Nghiên cứu liên quan cấu trúc các dẫn chất combretastatin A-4 và hoạt tính kháng ung thư

Nghiên cứu được tiến hành với mục tiêu xây dựng mối liên quan định lượng giữa cấu trúc các dẫn chất combretastatin A-4 (CA-4) và hoạt tính ức chế trùng hợp tubulin. Từ đó, ứng dụng để dự đoán hoạt tính một của số dẫn chất mới có tiềm năng kháng ung thư.

Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ Số * 2011 Nghiên cứu Y học NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN CẤU TRÚC CÁC DẪN CHẤT COMBRETASTATIN A-4 VÀ HOẠT TÍNH KHÁNG UNG THƯ Trần Ngọc Châu*, Lê Quang Huy*, Thái Khắc Minh* TÓM TẮT Đặt vấn đề: Hiện ung thư nguyên nhân gây tử vong hàng đầu giới Dự án Globocan thuộc tổ chức nghiên cứu ung thư quốc tế (IARC) dự đốn vào năm 2030 có khoảng 21 triệu ca ung thư toàn cầu, có khoảng 12 triệu người tử vong Vì vậy, việc tìm thuốc điều trị ung thư vấn đề nhà khoa học quan tâm Mục tiêu: Xây dựng mối liên quan định lượng cấu trúc dẫn chất combretastatin A-4 (CA-4) hoạt tính ức chế trùng hợp tubulin Từ đó, ứng dụng để dự đốn hoạt tính số dẫn chất có tiềm kháng ung thư Phương pháp: Tổng cộng 126 dẫn chất CA-4 tập hợp từ kết thực nghiệm nhóm nghiên cứu Pettit Romagnoli Các chất vẽ cấu trúc 2D tính tốn thơng số mơ tả phân tử phầm mềm MOE 2008.10 Hoạt tính sinh học xác định khả ức chế trình trùng hợp tubulin theo phương pháp Hamel Các thông số mô tả phân tử lựa chọn dựa thuật toán “QSARContingency” “Sort by Normalized” MOE Phương trình QSAR sau xây dựng dựa phân tích bình phương tối thiểu phần Kết quả: Xây dựng mơ hình QSAR dựa sở liệu Mơ hình 1: 46 dẫn chất với thơng số mơ tả liên quan đến hoạt tính sinh học lựa chọn Kết phương trình QSAR-1 (I) thu có hệ số tương quan r2=0,76, hệ số tương quan đánh giá chéo q2(LOO)=0,62 Phương trình đánh giá lại tập hợp kiểm tra cho kết tương đối tốt với r2=0,64 Mơ hình 2: 51 dẫn chất với 10 thông số mô tả đặc trưng cho hoạt tính sinh học chọn Kết phương trình QSAR-2 (II) thu có hệ số tương quan r2=0,80, hệ số tương quan đánh giá chéo q2(LOO)=0,70 Phương trình đánh giá lại tập hợp kiểm tra, kết với r2=0,68 Kết luận: Nghiên cứu mối quan hệ định lượng cấu trúc dẫn chất CA-4 hoạt tình kháng ung thư cách ức chế trình trùng hợp tubulin qua mơ hình QSAR xây dựng Các mơ hình ứng dụng để dự đốn hoạt tính dẫn chất Từ khóa: kháng ung thư, dẫn chất combretastatin-A4, ức chế trùng hợp tubulin, QSAR ABSTRACT QUANTITATIVE RELATIONSHIP STUDY OF COMBRETASTATIN A-4 DERIVATIVE STRUCTURES AND ANTI-CANCER ACTIVITIES Tran Ngoc Chau, Le Quang Huy, Thai Khac Minh * Y Hoc TP Ho Chi Minh * Vol 15 - Supplement of No - 2011: 413 - 422 Background: Cancer is a leading cause of death worldwide Globocan project of the International Agency for Research on Cancer (IARC) estimates that by 2030, nearly 21.4 million new cancer cases will be diagnosed worldwide—mostly in developing countries with 12 million cancer-related deaths For this reason, anti-cancer drug discovery and development becomes a critical need *Bộ mơn Hóa Dược – Khoa Dược – Đại Học Y Dược TP Hồ Chí Minh Tác giả liên hệ: TS Thái Khắc Minh ĐT: 0909680385 Email: thaikhacminh@gmail.com Chuyên Đề Dược Khoa 413 Nghiên cứu Y học Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ Số * 2011 Objectives: Establish the quantitative relationship between structures of combretastatin A-4 derivatives and antitubulin polymerization activity in order to predict the anti-cancer activity of new analogs Methods: Structures of 126 CA-4 derivatives and their anti-tubulin polymerization activity were collected from research of Pettit’s group and Romagnoli’s group 2D-structures were redrawn and 2D-molecular descriptors were calculated by MOE software Molecular descriptors were selected by “QSAR-Contingency” and “ Sorted by Normalized” function in MOE QSAR equation was built using Partial Least Squares (PLS) regression method Results: Two QSAR models were developed : Model 1: 46 compounds in training set, molecular descriptors were selected The QSAR-1 model (equation I) has a r2=0.76 and q2(LOO)=0.62 This model was examined by using external test-set with r2 =0.64 Model 2: 52 compounds in training set, 10 molecular descriptors were selected The QSAR-2 model (equation II) has a r2=0.80 and q2(LOO)=0.70 This model was examined by using external test-set with r2 =0.68 Conclusions: Quantitative relationship between structures of combretastatin A-4 derivatives and antitubulin polymerization activity was established in QSAR-models These models can be used to predict the activity of new CA-4 derivatives Keywords: anticancer activity, combretastatin-A4 derivatives, anti-tubulin agents, QSAR sàng để điều trị ung thư dẫn chất taxan ĐẶT VẤN ĐỀ (paclitaxel, docetaxel) dẫn chất vinca Ngày ung thư bệnh phổ biến với (vinblastin, vincristin, vinorelbin, vinflunin) số lượng người mắc bệnh cao toàn Năm 1982, giáo sư Pettit thuộc đại học giới Theo thống kê dự án Globocan thuộc tổ Arizona phân lập từ Combretum chức nghiên cứu ung thư quốc tế vào năm caffrum L (nguồn gốc Nam Phi) hợp chất 2008 giới có khoảng 12,7 triệu ca ung đặt tên combretastatin-A4 (CA-4) với thư 7,6 triệu người chết ung thư Đây cấu trúc đơn giản(6) trình bày hình nguyên nhân thứ hai dẫn đến tử vong sau bệnh tim mạch Nghiên cứu dự đoán vào năm 2030 có khoảng 21 triệu ca ung thư mới(7) Vì việc khám phá thuốc đặc biệt hiệu ung thư vấn đề nhà khoa học quan tâm Trong năm gần đây, nhiều thuốc điều trị ung thư nghiên cứu với chế tác động khác nhau, số tubulin cấu trúc mục tiêu quan tâm(8,1,40) Tubulin protein tế bào có khả trùng hợp tạo thành vi ống giúp hình thành thoi vơ sắc, cấu trúc đóng vai trò quan trọng q trình nhân đơi tế bào tham gia tạo thành khung tế bào Các thuốc điều trị ung thư tác động tubulin làm rối loạn cân động trình trùng hợp tubulin –vi ống dẫn đến ức chế phân bào tế bào ung thư(13) Một số thuốc thuộc hai nhóm sử dụng lâm 414 Hình Cấu trúc combretastatin A-4 CA-4 xem tác nhân gây độc tế bào tiềm ức chế mạnh trùng hợp vi ống cách gắn vào điểm gắn kết colchicin tubulin CA-4 có độc tính cao nhiều dòng tế bào ung thư khác bao gồm tế bào ung thư đa đề kháng(14,1,23,8) Từ kết nghiên cứu in vitro ban đầu, CA4 (được đặt tên hoạt chất fosbretabulin, biệt dược ZYBRESTATTM) phát triển thử nghiệm lâm sàng công ty Oxigene(17) việc điều trị số bệnh ung thư ung thư tuyến giáp, ung thư buồng trứng kháng Platinum ung thư phổi không tế bào nhỏ Chuyên Đề Dược Khoa Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ Số * 2011 Theo kết ban đầu thử nghiệm lâm sàng, CA-4 (fosbretabulin) chứng minh có giá trị cao kết hợp phương pháp khác điều trị ung thư hóa trị liệu, xạ trị, đặc biệt trị liệu mục tiêu phân tử Tuy nhiên, CA-4 khơng bền cấu trúc có nối đơi dạng cis dễ bị đồng phân hóa thành đồng phân trans khơng có hoạt tính Hơn tan nước nên CA-4 có hoạt tính thử nghiệm in vivo, chuyển thành dạng muối natri phosphat hoạt tính cải thiện tốt(9) Vì lý trên, nhiều nhóm nghiên cứu hóa dược tiến hành tổng hợp dẫn chất CA-4 nhằm mục đích cải thiện hoạt tính tế bào ung thư tăng độ ổn định hoạt chất(1,24,9,14,15,17,18,27,40) Một số nghiên cứu quan hệ cấu trúc tác động (SAR) dẫn chất CA-4 thực hiện(2,19,40) Để tìm hiểu sâu quan hệ cấu trúc dẫn chất CA-4 hoạt tính kháng ung thư, mối quan hệ định lượng cấu trúc tác dụng ức chế trùng hợp tubulin (QSAR) tiến hành nghiên cứu sở liệu khác tập hợp từ nghiên cứu nhóm Pettit GR (Viện nghiên cứu ung thư thuộc đại học Arizona, Mỹ) Romagnoli R (Đại học Ferrara, Ý) ĐỐI TƯỢNG – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hóa tin học Các cấu trúc phân tử 2D xây dựng ChemBioDraw Ultra 2008(2) Phần mềm MOE 2008.10(19) phần mềm RapidMiner 5(27) mạng phân lớp truyền thẳng MLP sử dụng để tính tốn thơng số mơ tả phân tử, chọn lựa thơng số xây dựng mơ hình QSAR Cơ sở liệu Mơ hình 1: tập liệu gồm có 63 dẫn chất có khung cấu trúc styren (Hình 2) thu nhập từ cơng trình nghiên cứu Pettit G.R cộng thuộc phòng thí nghiệm Viện nghiên cứu ung thư thuộc Đại học Arizona (Mỹ)(24,18,9,24,29,25,6) Hoạt tính ức chế trùng hợp Chuyên Đề Dược Khoa Nghiên cứu Y học tubulin dẫn chất thể qua giá trị IC50 xác định phương pháp thử nghiệm hoạt tính ức chế trùng hợp tubulin(10) Hình Cấu trúc chất mơ hình Mơ hình 2: Tổng cộng 63 dẫn chất với khung cấu trúc chung 1-(3,4,5strimethoxyphenyl)ethanon (hình 3) từ nghiên cứu Romagnoli R cộng thuộc phòng thí nghiệm Hóa Dược, đại học Ferrara, Ý(10,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39) thu thập Hoạt tính ức chế trùng hợp tubulin dẫn chất thử nghiệm điều hiện, theo phương pháp Hamel(10) Kết thể qua giá trị IC50 Hình Cấu trúc chất mơ hình Phương pháp xây dựng mơ hình QSAR Mơ hình QSAR nghiên cứu mối quan hệ định lượng cấu trúc tác dụng ức chế trùng hợp tubulin tiến hành theo bước sau tóm tắt Hình 4: Chuẩn bị sở liệu Vẽ cấu trúc hóa học chương trình ChemBioDraw Ultra 11.0 (2008) chuẩn bị bảng kết hoạt tính sinh học Do giá trị IC50 chênh lệch lớn nên giá trị IC50 chất chuyển đổi thành giá trị pIC50 = log10(IC50) để đơn giản hóa q trình thực Tính tốn thơng số mơ tả phân tử Từ cấu trúc hóa học, 184 thơng số mơ tả phân tử 2D đặc trưng cho cấu trúc tiến hành tính toán phần mềm Molecular 415 Nghiên cứu Y học Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ Số * 2011 Operating Environment phiên 2008.10 (MOE 2008.10) Lựa chọn thông số mô tả phân tử Lựa chọn thông số mô tả phân tử từ hàng trăm thơng số có vai trò quan trọng việc xây dựng mơ hình Điều có ý nghĩa làm giảm gây nhiễu tăng tính ổn định mơ hình Q trình gồm bước: - Loại bỏ thơng số có tương quan chéo r>0,9 thơng số có >20% giá trị (chương trình RapidMiner) - “Tỉ lệ hóa” (scale) thơng số Việc tỉ lệ hóa có tác dụng làm giảm mức độ dao động lớn thông số mô tả nhằm tránh ảnh hưởng đến kết dự đoán - Dùng QSAR-Contingency (MOE 2008.10) để chọn thông số mô tả Các thông số mô tả phù hợp với phương trình QSAR C > 0,6; V > 0,2; U > 0.2; R2 > 0,2 Thông thường tập hợp phân tán nhiều thơng số mô tả thỏa mãn điều kiện không nhiều Vì nghiên cứu dùng cách chọn “Sắp xếp tiêu chuẩn hóa” (Sort by Normalized) để loại dần thơng số ảnh hưởng đến mơ hình Xây dựng mơ hình Mơ hình xây dựng dựa phân Mơ hình QSAR xây dựng dùng để ứng dụng dự đốn hoạt tính sinh học dẫn chất combretastatinA-4 Chuẩn bị sở liệu Cấu trúc hóa học 2D Hoạt tính sinh học (pIC50) Tính tốn giá trị thơng số mô tả phân tử 184 thông số mô tả Lựa chọn thông số mô tả phân tử Loại bỏ thơng số mơ tả có tương quan chéo r>0.9 Loại bỏ thơng số mơ tả có 20% giá trị Scale QSAR Contingency Xây dựng mơ hình QSAR Tập hợp xây dựng phương trình (training set) Xây dựng phương trình theo thuật tốn PLS Đánh giá chéo 5-lần cắt Đánh giá lại mơ hình Tập hợp kiểm tra nội ngoại (external set) Tương quan giá trị pIC50 thực nghiệm dự đoán tích bình phương tối thiểu phần (PLS) chương trình MOE 2008.10 Đánh giá mơ hình Dự đốn hoạt tính sinh học Mơ hình sau xây dựng đánh giá thông qua hệ số tương quan r2 giá trị dự đoán giá trị thực nghiệm, sai số Hình Các giai đoạn tiến hành xây dựng mơ hình QSAR bình phương trung bình RMSE Ngồi KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN phương trình đánh giá chéo tập Mơ hình QSAR huấn luyện (đánh giá nội) tập kiểm tra Phân chia liệu Phân chia ngẫu nhiên tập hợp gồm 63 dẫn chất cấu trúc khung styren thành tập hợp: tập huấn luyện gồm 53 chất tập đánh giá ngoại (external set) gồm 10 chất Sau tiến hành lựa chọn thông số mô tả loại chất gây (đánh giá ngoại) Từ mô hình xây dựng chọn lại mơ hình hiệu dùng cho việc dự đoán Dự đoán hoạt tính sinh học 416 Chuyên Đề Dược Khoa Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ Số * 2011 nhiễu, tập huấn luyện lại 46 dẫn chất để xây dựng mơ hình Từ tập phân chia ngẫu nhiên hàm Random MOE lấy mơ hình thứ cấp, mơ hình gồm 39 chất tập huấn luyện (training set) chất tập kiểm tra (test set) Kết trung bình từ mơ hình trình đánh giá chéo 5-lần-cắt đồng thời xây dựng phương trình tập liệu tồn 46 dẫn chất kiểm tra tập hợp đánh giá ngoại Phân tích thành phần loại giá trị nằm (oulier) Khi tập hợp chứa số chất gây nhiễu, có độ lệch nằm ngồi so với giá trị chung Điều gây ảnh hưởng xấu đến mơ hình QSAR Vì phải loại bỏ thành phần xây dựng mơ hình khác để mô tả chúng Trong nghiên cứu này, chức “Z-Score” sử dụng để loại chất có giá trị Z-Score > 2,5 Kết tổng cộng chất có giá trị nằm ngồi loại bỏ Lựa chọn thông số mô tả Các thông số mô tả 2D (184 thông số) từ phần mềm MOE 2008.10 sử dụng cho nghiên cứu.Trước tiên thông số loại thô cách loại thông số: (i) Các thông số có tương quan chéo r>0,9; (ii) Các thơng số có >20% giá trị 0; (iii) Tiến hành “tỉ lệ hóa” (scale) thơng số mơ tả Tổng cộng 81 thơng số lại tiến hành chọn lọc phương pháp “QSAR-Contingency” kết hợp với “Sắp xếp tiêu chuẩn hóa” (Sort by Normalized) Kết thu được thơng số mơ tả có vai trò quan trọng việc đóng góp vào hoạt tính sinh học pIC50 để xây dựng mơ hình Tám thơng số trình bày bảng Xây dựng phương trình QSAR-1 Phân tích bình phương tối thiểu phần tiến hành 46 dẫn chất CA-4 mơ hình tập huấn luyện với thông số mô tả chọn Phương trình QSAR-1 (I) thiết lập với hệ số tương quan r2=0,76 , sai số bình phương trung bình RMSE=0,18 Phương trình đánh giá chéo 5-lần-cắt (five-folds-cross validation) phân tích Leave One Out Chuyên Đề Dược Khoa Nghiên cứu Y học (LOO) Kết đánh giá nội lần chia tập hợp có hệ số hồi qui xr2=0,64 Hệ số hồi quy đánh giá chéo phương trình (I) q2=0,62 với RMSE=0,22 Phương trình (I) pIC50 = 0,37369 + 0,41854 * Scale_weinerPath − 0,07332 * Scale_GCUT_PEOE_0 + 0,16071 * Scale_a_ICM + 0,06072 * Scale_PEOE_VSA_FPPOS − 0,12633 * Scale_Q_VSA_FPPOS + 0,25706 * Scale_logS − 0,13819 * Scale_SlogP_VSA4 + 0,15562 * Scale_SlogP_VSA8 với n=46, r2=0,76, RMSE=0,18, q2(LOO)=0,62, RMSE (LOO)=0,22 Bảng Nhóm thông số mô tả lựa chọn để xây dựng mơ hình QSAR-1 Thơng số mơ tả weinerPath GCUT_PEOE_0 Ý nghĩa thông số mô tả Số quỹ đạo Weiner Số ma trận khoảng cách điện tích riêng phần (0/3) a_ICM Diện tích bề mặt nguyên tử PEOE_VSA_FPPOS Diện tích bề mặt Van Der Wall có điện tích dương Q_VSA_FPPOS Phần điện tích dương bề mặt Van Der Wall logS Log hệ số hòa tan nước (mol/L) SlogP_VSA4 Tổng diện tích phần mức tính dựa hệ số phân bố dầu nước SlogP SlogP_VSA8 Tổng diện tích phần mức tính dựa hệ số phân bố dầu nước SlogP Đánh giá mơ hình Mơ hình đánh giá nội phương pháp đánh giá chéo 5-lần-cắt Qua tập hợp huấn luyện thứ cấp kết hệ số hồi qui xr2= 0,64 Sai số trung bình với tập đánh giá ngoại SE=0,17 Phương trình (I) áp dụng tập đánh giá ngoại gồm 10 dẫn chất Tương quan giá trị hoạt tính sinh học thực nghiệm dự đốn tập hợp r2 = 0,64, sai số trung 417 Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ Số * 2011 Nghiên cứu Y học bình SE 0,17 Hình biểu diễn mối tương đến khả liên kết dẫn chất với điểm tác quan giá trị hoạt tính sinh học thực nghiệm động dự đốn từ phương trình (I) Bàn luận mơ hình Tập hợp cấu trúc dùng để xây dựng mơ hình chủ yếu biến đổi vòng B cấu trúc CA-4 Nhìn chung cấu trúc thay đổi nhóm nhân thơm thay vòng benzen nhóm NO2 Với mục tiêu giữ cấu trúc gần giống với CA-4, mơ hình xây dựng nhằm giải thích rõ quan hệ định lượng cấu trúc tác dụng ức chế trùng hợp tubulin Từ ứng dụng mơ hình dự đốn dẫn chất thiên nhiên chiết từ Combretum caffrum gồm dẫn chất CA-1, CA-2, Hình Mối tương quan giá trị hoạt tính sinh học thực nghiệm dự đốn từ phương trình (I) CA-3, CA-4, CA-5 CA-6 Kết so sánh hoạt Mơ hình QSAR tính sinh học dự đoán thực nghiệm cho Phân chia liệu Tập hợp ban đầu gồm có 63 chất có cấu trúc (1-(3,4,5-trimethoxyphenyl)ethanone (Hình 3) Dùng hàm random MOE chia ngẫu nhiên sở liệu thành thành tập hợp (tập huấn luyện gồm 55 dẫn chất, tập đánh giá ngoại chất) Sau chọn lựa thông số mô tả loại giá trị nằm ngồi (outlier) Kết loại chất có giá trị nằm ngồi tập huấn luyện lại 51 chất Tập hợp huấn luyện 51 chất tiến hành xây dựng phương trình với thơng số mơ tả lựa chọn đánh giá lại tập hợp đánh giá ngoại Sau chia ngẫu nhiên tập hợp huấn luyện 51 chất thành mơ hình thứ cấp (mỗi mơ hình gồm 43 dẫn chất tập huấn luyện chất tập kiểm tra) Kết trung bình từ mơ hình thứ cấp trình đánh giá chéo 5-lần-cắt lần khẳng định CA-4 có hoạt tính ức chế trung hợp tubulin tốt (lgIC50 dự đoán thực nghiệm 0,17 0,40) Mơ hình dự đốn hoạt tính kháng ung thư tốt dẫn chất khác CA-1 Theo tài liệu tham khảo nay, dẫn chất tiến hành thử nghiệm điều trị ung thư lâm sàng(17) Trong số thông số mô tả liên quan đến mô hình 1, thơng số “a_ICM”, “PEOE_VSA_FPPOS” “Q_VSA_FPPOS” có liên quan đến diện tích bề mặt phân tử ; thông số “SlogP_VSA4” “SlogP_VSA8” liên quan đến điện tích phần hệ số phân bố dầu nước Vì đưa thêm nhóm vòng B tăng điện tích phần đồng thời tăng tính thân nước phân tử (như nhóm OH) có Phân tích loại dẫn chất có giá trị nằm ngồi thể làm tăng hoạt tính sinh học dẫn chất Sau lựa chọn thông số mô tả tiến hành Hơn nhóm hydroxy tạo trung tâm loại chất gây nhiễu chức Z-Score cho liên kết hydrogen điều tác động MOE Kết chất nằm từ tập hợp huấn luyện mơ hình 418 Chun Đề Dược Khoa Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ Số * 2011 Lựa chọn thông số mô tả Tiến hành phương pháp tương tự mơ hình để lựa chọn thơng số mơ tả phù hợp cho hoạt tính sinh học để xây dựng phương trình QSAR Sau loại thơng số mơ tả có tương quan chéo r2>0,9, thơng số có giá trị 0, lại 94 thông số Cuối dùng QSAR-Contingency chức “Sắp xếp tiêu chuẩn hóa” để chọn lại thơng số mô tả thật cần thiết Kết thu 10 thơng số mơ tả trình bày bảng Xây dựng phương trình QSAR-2 Dùng phương pháp phân tích bình phương tối thiểu phần để xây dựng phương trình tập huấn luyện 51 dẫn chất CA-4 mơ hình với thơng số mơ tả chọn Phương trình QSAR-2 (II) thiết lập với hệ số tương quan r2=0,80, sai số bình phương trung bình RMSE=0,08 Phương trình đánh giá chéo 5-lần cắt đánh giá phân tích (LOO) Kết đánh giá nội lần chia tập hợp có hệ số hồi qui xr2=0,75 Hệ số hồi quy đánh giá chéo phương trình (II) q2=0,68 với RMSE=0,09 Nghiên cứu Y học lần-cắt xr2=0,75 Tập đánh giá ngoại đánh giá thông qua giá trị trung bình sai số bình phương SE=0,09 Phương trình (II) áp dụng tập đánh giá ngoại gồm dẫn chất Tương quan giá trị sinh học thực nghiệm dự đốn 0,68 với sai số trung bình SE 0,09 Hình biểu diễn mối tương quan giá trị thực nghiệm dự đốn tồn 63 dẫn chất mơ hình Phương trình (II) pIC50 = 0,08081 + 0,10647 * Scale_BCUT_PEOE_1 − 0,12062 * Scale_GCUT_SMR_1 + 0,10678 * Scale_GCUT_SMR_2 + 0,06782 * Scale_chi1v_C + 0,15365 * Scale_balabanJ − 0,13178 * Scale_PEOE_RPC+ − 0,13584 * Scale_PEOE_VSA+4 − 0,14086 * Scale_Q_RPC− 0,14435 * Scale_Kier3 − 0,09294 * Scale_logP(o/w) với n=51, r2=0,80, RMSE=0,08, q2 (LOO)=0,68, Đánh giá mơ hình RMSE(LOO)=0,09 Mơ hình đánh giá nội phương pháp 5-lần-cắt với hệ số hồi quy đánh giá chéo 5Bảng Nhóm 10 thơng số mơ tả chọn xây dựng mơ hình QSAR mơ hình Thơng số Scale_BCUT_PEOE_1 Scale_GCUT_SMR_1 Scale_GCUT_SMR_2 Scale_chi1v_C Scale_balabanJ Scale_PEOE_RPC+ Scale_PEOE_VSA+4 Scale_Q_RPCScale_Kier3 Scale_logP(o/w) Chuyên Đề Dược Khoa Ý nghĩa thơng số Số khoảng cách liên kết có điện tích phần PEOE mức Số khoảng cách liên kết dựa độ khúc xạ phân tử mức Số khoảng cách liên kết dựa độ khúc xạ phân tử mức Chỉ số liên kết hóa trị carbon Chỉ số liên kết thuộc hình học topo Balaban Tổng điện tích phần có giá trị (+) Tổng diện tích bề mặt Van Der Wall mức +4 Điện tích phần có giá trị âm Chỉ số hình thể Kappa thứ Log hệ số phân bố octanol-nước 419 Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ Số * 2011 Nghiên cứu Y học Hình Sự tương quan giá trị hoạt tính sinh học thực nghiệm dự đốn từ mơ hình Bàn luận mơ hình Nhìn chung tập hợp liệu xây dựng mơ hình gồm nhiều cấu trúc đa dạng biến đổi vòng B giữ cấu trúc chung nhóm trimethoxyphenyl nhóm ceton thay cầu nối ethylen CA-4 Kết thử nghiệm in vivo cho thấy CA-4 dễ bị đồng phân hóa làm hoạt tính sinh học, đồng thời nghiên cứu SAR (quan hệ cấu trúc tác dụng) cho thấy vai trò quan trọng nhóm methoxy vòng A hoạt tính ức chế trùng hợp tubulin Năm 10 thơng số mơ tả chọn từ mơ hình liên quan đến mức độ, hình dạng liên kết nguyên tử phân tử bao gồm “BCUT_PEOE_1”, “GCUT_SMR_1”, Cấu trúc H 3C OCH3 H2 N 0,115 H 3CO S 0,141 420 S 0,001 S 0,002 O OCH H 3CO H3 CO OCH H 3CO Sai số dự đoán pIC50 H3 CO H2 N H 3CO Cấu trúc H 3CO O O Ứng dụng mơ hình QSAR-2 Từ giá trị dự đốn mơ hình, kết tiến hành thống kê tìm cấu trúc có giá trị dự đốn cấu trúc có giá trị dự đốn sai số nhiều Sai số dự đoán pIC50 OCH OCH S “GCUT_SMR_2”, “chi1v_C” “balabanJ” thông số “PEOE_RPC+” “Q_RPC-“ có ý nghĩa điện tích phần phân tử Phân tích cho thấy tính đa dạng, số lượng liên kết phân tử hiệu ứng không gian phân tử dẫn chất ảnh hưởng lớn giá trị pIC50 (tương ứng với tác động ức chế trùng hợp tubulin) Ngồi điện tích phần phụ thuộc vào nhóm phân tử có ảnh hưởng lớn đến hoạt tính sinh học Do đó, việc thêm vào cấu trúc chất khởi nguồn khung cấu trúc cứng (như hệ thống vòng thơm) làm bất lợi cho hoạt tính sinh học dẫn chất hệ thống vòng thơm “cứng” khơng tạo lệch tâm (eccentricity) phân tử, tức cấu trúc đối xứng khơng cần thiết cho hoạt tính sinh học Do đó, cần kéo dài chuỗi liên kết hệ thống cấu trúc để tạo hiệu ứng không gian (như dị vòng) kết hợp với nhóm mang phân cực (như NH2) nhóm góp phần làm tăng khả liên kết dẫn chất với điểm tác động, tạo trung tâm cho liên kết hydro với điểm tác động Có thể yếu tố định cấu trúc ảnh hưởng lớn đến hoạt tính ức chế trùng hợp tubulin dẫn chất mơ hình OCH3 O H 2N Chuyên Đề Dược Khoa Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ Số * 2011 Cấu trúc Cấu trúc Sai số dự đoán pIC50 H2 N H 3CO S OCH3 H3 CO 0,320 O O O H 3CO O H3 CO H3 CO O H 3CO OCH3 O- 0,008 OCH O OCH OCH3 NH O N+ S 0,119 N CH O H 3C H 3COC CH OCH3 H 2N OCH OCH 0,008 H 3CO OCH H3 CO Sai số dự đoán pIC50 OCH O H 3CO Nghiên cứu Y học NH H3CO S 0,130 0,012 H3CO OCH O CH Trong chất mơ hình dự đốn trình bày bảng cho thấy dự đốn sai số hệ thống vòng nối với cấu trúc chung có tách dị vòng cạnh vòng liền carbon có nhóm tăng tính phân cực phân tử (như NH2) Trong chất có sai số dự đốn lớn thường có hệ thống vòng gắn liền kề hệ thống phân cực Do chiều dài phân tử tính phân cực yếu tố phản ảnh nhiều hoạt tính sinh học KẾT LUẬN Mối quan hệ định lượng cấu trúc tác dụng 126 dẫn chất combretastatin-A4 tiến hành xây dựng hoạt tính ức chế trùng hợp tubulin mơ hình Phân tích bình phương tối thiểu phần thực hai tập hợp huấn luyện gồm: Mơ hình 1: 46 dẫn chất với thông số mô tả liên quan đến hoạt tính sinh học lựa chọn từ phân tích tương quan chéo, “QSARcontingency”, “Sắp xếp tiêu chuẩn hóa” Kết phương trình 2D QSAR thu có hệ số tương quan r2=0,76, hệ số tương quan đánh giá chéo q2(LOO)=0,62 Phương trình đánh giá lại tập hợp kiểm tra cho kết tương đối tốt với r2=0,64 Mơ hình 2: 51 dẫn chất với 10 thơng số mơ tả đặc trưng cho hoạt tính sinh học chọn Kết Chuyên Đề Dược Khoa phương trình 2D QSAR thu có hệ số tương quan r2=0,80, hệ số tương quan đánh giá chéo q2(LOO)=0,70 Phương trình đánh giá lại tập hợp kiểm tra, kết với r2=0,68 Hai mơ hình QSAR ứng dụng để dự đốn hoạt tính ức chế trùng hợp tubulin số dẫn chất CA-4 tổng hợp TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 Borrel C, et al (2005) New antitubulin derivatives in the combretastatin A4 series: synthesis and biological evaluation Bioorg Med Chem 13(11):3853-3864 Cambridgesoft (2008) http://www.cambridgesoft.com/software/ChemOffice/ Chaudhary A, et al (2007) Combretastatin a-4 analogs as anticancer agents Mini Rev Med Chem 7(12):1186-1205 Dark GG, et al (1997) Combretastatin A-4, an Agent That Displays Potent and Selective Toxicity toward Tumor Vasculature Cancer Res 57(10):1829-1834 Downing KH & Nogales E (1998) Tubulin structure: insights into microtubule properties and functions Curr Opin Struct Biol 8(6):785-791 Flynn BL, Hamel E, & Jung MK (2002) One-Pot Synthesis of Benzo(b)furan and Indole Inhibitors of Tubulin Polymerization J Med Chem 45(12):2670-2673 GLOBOCAN (2008) http://globocan.iarc.fr/ Grosios K, Holwell SE, McGown AT, Pettit GR, & Bibby MC (1999) In vivo and in vitro evaluation of combretastatin A-4 and its sodium phosphate prodrug Br J Cancer 81(8):13181327 Hall JJ, et al (2008) Design, synthesis, biochemical, and biological evaluation of nitrogen-containing trifluoro structural modifications of combretastatin A-4 Bioorg Med Chem Lett 18(18):5146-5149 Hamel E (2003) Evaluation of antimitotic agents by quantitative comparisons of their effects on the polymerization of purified tubulin Cell Biochem Biophys 38:121 421 Nghiên cứu Y học 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 422 Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ Số * 2011 Hatanaka T, et al (1998) Novel B-ring modified combretastatin analogues: Syntheses and antineoplastic activity Bioorg Med Chem Lett 8(23):3371-3374 Jordan MA & Kamath K (2007) How Do MicrotubuleTargeted Drugs Work? An Overview Curr Cancer Drug Targets 7:730-742 Jordan MA & Wilson L (2004) Microtubules as a target for anticancer drugs Nat Rev Cancer 4(4):253-265 Kaffy J, et al (2006) Isoxazole-type derivatives related to combretastatin A-4, synthesis and biological evaluation Bioorg Med Chem 14(12):4067-4077 Kong Y, et al (2010) A boronic acid chalcone analog of combretastatin A-4 as a potent anti-proliferation agent Bioorg Med Chem 18(2):971-977 Lin CM, Ho HH, Pettit GR, & Hamel E (1989) Antimitotic natural products combretastatin A-4 and combretastatin A-2: studies on the mechanism of their inhibition of the binding of colchicine to tubulin Biochemistry 28(17):6984-6991 Maya ABS, et al (2004) Further Naphthylcombretastatins An Investigation on the Role of the Naphthalene Moiety J Med Chem 48(2):556-568 Monk KA, et al (2006) Design, synthesis, and biological evaluation of combretastatin nitrogen-containing derivatives as inhibitors of tubulin assembly and vascular disrupting agents Bioorg Med Chem 14(9):3231-3244 MOE 2008.10 Chemical Computing Group Inc M, Canada (2008) http://www.chemcomp.com Nam N-H (2003) Combretastatin A-4 Analogues as Antimitotic Antitumor Agents Curr Med Chem 10:1697-1722 OXIGENE (2010) http://www.oxigene.com/ Pettit GR, Cragg GM, & Singh SB (1987) Antineoplastic Agents, 122 Constituents of Combretum caffrum J Nat Prod 50(3):386-391 Pettit G & Rhodes M (1998) Antineoplastic agents 389 New syntheses of the combretastatin A-4 prodrug Anti-Cancer Drug Des 13:183-191 Pettit GR, et al (2005) Antineoplastic Agents 445 Synthesis and Evaluation of Structural Modifications of (Z)- and (E)Combretastatin A-41 J Med Chem 48(12):4087-4099 Pettit RK, et al (2009) E-Combretastatin and E-resveratrol structural modifications: Antimicrobial and cancer cell growth inhibitory (beta)-E-nitrostyrenes Bioorg Med Chem 17(18):6606-6612 Pinney KG, et al (2000) Synthesis and biological evaluation of aryl azide derivatives of combretastatin a-4 as molecular probes for tubulin Bioorg Med Chem 8(10):2417-2425 RapidMiner (2010) http://rapid-i.com/ Shen L, Yang X, Yang B, He Q, & Hu Y (2010) Novel hybrids from lamellarin D and combretastatin A as cytotoxic agents Eur J Med Chem 45(1):11-18 Siles R, et al (2008) Combretastatin Dinitrogen-Substituted Stilbene Analogues as Tubulin-Binding and VascularDisrupting Agents J Nat Prod 71(3):313-320 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 Romagnoli R, et al (2009) 2-Arylamino-4-Amino-5Aroylthiazoles “One-Pot” Synthesis and Biological Evaluation of a New Class of Inhibitors of Tubulin Polymerization J Med Chem 52(17):5551-5555 Romagnoli R, et al (2008) Synthesis and Biological Evaluation of 1-Methyl-2-(3′,4′,5′-trimethoxybenzoyl)-3-aminoindoles as a New Class of Antimitotic Agents and Tubulin Inhibitors J Med Chem 51(5):1464-1468 Romagnoli R, et al (2007) Synthesis and Biological Evaluation of 2- and 3-Aminobenzo(b)thiophene Derivatives as Antimitotic Agents and Inhibitors of Tubulin Polymerization J Med Chem 50(9):2273-2277 Romagnoli R, et al (2006) Synthesis and Biological Evaluation of 2-(3‘,4‘,5‘-Trimethoxybenzoyl)-3-Amino 5-Aryl Thiophenes as a New Class of Tubulin Inhibitors J Med Chem 49(21):6425-6428 Romagnoli R, et al (2008) Synthesis and biological evaluation of 2-(3',4',5'-trimethoxybenzoyl)-3-N,N-dimethylamino benzo(b)furan derivatives as inhibitors of tubulin polymerization Bioorg Med Chem 16(18):8419-8426 Romagnoli R, et al (2006) Synthesis and Biological Evaluation of 2-Amino-3-(3‘,4‘,5‘-trimethoxybenzoyl)-5-aryl Thiophenes as a New Class of Potent Antitubulin Agents J Med Chem 49(13):3906-3915 Romagnoli R, et al (2008) Synthesis and biological evaluation of 2-amino-3-(3',4',5'-trimethoxybenzoyl)-6-substituted-4,5,6,7tetrahydrothieno(2,3-c)pyridine derivatives as antimitotic agents and inhibitors of tubulin polymerization Bioorg Med Chem Lett 18(18):5041-5045 Romagnoli R, et al (2005) Synthesis and preliminary biological evaluation of new anti-tubulin agents containing different benzoheterocycles Bioorg Med Chem Lett 15(18):4048-4052 Romagnoli R, et al (2009) Design, synthesis and structureactivity relationship of 2-(3',4',5'-trimethoxybenzoyl)benzo(b)furan derivatives as a novel class of inhibitors of tubulin polymerization Bioorg Med Chem 17(19):6862-6871 Romagnoli R, et al (2008) Design, synthesis, and biological evaluation of thiophene analogues of chalcones Bioorg Med Chem 16(10):5367-5376 Simoni D, et al (2006) Novel Combretastatin Analogues Endowed with Antitumor Activity J Med Chem 49(11):31433152 Tron GC, et al (2006) Medicinal chemistry of combretastatin A4: present and future directions J Med Chem 49(11):30333044 Verrills NM & Kavallaris M (2005) Improving the Targeting of Tubulin-Binding Agents: Lessons from Drug Resistance Studies Curr Pharm Des 11:1719-1733 Wu M, et al (2007) Synthesis and activity of Combretastatin A-4 analogues: 1,2,3-thiadiazoles as potent antitumor agents Bioorg Med Chem Lett 17(4):869-873 Chuyên Đề Dược Khoa ... hiểu sâu quan hệ cấu trúc dẫn chất CA-4 hoạt tính kháng ung thư, mối quan hệ định lượng cấu trúc tác dụng ức chế trùng hợp tubulin (QSAR) tiến hành nghiên cứu sở liệu khác tập hợp từ nghiên cứu nhóm... tổng hợp dẫn chất CA-4 nhằm mục đích cải thiện hoạt tính tế bào ung thư tăng độ ổn định hoạt chất( 1,24,9,14,15,17,18,27,40) Một số nghiên cứu quan hệ cấu trúc tác động (SAR) dẫn chất CA-4 thực... nghiên cứu ung thư quốc tế vào năm caffrum L (nguồn gốc Nam Phi) hợp chất 2008 giới có khoảng 12,7 triệu ca ung đặt tên combretastatin- A4 (CA-4) với thư 7,6 triệu người chết ung thư Đây cấu trúc