Nghiên cứu in silico tìm kiếm các chất ức chế b cell lymphoma 2 trong điều trị bệnh ung thư

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỒ CHÍ MINH - VÕ THỊ MINH NGUYÊN NGHIÊN CỨU IN SILICO TÌM KIẾM CÁC CHẤT ỨC CHẾ B-CELL LYMPHOMA TRONG ĐIỀU TRỊ BỆNH UNG THƯ LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ CHÍ MINH - VÕ THỊ MINH NGUYÊN NGHIÊN CỨU IN SILICO TÌM KIẾM CÁC CHẤT ỨC CHẾ B-CELL LYMPHOMA TRONG ĐIỀU TRỊ BỆNH UNG THƯ NGÀNH: DƯỢC LÝ VÀ DƯỢC LÂM SÀNG MÃ SỐ: 8720205 LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS THÁI KHẮC MINH THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Võ Thị Minh Nguyên NGHIÊN CỨU IN SILICO TÌM KIẾM CÁC CHẤT ỨC CHẾ B-CELL LYMPHOMA TRONG ĐIỀU TRỊ BỆNH UNG THƯ Võ Thị Minh Nguyên Giáo viên hướng dẫn: GS TS Thái Khắc Minh ĐẶT VẤN ĐỀ Bcl-2 (B-cell lymphoma 2) thành viên protein ức chế apoptosis thuộc họ gia đình BCL-2, tăng mức thúc đẩy tế bào ung thư khỏi q trình apoptosis Bởi vậy, protein Bcl-2 mục tiêu quan tâm phát triển thuốc điều trị ung thư MỤC TIÊU Thiết kế mơ hình sàng lọc in silico (docking, 2D-QSAR, 3D-pharmacophore) tiến hành sàng lọc nhằm tìm cấu trúc phân tử nhỏ có khả ức chế protein Bcl-2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Các mơ hình in silico (mô tả phân tử docking, 3D-Pharmacophore 2D-QSAR) xây dựng dựa cấu trúc protein Bcl-2 (mã PDB: 6O0K) chất ức chế Bcl-2 thu thập Sử dụng mơ hình kết hợp với đánh giá ADME, nghiên cứu tiến hành sàng lọc ngân hàng liệu chất hóa học ChemDiv, Maybridge, Drugbank tập chất từ thuốc cổ truyền Trung Hoa TCM nhằm tìm chất ức chế Bcl-2 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Mơ hình mơ tả phân tử docking cho thấy khả gắn kết tốt chất ức chế vào khoang gắn kết protein Bcl-2 Các acid amin Arg146, Asp111, Asp103 hai túi kỵ nước P2 P4 có vai trị quan trọng gắn kết với chất ức chế Bcl-2 Mô hình 3D-pharmacophore xây dựng với năm điểm F1:Aro|PiR, F2:Hyd, F3:Hyd, F4:Acc2 F5:Acc2 Mơ hình 2D-QSAR với sáu thơng số mơ tả 250 chất có cấu trúc aryl sulfonamid/amid xây dựng với R2 = 0,81, RMSE = 0,47 Sử dụng mơ hình kết hợp với đánh giá ADME, nghiên cứu tiến hành sàng lọc ngân hàng liệu chất hóa học ChemDiv, Maybridge, Drugbank TCM, kết sàng lọc tìm K284-5760, 8010-4956, G936-1802, KM05110, DB12138, 27253, 27592 bảy chất tiềm ức chế protein Bcl-2 xem xét nghiên cứu thêm để đánh giá hiệu điều trị ung thư KẾT LUẬN Các mơ hình in silico (mô tả phân tử docking, 3D-Pharmacophore 2D-QSAR) xây dựng dựa cấu trúc protein Bcl-2 chất ức chế Bcl-2 Những mơ hình ứng dụng để sàng lọc thư viện sở liệu tìm bảy chất tiềm ức chế protein Bcl-2 IN SILICO STUDIES FOR DISCOVERY B-CELL LYMPHOMA INHIBITORS ON CANCER TREATMENT Minh-Nguyen T Vo Supervisors: Prof Khac-Minh Thai INTRODUCTION Bcl-2 (B-cell lymphoma 2) is an anti-apoptotic protein member of the BCL-2 family, its overexpression is important for tumor cells to escape apoptosis Therefore, Bcl-2 is potential therapeutic target for new antitumor drug development OBJECTIVE In silico modelings (docking molecular descriptions, 3D-Pharmacophore, and 2DQSAR) were designed and screened to discovery new small molecules inhibitor of Bcl-2 protein MATERIALS AND METHODS In silico models (docking molecular descriptions, 3D-Pharmacophore, and 2DQSAR) were built based on the structure of Bcl-2 protein (PDB ID:6O0K) and Bcl2 inhibitors Those models and ADME assessment were used to screen on ChemDiv, Maybridge, Drugbank and Traditional Chinese Medicine (TCM) database for substance targeting Bcl-2 RESULTS Molecular docking results indicated that Bcl-2 inhibitors have good binding ability into the binding pocket of Bcl-2 protein Amino acids such as Arg146, Asp111, Asp103 and two P2, P4 hydrophobic pockets are important in binding Bcl-2 inhibitors A 5-point 3D-pharmacophore model was developed including F1:Aro|PiR, F2:Hyd, F3:Hyd, F4:Acc2 F5:Acc2 For 250 aryl sulfonamids/amids, 2D QSAR model with molecular descriptors was obtained with R2 = 0.81, RMSE = 0.47 Using those models and ADME assessment on ChemDiv, Maybridge, Drugbank and Traditional Chinese Medicine (TCM) database, in silico screening showed that K284-5760, 8010-4956, G936-1802, KM05110, DB12138, 27253, 27592 were the top potential structures and suggested further experimental investigation to evaluate the effectiveness on treatment cancer CONCLUSION In silico models (docking molecular descriptions, 3D-Pharmacophore, and 2DQSAR) were built based on the structure of Bcl-2 protein and Bcl-2 inhibitors These models were used to screen on database libraries for identifying seven new potential inhibitors of Bcl-2 protein i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii DANH MỤC CÁC HÌNH v DANH MỤC CÁC BẢNG vii MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan q trình apoptosis vai trị bệnh ung thư .3 1.2 Họ protein BCL-2 1.3 Protein ức chế apoptosis Bcl-2 .5 1.4 Nghiên cứu in silico chất ức chế protein bcl-2 11 1.5 Phương pháp xác định hoạt tính ức chế Bcl-2 12 1.6 Mơ hình mơ tả phân tử docking 13 1.7 Mơ hình 3D pharmacophore 14 1.8 Mơ hình 2D-QSAR 17 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.1 Xây dựng sở liệu 18 2.2 Mơ hình docking 21 2.3 Mô hình pharmacophore 25 2.4 Mơ hình 2D QSAR 31 2.5 Dự đốn đặc tính dược động học độc tính 40 2.6 Sàng lọc ảo chất có khả ức chế Bcl-2 44 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 45 3.1 Kết mơ hình mơ tả phân tử docking 45 3.2 Mơ hình pharmacophore chất ức chế Bcl-2 51 3.3 Mơ hình 2D QSAR dự đốn hoạt tính ức chế protein Bcl-2 58 3.4 Ứng dụng mơ hình in slico để sàng lọc chất có hoạt tính ức chế Bcl-2 67 3.5 Bàn luận .74 .ii CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .80 TÀI LIỆU THAM KHẢO .81 DANH MỤC PHỤ LỤC .PL-1 .iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ADME Absorption – Distribution – Metabolism – Excretion (Hấp thu – Phân bố - Chuyển hóa – Thải trừ) ADMET Absorption – Distribution – Metabolism – Excretion – Toxic (Hấp thu – Phân bố - Chuyển hóa – Thải trừ - Độc tính) ALL Acute lymphoblastic leukaemia (Bệnh bạch cầu lymphoblastic cấp tính AML Acute myeloid leukaemia (Bệnh lý bạch cầu cấp dòng tủy) Bcl-2 B-cell lyphoma CCC Concordance Correlation Coefficient CLL Chronic lymphocytic leukaemia (Bệnh bạch cầu lympho mạn dòng tủy) CRC Colorectal cancer (Ung thư đại trực tràng) FDA U.S Food and Drug Administration (Cơ quan Quản lý Thực phẩm Thuốc Hoa Kỳ) HBA Hydrogen bond acceptor (nhóm nhận hydro) HBD Hydrogen bond donor (nhóm cho hydro) LOO Leave-One-Out (Bỏ ra) L-20%-O Leave-20%-Out (Bỏ-20%-ra) MCL-1 Myeloid cell leukemia-1 MM Multiple myeloma (Đa u tủy xương) NHL Non-Hodgkin lymphoma (Bệnh lymphoma không Hodgkin) NSCLC Non-small-cell lung carcinoma (Ung thư phổi tế bào nhỏ) PAINS Pan assay interference compounds PCA Principle Components Analysis (Phân tích thành phần chính) PDB Protein Data Bank (Ngân hàng liệu protein) PLIF Protein-ligand interaction fingerprint (Dấu vân tay tương tác protein-phối tử) PLS Partial Least Squares (Bình phương tối thiểu phần) PSA Polar Surface Area (Diện tích bề mặt phân cực) Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL-26 MW (Da) pKi dự đốn Ki dự đoán (nM) Điểm số docking (kJ/mol) C604-0139 523,7 7,07 85 -8,43 22 C604-0142 610,8 7,06 87 -10,38 23 C604-0143 544,1 7,06 87 -9,23 24 K284-5746 620,7 7,03 93 -16,91 25 K284-5751 676,8 7,24 58 -12,04 STT ID 21 Cấu trúc hóa học Tn thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL-27 MW (Da) pKi dự đốn Ki dự đoán (nM) Điểm số docking (kJ/mol) K284-5752 616,7 7,13 74 -15,86 27 K284-5753 618,7 7,1 79 -16,17 28 K284-5754 618,7 7,05 89 -16,84 29 K284-5755 646,8 6,99 102 -15,93 30 K284-5756 648,7 7,2 63 -13,13 STT ID 26 Cấu trúc hóa học Tn thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL-28 MW (Da) pKi dự đốn Ki dự đoán (nM) Điểm số docking (kJ/mol) K284-5759 632,7 7,22 60 -12,88 32 K284-5760 660,7 7,2 63 -22,54 33 K821-0281 429,6 7,08 83 -13,53 34 K821-0405 446 7,21 62 -12,75 35 K821-0529 429,6 7,22 60 -13,02 36 V003-7724 520,6 7,07 85 -17,81 37 Y600-1538 395,5 7,18 66 -9,62 STT ID 31 Cấu trúc hóa học Tn thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL-29 MW (Da) pKi dự đốn Ki dự đoán (nM) Điểm số docking (kJ/mol) 8014-7325 593,2 7,22 60 -13,29 39 8014-7328 615,2 7,16 69 -16,76 40 8015-6675 670,4 7,13 74 -8,05 41 C303-0117 383,6 7,02 95 -11,75 42 C700-0089 583,8 7,63 23 -14,76 43 C700-0264 583,8 10 -13,15 44 C700-0284 569,8 7,2 63 -13,37 45 C734-0204 399,6 7,11 78 -13,98 STT ID 38 Cấu trúc hóa học Tn thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL-30 MW (Da) pKi dự đốn Ki dự đoán (nM) Điểm số docking (kJ/mol) G541-1160 469 7,36 44 -12,72 47 K284-5793 690,8 7,22 60 -16,04 48 K284-5798 646,7 7,15 71 -15,85 49 K788-1368 492,1 7,07 85 -17,06 50 V001-9947 424,6 7,28 52 -11,52 51 V004-0580 438,6 7,73 19 -11,67 STT ID 46 Cấu trúc hóa học Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL-31 MW (Da) pKi dự đoán Ki dự đoán (nM) Điểm số docking (kJ/mol) Y021-4516 959,3 8,32 Not dock 53 Y032-4021 501,6 7,07 85 -10,06 54 Y500-1158 558,8 7,02 95 -17,83 55 Y508-5968 399,4 7,22 60 -7,79 56 Y510-5026 656,8 7,2 63 -14,59 700,3 7,13 74 -20,99 STT ID 52 Cấu trúc hóa học OH 57 DB12138 S N N Cl O HN N HN HO Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn S N N Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL-32 MW (Da) pKi dự đoán Ki dự đoán (nM) Điểm số docking (kJ/mol) DB14793 727,8 7,26 55 Not dock 59 T634-0160 348,4 7,09 81 -13,92 60 JP00999 718,5 7,36 44 -15,87 61 KM05110 552,7 7,28 52 -20,84 62 RH01719 593,8 7,16 69 -12,58 63 SPB02094 494,7 7,59 26 -5,78 64 C304-3732 465,7 7,41 39 -10,63 65 G396-0162 461,6 7,01 98 -10,02 STT ID 58 Cấu trúc hóa học Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL-33 MW (Da) pKi dự đoán Ki dự đoán (nM) Điểm số docking (kJ/mol) G396-0635 468 7,12 76 -14,66 67 G396-0638 468 7,03 93 -13,31 68 G396-0642 482,1 7,11 78 -9,81 69 G396-0734 468 7,02 95 -13,4 70 G396-0738 482,1 7,1 79 -10,81 71 G396-1215 477,6 7,09 81 -12,74 72 K284-5726 563,6 7,06 87 -14,9 STT ID 66 Cấu trúc hóa học Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL-34 MW (Da) pKi dự đoán Ki dự đoán (nM) Điểm số docking (kJ/mol) K284-5727 563,6 7,08 83 -13,08 74 K284-5728 563,6 7,09 81 -15,99 75 K284-5729 580,1 7,19 65 -11,15 76 K284-5730 580,1 7,22 60 -16,07 77 K284-5731 580,1 7,22 60 -14,11 78 K292-1710 564,7 7,02 95 -14,51 79 K784-1631 474,1 7,39 41 -10,85 STT ID 73 Cấu trúc hóa học Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL-35 MW (Da) pKi dự đoán Ki dự đoán (nM) Điểm số docking (kJ/mol) K784-7518 512,6 7,02 95 -14,75 81 K784-7520 515,7 7,1 79 -10,72 82 K786-1969 510,1 7,29 51 -15,73 83 K788-1375 472,1 7,03 93 -12,9 84 K788-7004 484,7 7,02 95 -7,44 85 K788-8771 545,7 7,22 60 -14,65 86 K788-9803 573,8 7,74 18 -14,72 87 V002-1106 399,6 7,51 31 -9,33 STT ID 80 Cấu trúc hóa học Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL-36 MW (Da) pKi dự đoán Ki dự đoán (nM) Điểm số docking (kJ/mol) V007-9050 478,6 7,35 45 -10,61 89 V007-9064 478,6 7,35 45 -9,06 90 V009-9221 522,6 7,48 33 -9,47 91 V011-9208 7,57 27 -12,17 92 V014-4717 558,6 7,33 47 -14,73 93 V015-0833 542,7 8,33 -15,53 94 V015-9369 468,5 7,03 93 -8,37 STT ID 88 Cấu trúc hóa học Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn 502,6 Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL-37 MW (Da) pKi dự đoán Ki dự đoán (nM) Điểm số docking (kJ/mol) V017-5052 506,6 7,6 25 -10,68 96 V017-5087 462,6 7,43 37 -11,6 97 V017-5089 516,6 7,32 48 -12,96 98 V024-4323 516,6 7,16 69 -16,95 99 V030-5098 576,8 7,9 13 -16,1 592,7 7,05 89 -5,92 604,7 7,07 85 -4,69 STT ID 95 Cấu trúc hóa học OH 100 12704 HO OH O O 101 O 12707 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn HO O Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL-38 MW (Da) pKi dự đoán Ki dự đoán (nM) Điểm số docking (kJ/mol) 13394 604,8 7,59 26 -3,19 103 13414 548,7 7,21 62 -7,15 104 18601 768,9 7,08 83 -6,53 105 18607 753,9 7,38 42 -5,48 106 18610 780 7,54 29 -14,21 107 18613 725,9 7,18 66 -15,01 STT ID 102 Cấu trúc hóa học Tn thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL-39 MW (Da) pKi dự đốn Ki dự đoán (nM) Điểm số docking (kJ/mol) 18614 794 7,64 23 -14,53 109 18618 796 8,32 -2,49 110 18637 741,9 8,03 -8,97 111 21437 691,9 8,02 10 -14,68 112 27220 743,9 7,59 26 -11,42 113 27234 768 8,07 -9,52 STT ID 108 Cấu trúc hóa học Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL-40 MW (Da) pKi dự đoán Ki dự đoán (nM) Điểm số docking (kJ/mol) 27243 656,8 7,02 95 -10,49 115 27253 729,9 7,32 48 -20,14 116 27586 850,1 7,44 36 -14,71 117 27592 796 7,06 87 -21,33 STT ID 114 Cấu trúc hóa học Tn thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn