Nghiên cứu sàng lọc các hợp chất có hoạt tính ức chế protein không cấu trúc 4B của virus dengue týp 2 bằng phương pháp in silico

Bài viết Nghiên cứu sàng lọc các hợp chất có hoạt tính ức chế protein không cấu trúc 4B của virus dengue týp 2 bằng phương pháp in silico có mục tiêu của nghiên cứu nhằm xây dựng các mô hình sàng lọc ảo của các hợp chất có hoạt tính ức chế NS4B của virus dengue týp 2.

Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 22 * Số * 2018 Nghiên cứu Y học NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC CÁC HỢP CHẤT CĨ HOẠT TÍNH ỨC CHẾ PROTEIN KHÔNG CẤU TRÚC 4B CỦA VIRUS DENGUE TÝP BẰNG PHƢƠNG PHÁP IN SILICO Trần Huỳnh Ý Nhi*, Trần Quế Hương**, Đỗ Minh Nguyệt***, Nguyễn Thị Thu Hà*, Thái Khắc Minh* TÓM TẮT Mở đầu: Virus Dengue lây truyền qua muỗi gây nên triệu chứng từ nhẹ bệnh sốt Dengue đến đe doa mạng sống, sốt xuất huyết Dengue hội chứng sốc Dengue Hiện chưa có thuốc điều trị đặc hiệu cho virus Dengue nói chung virus Dengue týp nói riêng NS4B, protein khơng cấu trúc 4B, gần đ}y mục tiêu t{c động thú vị Protein gồm 248 acid amin protein màng có tính kỵ nước cao Vai trò NS4B quan trọng giai đoạn chép virus v| chế sinh bệnh Mục tiêu: Mục tiêu nghiên cứu xây dựng mơ hình sàng lọc ảo hợp chất có hoạt tính ức chế NS4B virus dengue týp Đối tượng - Phương pháp nghiên cứu: Mơ hình tương đồng NS4B xây dựng nhờ chương trình trực tuyến I-TASSER Phối tử chuẩn bị phần mềm MOE 2008.10 tối thiểu hóa lượng nhờ phần mềm Sybyl-X 1.1 Quá trình docking thực cơng cụ FlexX tích hợp phần mềm LeadIT 2.1.8 Đ{nh gi{ mơ hình docking dựa v|o điểm số docking v| tương t{c phối tử thể phần mềm MOE 2008.10 Mơ hình 3D-pharmacophore xây dựng từ hợp chất có hoạt tính tốt Tập đ{nh gi{ dựa 122 chất thu thập để đ{nh gi{ khả dự đo{n mơ hình xây dựng Sau đó, c{c mơ hình áp dụng để sàng lọc hợp chất có hoạt tính ức chế NS4B liệu Ngân hàng thuốc Kết quả: Phối tử dock vào khoang gắn kết đề xuất MOE 2008.10 cho kết Gly16, His17, Thr39 xoắn α2 Asn70, Thr73 xoắn α3 quan để tạo liên kết hydro Bên cạnh đó, tương t{c Van der Waals giá trị logP từ 0-3,5 giúp hợp chất tiếp cận ổn định NS4B Mơ hình 3Dpharmacophore xây dựng từ hợp chất gồm điểm, l| điểm liên kết cho hydro, liên kết nhận hydro, vùng nh}n thơm v| vùng kỵ nước, đó, vùng liên kết cho hydro vùng kỵ nước quan trọng Mơ hình 3D-pharmacophore có khả dự đo{n tốt 75%, độ nhạy 72% v| độ đặc hiệu 76% Kết cho thấy hai mơ hình docking 3D-pharmacophore phù hợp với tính chất kỵ nước NS4B DENV-2 Áp dụng mơ hình n|y để sàng tập liệu Ngân hàng thuốc thu chất có khả ức chế NS4B DENV-2, chất n|y sử dụng điều trị ung thư Kết luận: Nghiên cứu x}y dựng hai mơ hình docking 3D-pharmacophore phương ph{p in silico v| s|ng chất có hoạt tính ức chế NS4B DENV-2 Nghiên cứu đề nghị thực nghiên cứu in vitro v| in vivo để x{c định hoạt tính sinh học thực chúng mục tiêu t{c động khám phá thêm hợp chất khác có hoạt tính ức chế NS4B DENV-2 Từ khóa: NS4B, virus Dengue, mơ hình tương đồng, mơ hình 3D-pharmacophore *Khoa Dƣợc, Đại học Y Dƣợc Thành phố Hồ Chí Minh **Đại học Kỹ Thuật Y Dƣợc Đà Nẵng ***Trƣờng Đại học Bách Khoa TPHCM Tác giả liên lạc: PGS TS Thái Khắc Minh ĐT: 0909680385 Email: thaikhacminh@ump.edu.vn Chuyên Đề Dƣợc 389 Nghiên cứu Y học Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 22 * Số * 20alin 63 acid amin quan trọng việc gắn kết với chất ức chế nhóm Spiropyrazolopyridon Prolin 104, bị đột biến l|m thay đổi chức protein cắt đứt liên kết với protein NS3, đồng thời ảnh hƣởng đến khả chép DENV-2(5) Với lý này, khoang gắn kết số đƣợc chọn mục tiêu t{c động cho nghiên cứu Hình 3: A - Cấu trúc protein NS4B(6) B - Khoang gắn kết NS4B DENV-2 yếu với Asn70, Thr73; dẫn xuất pyrazin với Đánh giá kết mơ hình docking Tất 122 chất thu thập từ c{c b|i b{o Gly16, His17 Thr39, khung 2-oxopiperazin gắn đƣợc v|o mơ hình tƣơng đồng protein với Thr39 Asn70 Liên kết Van der Waals tạo NS4B Giá trị điểm số docking khoảng - với acid amin không phân cực nhƣ Pro23, 33,42 đến -11,13 kJ/mol (Phụ lục 3) Với liên kết Pro34, Ala35, Trp38, Ala42, Val43, Phe47 hydro, Glycin (Gly) 16, Histidine (His) 17, Tổng qu{t, điểm số docking tốt thuộc Threonin (Thr) 39, Asparagin (Asn) 70 dẫn xuất Pyrazin đến khung 2-oxopiperazin acid amin tạo liên kết hydro thƣờng xuyên khung Spiropyrazolopyridon, cuối khung chất lại Đ{nh gi{ liên kết khung Spiropyrazolopyridon tạo liên kết hydro chủ cấu trúc, kết luận phân tử muốn gắn đƣợc với chất; Chuyên Đề Dƣợc 393 Nghiên cứu Y học Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 22 * Số * 2018 vào khoang gắn kết protein NS4B virus Dengue cần có c{c đặc điểm: LogP khoảng 0-3,5 để đảm bảo tính thân dầu v| th}n nƣớc phù hợp với tính kỵ nƣớc khoang gắn kết Chứa nhóm cấu trúc tạo liên kết hydro cho/ nhận liên kết Van der Waals nhƣ nhóm nh}n thơm, hydrocacbon Gly16, His17, Thr39 vùng α2 v| Asn70, Thr73 vùng α3 l| acid amin quan trọng cho liên kết hydro phân tử protein NS4B Những nhận xét thể tƣợng trƣng Hình Hình Hình 4: Cấu trúc v| t{c động nhóm Spiropyrazolopyridon Hình 5: Liên kết v| định hướng AMCL-2015-6-3-344-14a khoang gắn kết AMCL-2015-6-3-34414a, EC50=0,23 μM, điểm số docking -22,53 kJ/mol Mơ hình 3D-pharmacophore Trong mơ hình thu nhận đƣợc, mơ hình cho kết cao v| c}n đối thông số nhất, với độ nhạy 0,72, độ đăc hiệu 0,76 khả dự đo{n 0,75 đƣợc chọn làm kết q trình xây dựng mơ hình 3D-pharmacophore Mơ hình có cấu trúc: 394 điểm: vùng ứng với liên kết cho hydro (Don, tâm vùng nằm hình cầu có bán kính 0,72 Å), liên kết nhận hydro (Acc, 1,38 Å), vùng kị nƣớc (Hyd, 1,51 Å), vùng ứng với nh}n thơm (Aro, 0,85 Å) Kết phù hợp với nhận xét từ mơ hình docking Chuyên Đề Dƣợc Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 22 * Số * 2018 khoảng cách khối cầu: Acc-Hyd 4,11 Å, Acc-Aro 4,83 Å, Acc-Don 4,78 Å, AroDon 2,73 Å, Hyd-Don 2,27 Å, Aro-Hyd 4,39 Å Khoảng c{ch lớn tổng bán kính nên vùng riêng lẻ, không bị chồng chéo Nghiên cứu Y học Acc – liên kết nhận hydro, Aro – nh}n thơm, Hyd – vùng kỵ nước 12 góc đo đƣợc: Hyd-Acc-Aro 58,1o, HydAcc-Don 28,3o, Aro-Acc-Don 33o, Hyd-Don-Aro 122,5o, Hyd-Don-Acc 59,3o, Aro-Don-Acc 74,5o, Hyd-Aro-Acc 52,8o, Hyd-Aro-Don 25,9o, AccAro-Don 72,5o, Acc-Hyd-Don 92,4o, Acc-HydAro 69,1o, Don-Hyd-Aro 31,7o Tâm vùng không nằm mặt phẳng (Hình 6) BÀN LUẬN Hình 6: Mơ hình 3D-pharmacophore gióng hàng với tập xây dựng Don – liên kết cho hydro, DB01177 – Idarubicin Kết sàng tập DrugBank theo mơ hình docking mơ hình 3D-pharmacophore x}y dựng thu đƣợc chất lƣu h|nh thị trƣờng, nintedanib (DB09079), lapatinib (DB01259), mitoxantron (DB01204), idarubicin (DB01177), epirubicin (DB00445) liệt kê Hình Vậy sử dụng chất làm khung tiến hành thực nghiệm thử hoạt tính ức chế NS4B DENV-2 tìm chất DB00445 – Epirubicin DB09079 – Nintedanib DB01204 – Mitoxantron DB01259 – Lapatinib Hình 7: Các chất s|ng tập chất Drugbank KẾT LUẬN Nghiên cứu sàng lọc hợp chất có hoạt tính ức chế protein khơng cấu trúc 4B virus Dengue týp phƣơng ph{p in silico x}y dựng đƣợc mơ hình với khả s|ng lọc đƣợc hợp chất có hoạt tính ức chế NS4B DENV-2 Mơ hình docking 122 chất chứng tỏ chất có hoạt tính ức chế NS4B DENV-2 phải có đặc điểm: Chứa nhóm cấu trúc tạo đƣợc liên Chuyên Đề Dƣợc kết hydro liên kết Van der Waals, tỷ lệ thân dầu v| nƣớc phải cân ứng với giá trị logP khoảng 0-3,5 acid amin Gly16, His17, Thr39 vùng α2 v| Asn70, Thr73 vùng α3 vị trí gắn kết phân tử Mơ hình 3Dpharmacophore điểm xây dựng từ chất có hoạt tính tốt v| đặc trƣng từ khung cấu trúc khác nhau, gồm vùng cấu trúc: vùng tạo liên kết cho, nhận hydro, vùng nh}n thơm v| vùng kỵ nƣớc Với mơ hình xây dựng 395 Nghiên cứu Y học Y Học TP Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 22 * Số * 2018 đƣợc, nghiên cứu tiến hành sàng lọc tập liệu thuốc lƣu h|nh thị trƣờng DrugBank gồm 1925 chất, kết thu đƣợc chất thỏa mơ hình xây dựng đƣợc, Nintedanib (DB09079), Lapatinib (DB01259), Mitoxantron (DB01204), Idarubicin (DB01177) Epirubicin (DB00445) Nghiên cứu đề nghị tiến hành thực nhiệm hợp chất sàng đƣợc để xác định hoạt tính thực NS4B DENV-2 tìm khung cấu trúc mới, tối ƣu có khả ức chế protein NS4B DENV-2 v| điều trị đƣợc bệnh sốt Dengue Lời cảm ơn: Nghiên cứu n|y đƣợc tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 106-YS.052015.31 (cho Thái Khắc Minh) TÀI LIỆU THAM KHẢO 396 Aguiar M, Stollenwerk N, Halstead SB (2016), "The Impact of the Newly Licensed Dengue Vaccine in Endemic Countries", PLOS Neglected Tropical Diseases 10 (12), pp e0005179 Behnam Mira AM, Nitsche Christoph, Boldescu Veaceslav, Klein Christian D (2016), "The Medicinal Chemistry of Dengue Virus", Journal of Medicinal Chemistry 59 (12), pp 5622-5649 I-Tasser (2017), https://zhanglab.ccmb.med.umich.edu/ITASSER/, ngày truy cập 25/04/2017 Kounde CS, Yeo HQ, Wang QY, Wan KF, Dong H, Karuna R, Dix I, Wagner T, Zou B, Simon O, Bonamy GM, Yeung BK, Yokokawa F (2017), "Discovery of 2-oxopiperazine dengue inhibitors by scaffold morphing of a phenotypic highthroughput screening hit", Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 27 (6), pp 1385-1389 Li Y, Kim YM, Zou J, Wang QY, Gayen S, Wong Y L, Lee le T, Xie X, Huang Q, Lescar J, Shi PY, Kang C (2015), "Secondary structure and membrane topology of dengue virus NS4B N- 10 11 12 13 terminal 125 amino acids", Biochimica et Biophysica Acta 1848 (12), pp 3150-3157 Li Y, Wong Y L, Lee M Y, Li Q, Wang QY, Lescar J, Shi PY, Kang C (2016), "Secondary Structure and Membrane Topology of the Full-Length Dengue Virus NS4B in Micelles", Angewandte Chemie International Edition 55 (39), pp 1521-3773 Saudi M, Zmurko J, Kaptein S, Rozenski J, Gadakh B, Chaltin P, Marchand A, Neyts J, Van Aerschot A (2016), "Synthetic strategy and antiviral evaluation of diamide containing heterocycles targeting dengue and yellow fever virus", European Journal of Medicinal Chemistry 121, pp 158-168 Saudi M, Zmurko J, Kaptein S, Rozenski J, Neyts J, Van Aerschot A (2014), "Synthesis and evaluation of imidazole-4,5and pyrazine-2,3-dicarboxamides targeting dengue and yellow fever virus", European Journal of Medicinal Chemistry 87, pp 529539 UniProtKB Q9WDA6 (POLG_DEN2Q), Uniprot, http://www.uniprot.org/uniprot/Q9WDA6, ngày truy cập 25/4/2015 van Cleef KW, Overheul GJ, Thomassen MC, Kaptein SJ, Davidson AD, Jacobs M, Neyts J, van Kuppeveld F J, van Rij R P (2013), "Identification of a new dengue virus inhibitor that targets the viral NS4B protein and restricts genomic RNA replication", Antiviral Research 99 (2), pp 165-171 World Health Organization (2017), "Dengue vaccine: WHO position paper, July 2016 ", Vaccine 35 (9), pp 1200-1201 Xie X, Wang Q Y, Xu H Y, Qing M, Kramer L, Yuan Z, Shi PY (2011), "Inhibition of dengue virus by targeting viral NS4B protein", Journal of Virology 85 (21), pp 11183-11195 Zou B, Chan W L, Ding M, Leong S Y, Nilar S, Seah P G, Liu W, Karuna R, Blasco F, Yip A, Chao A, Susila A, Dong H, Wang QY, Xu HY, Chan K, Wan K F, Gu F, Diagana TT, Wagner T, Dix I, Shi P, Smith PW (2015), "Lead Optimization of Spiropyrazolopyridones: A New and Potent Class of Dengue Virus Inhibitors", ACS Medicinal Chemistry Letters (3), pp 344348 Ngày nhận báo: 18/10/2017 Ngày phản biện nhận xét báo: 01/11/2017 Ng|y b|i b{o đăng: 15/03/2018 Chuyên Đề Dƣợc ... DB0 125 9 – Lapatinib Hình 7: Các chất s|ng tập chất Drugbank KẾT LUẬN Nghiên cứu sàng lọc hợp chất có hoạt tính ức chế protein khơng cấu trúc 4B virus Dengue týp phƣơng ph{p in silico x}y dựng... mơ hình với khả s|ng lọc đƣợc hợp chất có hoạt tính ức chế NS4B DENV -2 Mơ hình docking 122 chất chứng tỏ chất có hoạt tính ức chế NS4B DENV -2 phải có đặc điểm: Chứa nhóm cấu trúc tạo đƣợc liên... Epirubicin (DB00445) Nghiên cứu đề nghị tiến hành thực nhiệm hợp chất sàng đƣợc để xác định hoạt tính thực NS4B DENV -2 tìm khung cấu trúc mới, tối ƣu có khả ức chế protein NS4B DENV -2 v| điều