Nghiên cứu chủ yếu tập trung phát triển chất ức chế enzym MCR-1 để khôi phục hoạt tính kháng sinh. Đề tài tiến hành xây dựng mô hình 3D-pharmacophore và mô hình mô tả phân tử docking để tìm kiếm các chất có khả năng ức chế enzym MCR-1.
Nghiên cứu Y học Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số * 2019 NGHIÊN CỨU IN SILICO SÀNG LỌC CÁC CHẤT CÓ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ HOẠT TÍNH ENZYM MCR-1 Lê Minh Trí*, Trần Thành Đạo*, Huỳnh Phương Mai*, Thái Khắc Minh* TÓMTẮT Mở đầu: The mobilized colistin resistance – (MCR-1) gen gây đề kháng với colistin truyền qua plasmid trung gian Gen MCR-1 mã hóa enzym thuộc họ phosphoethanolamin transferase Enzym MCR-1 mang phosphoethanolamin đến gắn vào lipid A làm thay đổi điện tích lipid A dẫn đến thay đổi lực với colistin polymicin khác Mặc khác, colistin xem lựa chọn cuối để điều trị bệnh vi khuẩn gram âm đa kháng thuốc gây Vì vậy, hướng nghiên cứu chủ yếu tập trung phát triển chất ức chế enzym MCR-1 để khơi phục hoạt tính kháng sinh Đề tài tiến hành xây dựng mơ hình 3D-pharmacophore mơ hình mơ tả phân tử docking để tìm kiếm chất có khả ức chế enzym MCR-1 Đối tượng - Phương pháp nghiên cứu: Cấu trúc tinh thể phức hợp enzym MCR-1 tải từ ngân hàng sở liệu protein Phương pháp pharmacophore docking sử dụng để xây dựng mơ hình in silico cho việc sàng lọc ảo chất có khả ức chế enzym MCR-1 Cơ sở liệu để sàng lọc lấy từ ngân hàng thuốc DrugBank Kết quả: Mơ hình pharmacophore xây dựng khoang gắn kết MCR-1 ethanolamin gồm yếu tố Hai mơ hình docking xây dựng khoang gắn kết MCR-1 với ETA (khoang A) MCR-1 với D-glucose (khoang B) Kết sàng lọc qua mô hình pharmacophore: 408 chất tập 7.616 chất thỏa mơ hình, 401 chất dock thành cơng khoang A 402 chất dock thành công khoang B Thông qua khảo sát vai trò sinh học 19 chất trên, nghiên cứu tìm chất có triển vọng phát triển thành thuốc kháng sinh đồng thời có tác dụng ức chế enzym MCR-1 Kết luận: Các mô hình in silico xây dựng thành cơng sàng lọc chất tiềm Bên cạnh đó, việc sử dụng mơ hình pharmacophore để sàng lọc tập sở liệu lớn nên thực thử hoạt tính sinh học in vitro nhằm xác định khả ức chế MCR-1 thực tế chất tiềm Từ khóa: MCR-1, colistin, 3D-pharmacophore, docking, sàng lọc ảo ABSTRACT IN SILICO VIRTUAL SCREENING FOR THE POTENTIAL MOBILIZED COLISTIN RESISTANCE-1 INHIBITORS Le Minh Tri, Tran Thanh Dao, Huynh Phuong Mai, Thai Khac Minh * Ho Chi Minh City Journal of Medicine * Supplement of Vol 23 - No 2- 2019: 724-729 Introducion: The mobilized colistin resistance (mcr-1) gene confers plasmid-mediated resistance to colistin MCR-1 is a phosphoethanolamine transferase MCR-1 enzyme plays role in transfer of phosphoethanolamine to lipid A and in change the electrical charge of lipid A and reduce the affinity to colistin and related polymyxins, which leads to colistin resistance Colistin is considered the antibiotic against most gram-negative bacteria Therefore, developing an MCR-1 inhibitor to restore the efficacy of these drug against MCR-1 is in progess In this study, the 3D-pharmacophore and docking models were * Khoa Dược - Đại Học Y Dược TP Hồ Chí Minh Tác giả liên lạc: PGS TS Thái Khắc Minh ĐT: 09096 80385 724 Email: thaikhacminh@uphcm.edu.vn Chuyên Đề Dược Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số * 2019 Nghiên cứu Y học generated to develop the potential MCR-1 inhibitors Materials and Methods: Target protein structure of this study is the crystal structure of the MCR-1 Pharmacophore approach and molecular docking were applied to build in silico models for virtual screening of MCR-1 inhibitor The virtual sreening database is DrugBank Database Result and Discussion: The 3D-pharmacophore model was built based on the ETA-binding pocket with features The docking modelling were performed on the ETA-binding pocket (pocket A) and Dglucose binding pocket (pocket B) of MCR-1 DrugBank database containing of 7.616 compounds was virtually screened through developed models After screening via pharmacophore and molecular docking models, 401 compounds were successfully docked on pocket A, 402 compounds were successfully docked on pocket B The analysis of biological activities of 19 hits, there are potential compounds could be developed as antibiotics having the effect of inhibiting MCR-1 Conclusion: The in silico models for the MCR-1 inhibitors were successfully built and hits were found by virtual screening The developed 3D pharmacophore model could used to virtual screening of larger databases In vitro experiments should also be conducted to demonstrate the activity of hit compounds Keywords: MCR-1, colistin, 3D-pharmacophore, docking, virtual screening thời gian chi phí Hiện chưa có ĐẶTVẤNĐỀ thuốc phân tử nhỏ có khả ức chế Đề kháng kháng sinh hệ enzym MCR-1(1,2) Vì vậy, việc nghiên cứu để việc lạm dụng thuốc kháng sinh biến đổi tìm thuốc phân tử nhỏ có khả thu nhận gen đề kháng vi sinh vật ức chế enzym cần thiết mở hội (www.cdc.gov)(7) Nhiều chủng vi khuẩn điều trị hiệu trường hợp đề kháng Staphylococcus aureus (SA) đề kháng với kháng sinh Nghiên cứu in silico sàng lọc vancomycin kháng sinh hệ chất có khả ức chế enzym MCR-1 daptomycin hay chí đề kháng với tiến hành thực với mục đích xây dựng linezolid Polymyxin xem kháng sinh mơ hình 3D-pharmacophore mơ hình mơ tả cuối có hiệu trị liệu bệnh vi phân tử docking cấu trúc enzym khuẩn gram âm đa kháng gây ra(2) Tuy nhiên, MCR-1 tìm kiếm chất có khả ức chế năm gần đề kháng polymyxin enzym từ tập sở liệu ngân bắt đầu diễn với xuất gen hàng thuốc DrugBank (www.drugbank.ca) kháng thuốc truyền qua plasmid trung gian ĐỐITƯỢNG-PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU (MCR-1) làm vấn đề đề kháng kháng sinh trở nên nghiêm trọng(3,6,7,9) Trước tình Đối tượng nghiên cứu cấu trúc protein hình đó, việc tìm kháng sinh khôi phức hợp MCR-1 với ethanolamin (ETA) phục lại hiệu kháng sinh cần mã pdb 5YLE D-Glucose mã pdb 5YLF thiết Tuy nhiên, phát triển thuốc tải từ ngân hàng sở liệu protein trình lâu dài tốn Bên cạnh việc (www.rcsb.org)(8) Khoang gắn kết MCRxác định chất khởi nguồn, tổng hợp dẫn chất với ETA D-Glucose gồm acid amin có hoạt tính, thử nghiệm in vitro, in vivo; liệt kê bảng Đột biến acid dẫn chất phải thử nghiệm lâm sàng kéo amin làm MIC polymyxin E tác động dài nhiều năm khả thất bại bước dòng vi khuẩn chứa MCR-1 bị đột biến hạ cao Vì vậy, phương pháp sàng thấp gần với giá trị MIC lọc ảo đời công cụ đắc lực cho polymyxin E tác động dòng vi khuẩn trình khám phá thuốc mới, giúp tiết kiệm không chứa MCR-1(1,5,6,8) Những acid amin Chuyên Đề Dược 725 Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số * 2019 Nghiên cứu Y học gọi acid amin quan trọng Trong đó, đột biến His466 thành Ala MIC polymyxin E tác động dòng vi khuẩn chứa MCR-1 bị đột biến hạ thấp gần với giá trị MIC polymyxin E tác động dòng vi khuẩn không chứa MCR-1(5,8) Một phân tử nhỏ liên kết acid amin có khả ức chế hoạt tính enzym MCR-1 Bảng 1: Giá trị MIC polymyxin E dòng vi khuẩn chứa gen MCR-1 Khoang gắn kết MCR-1 với ETA Dòng Dòng chứa khơng gen MCRchứa gen tự nhiên MCR-1 Glu 246 1-2 8-16 2-4 Khoang gắn kết MCR-1 với D-glucose Dòng vi khuẩn chứa gen MCR-1 bị đột biến Thr 285 Asn 329 Lys 333 His 395 Asp 465 His 466 His 478 Thr 283 Ser 284 Thr 287 Pro 481 Asn 482 2-4 2-4 4-8 2-4 4-8 1-2 2-4 8-16 8-16 2-4 4-8 8-16 Mơ hình 3D-pharmacophore xây thư viện DrugBank với tổng cộng dựng dựa vào cấu trúc mục tiêu tác động 7.616 chất công cụ Pharmacophore Editor KẾTQUẢ phần Mơ hình 3D-pharmacophore mềm MOE 2015.10 (www.chemcomp.com), sử dụng cấu trúc MCR-1 có mã pdb 5YLE Công cụ FlexX/ LeadIT 2.1.8 (www.capterra.com) sử dụng để thực phương pháp docking dựa vào cấu trúc MCR-1 có mã pdb 5YLE 5YLF Ứng dụng mơ hình để sàng lọc ảo chất có khả ức chế MCR- Dựa vào acid amin quan trọng khoang gắn kết MCR-1 với ETA, mơ hình pharmacophore điểm xây dựng gồm nhóm kỵ nước, nhóm cho liên kết hydro nhóm nhận liên kết hydro kết trình bày Hình Hình 1: Mơ hình pharmacophore cho chất có khả gắn kết với MCR-1 với Acc: nhóm nhận liên kết hydro, Don: nhóm cho liên kết hydro, Hyd: nhóm kỵ nước 726 Chuyên Đề Dược Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số * 2019 Các mơ hình mơ tả phân tử docking Nghiên cứu Y học hình pharmacophore Các chất thỏa mơ hình Mơ hình docking xây dựng pharmacophore tiếp tục đánh giá hai cấu trúc protein có mã pdb 5YLE hai mơ hình docking Q trình trình 5YLF Kết thu hai khoang gắn kết bày Hình kết chất có kết tốt D-E D-F (hình 2) với kết docking lặp sàng lọc ảo trình bày Bảng lại RMSD 0,36 1,07 Å Hai mô hình docking xây dựng khoang pharmacophore: 408 chất tập 7.616 chất gắn kết MCR-1 với ETA (khoang A) thỏa mơ hình, 401 chất dock thành công MCR-1 với D-glucose (khoang B) khoang A (4 chất có điểm số docking