trực tiếp việc tiêu thụ kháng sinh xuất chủng vi khuẩn kháng thuốc Ở vi khuẩn, gen di truyền từ họ hàng thu nhận từ gen không tương quan yếu tố di truyền di động plasmid Sự di truyền ngang (HGT - horizontal gene transfer) cho phép chuyển gen kháng kháng sinh loài vi khuẩn khác nhau[7] Sự kháng thuốc xảy cách tự phát đột biến Thuốc kháng sinh loại bỏ vi sinh vật nhạy cảm với thuốc, để lại vi khuẩn kháng thuốc chọn lọc tự nhiên làm cho kháng thuốc diễn nhanh chóng Ở nhiều quốc gia, thuốc kháng sinh không kiểm sốt bán tự khơng cần kê đơn, điều dẫn đến việc thuốc kháng sinh dễ tiếp cận, phong phú rẻ tiền, thúc đẩy việc sử dụng mức 3.2.2.2 Kê đơn không phù hợp Thuốc kháng sinh kê đơn khơng xác góp phần thúc đẩy kháng thuốc Các nghiên cứu việc định điều trị, lựa chọn tác nhân thời gian điều trị kháng sinh khơng xác 30% đến 50% trường hợp[8] Thuốc kháng sinh kê đơn khơng xác mang đến nhiều vấn đề điều trị khiến bệnh nhân phải đối mặt với biến chứng tiềm ẩn liệu pháp Một đánh giá gần phủ Vương quốc Anh ước tính số ca tử vong toàn cầu vấn đề kháng kháng sinh tăng từ khoảng 700.000 ca hàng năm lên gần 10 triệu ca tử vong vào năm 2050 dẫn đến tổn thất tích lũy 100 nghìn tỷ USD cho kinh tế toàn cầu bệnh nhiễm trùng không điều trị [6] Những tác nhân lây nhiễm gây thách thức y tế đáng kể bao gồm thời gian nằm viện lâu hơn, thất bại điều trị, tăng chi phí y tế, thời gian hồi phục lâu hơn,… Do đó, bệnh nhiễm trùng cần biện pháp khắc phục hiệu MỘT SỐ ĐÍCH TÁC ĐỘNG CỦA THUỐC KHÁNG VI SINH VẬT VÀ TIỀM NĂNG CỦA AMINOACYL – tARN SYNTHETASE NHƯ LÀ ĐÍCH TÁC ĐỘNG ĐĨNG VAI TRỊ QUAN TRỌNG 4.1 Một số đích tác động thuốc kháng vi sinh vật Trên lâm sàng nghiên cứu đích tác động khác để điều chế loại thuốc kháng sinh, phần lớn đích tác động liên quan đến chức q trình tăng trưởng vi khuẩn Cụ thể số chế tác động thuốc kháng sinh: Chúng có tác động vào giai đoạn sinh sản ngăn cản hình thành thành tế bào vi khuẩn ví dụ beta lactam, vancomycin; gắn lên làm biến đổi tính thấm làm thối hóa có chọn lọc màng tế bào chất; ức chế sinh tổng hợp protein thông qua gắn lên tiểu đơn vị ngăn cản cố định mARN, phức hợp tARN- amino acid lên ribosome hay ức chế hình thành liên kết peptide amino acid; ức chế tổng hợp acid nucleic acid nalidixic, griseofulvin (tác động lên trình chép ADN), actinomycin (cản trở tổng hợp ARN phụ thuộc ADN) [11] 4.2 Tại Aminoacyl tARN lại có vai trị quan trọng sản xuất thuốc kháng sinh? Yêu cầu thuốc kháng sinh có độc tính mạnh nhắm vào mục tiêu sinh lý, sinh hóa thiết yếu vi khuẩn nhằm kìm hãm tiêu diệt hồn tồn vi khuẩn dựa vào đích tác động nêu Trong đó, mục tiêu tác động lại khác không tồn tế bào người nên không gây tác dụng phụ rõ ràng ảnh hưởng đến hoạt động sinh lý bệnh nhân điều trị Sinh tổng hợp protein thiết yếu trình tồn phát triển sinh vật sống nói chung vi khuẩn nói riêng Vì vậy, nghiên cứu dịch mã nhằm tìm vai trò thành phần tham gia, loại enzyme ảnh hưởng đến q trình Từ chọn lọc điểm tác động hiệu để khai thác sản xuất thuốc điều trị Và, Aminoacyl- tARN synthetase thập kỷ qua đối tượng nghiên cứu tuyệt vời khám phá khai thác khơng vai trị tạo chất sinh tổng hợp protein đề cập mà cịn đặc điểm bật, thuận lợi đáp ứng yêu cầu khác xác định ngành công nghiệp dược: - Một Aminoacyl- tARN synthetase không gắn loại amino acid lên loại tARN Tính đặc hiệu thể ở: có 20 loại amino acid khác đồng thời có 20 loại Aminoacyl- tARN synthetase tương ứng Có trường hợp đặc biệt số vi khuẩn ví dụ Helicobacter pylori, khơng có Glutaminyl- tARN synthase tương ứng với tARN Gln nên lúc trình dịch mã sử dụng Glutamin cách, aminoacyl hóa tARN Gln Glutamat- tARN synthase với Glutamat sau có enzym làm nhiệm vụ chuyển Glutamat gắn thành Glutamin Điều hoàn toàn so với khẳng định ban đầu đưa đặc tính đưa cho lựa chọn đích tác động cách mở rộng hiệu - Sự khác biệt enzym tARN tế chất tế bào nhân sơ sở tạo chất tác động ức chế chọn lọc, không gây ảnh hưởng đến Aminoacyl- tARN synthetase người- mục tiêu quan trọng sản xuất thuốc kháng sinh - Qua thời gian dài nghiên cứu có liệu phong phú nhiều cấu trúc Aminoacyl- tARN synthetase người vi khuẩn, tiền đề quan trọng cho thiết kế cấu trúc hợp chất thuốc dựa sàng lọc ảo máy tính Đồng thời chế, q trình hoạt động aaRSs sáng tỏ nên tìm giai đoạn tác động lên q trình thực aminoacyl hóa - Các Aminoacyl- tARN synthetase tổng hợp dùng nghiên cứu có tính bảo tồn cao với nhiều loại vi khuẩn gây bệnh khác nên phục vụ cho việc tìm kháng sinh phổ rộng Bên cạnh aaRSs phương pháp nghiên cứu sàn lọc cao (HTS) có tính chất hịa tan, ổn định dễ tinh chế thuận lợi cho việc thực thí nghiệm - Qua nhiều năm aaRSs nghiên cứu tạo nhiều loại thuốc có nguồn gốc tự nhiên tổng hợp làm nến móng, sở cho việc tiếp tục đào sâu tối ưu hóa hóa cho việc phát triển thuốc[12] 4.3 Cơ chế việc ứng dụng aminoacyl – tARN synthetase đích tác động kháng sinh 4.3.1 Đích tác động vị trí liên kết hoạt động enzym 4.3.1.1 Đích tác động vị trí gắn Amino Acid aaRS Một số chất tương tự Amino Acid xác định hoạt động đối thủ cạnh tranh Amino Acid, cụ thể vị trí hoạt động aaRS tương ứng Một chất ức chế bắt chước Amino Acid có đặc điểm bật indolmycin, chất tương tự tryptophan tự nhiên tạo Streptomyces griseus, thể hoạt động ức chế chọn lọc tuyệt vời chống lại E coli TrpRS Helicobacter pylori TrpRS Gần đây, nghiên cứu động học chứng minh B stearothermophilus TrpRS (Bs-TrpRS) TrpRS tế bào người (Hc-TrpRS) cho thấy lực tương đương với tryptophan chất, Bs-TrpRS thể lực với indolmycin cao 1500 lần so với tryptophan[12] Hình 4.1 Cơng thức hóa học Indolmycin Hình 4.2 Sự chồng chất cấu trúc bậc ba B stearothermophilus TrpRS phức hợp với indolmycin ATP Ngoài ra, chất tương tự Amino Acid khác bao gồm icofungipen (còn gọi PLD-118, nhắm mục tiêu IIeRS), ochratoxin A (một chất tương tự phenylalanin nhắm mục tiêu PheRS) SB-219383 (một chất tương tự tyrosine nhắm mục tiêu TyrRS) khai thác làm chất ức chế aaRS tương ứng 4.3.1.2 Đích tác động vị trí gắn ATP aaRS ATP-mimetic cladosporin chất chuyển hóa thứ cấp phân lập từ số chi nấm Aspergillus , Cladosporium, lồi khác Nó chứng minh có đặc hiệu 100 lần việc nhắm mục tiêu LysRS tế bào P falciparum (Pf-LysRS) so với tương đồng người Cấu trúc tinh thể trạng thái liên kết apo chất ức chế Pf-LysRS cho thấy cladosporin chiếm vị trí liên kết adenosine enzym, vị trí cạnh tranh với liên kết chất ATP Nhóm isocoumarin cladosporin xếp chồng lên với chuỗi bên Phe342 tương tác π – π Các nhóm 6-OH 8-OH hình thành liên kết H với chuỗi bên Glu332 khung carbon Asn339, bắt chước tương tác qua trung gian N1 N6 adenin ATP Song song vào đó, nhóm 1-xeton chất ức chế thiết lập tương tác với Asp558 Arg559 thông qua cầu nối nước tương tự N3 adenin Hình 4.3 Cấu trúc hóa học cladosporin Hình 4.4 Cấu trúc P falciparum LysS phức hợp với cladosporin 4.3.1.3 Đích tác động vị trí gắn Amino Acid aaRS , ngăn cản đầu 3’ tARN gắn vào vị trí hoạt động Halofuginone phát có khả ngăn chặn phát triển ký sinh trùng Plasmodium cao cách tương tác cụ thể ức chế ProRS tế bào chất So sánh cấu trúc tinh thể P falciparum ProRS trạng thái khơng có phối tử liên kết với halofuginone chứng minh halofuginone chiếm túi liên kết proline đầu 3’ tận nuclotide A76 tARN cognate với hỗ trợ ATP Tuy nhiên, tính chọn lọc phân tử loại trừ khả phát triển lâm sàng để điều trị bệnh sốt rét Do đó, số dẫn xuất halofuginone nghiên cứu phát hợp chất (2′S, 2R, 3S) halofuginol có tính chọn lọc P falciparum ProRS cao 65 lần so với vị trí tương đồng người mà bảo tồn hiệu lực cao chúng[12] Hình 4.5 Cấu trúc hóa học Halofuginone Halofuginol Hình 4.6 Cấu trúc bậc ba P falciparum ProRS phức hợp với halofuginone AMPPNP 10 Hình 4.7 Cấu trúc hóa học ASP 3026 cấu trúc bậc ba phức hợp Pf-LysRS với lysine chất ức chế ASP 3026 ký sinh trùng Plasmodium falciparum 4.3.1.4 Đích tác động vị trí gắn ATP gắn lên aaRS , ngăn cản đầu 3’ tARN gắn vào vị trí hoạt động ASP 3026 biết đến chất sử dụng thử nghiệm lâm sàng điều trị bệnh nhân có khối u tiến triển dương tính với ALK kháng thuốc với điều trị crizotinib (các khối u rắn ung thư hạch bạch huyết tế bào B)[13] Qua nhiều thử nghiệm, sàng lọc nhóm nghiên cứu phát khả ức chế mạnh Pf- LysRS mạnh cách cạnh tranh với ATP để liên kết với Pf- LysRS điều bộc lộ qua cấu trúc tinh thể độ phân giải cao Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu thử nghiệm, ASP 3026 ngăn chặn phát triển ký sinh trùng khơng ức chế q trình dịch mã tạo protein động vật có vú Loại thứ hai có khả gây xung đột mạnh mẽ, ngăn cản đầu 3’ tARN vào vị trí hoạt động 4.3.1.5 Đích gắn Amino acid vị trí phụ trợ aaRS Hình 4.8 Cơng thức hóa học REP 8839 REP 8839 Replidyne phát triển, biết đến chất ức chế có chọn lọc methionyl-tARN synthase cách cạnh tranh với methionin Tuy nhiên, theo thực nghiệm khơng có cạnh tranh REP 8839 với ATP, nên ATP mức cao sinh lý làm cho chất ức chế gắn chặt với Met-tARN synthetase MetRS chia thành hai loại: MetRS1 biểu chủ yếu vi khuẩn gram dương Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes loại MetRS2 có mặt vi khuẩn gram âm, tế bào chất nhân thật loại nhạy cảm với chất ức chế so với loại Khi nghiên cứu tác động REP 8839 lên tế bào chất tế bào người khơng xảy ra, cho thấy tính chọn lọc cao so với ức chế lên mục tiêu vi khuẩn[14] 11 Hình 4.9 Cơng thức hóa học 1320 Chất ức chế có tác động chứa nhóm benzyl/phenyl liên kết với aminoquinoline (1320) với benzimidazole (1331) Khi chất ức chế thay methionin gắn vào tiểu đơn vị MetRS nhóm benzyl/phenyl chiếm túi Met lớn gọi “túi Met mở rộng”( EMP) Đối với gốc aminoquinoline hay benzimidazole đưa vào “túi phụ” (AP) gần ( gọi chưa xuất cấu trúc trước đây) Hai yếu tạo thay đổi Met-tARN synthetase hoạt động Hình 4.10 Sự mở rộng túi Met hình thành túi AP 4.3.1.6 Đích tác động vị trí gắn Aminoacyl- Adenylate aaRS Hình 4.11 Cơng thức hóa học Mupirocin 12 Hình 4.12 So sánh liên kết Mupirocin (nguyên tử C màu đỏ) isoleucin adenylate (nguyên tử C màu xanh) liên kết với HeRS Mupirocin chất kháng sinh tự nhiên có phổ rộng phân lập từ Pseudomonas fluorescens, biết đến chất ức chế hoạt động isoleucyl-tARN synthase vi khuẩn Nó mơ cho giống với chất trung gian phản ứng aminoacyl hóa: Aminoacyl- AMP, cụ thể isoleusinadenylate sau gắn vào IIeRS; hoặc, liên kết với túi chất sinh học Aminoacyl- AMP để nhằm kìm hãm hoạt động aminoacyl hóa aaRS liên quan từ tác động đến trình phiên mã vi khuẩn Chất ức chế sử dụng chống lại vi khuẩn gram dương số vi khuẩn gram âm như: Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae, 13 4.3.2 Đích tác động vị trí chỉnh sửa aaRS Một số aaRS LeuRS, ValRS IIeRS thực chức đọc thử miền chỉnh sửa bổ sung nằm cách xa vị trí hoạt động đầu 3'-CCA aminoacyl hóa tARN cognate ưu tiên chuyển vị trí từ vùng xúc tác đến vị trí chỉnh sửa nơi sản phẩm nạp sai thủy phân[12] Việc nghiên cứu hợp chất nhắm vào vị trí chỉnh sửa nhằm ngăn chặn liên kết tARN bẫy miền cách tiếp cận thay để ức chế hoạt động aminoacyl hóa aaRS Trường hợp thành công AN2690 5-fluoro-1,3-dihydro-1-hydroxy-2,1benzoxaborol, gọi tavaborole, FDA chấp thuận vào năm 2014 để điều trị lâm sàng bệnh nấm móng [15] AN2690 khơng tạo tác dụng phụ thử nghiệm lâm sàng giai đoạn I giai đoạn II Độ đặc hiệu cao AN2690 enzym nấm xâm nhập hiệu màng tế bào tế bào người Về chế phân tử, AN2690 ức chế đặc biệt LeuRS nấm cách hình thành chất ổn định tARN Leu -AN2690 vị trí chỉnh sửa Do đó, bẫy đầu tận 3’ thụ thể tARN Leu, ngăn cản luân chuyển xúc tác LeuRS tiếp theo, dẫn đến ức chế tổng hợp protein 4.3.3 Đích tác động tARN xen vào phức hợp aaRS–tARN Hình 4.13 Thuốc thử chống nấm AN2690 nhắm vào vị trí hoạt động chỉnh sửa nấm men cách bẫy tARN Leu Hình 4.14 Cơng thức hóa học Halofuginone 14 Mục đích tác động chất ức chế lên hoạt động aaRS mang nhiều ưu điểm chưa khai thác nhiều tác động lên tARN q trình hình thành tARN – aaRS Một ví dụ kết nghiên cứu mang đặc tính nói Halofuginone- chất ức chế phụ thuộc ATP Nó ức chế men làm tích tụ tARN chưa tích điện, đồng thời chiếm hai vị trí liên kết với chất khác ProRS Vai trị ATP khóa định hướng hai phần Halofuginone, phần bắt chước amino acid proline liên kết phần khác bắt chước ProRS[16] Hình 4.15 Cơng thức hóa học Neomycin Hình 4.16 Cấu trúc liên kết tARNPhe với neomycin B Neomycin B kháng sinh nhóm aminoglycoside, nhóm chứng minh có khả liên kết với tARN can thiệp vào chức Cụ thể, vị trí liên kết Neomycin B chồng lên vị trí liên kết ion kim loại hóa trị II tARNPhe 15 nấm men từ ngăn chặn tương tác với PheRS, làm ảnh hưởng đến tổng hợp protein[17] TỔNG HỢP KẾT LUẬN VÀ MỞ RỘNG VẤN ĐỀ Aminoacyl-tARN synthetase enzym đóng vai trị quan trọng q trình sinh tổng hợp protein cách xúc tác hình thành aminoacyl- tARN qua hai vịng: nhận diện xác amino acid nhận diện xác tARN họ Liên kết ester aminoacyl hình thành chúng có dự trữ lượng cao đóng vai trị quan trọng cho việc tạo cầu nối peptide trình dịch mã Vì ức chế hoạt động enzym Aminoacyl- tARN synthetase làm trình sinh tổng hợp protein ngừng lại dẫn đến suy giảm phát triển vi khuẩn Ngoài nghiên cứu cho thấy có vai trị Aminoacyl-tARN synthetase q trình điều hịa cân nội mơi, truyền tín hiệu, phiên mã Vì điều trên, ta thấy đích quan trọng nghiên cứu sản xuất thuốc kháng sinh để điều trị bệnh khác Từ xuất đến nay, thuốc kháng sinh coi bước phát triển vượt bậc, thay đổi y học Nó ngăn chặn hay chữa trị thành công bệnh nhiễm trùng xảy bệnh nhân mắc bệnh mãn tính, bệnh nhân điều trị hóa chất hay trải qua ca phẫu thuật phức tạp cấy ghép nội tạng, phẫu thuật tim…Tuy nhiên, đồng thời, giới đối mặt xuất chủng kháng thuốc ngày gia tăng kèm theo bệnh nhiễm trùng kháng thuốc cộng đồng, làm tăng rủi ro đến sức khỏe tính mạng người bệnh, việc lây lan trở nên khó xác định kìm hãm, ảnh hưởng đến sống đặc biệt mặt y tế, thú y nông nghiệp lĩnh vực khác Có thể nói, kháng kháng sinh vấn đề cấp bách nguy đòi hỏi phải nỗ lực tìm cách giải Ngồi cách điều chỉnh thói quen lạm dụng thuốc, quy định chặt chẽ việc kê đơn chữa sử dụng kháng sinh nơng nghiệp nghiên cứu đẩy mạnh phát triển loại thuốc vô quan trọng Khám phá aaRS nghiên cứu vai trị q trình tổng hợp protein: từ việc tạo aminoacyl- AMP trung gian qua phản ứng amino acid với ATP đến hình thành aminoacyl- tARN chất q trình dịch mã Điều cho thấy tiềm việc tạo chất với chế tác động khác hoạt động aaRS Thực tiễn cho thấy, nhà khoa học trước khai thác nhiều khía cạnh để tạo nhiều loại thuốc với hiệu tốt Đồng thời, dựa hiểu biết nghiên cứu có sẵn cấu trúc, chức năng, chế, đặc điểm hóa học ,… lấy làm sở để tiếp tục: khai phá để tìm loại thuốc ức chế aaRS; giảm thiểu tối đa phát sinh chủng kháng thuốc; tăng cường khả xâm nhập tiêu diệt vi khuẩn để đạt hiệu cao; đồng thời nâng cao khả 16 chọn lọc, hạn chế tác dụng phụ ảnh hưởng đến hoạt động sinnh lý thể người Với nỗ lực không ngừng nghiên cứu tìm tịi, phát triển mạnh mẽ khoa học, hy vọng sản xuất chất ức chế aaRS ngày đào sâu giải pháp y học hiệu sản xuất kháng sinh 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO: A Nội dung Angel M , Gomez R , and Ibba M., “Aminoacyl – tRNA synthetases”, PubMed Central – National Center for Biotechnology Information, Aug 2020 [Online] Available: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7373986/ [Accessed: July 28, 2021] Nie A , Sun B , Fu Z , Yu D., “Role of aminoacyl - tRNA synthetases in immune regulation and immune diseases”, Cell Death & Disease, Nov 2019 [Online] Available: https://www.nature.com/articles/s41419-019-2145-5 [Accessed: July 28, 2021] Pang Y L J., Poruru K., Martinis S A., “tARN synthetase: tARN aminoacylation and beyond”, PubMed Central – National Center for Biotechnology Information, Jul 1, 2015 [Online] Available: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4062602/ [Accessed: July 28, 2021] Berg J M., Tymoczko J L., Stryer L., Biochemistry, W H Freeman, New York Sengupta S, Chattopadhyay M.K , Grossart H.P., “The multifaceted roles of antibiotics and antibiotic resistance in nature”, Frontiers in Microbiology, Mar 12, 2013 [Online] Available: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3594987/ [Accessed: July 28, 2021] C Lee Ventola, “The Antibiotic Resistance Crisis”, National Center for Biotechnology Information, Sep 16, 2014 [Online] Available: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4165128/ [Accessed: July 28, 2021] Michael CA, Dominey-Howes D, Labbate M., “The antibiotic resistance crisis: causes, consequences, and management”, Frontiers in Public Health, Sep 16, 2014 [Online] Available: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4165128/ [Accessed: July 28, 2021] 18 “Biggest Threats and Data”, Centers for Disease Control and Prevention, Office of Infectious Disease Antibiotic resistance threats in the United States, Apr, 2013 [Online] Available: http://www.cdc.gov/drugresistance/threatreport-2013 [Accessed: July 28, 2021] Bartlett JG, Gilbert DN, Spellberg B., “Seven ways to preserve the miracle of antibiotics”, Clin Infect Dis, Feb 12, 2013 [Online] Available: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23403172/ [Accessed: July 28, 2021] 10 Itani KM, Shorr A.F., “FDA guidance for ABSSSI trials: implications for conducting and interpreting clinical trials”, Clin Infect Dis, Jan, 2014 [Online] Available:  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24343831/ [Accessed: July 28, 2021] 11 Hà Hoàng Kiêm (2013), Thực hành cấp cứu điều trị bệnh nội khoa, NXB Y học, Hà Nội, tr.187- 189 12 Pang, Luping, Stephen D.W., Arthur V.A., 2021, “Aminoacyl-tRNA Synthetases as Valuable Targets for Antimicrobial Drug Discovery”, International Journal of Molecular Sciences, Feb 10, 2021 [Online] Available: https://www.mdpi.com/1422-0067/22/4/1750/htm [Accessed: July 28, 2021] 13 Li, T., LoRusso, P., Maitland, M L., Ou, S H., Bahceci, E., Ball, H A., Park, J W., Yuen, G., & Tolcher, A., “First-in-human, open-label dose-escalation and dose-expansion study of the safety, pharmacokinetics, and antitumor effects of an oral ALK inhibitor ASP3026 in patients with advanced solid tumors”, Journal of hematology & oncology, Mar 10, 2016 [Online] Available: https://doi.org/10.1186/s13045-016-0254-5 [Accessed: July 28, 2021] 14 Louis S xanh, James M Bullard, Wendy Ribble, Frank Dean, David F Ayers, Urs A Ochsner, Neiboisa Janijic, Thale C Jarvis, “Inhibition of MethionyltARN Synthetase by REP 8839 and Effects of Resistance Mutations on Enzyme Activity”, Antimicrobial Agents and Chemotherapy, Vol.53, số 1, ASM Journals, Dec 17, 2020 [Online] Available: https://journals.asm.org/doi/full/10.1128/AAC.00275-08 [Accessed: July 28, 2021] 15 Peng Yao, Paul L F, “Aminoacyl-tRNA synthetases in medicine and disease”, Embo Molecular Medicine, Feb 21, 2013[Online] Available: 19 https://www.embopress.org/doi/full/10.1002/emmm.201100626 [Accessed: July 28, 2021] 16 Zhou, H., Sun, L., Yang, XL et al., “ATP-directed capture of bioactive herbalbased medicine on human tRNA synthetase”, Nature, Dec 23, 2012 [Online] Available: https://doi.org/10.1038/nature11774 [Accessed: July 28, 2021] 17 Mikkelsen, N., Johansson, K., Virtanen, A et al., “Aminoglycoside binding displaces a divalent metal ion in a tRNA–neomycin B complex”, Nature Structural Biology, Jun, 2001.  [Online] Available: https://doi.org/10.1038/88569 [Accessed: July 28, 2021] B Hình ảnh Hình 1.1: Q trình aminoacyl hóa dịch mã tế bào Truy xuất nguồn tại: https://www.researchgate.net/figure/Protein-translation-Aminoacyl-tRNAsynthetases-aaRS-aminoacylate-cognate-tRNAs-with_fig3_306318891 [Accessed: July 28, 2021] Hình 2.1: Cơ chế xúc tác q trình aminoacyl hóa aminoacyl – tARN synthetase Truy xuất nguồn tại: https://www.mdpi.com/14220067/16/7/15872/htm [Accessed: July 28, 2021] Hình 4.1 - 4.17: Các hình ảnh lấy từ báo điện tử: Pang, Luping, Stephen D.W., Arthur V.A., 2021, “Aminoacyl-tRNA Synthetases as Valuable Targets for Antimicrobial Drug Discovery”, International Journal of Molecular Sciences, Feb 10, 2021 [Online] Available: https://www.mdpi.com/14220067/22/4/1750/htm [Accessed: July 28, 2021] 20