Mục tiêu đề tài nhằm nghiên cứu khả năng gắn kết của các dẫn chất tương đồng genistein lên thụ thể estrogen. Nghiên cứu docking được tiến hành trên 90 dẫn chất tương đồng genistein, một isoflavonoid tương đối chọn lọc trên nhóm thụ thể ER beta – dựa trên cấu trúc tinh thể đồng kết tinh.
Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ Số * 2014 Nghiên cứu Y học MÔ TẢ PHÂN TỬ CÁC DẪN CHẤT TƯƠNG ĐỒNG GENISTEIN TRÊN THỤ THỂ ESTROGEN ALPHA VÀ BETA Huỳnh Thị Ngọc Phương*, Lý Nguyễn Hải Du*, Thái Khắc Minh* TÓM TẮT Mở đầu: Các hormon nhóm estrogen thể tác động sinh lý qua trung gian nhóm thụ thể estrogen : thụ thể estrogen alpha thụ thể estrogen beta Các nghiên cứu gần cho thấy tiềm sử dụng điều trị kháng viêm chất đồng vận chọn lọc nhóm thụ thể estrogen beta bên cạnh lợi ích cổ điển biết Mục tiêu: Nghiên cứu khả gắn kết dẫn chất tương đồng genistein lên thụ thể estrogen Đối tượng phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu docking tiến hành 90 dẫn chất tương đồng genistein, isoflavonoid tương đối chọn lọc nhóm thụ thể ER beta – dựa cấu trúc tinh thể đồng kết tinh (được xác định nhờ phương pháp nhiễu xạ tia X) nhóm thụ thể ER alpha ER beta hỗ trợ cùa phần mềm MOE 2008.10 FlexX/LeadIT 2.0.1 Kết bàn luận: Mô hình mơ tả phân tử 68 dẫn chất 6-phenylnaphtalen 22 dẫn chất 2phenylquinolin dự đoán số mối liên hệ cấu trúc với lực với tính chọn lọc nhóm thụ thể ER beta Kết luận: Kết docking phù hợp với thông tin ghi nhận liên quan đến khoang gắn kết phân nhóm ER Mặt khác, phương thức gắn kết phân tử tương hợp với giá trị thực nghiệm IC50 tương ứng Từ khóa: Docking, thụ thể estrogen (ER), thụ thể estrogen beta (ER beta), genistein, 6-phenylnaphtalen, 2phenylquinolin ABSTRACT MOLECULAR DOCKING MODELLING OF GENISTEIN ANALOGUES ON ESTROGEN RECEPTOR ALPHA AND BETA Huynh Thi Ngọc Phuong, Ly Nguyen Hai Du, Khac-Minh Thai * Y Hoc TP Ho Chi Minh * Vol 17 - Supplement of No - 2013: 353 - 358 Background: The estrogen hormone represents the physiological effects mediated by two estrogen receptors namely estrogen receptor alpha and estrogen receptor beta Recently studies showed the potential using of a selective agonist on estrogen receptor beta as an anti-inflammatory medicine Objectives: To study the binding affinity of genisteine derivatives into estrogen receptors using docking modelling Materials and methods: The docking study was carried out on 90 genisteine derivatives, an isoflavonoid relatively selective on ER receptor beta, based on the X-ray crystal structure of two receptors ER alpha and ER beta by MOE 2008.10 software and FlexX / LeadIT 2.0.1 Results and discussion: A total of 68 structures of 6-phenyl naphtalene and 22 compounds of 2-phenyl quinoleine were successfully docked on to ER alpha and beta The relationship between structure and affinity as well as selectivity on ER beta receptor was also observed * Khoa Dược – Đại học Y Dược TP Hồ Chí Minh; Tác giả liên lạc: TS Huỳnh Thị Ngọc Phương ĐT: 0908 772 118 Chuyên Đề Dược Học Email: ngocphuonghuynhthi@gmail.com 353 Nghiên cứu Y học Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ Số * 2014 Conclusion: The docking results were similar to the publised information related to the binding cavity of two subgroups ER On the other hand, the binding modes of the molecules were similar with the experimental IC50 values Key words: Docking, estrogen receptor (ER), ER beta, genisteine, 6-phenylnaphthalene, 2-phenylquinolin tử chọn lọc phân nhóm ER gặp ĐẶT VẤN ĐỀ nhiều khó khăn tương đồng mức độ cao Estrogen hormon steroid có nguồn gốc khoang tác động phân nhóm thụ thể tự nhiên đóng vai trò quan trọng tăng anh em Thực tế, khác biệt trưởng, phát triển trì ổn định cùa thay cặp acid amin cặp acid nhiều mô khác nhau, phái nam nữ Quả amin khác: Leu384 Met421 ER alpha vậy, bên cạnh vai trò thường biết sinh thay Met336 Ile373 RE beta sản, hormon biểu chức Docking phân tử, phương pháp mô sinh lý quan trọng hệ tim mạch, hệ miễn máy tính dựa cấu trúc không dịch, hệ thần kinh trung ương, đồng gian ba chiều protein, công cụ hữu thời tham gia vào cân nội mô hệ hiệu việc nghiên cứu thuốc nhờ dự xương Liệu pháp hormone thay - vốn gây đoán phương thức gắn kết số nhiều tranh cãi - sử dụng estrogen, trường hợp lực phân tử Trong phạm đặc biệt phối hợp với progesteron, vi nghiên cứu này, nghiên cứu docking thực dùng để giảm nhẹ triệu chứng mãn kinh cấu trúc tinh thể đồng kết tinh dự phòng lỗng xương Các estrogen tác động phức hợp phân nhóm ER alpha ER beta với thơng qua thụ thể estrogen (estrogen phân tử genistein với trợ giúp phần receptor - ER), thuộc họ thụ thể nhân, mềm (MOE 2008.10 FlexX/LeadIT 2.0.1) Mục hoạt động yếu tố phiên mã gen đích tiêu nhằm tìm hiểu đặc tính cấu trúc có tác động hoạt hóa phối tử (ligand) liên quan đến tính chọn lọc ER beta Việc gần phát thêm phân dẫn chất 6-phenylnaphtalen 2-phenylquinolin nhóm ER – ER beta (bên cạnh phân nhóm ER - khung cấu trúc có nhiều nét tương đồng với alpha biết từ lâu) mở hy vọng genistein - isoflavonoid có tác động phytotrong việc điều trị rối loạn chức liên estrogen gắn kết đồng thời với phân nhóm quan tới hormon estrogen Sử dụng ER với lực trung bình có phần chọn chất điều hòa chọn lọc ER beta có triển vọng lọc ER beta (5) đem lại hiệu điều trị mong muốn đồng Các kết thu từ nghiên cứu docking thời tránh tác dụng ngoại ý liệu lại cho phép đề xuất phương thức tương tác pháp hormon thay điều trị triệu protein phối tử, mối liên hệ cấu chứng thời kỳ hậu mãn kinh gia tăng nguy trúc phân tử lực gắn kết chọn ung thư vú ung thư nội mạc tử cung(1) Bên lọc khung cấu trúc với phân nhóm cạnh lợi ích q trình sinh lý đề thụ thể Điều hữu ích việc cập trên, nghiên cứu dự đốn lực tính chọn lọc chất chất đồng vận chọn lọc ER beta tương đồng isoflavonoid khác phát triển tiềm trị liệu kháng viêm (2) Mặt khung cấu trúc có tính chọn lọc cao ER khác, gần nhà nghiên cứu ghi nhận beta Đây tiền đề cho việc phát triển thuốc chọn lọc ER beta dẫn chất nhóm dự phòng điều trị rối loạn chức flavonoid, đặc biệt phân nhóm isoflavonoid liên quan đến sstein khoang gắn kết ER beta biểu diễn hình đồng kết tinh Các phương thức gắn kết từ kết docking (2) định hướng chiều định hướng phân tử genistein khung naphtalen xoay JMC-01 phù hợp với dự đốn cơng bố cấu trúc này.(6) 180o quanh liên kết đơn nối với nhân phenyl C C1 C8 C A B Hình Hai cấu dạng JMC-01 khoang gắn kết ER beta (A) Định hướng (1); (B) Định hướng (2) trúc 2-phenylquinolin tạo tương tác tĩnh điện tương tác Van der Walls khác với acid amin khác biệt khoang gắn kết phân nhóm ER.Thu kết tương tự nhóm khác C4 khung cấu trúc 6-phenylnaphtalen định hướng (1) khoang gắn kết phân nhóm ER Các acid C5 C4 amin chủ chốt tham gia vào tương tác gồm Met336, Ile373 ER beta Leu384, Met421 ER alpha Các tương tác khác biệt với acid amin tạo chọn lọc phân nhóm ER.(10) Hình Cấu dạng (2) BMCL-01 khoang gắn kết cua ER beta Từ phương thức gắn kết (1) (2), tương ứng với định hướng (2), diện nhóm khác C1 C8 khung cấu trúc 6-phenylnaphtalen C4 khung cấu 356 Tuy nhiên, phép lọc «Refinement (Forcefield)» trình docking với phần mềm MOE 2008.10 tiến hành theo phương thức ngẫu nhiên.11 Vậy nên phương thức gắn kết dẫn chất tương đồng genistein với khoang gắn kết phân nhóm ER sâu Chuyên Đề Dược Học Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ Số * 2014 tìm hiểu qua phép docking thực phần mềm FlexX/LeadIT 2.0.1 với thuật toán sử dụng hệ thống hơn.(14) khung cấu trúc tương đồng genistein tiềm có lợi mặt lực tính chọn lọc ER beta đề nghị hình Kết docking thực phần mềm FlexX/LeadIT 2.0.1 Số cấu trúc dock thành cơng vào khoang gắn kết phân nhóm ER trình bày bảng Kết phù hợp với thực tế thể tích khoang gắn kết ER alpha lớn ER beta.(2) Dẫn chất 6-phenyl naphtalen Dẫn chất 2-phenyl quinolein 3' X Phân tích mối liên hệ cấu trúc – lực với phân nhóm ER thực phân tử dock thành cơng phân nhóm ER, gồm: - Vai trò nhóm chức OH - Vai trò nhóm C1 / naphtalen - Vai trò nhóm C8 / naphtalen -Vai trò nhóm nhân phenyl - Vai trò nhóm C4 / naphtalen - Ảnh hưởng việc đồng thời C1 C4 / naphtalen (ii) Các dẫn chất 2-phenylquinolin - Ảnh hưởng việc thay nguyên tử Carbon C/ naphtalen Nitơ N/ quinolin - Vai trò nhóm C4 / quinolin (tương ứng với C8 / naphtalen) - Vai trò nhóm C5 / quinolin (tương ứng với C1 / naphtalen) - Vai trò nhóm nhân phenyl Cấu trúc đề nghị chọn lọc ER beta dẫn chất tương đồng genistein Từ việc phân tích giá trị thực nghiệm IC50 phương thức gắn kết dự đoán phép docking trên, vài đặc tính cấu trúc Chuyên Đề Dược Học X OH ER beta 66/68 21/22 (i) Các dẫn chất 6-phenylnaphtalen 5' HO Bảng Thống kê kết ‘docking’ thành công dẫn chất tương đồng genistein ER alpha ER beta ER alpha 68/68 21/22 Nghiên cứu Y học C có lợi N Các nhóm rút điện tử: -CN, -C=O, nhóm chức mạch thẳng có số nguyên tử C ≤ thuận lợi cho lực tính chọn lọc ER beta Halogen có tác dụng tốt lực, ngồi Cl có lợi cho tính chọn lọc ER beta F có lợi cho tính chọn lọc ER beta, nhiên đồng thời F C3’ C5’ lại có ảnh hưởng xấu Sự đồng thời vị trí nhóm có tác dụng tốt tương ứng với vị trí có tác dụng tốt tính chọn lọc ER beta Hình Các biến đổi có lợi cho lực tính chọn lọc ER beta KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, mơ hình mơ tả phân tử thực phần mềm MOE 2008.10 FlexX/LeadIT 2.0.1 cấu trúc tinh thể đồng kết tinh ER alpha ER beta với 90 chất tương đồng genistein, gồm 68 dẫn chất 6phenylnaphtalen 22 dẫn chất 2phenylquinolein Với phần mềm MOE 2008.10, trình docking tiến hành thành công với tất dẫn chất cấu trúc ER Với phần mềm FlexX /LeadIT 2.0.1, ER beta có phân tử khơng dock vào khoang gắn kết Kết docking phù hợp với thông tin ghi nhận liên quan đến thể tích khoang gắn kết hai phân nhóm ER Mặt khác, phương thức gắn kết phân tử tương hợp với giá trị thực nghiệm IC50 tương ứng Điều chứng tỏ độ tin cậy mơ hình, nhờ số mối liên hệ cấu trúc - lực - tính chọn lọc ER beta đề xuất khung cấu trúc tương đồng genistein Để tái 357 Nghiên cứu Y học Y Học TP Hồ Chí Minh * Tập 18 * Phụ Số * 2014 khẳng định kết cần dùng phần mềm hỗ trợ docking khác để kiểm tra lại Bên cạnh ý nghĩa học thuật, nghiên cứu gợi ý việc xây dựng quy trình docking sử dụng phần mềm miễn phí phát triển quy trình quy mơ phòng thí nghiệm TÀI LIỆU THAM KHẢO Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) Le programme des monographies du CIRC classe les contraceptifs œstroprogestatifs et l'hormonothérapie ménopausique comme cancérogène Communiqué de presse 29 juillet 2005, No 167 Harris HA, Albert LM, Leathurby Y; Malamas MS; Mewshaw RE; Miller CP; Kharode YP; Marzolf J; Komm BS.; Winneker RC.; Frail DE.; Henderson RA.; Zhu Y; Keith JC, Jr(2003) Evaluation of an estrogen receptor-beta agonist in animal models of human disease Endocrinology 144: 4241–4249 El-Shitany NA; Hegazy S; El-desoky K (2010) Evidences for antiosteoporotic and selective estrogen receptor modulator activity of silymarin compared with ethinylestradiol in ovariectomized rats Phytomedicine, 17: 116-125 Galluzzo P; Marino M (2006) Nutritional flavonoids impact on nuclear and extranuclear estrogen receptor activities Genes & Nutrition, 1: 161-176 Barkhem T; Carlsson B; Nilsson Y; Enmark E; Gustafsson JÅ; Nilsson S (1998) Differential response of estrogen receptor α andestrogen receptor β to partial estrogen agonists/antagonists Mol Pharmacol 54: 105–112 Mewshaw RE; Edsall RJ Jr; Yang C; Manas ES; Zhang BX; Henderson RA; Keith, JCJr; Harris HA(2005) ER β Ligands 358 10 11 12 13 14 Exploiting two binding orientations of the 2-phenylnaphthalene scaffold to achieve ER β Selectivity J Med Chem., 48: 39533979 Vu AT.; Cohn ST; Manas ES; Harris HA; Mewshaw RE (2005) ERb ligands Part 4: Synthesis and structure–activity relationships of a series of 2-phenylquinoline derivatives Bioorg Med Chem Lett 15: 4520–4525 Protein Data Bank http://www.pdb.org/ (cập nhật 26/12/2011) Manas ES; Xu ZB; Unwalla RJ; Somers WS (2004) Understanding the selectivity of genistein for human estrogen receptor- β using X-Ray crystallography and computational methods Structure, 12: 2197–2207 Pike ACW; Brzozowski AM; Hubbard RE; Bonn T.Thorsell AG.; Engstrom O; Ljunggren J.; Gustafsson JK; Carlquist M (1999) Structure of the ligand-binding domain of oestrogen receptor beta in the presence of a partial agonist and a full antagonist EMBO J 18: 4608 – 4618 MOE 2008.10 : Molecular Operating Environment http://www.chemcomp.com/ (cập nhật 26/12/2011) SYBYL-X 1.1 http://tripos.com/ (cập nhật 26/12/2011) FlexX / LeadIT 2.0.1 http://www.biosolveit.de/ (cập nhật 26/12/2011) Brooijmans N; Kuntz ID (2003) Molecular recognition and docking algorithms Annu Rev Biophys Biomol Struct 32: 335373 Ngày nhận báo: 11.12.2012 Ngày phản biện nhận xét báo: 24.12.2012 Ngày báo đăng: 10.03.2014 Chuyên Đề Dược Học ... hình mơ tả phân tử thực phần mềm MOE 2008.10 FlexX/LeadIT 2.0.1 cấu trúc tinh thể đồng kết tinh ER alpha ER beta với 90 chất tương đồng genistein, gồm 68 dẫn chất 6phenylnaphtalen 22 dẫn chất 2phenylquinolein... phòng lỗng xương Các estrogen tác động phức hợp phân nhóm ER alpha ER beta với thông qua thụ thể estrogen (estrogen phân tử genistein với trợ giúp phần receptor - ER), thuộc họ thụ thể nhân, mềm... Các dẫn chất 6-phenylnaphtalen 5' HO Bảng Thống kê kết ‘docking’ thành công dẫn chất tương đồng genistein ER alpha ER beta ER alpha 68/68 21/22 Nghiên cứu Y học C có lợi N Các nhóm rút điện tử: