Sàng lọc ảo hợp chất ức chế enzym tyrosinase từ hợp chất thiên nhiên việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƯỢC NGUYỄN THỊ HƯƠNG GIANG SÀNG LỌC ẢO HỢP CHẤT ỨC CHẾ ENZYM TYROSINASE TỪ HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN VIỆT NAM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC Hà Nội – 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƯỢC NGUYỄN THỊ HƯƠNG GIANG SÀNG LỌC ẢO HỢP CHẤT ỨC CHẾ ENZYM TYROSINASE TỪ HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN VIỆT NAM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC Khóa: QH.2012.Y Người hướng dẫn: TS Lê Thị Thu Hường TS Phạm Thế Hải Hà Nội – 2017 Lời cảm ơn Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Lê Thị Thu Hường - Giảng viên Bộ môn Dược liệu Dược học cổ truyền, Khoa Y Dược, Đại học Quốc Gia Hà Nội, TS Phạm Thế Hải - Giảng viên Bộ mơn Hóa dược, Trường đại học Dược Hà Nội trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để nghiên cứu hồn thành khóa luận Tôi xin chân thành cảm ơn ThS Ninh Bảo Yến giúp đỡ tơi nhiều q trình thực khóa luận, xin gửi lời cảm ơn đến tất quý thầy cô Đại học Quốc Gia Hà Nội dạy dỗ, trang bị kiến thức cho suốt năm theo học trường Tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè theo sát động viên, quan tâm tạo điều kiện giúp tơi hồn thành khóa luận Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 06 năm 2017 Sinh viên Nguyễn Thị Hương Giang Bảng ký hiệu, chữ viết tắt Asn Asparagin CSDL Cơ sở liệu DHI 5,6-dihydroxyindol DHICA Acid 5,6-dihydroxyindol-2-cacboxylic Glu Acid glutamic HC Hợp chất His Histidin HQ Hydroquinon L-DOPA L-3,4-dihydroxyphenylalanin Phel Phenylalanin PPO Polyphenol Oxidase QSAR Quantitative Structure-Activity Relationships TTHĐ Trung tâm hoạt động TSPT Tham số phân tử Val Valin Danh mục bảng Bảng 1: Các phân nhóm CSDL 14 Bảng 2: Ái lực liên kết với đích 21 hợp chất dự đốn có khả ức chế tyrosinase 22 Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1: Q trình oxy hóa phenol thơng qua enzym tyrosinase .7 Hình 2: Các dạng oxi hóa enzym tyrosinase Hình 3: Trung tâm hoạt động enzym tyrosinase tương tác với Tropolon Hình 4: Sơ đồ biểu diễn đường sinh tổng hợp melanin Hình 5: Mơ hệ thống sàng lọc ảo hợp chất ức chế enzym tyrosinase 16 Hình 6: Giá trị Tc chất CSDL tương ứng với 12 chất mẫu 19 Hình 7: Khoảng phân bố giá trị Tc max 19 Hình 8: Phân bố giá trị Tc max theo chất mẫu 20 Hình 9: Cấu trúc VNPD_ID929 vẽ lại TOMOCOMD-CARDD 20 Hình 10: Phân bố nhóm chất 21 Hình 11: Phân bố lượng liên kết với trung tâm hoạt động enzym 21 Hình 12: Mơ cấu dạng phức hợp trung tâm hoạt động enzym với VNPD_ID929 27 Hình 13: Mơ cấu dạng phức hợp trung tâm hoạt động enzym với VNPD_ID722 28 Hình 14: Mơ cấu dạng phức hợp trung tâm hoạt động enzym với VNPD_ID889 28 Hình 15: Mơ cấu dạng phức hợp trung tâm hoạt động enzym với VNPD_ID723 29 Hình 16: Mơ cấu dạng phức hợp trung tâm hoạt động enzym với VNPD_ID1157 30 MỤC LỤC Lời cảm ơn Bảng ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Chương - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan sàng lọc ảo .2 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Quy trình sàng lọc ảo 1.1.3 Các kỹ thuật sàng lọc ảo 1.2 Tổng quan enzym tyrosinase .6 1.2.1 Khái niệm enzym tyrosinase 1.2.2 Trung tâm hoạt động enzym tyrosinase 1.2.3 Vai trò tyrosinase 1.2.4 Các chất ức chế tyrosinase 1.3 Tổng quan hợp chất thiên nhiên Việt Nam 12 1.3.1 Khái niệm hợp chất thiên nhiên 12 1.3.2 Vai trò hợp chất thiên nhiên nghiên cứu phát triển thuốc .12 1.3.3 Tiềm hơp chất thiên nhiên Việt Nam 13 Chương - NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 2.1 Đối tượng, nguyên vật liệu thiết bị nghiên cứu 14 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 14 2.1.2 Nguyên liệu 14 2.1.3 Thiết bị 15 2.2 Phương pháp nghiên cứu 15 2.2.1 Tìm kiếm đồng dạng 16 2.2.2 Mơ hình QSAR 17 2.2.3 Docking 17 2.2.4 Xử lý số liệu 18 Chương - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 19 3.1 Kết tìm kiếm đồng dạng 19 3.2 Kết mơ hình QSAR 20 3.3 Kết Docking 21 3.4 Bàn luận 23 3.4.1 Về phương pháp sàng lọc ảo 23 3.4.2 Về kết sàng lọc ảo 26 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 31 Tài liệu tham khảo Phụ lục MỞ ĐẦU Hiện nay, xã hội ngày phát triển vấn đề thẩm mỹ, làm đẹp người ý đặc biệt vấn đề chăm sóc da Màu da người định nhiều yếu tố, đó, quan trọng sản xuất phân bố sắc tố melanin tế bào biểu bì tạo sắc tố [68] Khi tế bào biểu bì tạo sắc tố hoạt động mạnh sản sinh nhiều melanin phân tán mạnh hơn, gây tượng nám da, sạm da, tàn nhang… ung thư da [22] Melanin hình thành hạt sắc tố melanosom hoạt động enzym tyrosinase [63] Vì vậy, nhiều sản phẩm làm sáng da, chống nám sử dụng hoạt chất chất ức chế tyrosinase Tuy nhiên, chất có hoạt tính ức chế tyrosinase sử dụng Hydroquinon (HQ), Acid Kojic Arbutin lại có nhiều vấn đề liên quan đến độ an toàn hiệu [17, 81] Do mà việc tìm kiếm hợp chất ức chế tyrosinase có độ an tồn hiệu cao đặc biệt từ hợp chất có nguồn gốc thiên nhiên việc làm thiết thực cấp bách Phát tối ưu hóa chất dẫn đường khâu quan trọng trình nghiên cứu phát triển thuốc đại Lâu nay, nghiên cứu chủ yếu dựa vào phương pháp thực nghiệm “thử lỗi” với nhược điểm tốn thời gian, tiền bạc cho hiệu thấp Các phương pháp trợ giúp máy tính (in silico) giúp ích nhiều cho việc phát hợp chất có hoạt tính sinh học trước chúng tổng hợp hay phân lập thông qua q trình sàng lọc ảo Sàng lọc ảo khơng bổ sung cho sàng lọc thật mà giúp định hướng trình tổng hợp/phân lập chất Sàng lọc ảo tương đối rẻ, nhanh, cho phép làm việc với số lượng lớn lên tới hàng triệu hợp chất, điều khơng thể làm mơ hình thực nghiệm Bên cạnh đó, Việt Nam có nguồn dược liệu phong phú với hàng nghìn hợp chất phân lập tổng hợp thông tin liên quan lại thành sở liệu (CSDL) cung cấp thơng tin đầu vào hữu ích cho việc sàng lọc ảo Cho đến thời điểm tại, chưa có báo cơng bố quy trình sàng lọc ảo để tìm kiếm chất ức chế tyrosinase từ CSDL Do đó, việc sàng lọc CSDL hợp chất phân lập từ dược liệu đóng góp nhiều cho trình nghiên cứu phát triển thuốc làm trắng da, chống nám Việt Nam Trên sở đó, đề tài “Sàng lọc ảo hợp chất ức chế enzym Tyrosinase từ hợp chất thiên nhiên Việt Nam” thực với mục tiêu: Phát hợp chất có khả ức chế tyrosinase mạnh thơng qua sàng lọc ảo hợp chất phân lập từ thảo dược Việt Nam Chương - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan sàng lọc ảo 1.1.1 Khái niệm Các khái niệm sàng lọc ảo (virtual screening) xuất vào năm 60 kỷ XX với mơ hình Hansch [28] Thế nhưng, từ năm 1990 lĩnh vực có nhiều bước tiến từ đến nay, ngày phát triển mạnh mẽ [41] Sàng lọc ảo đề cập đến loạt kỹ thuật in silico (các kỹ thuật thự với trợ giúp máy tính) sử dụng để sàng lọc CSDL hợp chất lớn nhằm lựa chọn số lượng nhỏ cho thử nghiệm sinh học Mơ hình sàng lọc ảo khơng bổ sung cho mơ hình thực nghiệm mà giúp định hướng q trình tổng hợp/phân lập chất Ngồi sau xây dựng, việc sử dụng mơ hình tương đối rẻ (tiết kiệm ngun liệu thử), nhanh cho phép làm việc với số lượng lớn lên tới hàng triệu hợp chất, điều làm mơ hình thực nghiệm 1.1.2 Quy trình sàng lọc ảo Quá trình sàng lọc ảo gồm bước sau: 1) Lựa chọn đối tượng sàng lọc 2) Lựa chọn kỹ thuật 3) Sắp xếp kỹ thuật theo thứ tự phù hợp 4) Sàng lọc 5) Phân tích kết 1.1.3 Các kỹ thuật sàng lọc ảo Các kỹ thuật sàng lọc ảo phân vào nhóm sàng lọc ảo dựa phối tử (Ligand-based Virtual Screening) sàng lọc ảo dựa cấu trúc (Structure-based Virtual Screening) Sàng lọc ảo dựa phối tử thực trường hợp khơng có cấu trúc 3D protein, có cấu trúc phối tử Các kỹ thuật sử dụng lúc kỹ thuật xây dựng phần cấu trúc mang hoạt tính (pharmacophore), kỹ thuật tìm kiếm đồng dạng (similarity searching), QSAR Trong trường hợp có cấu trúc 3D protein cấu trúc phối tử, kỹ thuật sàng lọc ảo dựa vào cấu trúc áp dụng, sử dụng kỹ thuật docking [47] Hệ thống sàng lọc ảo trợ giúp máy tính gồm nhiều phễu lọc khác nhau, phễu lọc sử dụng kỹ thuật sàng lọc khác nhau, xếp hợp lý dựa vào thời gian mà máy tính cần cho thuật tốn phức tạp thông tin đầu vào Nghiên cứu sử dụng kết hợp phễu lọc: Tìm kiếm đồng dạng, Mơ hình QSAR Kỹ thuật docking 1032.11 4591.14 4591.14 3096.34 5442.34 1702.39 1367.25 5492.76 3894.16 5596.56 1032.11 516.05 2372.68 335.14 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Phụ lục 3.b: Kết tham số phân tử sử dụng cho QSAR hoạt tính Mqh13 Mq15 KEq5 131685078 74088271 712.08 373453496 1193264631 2377.55 1533293874 12378636791 4138.51 1533320515 12378637176 4148.54 1162052157 6273089776 2197.42 10620049931 26758296968 2056.95 2909158858 17909224772 7621.09 2836022685 17744905691 7283.66 14987773481 58863895874 2087.05 16626229863 72510013454 4307.45 13092624188 47121046803 4033.62 9756695042 18365704529 3468.33 12606146239 39484602362 4053.69 10145561706 24822910898 1485.01 9777906029 26758296968 2056.95 8861068916 16429060102 2187.39 11845020449 29142532582 2849.62 12098154429 30964150331 2859.66 12529630471 28194141940 2689.08 8460353217 24620320777 2384.51 9525594734 20294261923 1836.20 5482676829 22758157933 14086.49 10787512983 44417106573 6501.96 9374403388 30845147647 6294.48 9088766776 17679132586 1685.69 8115827494 21497708815 2337.89 20527387875 81392843648 1725.83 10254377398 46529267021 5267.47 10109370857 44775836172 5006.59 10254377398 46529267021 5267.47 10563405602 27705137299 2097.08 11668490781 30097541263 2097.08 12952167120 35321509200 1765.96 10853746070 27919918470 2056.95 8046722520 32881762267 2107.12 9109233974 16832538718 2187.39 8758505004 22844311402 1685.69 10864877386 40850307413 3865.96 11636676456 30200099420 1685.69 10663164059 27610612228 2056.95 9824639912 2165445877 1244.20 Phụ lục 4: Kết trình sàng lọc qua phễu lọc mơ hình QSAR STT Số đăng ký 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 VNPD_ID992 VNPD_ID1277 VNPD_ID880 VNPD_ID1333 VNPD_ID167 VNPD_ID1 VNPD_ID297 VNPD_ID1237 VNPD_ID798 VNPD_ID869 VNPD_ID975 VNPD_ID240 VNPD_ID577 VNPD_ID343 VNPD_ID664 VNPD_ID825 VNPD_ID870 VNPD_ID871 VNPD_ID1291 VNPD_ID1376 VNPD_ID938 VNPD_ID1257 VNPD_ID791 VNPD_ID1056 VNPD_ID1290 VNPD_ID587 VNPD_ID974 VNPD_ID1256 VNPD_ID1365 VNPD_ID517 VNPD_ID890 VNPD_ID900 VNPD_ID1179 VNPD_ID1220 VNPD_ID1272 VNPD_ID571 VNPD_ID913 VNPD_ID395 VNPD_ID722 VNPD_ID340 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 VNPD_ID341 VNPD_ID580 VNPD_ID53 VNPD_ID181 VNPD_ID462 VNPD_ID653 VNPD_ID875 VNPD_ID892 VNPD_ID45 VNPD_ID291 VNPD_ID1286 VNPD_ID1359 VNPD_ID495 VNPD_ID646 VNPD_ID868 VNPD_ID887 VNPD_ID894 VNPD_ID898 VNPD_ID901 VNPD_ID929 VNPD_ID948 VNPD_ID950 VNPD_ID1031 VNPD_ID1188 VNPD_ID314 VNPD_ID528 VNPD_ID579 VNPD_ID799 VNPD_ID249 VNPD_ID442 VNPD_ID7 VNPD_ID38 VNPD_ID90 VNPD_ID1023 VNPD_ID1353 VNPD_ID324 VNPD_ID463 VNPD_ID248 VNPD_ID723 VNPD_ID313 VNPD_ID323 VNPD_ID940 VNPD_ID1022 VNPD_ID1057 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 VNPD_ID1178 VNPD_ID176 VNPD_ID465 VNPD_ID797 VNPD_ID1159 VNPD_ID1346 VNPD_ID112 VNPD_ID260 VNPD_ID627 VNPD_ID644 VNPD_ID725 VNPD_ID911 VNPD_ID25 VNPD_ID348 VNPD_ID1193 VNPD_ID1334 VNPD_ID347 VNPD_ID896 VNPD_ID1167 VNPD_ID28 VNPD_ID952 VNPD_ID54 VNPD_ID55 VNPD_ID889 VNPD_ID250 VNPD_ID358 VNPD_ID366 VNPD_ID369 VNPD_ID582 VNPD_ID610 VNPD_ID735 VNPD_ID856 VNPD_ID916 VNPD_ID1158 VNPD_ID1163 VNPD_ID1261 VNPD_ID1277 VNPD_ID637 VNPD_ID651 VNPD_ID935 VNPD_ID27 VNPD_ID899 VNPD_ID120 VNPD_ID861 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 VNPD_ID883 VNPD_ID183 VNPD_ID230 VNPD_ID232 VNPD_ID298 VNPD_ID616 VNPD_ID661 VNPD_ID766 VNPD_ID855 VNPD_ID882 VNPD_ID921 VNPD_ID922 VNPD_ID923 VNPD_ID964 VNPD_ID966 VNPD_ID1021 VNPD_ID1038 VNPD_ID1292 VNPD_ID1347 VNPD_ID893 VNPD_ID1157 VNPD_ID419 VNPD_ID625 VNPD_ID648 VNPD_ID770 VNPD_ID912 VNPD_ID943 VNPD_ID46 VNPD_ID184 VNPD_ID412 VNPD_ID691 VNPD_ID451 VNPD_ID961 VNPD_ID761 VNPD_ID1177 VNPD_ID194 VNPD_ID1285 VNPD_ID173 VNPD_ID237 VNPD_ID337 VNPD_ID493 VNPD_ID1027 VNPD_ID1028 VNPD_ID467 173 VNPD_ID1306 174 VNPD_ID1166 Trong đó, Act: có hoạt tính ức chế tyrosinase; InA: khơng có hoạt tính ức chế tyrosinase; S: hoạt tính ức chế tyrosinase mạnh; W: hoạt tính ức chế tyrosinase yếu Phụ lục 5: Mô cấu dạng docking lượng liên kết (Kcal/mol) 34 hợp chất với trung tâm hoạt động enzym tyrosinase 1.VNPD_ID722 G = -8,6404 3.VNPD_ID1157 G = -7,230 5.VNPD_ID929 G = -8,7921 7.VNPD_ID894 G = -8,7538 9.VNPD_ID38 G = -5,2493 11.VNPD_ID46 G = -5,3657 13.VNPD_ID291 G = -5,4977 15.VNPD_ID298 G = -6,9306 17.VNPD_ID314 G = -8,6825 19.VNPD_ID577 G = -6,4105 21.VNPD_ID725 G = -5,7037 23.VNPD_ID922 G = -6,2830 25.VNPD_ID938 G = -5,7722 27.VNPD_ID943 G = -4,3292 29.VNPD_ID1237 G = -7,7862 31.VNPD_ID1257 G = -6,3540 33.VNPD_ID1286 G = -5,4154 ... Việt Nam Trên sở đó, đề tài Sàng lọc ảo hợp chất ức chế enzym Tyrosinase từ hợp chất thiên nhiên Việt Nam thực với mục tiêu: Phát hợp chất có khả ức chế tyrosinase mạnh thông qua sàng lọc ảo. .. [81] 1.3 Tổng quan hợp chất thiên nhiên Việt Nam 1.3.1 Khái niệm hợp chất thiên nhiên Hợp chất thiên nhiên ( natural products) chất hóa học có nguồn gốc từ thiên nhiên chiết xuất từ mô động vật,... (hàng nghìn hợp chất) nhằm thu tập hợp nhỏ hợp chất có tiềm ức chế enzym tyrosinase 15 Hình 5: Mơ hệ thống sàng lọc ảo hợp chất ức chế enzym tyrosinase 2.2.1 Tìm kiếm đồng dạng Phễu lọc tìm kiếm