NGHIÊN CỨU TÁC DỤNG ỨC CHẾ CÁC ĐÍCH PHÂN TỬ VIRUS SARS-CoV-2 CỦA CÁC HỢP CHẤT CÓ TRONG CÂY CAM THẢO (Glycyrrhiza glabra L.) BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN SILICO

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC ĐỖ THU PHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÁC DỤNG ỨC CHẾ CÁC ĐÍCH PHÂN TỬ VIRUS SARS-CoV-2 CỦA CÁC HỢP CHẤT CÓ TRONG CÂY CAM THẢO (Glycyrrhiza glabra L.) BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN SILICO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC Người thực hiện: ĐỖ THU PHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÁC DỤNG ỨC CHẾ CÁC ĐÍCH PHÂN TỬ VIRUS SARS-CoV-2 CỦA CÁC HỢP CHẤT CÓ TRONG CÂY CAM THẢO (Glycyrrhiza glabra L.) BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN SILICO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC Khóa : QH.2017.Y Người hướng dẫn : PGS.TS VŨ MẠNH HÙNG THS NGUYỄN THỊ THÚY LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc chân thành cảm ơn tới thầy PGS.TS Vũ Mạnh Hùng công tác Học viện Quân y, cô ThS Nguyễn Thị Thúy công tác trường Đại học Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội tận tình hướng dẫn, bảo nhiệt tình em từ ngày đầu nhận khóa luận Em bày tỏ biết ơn tới PGS.TS Bùi Thanh Tùng công tác trường Đại học Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội, bạn Tạ Thị Thu Hằng, sinh viên lớp K62 Dược học, Trường Đại học Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội bạn khóa nhiệt tình hỗ trợ em suốt q trình thực đề tài Bên cạnh đó, em xin chân thành cảm ơn thầy cô công tác Trường Đại học Y Dược – Đại học Quốc gia Hà Nội giúp đỡ, tạo điều kiện để em học tập, nghiên cứu, rèn luyện Trường suốt năm học vừa qua Sau cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, anh chị em bạn bè sát cánh, ủng hộ động viên em suốt thời gian khóa luận trình học tập năm trường Tuy cố gắng kiến thức kinh nghiệm thực tiễn cịn giới hạn, em khó tránh khỏi thiếu sót Em kính mong nhận dẫn đóng góp thầy, để khóa luận em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày…tháng…năm 2022 Sinh viên DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ACE2 Angiotensin-Converting Enzyme Men chuyển angiotensin ACE Angiotensin-Converting Enzyme Men chuyển angiotensin ADMET absorption, distribution, metabolism, excretion, and toxicity Hấp thu, phân bố, chuyển hóa, thải trừ độc tính Ala Alanine Arg Arginine Asn Asparagine Asp Aspartic Acid COVID-19 Corona virus disease 2019 Bệnh virus corona 2019 CSDL Cơ sở liệu Cys Cysteine DNA Deoxyribonucleic acid FDA Food and Drug Administration Cục quản lý Thực phẩm Dược phẩm Hoa Kỳ GA Glycyrrhetinic acid GABAA Gamma aminobutyric acid subtype A GL Gln Glutamine Glu Glutamic Acid HBA Hydro bond acceptor Nhóm nhận liên kết hydro HBD Hydro bond donor Nhóm cho liên kết hydro His Histidine HIV Human immunodeficiency virus Virus gây suy giảm miễn dịch người IL-1β Interleukin - 1β IL-6 Interleukin - LD50 Lethal dose 50% Liều gây chết trung bình Leu Leucine Lys Lysine M pro Main protease Met Methionine MW Molecular weight Trọng lượng phân tử NMR Nuclear Magnetic Resonance Cộng hưởng từ hạt nhân NF-kB Nuclear Factor-kappa B Yếu Tố Nhân kappa B nsp Non-structure protein Protein phi cấu trúc ORF Open reading frame Khung đọc mở PL pro Papain-like protease Pro Proline RAAS Renin – Angiotensin – Aldosterone system Hệ thống Renin – Angiotensin – Aldosterone RdRp RNA-dependent RNA polymerase RNA polymerase phụ thuộc RNA RMSD Root mean square deviation Độ lệch bình phương trung bình gốc RNA Ribonucleic Acid Ro5 Rules of Bộ quy tắc ROS reactive oxygen species Gốc oxy hóa hoạt động RT-PCR Real-time Polymerase Chain Reaction Phản ứng chuỗi polymerase thời gian thực SARSCoV-2 Severe acute respiratory syndrome Virus corona gây hội chứng hơ coronavirus hấp cấp tính nặng SBVS Structure-based virtual screening Ser S-protein Sàng lọc ảo dựa cấu trúc Serine Spike protein Thr Protein gai Threonine TMPRSS2 Transmembrane serine protease Protease serine xuyên màng loại TNFα Tumor necrosis factor α Yếu tố hoại tử khối u alpha Tyr Tyrosine Val Valine Who World Health Organization Tổ chức y tế giới DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Biểu diễn liên kết MLN-4760 ACE2 11 Hình 1.2 Biểu diễn liên kết ML188 với Main protease vị trí hoạt động 12 Hình 2.1 Cấu trúc 3D đích phân tử tải từ CSDL Protein Data Bank: A Cấu trúc ACE2 (mã pdb: 1r4l); B Cấu trúc Spike protein (mã pdb: 6m0j); C.Main protease (mã pdb: 7l0d); C Cấu trúc RdRp (mã pdb: 7bv2) 25 Hình 2.2 Các bước thực dự đoán đặc điểm giống thuốc thông số ADMET 30 Hình 3.1 Minh họa trình in silico 31 Hình 3.2 RMSD MLN-4760 đồng kết tinh trước sau re-dock 32 Hình 3.3 Minh họa hai chiều tương tác MLN-4760 ACE2 vị trí hoạt động 32 Hình 3.4 RMSD ML188 đồng kết tinh trước sau re-dock 33 Hình 3.5 Minh họa hai chiều tương tác ML188 Main protease vị trí hoạt động 33 Hình 3.6 RMSD Remdesivir monophosphat đồng kết tinh trước sau redock 34 Hình 3.7 Minh họa hai chiều tương tác Remdesivir monophosphat RdRp vị trí hoạt động 34 Hình 3.8 Minh họa hai chiều tương tác Withanoside X Spike protein 35 Hình 3.9.Tương tác 18β -Glycyrrhetinic acid với đích: A.ACE2; B Spike protein; C.Main protease; D RdRp 48 Hình 3.10 Tương tác Shinpterocarpin với đích: A.ACE2; B Spike protein; C.Main protease; D RdRp 49 Hình 3.11 Tương tác Wistin với đích: A.ACE2; B Spike protein; C.Main protease; D RdRp 50 Hình 3.12 Tương tác Xambioona với đích: A.ACE2; B Spike protein; C.Main protease; D RdRp 51 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tổng hợp nguyên tắc điều trị người bệnh COVID-19 [2] .6 Bảng 3.1 Kết docking hợp chất có Cam thảo với đích phân tử 36 Bảng 3.2 Kết thông số hợp chất đáp ứng quy tắc Ro5 .38 Bảng 3.3 Kết phân tích đặc tính hấp thu, phân bố chuyển hóa 41 Bảng 3.4 Kết phân tích đặc tính thải trừ độc tính 42 Bảng 3.5 Kết phân tích mơ docking 18β -Glycyrrhetinic acid, Shinpterocarpin, Wistin, Xambioona với đích: ACE2, Spike protein, Main protease RdRp 44 MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG ĐẶT VẤN ĐỀ Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan bệnh COVID-19 1.1.1 Tổng quan virus SARS-CoV-2 1.1.2 Triệu chứng chẩn đoán nhiễm COVID-19 1.1.3 Vaccine thuốc sử dụng điều trị COVID-19 1.1.4 Phác đồ điều trị COVID-19 Bộ Y tế 1.1.5 Các đích phân tử virus SARS-CoV-2 1.1.6 Trung tâm hoạt động đích phân tử 10 1.2 Tổng quan cam thảo 13 1.2.1 Giới thiệu chung 13 1.2.2 Đặc điểm thực vật 14 1.2.3 Thành phần hóa học 14 1.2.4 Tác dụng 16 1.2.5 Tác dụng kháng virus Cam thảo 18 1.3 Tổng quan nghiên cứu in silico 19 1.3.1 Docking phân tử 20 1.3.2 Quy trình docking 21 1.3.3 Quy tắc Lipinski hợp chất giống thuốc 22 1.3.4 Dự đốn ADMET thơng số dược động học độc tính 23 Chương NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 Nguyên liệu thiết bị 25 2.2 Nội dung nghiên cứu 26 2.3 Phương pháp nghiên cứu 26 2.3.1 Sàng lọc docking phân tử 26 2.3.2 Nghiên cứu đặc điểm giống thuốc 29 2.3.3 Nghiên cứu đặc tính dược động học độc tính (ADMET) 29 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 Munir Ozturk, Khalid Rehman Hakeem Editors (2019), "Phytochemical Constituents and Pharmacological Effects of Licorice: A Review", Plant and Human Health, Volume 3, Springer, Dordrecht, pp 1-21 Naqvi, A A T., et al (2020), "Insights into SARS-CoV-2 genome, structure, evolution, pathogenesis and therapies: Structural genomics approach", Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis 1866(10), p 165878 National Institutes of Health (2021), Coronavirus Disease 2019 (COVID19) Treatment Guidelines, accessed 31/10/2022, from https://www.covid19treatmentguidelines.nih.gov/ Oyama, K., et al (2016), "Antibacterial Effects of Glycyrrhetinic Acid and Its Derivatives on Staphylococcus aureus", PLoS One 11(11), p e0165831 Pastorino, G., et al (2018), "Liquorice (Glycyrrhiza glabra): A phytochemical and pharmacological review", Phytother Res 32(12), pp 2323-2339 Patwardhan, Bhushan, et al (2020), "Ayurveda rasayana in prophylaxis of COVID-19" 118(8), pp 1158-60 Qiu, Z K., et al (2021), "A network pharmacology study with molecular docking to investigate the possibility of licorice against posttraumatic stress disorder", Metab Brain Dis 36(7), pp 1763-1777 Sanada, M., et al (2016), "4',6-dimethoxyisoflavone-7-O-beta-Dglucopyranoside (wistin) is a peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARgamma) agonist that stimulates adipocyte differentiation", Anim Sci J 87(11), pp 1347-1351 Scialo, F., et al (2020), "ACE2: The Major Cell Entry Receptor for SARSCoV-2", Lung 198(6), pp 867-877 Sharma, Varsha, Katiyar, Akshay, and Agrawal, RC %J Sweeteners (2018), "Glycyrrhiza glabra: chemistry and pharmacological activity", p 87 Shi, X., et al (2020), "Glycyrrhetinic acid alleviates hepatic inflammation injury in viral hepatitis disease via a HMGB1-TLR4 signaling pathway", Int Immunopharmacol 84, p 106578 Suzuki, M., et al (2018), "4',6-Dimethoxyisoflavone-7-O-beta-Dglucopyranoside (wistin) is a peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPARalpha) agonist in mouse hepatocytes", Mol Cell Biochem 446(1-2), pp 35-41 Towler, P., et al (2004), "ACE2 X-ray structures reveal a large hingebending motion important for inhibitor binding and catalysis", J Biol Chem 279(17), pp 17996-8007 U.S Food and Drug Administration (2020), FDA Approves First Treatment for COVID-19, accessed 27/10/2021 U.S Food and Drug Administration (2021), COVID-19 Vaccines, accessed27/10/2021 U.S Food and Drug Administration (2021), FDA Authorizes Monoclonal Antibodies for Treatment of COVID-19, accessed 31/10/2021, from https://www.fda.gov/ 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 Ullrich, S and Nitsche, C (2020), "The SARS-CoV-2 main protease as drug target", Bioorg Med Chem Lett 30(17), p 127377 Vaya, J., Belinky, P A., and Aviram, M (1997), "Antioxidant constituents from licorice roots: isolation, structure elucidation and antioxidative capacity toward LDL oxidation", Free Radic Biol Med 23(2), pp 302-13 World Health Organization (2021), COVID-19 vaccines, accessed 30/10/2021, from https://www.who.int/ World Health Organization (2021), COVID-19: symptoms and severity, accessed 2/11/2021 from https://www.who.int/ Xiu, S., et al (2020), "Inhibitors of SARS-CoV-2 Entry: Current and Future Opportunities", J Med Chem 63(21), pp 12256-12274 Yin, W., et al (2020), "Structural basis for inhibition of the RNA-dependent RNA polymerase from SARS-CoV-2 by remdesivir", Science 368(6498), pp 1499-1504 Zaidman, D., et al (2021), "An automatic pipeline for the design of irreversible derivatives identifies a potent SARS-CoV-2 M(pro) inhibitor", Cell Chem Biol 28(12), pp 1795-1806 e5 Asl, M N and Hosseinzadeh, H (2008), "Review of pharmacological effects of Glycyrrhiza sp and its bioactive compounds", Phytother Res 22(6), pp 709-24 Azam, F (2021), "Elucidation of Teicoplanin Interactions with Drug Targets Related to COVID-19", Antibiotics (Basel) 10(7) Behera, S K., et al (2021), "Drug repurposing for identification of potential inhibitors against SARS-CoV-2 spike receptor-binding domain: An in silico approach", Indian J Med Res 153(1 & 2), pp 132-143 Biondi, D M., Rocco, C., and Ruberto, G (2005), "Dihydrostilbene derivatives from Glycyrrhiza glabra leaves", J Nat Prod 68(7), pp 1099102 Celik, I., Erol, M., and Duzgun, Z (2022), "In silico evaluation of potential inhibitory activity of remdesivir, favipiravir, ribavirin and galidesivir active forms on SARS-CoV-2 RNA polymerase", Mol Divers 26(1), pp 279-292 Chikhale, R V., et al (2021), "Sars-cov-2 host entry and replication inhibitors from Indian ginseng: an in-silico approach", J Biomol Struct Dyn 39(12), pp 4510-4521 Cinatl, J., et al (2003), "Glycyrrhizin, an active component of liquorice roots, and replication of SARS-associated coronavirus", Lancet 361(9374), pp 2045-6 Dar, Ayaz Mahmood and Mir, Shafia %J J Anal Bioanal Tech (2017), "Molecular docking: approaches, types, applications and basic challenges" 8(2), pp 1-3 Diomede, L., et al (2021), "Can Antiviral Activity of Licorice Help Fight COVID-19 Infection?", Biomolecules 11(6) Harrison, A G., Lin, T., and Wang, P (2020), "Mechanisms of SARS-CoV2 Transmission and Pathogenesis", Trends Immunol 41(12), pp 1100-1115 64 65 66 67 68 69 Joshi, T., et al (2020), "In silico screening of natural compounds against COVID-19 by targeting Mpro and ACE2 using molecular docking", Eur Rev Med Pharmacol Sci 24(8), pp 4529-4536 Li, F., et al (2020), "Review of Constituents and Biological Activities of Triterpene Saponins from Glycyrrhizae Radix et Rhizoma and Its Solubilization Characteristics", Molecules 25(17) Li, W., Asada, Y., and Yoshikawa, T (2000), "Flavonoid constituents from Glycyrrhiza glabra hairy root cultures", Phytochemistry 55(5), pp 447-56 Pires, D E., Blundell, T L., and Ascher, D B (2015), "pkCSM: Predicting Small-Molecule Pharmacokinetic and Toxicity Properties Using GraphBased Signatures", J Med Chem 58(9), pp 4066-72 Tumskiy, R S and Tumskaia, A V (2021), "Multistep rational molecular design and combined docking for discovery of novel classes of inhibitors of SARS-CoV-2 main protease 3CLpro", Chem Phys Lett 780, p 138894 Wang, M Y., et al (2020), "SARS-CoV-2: Structure, Biology, and Structure-Based Therapeutics Development", Front Cell Infect Microbiol 10, p 587269 PHỤ LỤC Phụ lục Cấu trúc 58 hợp chất có Cam thảo sử dụng nghiên cứu STT Pubchem ID Tên hợp chất 73398 18α-Glycyrrhetinic acid 9897771 18β-Glycyrrhetinic acid 195343 Apioglycyrrhizin 195342 Araboglycyrrhizin Cấu trúc hóa học 14982 Axit glycyrrhizic 5318267 Calycosin 7-OGlucoside 6442675 Echinatin 14604077 Gancaonin L 480774 Glabrene 10 124052 Glabridin 11 11427657 Glabrocoumarin 12 10542808 Glabrocoumarone A 13 11596309 Glabrol 14 5317652 Glabrone 15 5317756 Glycycoumarin 16 15742118 Glycyrdione A 17 480787 Glycyrin 18 480799 Glyinflanin B 19 15233562 Glyinflanin H 20 442774 Hispaglabridin A 21 15228661 Hispaglabridin B 22 3084995 23 15098566 Isotachioside 24 15380912 Kanzonol W Isoschaftoside 25 10046166 Kanzonol X 26 10001604 Kanzonol Y 27 12069327 Licoagroaurone 28 5318989 Licoagrochalcone B 29 5318990 Licoagrochalcone C 30 5318991 Licoagrochalcone D 31 637141 Licoagrodin 32 73357140 Licoagroside A 33 22297602 Licoagroside B 34 9840805 Licochalcone C 35 5319001 Licofuranocoumari n 36 122851 37 12990122 Licorice Saponin B2 38 452864 39 14891565 Licoricesaponin G2 40 12889143 Licorice Saponin H2 41 73157182 Licoricesaponin K2 42 12223131 Macedenosin A Licopyranocoumari n Licoricesaponin C2 43 9862769 Morachalcone A 44 442813 Ononin 45 5319664 4'-OMethylglabridin 46 15228662 3'-Hydroxy-4'-Ometylglabridin 47 44257246 Afrormosin 7-O- (6 '' malonylglucoside) 48 12973791 Dihydro-3,5,3'7 trihydroxy-4'methoxystilbene 49 12973791 Dihydro-3,59 dihydroxy-4'acetoxy-5'isopentenylstilbene 50 10336244 Shinpterocarpin 51 11962143 Tachioside 52 5281426 Umbelliferone 53 163744 Uralsaponin B 54 128229 Uralsaponin A 55 86278364 Uralsaponin V 56 442664 Vicenin-2 57 10095770 Wistin 58 14769500 Xambioona