Nghiên cứu này nhằm mục đích xây dựng các mô hình QSAR từ cơ sở dữ liệu thu thập được và áp dụng trong sàng lọc trên ngân hàng dữ liệu, định hướng thiết kế để tìm ra những chất có khả năng ức chế NorA góp phần đẩy lùi sự đề kháng kháng sinh.
Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ Số * 2014 Nghiên cứu Y học NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH 2D-QSAR TRÊN CÁC CHẤT ỨC CHẾ BƠM NOR-A CỦA STAPHYLOCOCCUS AUREUS Thái Khắc Minh*, Phan Thiện Vy*, Ngơ Triều Dủ*, Huỳnh Nghĩa Tín* TĨM TẮT Mở đầu : Đề kháng kháng sinh vấn đề nghiêm trọng sức khỏe cộng đồng Một chế đề kháng kháng sinh quan trọng vi khuẩn tạo bơm đề kháng đẩy kháng sinh nguyên nhân đề kháng đa kháng sinh Cơ chế khám phá Staphylococcus aureus (SA) đề kháng quinolon berberin thơng qua bơm NorA Hiện tại, nhiều nhóm cấu trúc nghiên cứu chứng minh khả ức chế bơm NorA SA Mục tiêu : Nghiên cứu nhằm mục đích xây dựng mơ hình QSAR từ sở liệu thu thập áp dụng sàng lọc ngân hàng liệu, định hướng thiết kế để tìm chất có khả ức chế NorA góp phần đẩy lùi đề kháng kháng sinh Đối tượng phương pháp nghiên cứu : Mơ hình 2D-QSAR xây dựng dựa thuật tốn bình phương tối thiểu phần PLS MOE) sở liệu gồm 47 chất có giá trị IC50 Mơ hình 2D-QSAR sau xây dựng ứng dụng để dự đoán giá trị IC50 182 dẫn chất flavonoid Kết bàn luận : Theo hướng thiết kế thuốc dựa vào ligand, nghiên cứu xây dựng mơ hình 2DQSAR thơng số mơ tả có tên rings, SlogP logS Các giá trị đánh giá mơ hình cho thấy mơ hình có khả dự đốn sai số giá trị dự đoán giá trị thực nghiệm 0,5 tốt Chuyên Đề Dược Học Ý nghĩa có > 0,5; Mơ hình III +0.12504 -0.18469 3.33285 0,5), giá trị dựng (0,30) tập đánh giá ngoại (0,2) xem mơ hình có khả dự đốn tốt mơ hình xây dựng 331 Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ Số * 2014 Nghiên cứu Y học Bảng 3: Các thơng số đánh giá mơ hình I Giá trị dự đoán pIC50 flavonoid nằm khoảng 3,83 - 5,39, tương ứng với IC50 dự đoán khoảng 4,04 - 148,04 µM Trong đó, flavonoid có giá trị hoạt tính dự đốn cao thuộc nhóm cấu trúc 2’-hydroxy chalcon flavon pIC50 = + 0.1952 * rings + 0.2363 * SlogP + 3.00398 2/ N RMSE R Q Tập xây dựng Đánh giá chéo Tập ngoại Toàn tập 36 0,26 0,61 36 0,28 0,55 45 0,25 0,26 0,84 0,63 Tập xây dựng 0,61 0,31 0,46 0,30 0,71 0,67 0,51 0,40 0,61 0,54 0,2 0,27 Tập ngoại Hình 1: Đường thẳng tương quan pIC50 dự đoán thực nghiệm tập xây dựng tập ngoại (A) A B Hình Đồ thị phân bố tập ứng dụng tập xây dựng biểu diễn theo rings SlogP (A), theo PCA1 PCA2 (B) chất xây dựng mơ hình, flavonoid, flavonoid có giá trị hoạt tính dự đốn tốt 332 Chun Đề Dược Học Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ Số * 2014 Nghiên cứu Y học Theo kết dự đoán, hoạt tính ức chế bơm NorA dẫn chất chalcon tăng có thêm nhóm benzyloxy vị trí 4’ 5’ vòng A; khơng có nhóm benzyloxy hay thay nhóm khác benzyl, methoxy vòng A làm giảm hoạt tính (Hình 3) Hình 3: Vai trò nhóm khả ức chế bơm NorA dẫn chất 2-hydroxychalcon từ hoạt tính dự đốn mơ hình I Bảng 4: Cấu trúc, kết dự đốn hoạt tính dẫn chất 2-hydroxy chalcon 14 dẫn chất flavon Cấu trúc Tên 4’ 5’ OCH2-Ar OCH2-Ar OCH2-Ar Ar OCH2-Ar OCH3 Cấu trúc BMC-2009-1650-13 BMC-2009-1650-14 BMC-2009-1650-9 BMC-2009-1650-8 Tên Cấu trúc F1 OH CBDD2012-130 CBDD2012-111 CBDD2012-115 Tên Cl OH OH Cl Đối với dẫn chất flavon, nhóm hydroxy vị trí vòng A nhóm benzoyl vị trí vòng C đóng vai trò định khả ức chế bơm NorA theo giá trị dự đốn từ mơ hình I (Hình 4A.) Trong đó, chất CBDD-2012-1-39, CBDD-2012-1-45, CBDD- Chun Đề Dược Học Cl 4’ OCH3 CF3 OH CF3 OH Cl 3” CBDD-2012-1-39 CBDD-2012-1-45 CBDD-2012-1-40 CBDD-2012-1-38 CBDD-2012-1-42 CBDD-2012-1-41 CBDD-2012-1-44 CBDD-2012-1-43 CBDD-2012-1-46 CBDD-2012-1-47 3’ F 4” 3’ CF3 CF3 Cl F F OCH3 Cl F OCH3 OH OH Cl pIC50 dự IC50 dự đốn (µM) đốn 5,39 4,04 4,80 15,87 4,80 15,94 4,76 17,43 pIC50 dự đoán IC50 dự đoán (µM) 4,68 20,86 4,62 23,73 4,62 23,73 4,62 24,01 4’ F F OCH3 OCH3 OCH3 NO2 OCH3 NO2 OCH3 NO2 OCH3 NO2 pIC50 dự IC50 dự đốn đốn (µM) 5,38 4,16 5,37 5,09 4,92 4,86 4,81 4,81 4,76 4,74 4,70 4,30 8,19 11,92 13,70 15,62 15,62 17,27 18,09 20,01 2012-1-40 CBDD-2012-1-38 có halogen (CF3/F/Cl) vòng B vòng benzoyl vị trí vòng C, chất có giá trị hoạt tính dự đốn tốt Căn vào giá trị dự đốn từ mơ hình QSAR, hoạt tính ức chế bơm NorA dẫn chất flavon, đặc biệt dẫn chất 3-benzoyl-7- 333 Nghiên cứu Y học Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ Số * 2014 hydroxy flavon, tăng có thêm nhóm halogeno (CF3/F/Cl) vị trí khác vòng B vòng benzoyl Ngược lại, vắng mặt nhóm halogen hay thay nhóm khác methoxy, nitro vòng B vòng benzoyl làm giảm hoạt tính ức chế bơm NorA (Hình 4B.) A B Hình 4: Vai trò nhóm khả ức chế bơm NorA khung flavon (A) khung 3-benzoyl-7hydroxy flavon (B) từ hoạt tính dự đốn mơ hình I KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Từ 47 chất thuộc 16 nhóm cấu trúc với phương pháp thử nghiệm hoạt tính ức chế bơm NorA, ba mơ hình 2D-QSAR bơm ngược NorA xây dựng với khả dự đoán 45%, sai số dự đoán chấp nhận đạt yêu cầu theo Ojha cộng sự.(15) Trong mơ hình, mơ hình I có khả thấp thứ nhì) dự đốn tốt ( cao nhất, cho tập xây dựng tập đánh giá ngoại Ứng dụng mơ hình I dự đốn hoạt tính ức chế bơm ngược NorA 182 dẫn chất flavonoid, kết cho thấy flavonoid có hoạt tính dự đốn cao thuộc nhóm cấu trúc 2’-hydroxy chalcon flavon Đối với dẫn chất chalcon, hoạt tính ức chế bơm NorA tăng có thêm nhóm benzyloxy vị trí 4’ 5’ vòng A Trong dẫn chất flavon, nhóm hydroxy vị trí vòng A nhóm benzoyl vị trí vòng C đóng vai trò định khả ức chế bơm NorA, vai trò tăng hoạt nhóm halogeno (CF3/F/Cl) vị trí khác vòng B vòng benzoyl 334 Brincat JP, Carosati E, Sabatini S, Manfroni G, Fravolini A, L.Raygada J, Patel D, W.Kaatz G, and Cruciani G (2011), "Discovery of Novel Inhibitors of the NorA Multidrug Transporter of Staphylococcus aureus", Journal of Medicinal Chemistry, 54, 354-65 Dupree T (2005), Pharmacophore develoment and validation for inhibitors of the bacterial NorA efflux pump, Master of Science (research), University of Wollongong,Wollonging, Australia German N, Kaatzb GW, and Kernsa RJ (2008), "Synthesis and evaluation of PSSRI-based inhibitors of Staphylococcus aureus multidrug efflux pumps", Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 18, 1368-73 German N, Wei P, Kaatz GW, and Kerns RJ (2008), "Synthesis and evaluation of fluoroquinolone derivatives as substrate-based inhibitors of bacterial efflux pumps", European Journal of Medicinal Chemistry, 43, 2453-63 Gibbons S (2005), "Plants as a source of bacterial resistance modulators and anti-infective agents", Phytochemistry Reviews, 4, 63-78 Kaatz GW, Moudgal VV, Seo SM, and Kristiansen JE (2003), "Phenothiazines and Thioxanthenes Inhibit Multidrug Efflux Pump Activity in Staphylococcus aureus", Antimicrob Agents Chemother, 47 (2), 719-26 Kaatz GW, Moudgal VV, Seo SM, Hansen JB, and Kristiansen JE (2003), "Phenylpiperidine selective serotonin reuptake inhibitors interfere with multi rug e flux pump activity in Staphylococcus aureus", International Journal of Antimicrobial Agents, 22, 254-61 Law CJ, Maloney PC, and Wang DN (2008), "Ins and Outs of Major Facilitator Superfamily Antiporters", Annu Rev Microbiol, 62, 289-305 Michalet S, Cartier G, David B, Mariotte AM, Dijouxfranca MG, Kaatz GW, Stavrid M, and Gibbonsd S (2007), "N-Caffeoylphenalkylamide derivatives as bacterial efflux Chuyên Đề Dược Học Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ Số * 2014 10 11 12 13 14 pump inhibitors", Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 17, 1755–58 Pereda-Miranda R, Kaatz GW, and Gibbons S (2006), "Polyacylated Oligosaccharides from Medicinal Mexican Morning Glory Species as Antibacterials and Inhibitors of Multidrug Resistance in Staphylococcus aureus", J Nat Prod., 69, 406-09 Pieroni M, Dimovska M, Brincat JP, Sabatini S, Carosati E, Massari S, Kaatz GW, and Fravolini A (2010), "From 6Aminoquinolone Antibacterials to 6-Amino-7thiopyranopyridinylquinolone Ethyl Esters as Inhibitors of Staphylococcus aureus Multidrug Efflux Pumps", J Med Chem., 53, 4466–80 Roy K, Mitra I, Kar S, Ojha PK., Das RN, Kabir H (2012), Comparative Studies on Some Metrics for External Validation of QSPR Models J Chem Inf Model 52, 396−408 Sabatini S, Gosetto F, Serritella S, Manfroni G, Tabarrini O, Iraci N, Brincat JP, Carosati E, Villarini M, Kaatz GW, and Cecchetti V (2012), "Pyrazolo(4,3c)(1,2)benzothiazines 5,5-Dioxide: A Promising New Class of Staphylococcus aureus NorA Efflux Pump Inhibitors", Journal of Medicinal Chemistry, 55, 3568-72 Sabatini S, Kaatz GW, Rossolini GM, Brandini D, and Fravolini A (2008), "From Phenothiazine to 3-Phenyl-1,4benzothiazine Derivatives as Inhibitors of the Staphylococcus aureus NorA Multi rug E flux Pump" J Med Chem., 51, 4321-30 Chuyên Đề Dược Học 15 16 17 18 Nghiên cứu Y học Salas-Burgos A, Iserovich PE, Zuniga F, Vera JC, and Fischbarg J (2004), "Predicting the Three-Dimensional Structure of the Human Facilitative Glucose Transporter Glut1 by a Novel Evolutionary Homology Strategy: Insights on the Molecular Mechanism of Substrate Migration, and Binding Sites for Glucose and Inhibitory molecules", Biophysical Journal 87, 2990-99 Smith ECJ, Williamson EM, Wareham N, Kaatz GW, and Gibbons S (2007), "Antibacterials and modulators of bacterial resistance from the immature cones of Chamaecyparis lawsoniana", Phytochemistry Reviews, 68, 21017 Stavri M, Piddock LJV., and Gibbons S (2007), "Bacterial efflux pump inhibitors from natural sources", Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 59, 1247-60 WHO, www.who.int/mediacentre/factsheets/fs194/ en/index.html, ngày truy cập 10/7/2012 Ngày nhận báo: 11.12.2012 Ngày phản biện đánh giá báo cáo: 21.12.2012 Ngày báo đăng: 10.03.2014 335 ... 3.00398 3.54321 logS Mơ hình 2D QSAR chất ức chế bơm NorA Sau xây dựng mô hình cách tổ hợp thơng số, sơ lựa chọn mơ hình có giá trị RMSE