(Luận văn thạc sĩ) ứng dụng phương pháp thiết kế và phân tích dữ liệu insilico (isida) trong thiết kế hợp chất acid hydroxamic mới ức chế HDAC2

,V NU ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Ph ar m ĐOÀN VIỆT NGA ac y KHOA Y DƢỢC ol of Me d ici ne an d ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH DỮ LIỆU IN SILICO (ISIDA) TRONG THIẾT KẾ HỢP CHẤT ACID HYDROXAMIC MỚI ỨC CHẾ HDAC2 Co py ri gh t @ Sc ho KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƢỢC HỌC Hà Nội – 2018 ,V NU Ph ar m Người thực hiện: ĐOÀN VIỆT NGA ac y ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƢỢC of Me d ici ne an d ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH DỮ LIỆU IN SILICO (ISIDA) TRONG THIẾT KẾ HỢP CHẤT ACID HYDROXAMIC MỚI ỨC CHẾ HDAC2 ol KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƢỢC HỌC TS PHẠM THẾ HẢI Co py ri gh t @ Sc ho Khóa: QH.2013.Y Người hướng dẫn: TS LÊ THỊ THU HƢỜNG Hà Nội – 2018 ,V NU LỜI CẢM ƠN ac y Trước hết, tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Lê Thị Thu Hƣờng, công tác môn Dược liệu Dược học cổ truyền khoa Y Dược Trường Đại học Quốc gia Hà Nội người thầy tận tình trực tiếp Ph ar m bảo, động viên, hướng dẫn để tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn TS Phạm Thế Hải công tác Trường Đại học Dược Hà Nội giúp đỡ suốt thời gian qua Bên cạnh đó, tơi xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo, thầy cô Khoa Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội giúp đỡ, tạo điều kiện để tơi làm khóa luận, an d học tập, nghiên cứu, rèn luyện Khoa suốt năm học qua Sau cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới gia đình, anh chị em bạn ne bè sát cánh, đồng hành, ủng hộ động viên tơi q tình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn Dù cố gắng kiến thức, kỹ thời gian thực hạn hẹp, tơi khó tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận ý kiến đóng ici góp thầy để khóa luận tơi hồn thiện Co py ri gh t @ Sc ho ol of Me d Tôi xin chân thành cảm ơn Hà Nội, Ngày 25 tháng năm 2018 Sinh viên Đồn Việt Nga Tính phù hợp hệ số tương quan CSDL Cơ sở liệu HDAC Histone deacetylase HDAC2 Histone deacetylase IC50 Nồng độ ức chế 50% MAE Sai số tuyệt đối MLR Phương pháp hồi quy tuyến tính đa biến PS Tập kiểm tra Q2 Hệ số tương quan chéo Q2LOO Hệ số xác định cho tập kiểm tra ol Sc ho SAHA gh t @ TSPT py ri Ph ar m an d ne ici of Me d Tương quan định lượng cấu trúc – tác dụng Sai số toàn phương RMSE TS ac y CCC QSAR Co ,V NU GIẢI THÍCH CHỮ VIẾT TẮT Suberoylanilide hydroxamic acid Tập huấn luyện Tham số phân tử ,V NU DANH MỤC CÁC HÌNH ac y Hình1.1: Q trình acetyl hóa histone / deacetyl hóa điều chỉnh enzyme HAT HDAC Hình 1.2: Cấu tạo trung tâm hoạt động HDAC Ph ar m Hình 1.3: Mối liên quan dạng HDAC khác tới trình sinh trưởng phát triển tế bào Hình 1.4: Cấu trúc số dãy acid hydroxamic tổng hợp 13 Việt Nam 13 Hình 2.1: Cấu trúc hóa học 45 dẫn xuất acid hydroxamic 20 an d thu thập 20 Hình 2.2: Các bước xây dựng mơ hình QSAR ứng dụng mơ hình thiết kế ne dự đoán 22 Hình 2.3: Cơ chế đếm mảnh cấu trúc mô tả phân tử ISIDA 23 Hình 2.4: Biểu di n cơng thức N- 5-hydroxypyridin-2-yl acetamide theo chương trình tơ màu gắn nhãn 24 ici Hình 2.5: Hai loại mảnh cấu trúc theo chuỗi nhánh với phân loại: nguyên tử Co py ri gh t @ Sc ho ol of Me d liên kết, nguyên tử, liên kết 25 Hình 3.1: Các mảnh cấu trúc sử dụng mơ hình QSAR 29 Hình 3.2: Các mảnh cấu trúc quan trọng lựa chọn mô hình M1, M2 M3 phản ánh mối tương quan định lượng cấu trúc hoạt tính sinh học ức chế enzyme HDAC2 34 ,V NU DANH MỤC CÁC BẢNG ac y Bảng 1.1: Các chất ức chế HDAC thử nghiệm lâm sàng 11 Bảng 2.1: Giá trị IC50 thực nghiệm 45 hợp chất CSDL 21 Bảng 3.1: Các thông số đánh giá chéo độ thích hợp mơ hình tuyến tính Ph ar m tập TS 31 Bảng 3.2: Tính tốn khả dự đốn mơ hình tuyến tính tập PS 32 Bảng 3.3: Cấu trúc giá trị dự đoán IC50 hợp chất thiết kế 36 Co py ri gh t @ Sc ho ol of Me d ici ne an d Bảng 3.4: Dẫn xuất khung 4a 37 ,V NU MỤC LỤC ac y MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Thực trạng mắc bệnh ung thư tử vong ung thư Ph ar m 1.1.1 Thực trạng mắc bệnh ung thư tử vong ung thư giới 1.1.2 Thực trạng mắc bệnh ung thư tử vong ung thư Việt Nam 1.2 Tổng quan HDAC 1.2.1 Khái niệm histon deacetylase 1.2.2 Phân loại histon deacetylase an d 1.2.3 Mối liên quan ung thư hoạt động bất thường HDAC2 1.3 Các chất ức chế histon deacetylase 10 ne 1.3.1 Trên giới 10 1.3.2 Tại Việt Nam 11 1.3.3 Cấu trúc chất ức chế HDAC 13 1.3.4 Cơ chế tác dụng chất ức chế HDAC 14 ici 1.4 Mơ hình tƣơng quan định lƣợng tính chất – tác dụng (QSAR) 15 of Me d 1.4.1 Lịch sử QSAR 15 1.4.2 Đại cương QSAR 15 1.4.3 Quy trình xây dựng mơ hình QSAR 16 CHƢƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Nguyên liệu 20 ho ol 2.1.1 Cơ sở liệu (CSDL) 20 2.2 Phương pháp nghiên cứu 21 Co py ri gh t @ Sc 2.2.1 Phương pháp thiết kế dự đoán hợp chất thiết kế mơ hình QSAR từ mảnh cấu trúc 21 2.2.2 Tính tốn tham số phân tử 23 2.2.3 Thiết kế tập huấn luyện tập kiểm tra 25 2.2.4 Xây dựng mơ hình 26 2.2.5 Đánh giá mơ hình 26 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 27 3.1 Kết 27 3.1.1 Các mơ hình QSAR thu 27 3.1.2 Đánh giá mơ hình 30 3.1.3 Ứng dụng thiết kế hợp chất dự đốn hoạt tính 34 ,V NU 3.2 Bàn luận 37 3.2.1 Về phương pháp tính tốn tham số phân tử 37 ac y 3.2.2 Về mơ hình QSAR 37 3.2.3 Về thiết kế hợp chất 38 3.2.4 Kết dự đoán khả ức chế HDAC2 hợp chất acid Ph ar m hydroxamic 38 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 40 Co py ri gh t @ Sc ho ol of Me d ici ne an d TÀI LIỆU THAM KHẢO ,V NU MỞ ĐẦU ac y Theo báo cáo thống kê tổ chức Y tế giới WHO , ung thư bệnh giết người hàng đầu giới năm với khoảng 14 triệu ca phát 8,2 triệu trường hợp tử vong số liệu tính đến hết năm 2012, theo báo cáo số 297, cập Ph ar m nhật tháng năm 2014 Dự báo, số lượng bệnh nhân mắc tăng lên 70% thập kỷ tới So với giới, Việt Nam thuộc nhóm nước đứng thứ tỉ lệ mắc ung thư [27] Trước tình hình đó, việc nghiên cứu phát triển thuốc chống lại ung thư mối quan tâm hàng đầu nhà khoa học, có Việt an d Nam Tuy nhiên, trình nghiên cứu phát triển thuốc nói chung thuốc điều trị ung thư nói riêng chủ yếu dựa phương pháp thực ne nghiệm thử-lỗi với nhược điểm tốn thời gian, tiền bạc cho hiệu thấp [30] Ngoài ra, thuốc điều trị ung thư cịn nhiều hạn chế Do u cầu cấp bách đặt phải nghiên cứu phát triển thuốc chống ung thư mới, có tác dụng chọn lọc đích phân tử nhằm phát huy tối đa hiệu quả, độc ici Nhờ tiến di truyền học sinh học phân tử, Histon of Me d deacetylase (HDAC) đích tác dụng phân tử cho điều trị ung thư, HDAC2 thuộc nhóm I đánh giá đích phân tử quan trọng có biểu q mức q trình deacetyl hố histon xảy hầu hết dòng tế bào ung thư người [14, 66] Vì vậy, chất ức chế HDAC2 trở thành tác nhân chống ung thư đầy triển vọng [6, 8, 43] ho ol Hiện nay, giới Việt Nam có nhiều nghiên cứu xác định, phát thử hoạt tính hợp chất ức chế HDAC2 có nguồn gốc tự nhiên tổng Co py ri gh t @ Sc hợp hóa học [3-5] Trong nhóm chất ức chế HDAC2, acid hydroxamic nhóm chất quan tâm ý tập trung nghiên cứu nhiều có cấu trúc đơn giản, có khả tổng hợp với điều kiện Việt Nam Acid hydroxamic có nhóm –NHOH tạo phức bền với Zn2+ trung tâm hoạt động HDAC2 mang lại hoạt tính ức chế enzyme mạnh Để vừa tiết kiệm thời gian công sức tính đặc hiệu, nghiên cứu lựa chọn thực theo phương pháp thiết kế thuốc hợp lý dựa khung cấu trúc acid hydroxamic Trong năm gần đây, nghiên cứu sàng lọc hợp chất ức chế HDAC2 dựa phương pháp trợ giúp máy tính, hay cịn gọi phương pháp in silico trở thành hướng mới, đầy tiềm [48] Các mơ hình in silico mơ hình toán học thể mối quan hệ định lượng cấu trúc hoạt tính ,V NU (QSAR – Quantitive Structure Activity relationships), ứng dụng chủ yếu dự đốn hoạt tính chế tác dụng, sàng lọc virtual screening hợp ac y chất có hoạt tính từ sở liệu hợp chất Tuy nhiên ngày nay, thay phải sàng lọc hàng triệu hợp chất từ thư viện để tìm hợp chất dẫn đường-điểm khởi đầu cho thiết kế thuốc, phương pháp dựa mảnh cấu trúc FBDD- Ph ar m Fragment based drug discovery bắt đầu với tập hợp phân tử cấu trúc nhỏ dựa cấu tạo đích đồng thời mảnh cấu trúc ứng dụng thiết kế hợp chất Một số FBDD sử dụng phổ biến mơ tả phân tử thiết kế phân tích liệu in silico (ISIDA-In Silico design and Data Analysis Với mơ tả phân tử ISIDA, q trình thiết kế thuốc điều trị ung an d thư tối ưu hóa ứng dụng linh hoạt mơ tả sàng lọc, dự đốn thiết kế hợp chất Từ vấn đề nêu trên, mục tiêu chung nghiên cứu “Ứng dụng ne mô tả phân tử ISIDA thiết kế hợp chất ức chế enzyme histone deacetylase điều trị ung thư” Với mục tiêu cụ thể: - Xây dựng mơ hình tốn học QSAR sử dụng mơ tả phân tử ici ISIDA định lượng cấu trúc hoạt tính ức chế HDAC2 Co py ri gh t @ Sc ho ol of Me d - Đánh giá mơ hình QSAR theo thơng số thống kê - Ứng dụng mơ hình xây dựng sàng lọc, dự đoán thiết kế hợp chất ,V NU Bên cạnh đó, thơng số kiểm tra ngẫu nhiên Y cho mơ hình M1, M2, M3 với giá trị r2 scr cao 0,14 M2 q2 scr cao -0,31 với mơ hình M2; ac y kết chứng tỏ mơ hình khơng có tương quan, ảnh hưởng lẫn biến độc lập Từ khẳng định độ mạnh, độ ổn định độ khớp tốt mơ hình MLR Ph ar m 3.1.2.2 Đánh giá ngoại tập kiểm tra PS Kết đánh giá ngoại tập kiểm tra thể bảng 3.2 Bảng 3.2: Tính tốn khả dự đốn mơ hình tuyến tính tập PS Q2F2 Q2F3 RMSEext M1 0,77 0,78 0,81 0,39 M2 0,76 0,79 0,76 0,40 M3 0,80 0,79 0,82 0,37 MAEext CCC 0,31 0,84 0,32 0,80 0,29 0,85 an d Q2F1 ne Khả dự đốn ngoại tính xác mơ hình dự đốn biến phụ thuộc Y thí nghiệm tương lai hay nói cách khác sử dụng hợp chất tập PS Đây hợp chất mà mơ hình chưa gặp để kiểm tra tính xác dự đốn mơ hình xây dựng Khả dự đốn ici đánh giá thông qua giá trị Q 2F, Q2F lớn mơ hình cho thấy độ ^ y i  yi ∑ ( yi  y) ol QF2 = – of Me d tuyến tính tập kiểm tra chứng tỏ khả dự đốn xác cao mơ hình Ba giá trị Q2F1, Q2F2, Q2F3 hiệu với tỷ lệ tổng bình phương phần dư chia cho tổng bình phương sai số trung bình tập TS, PS tập F2 ∑ =1- Sc Q ho ∑ ∑ @ QF2 = - ∑ ∑ ^ y i  yi ( yi  y) ^ y ( yi  y ) gh t Trong nTR ; nEXT tương ứng số quan sát tập huấn luyện kiểm tra; ^ py ri yi, y , giá trị thực tế, giá trị dự đoán biến phụ thuộc quan sát thứ i; Co y y giá trị thực tế trung bình biến phụ thuộc tập PS TS Dựa tiêu thông số đánh giá nêu, ba mơ hình đạt u cầu chí giá trị Q2 cao, mơ hình M3 cho kết tốt với Q2F1, Q2F2, Q2F3 32 ,V NU 0,80; 0,79; 0,82 Các giá trị chứng tỏ khả dự đốn hoạt tính sinh học tốt mơ hình hợp chất mà mơ hình chưa gặp, ac y mơ hình M3 Như vậy, ba mơ hình đạt đánh giá nội đánh giá ngoại đồng nghĩa với việc mơ hình QSAR tiếp tục ứng dụng bước sàng Ph ar m lọc, dự đoán thiết kế hợp chất 3.1.2.3 Giải thích chế Đây bước quan trọng để từ định hướng thiết kế hợp chất Cả ba mơ hình M1, M2, M3 xây dựng tập mảnh cấu trúc khác cho kết tốt, từ ta hồn tồn tìm biến có ảnh hưởng tới hoạt tính sinh học an d Ở đây, nghiên cứu ra, giải thích cụ thể vai trị mảnh cấu trúc mang hoạt tính chức thực mô tả mảnh cấu trúc ISIDA ne Dựa mơ hình MLR xây dựng đánh giá, việc tìm xác mảnh cấu trúc có đóng góp tới hoạt tính ức chế HDAC2 dựa số tốn học Các phân tử bơi xám có hệ số giá trị âm CNVcoefficient of negatives values mô hình, đồng nghĩa yếu tố tăng ici cường hoạt động ức chế giảm giá trị IC50 Ngược lại, hệ số có giá trị dương CPV- Co py ri gh t @ Sc ho ol of Me d coefficients with positive value làm tăng giá trị IC50 giúp mảnh cấu trúc làm giảm hoạt tính ức chế Xét trọng số phân tử Kết hợp mơ hình, chúng tơi tìm mảnh cấu trúc giữ vai trị quan trọng đóng góp vào hoạt tính ức chế HDAC2 Hình 3.2 33 ,V NU ac y Ph ar m an d ne Hình 3.2: Các mảnh cấu trúc quan trọng đƣợc lựa chọn mơ hình M1, M2 M3 phản ánh mối tƣơng quan định lƣợng cấu trúc hoạt tính sinh học ức chế enzyme HDAC2 ol of Me d ici 3.1.3 Ứng dụng thiết kế hợp chất dự đoán hoạt tính 3.1.3.1 Thiết kế hợp chất Từ mảnh cấu trúc trên, dựa khung hydroxamic lựa chọn, tiến hành tổ hợp mảnh cấu trúc để tạo thành nhóm dẫn tới cho hợp chất tự động Thuật giải di truyền [1] Kết quả, thời gian ngắn, cách mảnh cấu trúc lắp ghép nhanh chóng với trường hợp xảy ra, giúp tạo hàng nghìn hợp chất Thuật giải di truyền dựa chế chọn lọc tiến hóa tự nhiên: “Trong hệ, tập sinh vật tạo py ri gh t @ Sc ho cách lai ghép nhân tố thích hợp với môi trường sinh vật hệ cũ với xuất đột biến ngẫu nhiên cá thể hệ mới” Vận dụng chế này, thuật toán mã hoá tất tham số cấu trúc ban đầu nhi m sắc - biểu di n vec tơ Từ nhi m sắc thể ban đầu này, tạo ngẫu nhiên quần thể Quần thể đánh giá từ nhi m sắc thể thích nghi tức có hàm mục tiêu Q2 cao chọn làm khung để tạo quần thể Quy trình làm tăng Q toàn nhi m sắc thể cách truyền đặc tính cấu trúc thuận lợi từ quần thể Co sang quần thể khác Sau số chu kỳ tìm kiếm đánh giá, cuối ta tìm nhi m sắc thể mơ hình phù hợp với giá trị Q2 cao 34 ,V NU Các bước thực thuật giải di truyền: Khởi tạo quần thể ban đầu file đầu vào lưu dạng ac y file.mdd chứa liệu tên, mô tả phân tử tính tốn phần mềm Dragon 6.0, giá trị log IC50 hợp chất tập huấn luyện Xác định hàm mục tiêu fitness cho cá thể quần thể Hàm Ph ar m mục tiêu nghiên cứu giá trị Q2 Tạo quần thể cách lai ghép chéo crossver từ cá thể có chọn lọc selection , đồng thời tạo đột biến mutation quần thể theo xác suất định Q trình thực thơng qua cài đặt giải thuật di truyền Genetic Algorithm set up an d Các cá thể quần thể sinh thay cho cá thể quần thể cũ ne Nếu điều kiện dừng, giải thuật dừng lại trả cá thể tốt với giá trị hàm mục tiêu Sau đó, khung cấu trúc lọc lần thứ việc kiểm tra xem cấu trúc công bố trước hay chưa cách tìm cấu trúc ici đồng dạng theo SMILES trang web https://scifinder.cas.org/ of Me d 3.1.3.2 Sử dụng mơ hình QSAR xây dựng để dự đốn hoạt tính Bước lọc thứ hai dự đốn hoạt tính IC50 hợp chất thiết kế mơ hình xây dựng Sử dụng phần mềm ISIDA phiên 2.0 tính toán tham số phân tử biến, thay vào mơ hình QSAR M1, M2, M3 xây dựng được, lấy trung bình cộng kết IC50 dự đoán Từ ho ol cấu trúc tính tốn, lọc cấu trúc có giá trị IC50 dự đoán tốt quan trọng cấu trúc thiết kế phải có khả tổng hợp phù hợp điều kiện thực Co py ri gh t @ Sc tế 35 Dự đoán IC50 (μM) Cấu trúc ac y Ký hiệu ,V NU Bảng 3.3: Cấu trúc giá trị dự đoán IC50 hợp chất thiết kế 1,60125 Ph ar m 1a an d 2a 0,96005 ici ne 3a 3.10026 of Me d 4a 1,11231 4,62709 0,11265 SAHA gh t @ 6a Sc ho ol 5a 0,30018 Từ khung thiết kế, chọn khung có tác dụng ức chế HDAC2 Co py ri tốt Có IC50 dự đốn thấp 4a Thiết kế số nhóm khả thi dựa mảnh định hướng thiết kế nhằm tạo dẫn chất 4a 4b 4c Bảng 3.4 36 ,V NU ac y Bảng 3.4: Dẫn xuất khung 4a R Dự đoán IC50 (μM) 4a H 0,30018 4b 5-F 4c 5-Cl Ph ar m STT 1,01279 0,52685 ici ne an d 3.2 Bàn luận 3.2.1 Về phương pháp tính tốn tham số phân tử Trước đấy, số phần mềm tính tốn tham số phân tử sử dụng rộng rãi để tính toán chuyển đổi hợp chất CSDL sang dạng mô tả phân tử DRAGON, TOMOCOMD-CARDD Các phần mềm tính tốn TSPT ứng dụng xây dựng mơ hình Phần mềm tính tốn DRAGON cho phép tính of Me d toán 4885 TSPT khác nhau, cấu trúc cần mô tả biểu di n dạng SMILES sau mã hóa theo thơng tin mơ tả: tham số OD đếm số nguyên tử số lượng C,O,N ; tham số 1D mô tả dạng chuỗi, số lượng mảnh, nhân thơm, ; ol tham số 2D mơ tả vị trí, thứ tự ngun tử liên kết cuối tham số 3D mô tả đặc điểm không gian phân tử [26] Danh sách mã hóa xây dựng sẵn, sau mơ tả, vân tay tìm kiếm điện tử đếm xuất mô tả TSPT cấu trúc từ xác định đóng góp TSPT mơ hình gh t @ Sc ho định lượng Việc xác định TSPT có vai trị tăng cường hoạt tính giúp định hướng thiết kế, sau cần sử dụng phần mềm ChemDraw vẽ mảnh cấu trúc có dựa mơ tả DRAGON sẵn có thiết kế, lắp ghép mảnh cấu trúc để hình thành hợp chất Trong đó, mơ tả phân tử ISIDA cho phép tìm kiếm theo mảnh cấu trúc hóa học (theo biểu di n SMILES), xây dựng mơ hình với biến mảnh cấu trúc xác sau trực tiếp lắp ghép mảnh cấu trúc để thiết kế hợp chất Chính vậy, phương pháp tính toán TSPT phần mềm ISIDA giúp rút ngắn thời gian, đường xây dựng mơ hình Co py ri QSAR đến thiết kế hợp chất có hoạt tính sinh học 3.2.2 Về mơ hình QSAR Hiện nay, xây dựng mơ hình QSAR bước quan trọng 37 ,V NU trình nghiên cứu phát triển, ứng dụng nhiều lĩnh vực dược phẩm, y học, hóa học, sinh học…Bước nghiên cứu kết hợp kỹ thuật tính toán TSPT, ac y kỹ thuật xác suất thống kê trí tuệ nhân tạo để xây dựng đánh giá mơ hình, giúp tối ưu hóa mơ hình nhằm tìm biểu thức định lượng gần sát với giá trị thực tế mối quan hệ biến phụ thuộc TSPT Ph ar m Mơ hình xây dựng với 24 mảnh cấu trúc mô tả theo đặc điểm cấu trúc tính chất hóa học đảm bảo tính xác biểu di n TSPT Kỹ thuật hồi quy tuyến tính đa biến kĩ thuật đơn giản, mơ hình QSAR xây dựng d dàng vai trị đóng góp biến thay đổi tới biến phụ thuộc Tuy nhiên, nghiên cứu dừng lại xây dựng mơ hình QSAR, thiết an d kế hợp chất dự đoán khả ức chế HDAC2 thơng qua tính tốn giá trị IC50 mà chưa kết hợp với đánh giá tính giống thuốc docking khơng ne xác định khả gắn kết tương tác với đích phân tử dược động học hợp chất Bên cạnh đó, CSDL sử dụng để xây dựng mơ hình cịn hạn chế số lượng thu thập từ báo đảm bảo hai điều kiện tìm kiếm cấu trúc acid hydroxamic đích phân tử HDAC2 of Me d ici 3.2.3 Về thiết kế hợp chất Thiết kế thuốc hợp lý dựa mảnh cấu trúc chiến lược giúp rút ngắn thời gian, cho hiệu tác động tới đích phân tử cao chọn lọc Bằng việc xác định mảnh cấu trúc có đóng góp cao tới hoạt tính ức chế HDAC2, nghiên cứu nhanh chóng thực thiết kế tự động thay đổi vùng cầu nối nhận diện bề mặt, giữ nguyên vùng cấu trúc acid hydroxamic tạo phức với Zn2+ Với mô tả ho ol phân tử ISIDA, mảnh cấu trúc định lượng biểu di n mối liên quan trực tiếp tới biến đáp ứng mơ hình QSAR khả sử dụng trực gh t @ Sc tiếp để thiết kế hợp chất việc thiết kế hợp chất xác nhanh chóng Đây ưu điểm vượt trội mô tả phân tử so với mô tả phân tử khác Tuy nhiên, nghiên cứu thiết kế hợp chất mới, thiết kế dựa mảnh cầu trúc cách định lượng cần kết hợp phương pháp thiết kế thủ công dựa mảnh tương đồng cấu trúc để đảm bảo xảy trường hợp có hợp chất Co py ri 3.2.4 Kết dự đoán khả ức chế HDAC2 hợp chất acid hydroxamic So với 45 hợp chất có khả ức chế HDAC2 CSDL biết, giá trị IC50 dự đoán hợp chất lựa chọn cuối Bảng 3.3 nằm 38 ,V NU khoảng giá trị IC50 hợp chất biết CSDL Đây giá trị dự đoán sàng lọc ban đầu trước đánh giá dược động học tổng hợp, giá trị ac y IC50 dự đốn phù hợp, khơng có chênh lệch q lớn so với SAHA – phân tử thuốc sử dụng điều trị ung thư Tác dụng sinh học phân tử hợp chất phụ thuộc vào khả liên Co py ri gh t @ Sc ho ol of Me d ici ne an d Ph ar m kết với đích phân tử, dược động học Chính vậy, bước đầu tìm phân tử tốt để tiến hành đánh giá thử hoạt tính 39 ,V NU CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ac y KẾT LUẬN Dựa sở lý thuyết cấu trúc hợp chất ức chế HDAC2 để lựa chọn khung sở acid hydroxamic kết hợp sử dụng mô tả mảnh cấu trúc ISIDA, chúng Ph ar m rút kết luận sau Xây dựng thành cơng mơ hình tốn học QSAR sử dụng kỹ thuật MLR, định lượng mối quan hệ giá trị IC50 ức chế hoạt động enzyme HDAC2 mảnh cấu trúc ISIDA: an d M1 ne M2 of Me d ici M3 py ri gh t @ Sc ho ol Cả ba mơ hình đánh giá có độ tuyến tính khả dự đốn cao thơng qua thơng số thống kê Ứng dụng mơ hình xây dựng thiết kế hợp chất có khả ức chế HDAC2 sử dụng mơ hình xây dựng để dự đốn hoạt tính sàng lọc Dựa mơ hình MLR, nghiên cứu tìm mảnh cấu trúc có liên quan cao tới hoạt tính Các mảnh cấu trúc xếp đảm nhiệm vai trò vùng nhận diện vùng cầu nối cấu trúc acid hydroxamic Kết tìm hợp chất có cấu trúc acid hydroxamic mới, chưa cơng bố trước với giá trị IC50 dự đốn khơng q cao đặc biệt, dẫn xuất 4a có giá trị IC50 tương đương SAHA-một thuốc ức chế HDAC lưu hành thị trường Như vậy, nghiên cứu giúp định hướng cách nhanh chóng, tập trung mảnh cấu trúc đảm nhận vai trị hoạt tính chính, loại bỏ dạng cấu trúc làm giảm ức chế HDAC2, từ giúp hình thành khung cấu trúc cho bước thiết kế hợp chất hiệu quả, đặc hiệu hơn, góp phần rút ngắn thời gian Co chi phí cho điều trị ung thư trúng đích 40 ,V NU KIẾN NGHỊ Để tiếp tục phát triển kết nghiên cứu, đưa kiến ac y nghị sau: Đánh giá ban đầu đặc tính Dược động học thông qua quy tắc Lipinski để sàng lọc khả khuếch tán qua màng sinh học Ph ar m Đánh giá tác động ảo hợp chất thiết kế với đích phân tử HDAC2 phần mềm Docking Nghiên cứu tổng hợp, thử nghiệm đánh giá hoạt tính sinh học ức chế Co py ri gh t @ Sc ho ol of Me d ici ne an d HDAC2 hợp chất thiết kế mơ hình in vitro in vivo 41 ,V NU TÀI LIỆU THAM KHẢO ac y Nguy n Thị Thúy Hoài et al (2009), "Thuật giải di truyền ứng dụng", Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên nghiên cứu khoa học lần thứ 6, 266-270 Nguy n Hải Nam (2012), Một số mục tiêu phân tử ứng dụng nghiên Ph ar m cứu phát triển thuốc điều trị ung thư nay, Nhà xuất Y học, Hà Nội, 103-186 Đào Thị Kim Oanh et al (2011), "Tổng hợp N1-(benzo[d]thiazo8l-2-yl)-N4hydroxysuccinamid dẫn chất hướng ức chế histon deacetylase", Tạp chí Dược học 51 (4), 47-51 an d Đào Thị Kim Oanh et al (2011), "Tổng hợp N1-(benzo[d]thiazol-2-yl)-N6hydroxyadipamid dẫn chất hướng ức chế histon deacetylase", Tạp chí Dược ne học 2011 51 (7), 55-59 Đào Thị Kim Oanh et al (2011), "Tổng hợp N1-(benzo[d]thiazol-2-yl)-N8hydroxyoctandiamid dẫn chất hướng ức chế histon deacetylase", Tạp chí Dược học 51 (8), 45-49 ici A.H B (2013), "A structure–activity relationship survey of histone deacetylase of Me d (HDAC) inhibitors", Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems 125, 132-138 Allfrey VG et al (1964), "Acetylation and methylation of histones and their possible role in the regulation of RNA synthesis", Natl Acad SciUSA 51 (786794) gh t 11 Sc 10 Chemistry 44 (3), 1067-1085 Bae HJ et al (2014), "HDAC2 (histone deacetylase 2)", Atlas Genet Cytogenet Oncol Haematol 18, 594-597 Bernstein B E et al (2000), "Genomewide studies of histone deacetylase function in yeast", Proc Natl Acad Sci U S A 97 (25), 13708-13713 Beumer JH et al (2010), "Role of histone deacetylases andtheir inhibitors in cancer biology and treatment", Curr Clin Pharmacol (3), 196-208 Castillo-Garit J A et al (2008), "Estimation of ADME properties in drug @ ho ol Andrianov V et al (2008), "Novel amide derivatives as inhibitors of histone deacetylase: Design, synthesis and SAR", European Journal of Medicinal py ri 12 Co discovery: Predicting Caco-2 cell permeability using atom-based stochastic and non-stochastic linear indices", J Pharm Sci 97, 1946-1976 ,V NU 13 Chaurasia K et al (2005), "Performance Evaluation and Comparison of Different Noise, apply on PNGImage Format used in Deconvolution Wiener filter (FFT) ac y Algorithm", Evolving Trends in Engineering and Technology 4, 8-14 14 D K et al (1985), "Method for detecting the 3-hydroxymyristic acid component of the endotoxins of gram-negative bacteria in compost samples", Ph ar m Am Ind Hyg Assoc J 46 (12), 741-746 15 De Ruijter A J et al (2003), "Histone deacetylases (HDACs): characterization of the classical HDAC family", Biochem J 370 (3), 737-749 16 Di Micco S et al (2013), "Structural basis for the design and synthesis of selective HDAC inhibitors", Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 21 an d (13), 3795–3807 17 Dung D.T.M et al (2015), "Novel 2-oxoin-3-substitutedindoline-based N- ne hydroxypropenamides as histone deacetylase inhibitors and antitumor agents", Medicinal Chemistry 11 (8), 725-735 18 E.M de Haas et al (2011), "Internal and external validation of the long-term QSARs for neutral organics to fish from ECOSAR", SAR and QSAR in ici Environmental Research 22, 545–559 of Me d 19 Edward et al (2000), "Histone deacetylase transcriptional control and cancer", Journal of cenlular Physyology 184 (1), 1-16 20 F Provost et al (1997), Analysis and visualization of classifier performance: comparison under imprecise class and cost distribution, Third International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining., Newport Beach, ho ol California 21 Farzin Hadizadeh et al (2013), "Quantitative Structure-Activity Relationship py ri gh t @ Sc Studies of 4-Imidazolyl- 1,4-dihydropyridines as Calcium Channel Blockers", Iranian journal of basic medical sciences 16 (8), 910-916 22 Fiorella Ruggiu et al (2015), "ISIDA Fragmentor2015 ", User Manual 23 Fiorella Ruggiu et al (2010), ISIDA Property-labelled fragment descriptors, 2nd Strasbourg Summer School on Chemoinformatics, VVF Obernai, France 24 Galasinski S C et al (2002), "Phosphatase inhibition leads to histone deacetylases and phosphorylation and disruption of corepressor interactions", J Biol Chem 277 (22), 19618-19626 Co 25 H L Y et al (2014), "Antitumor effects in hepatocarcinoma of isoformselective inhibition of HDAC2", Cancer Res 74 (17), 4752-4761 ngày ,V NU 26 http://www.talete.mi.it/products/dragon_molecular_descriptor_list.pdf, truy cập ac y 27 http://www.who.int/cancer/en/, ngày truy cập 28 Johnstone et al (2002), "Histone-deacetylase inhibitors: novel drugs for the treatment of cancer", Nat Rev Drug Discove (4), 287-299 Ph ar m 29 Johnstone et al (2002), "Histone-deacetylase inhibitors: novel drugs for the treatment of cancer", Nat Rev Drug Discove (4), 287-299 30 Kamb A et al (2007), "Why is cancer drug discovery so difficult?", Nat Rev Drug Discove (2), 115-120 31 Kim H.-J et al (2011), "Histone deacetylase inhibitors: molecular mechanisms an d of action and clinical trials as anti-cancer drugs", American Journal of Translational Research (2), 166-179 ne 32 L H T T (2015), "Novel 2-oxoindoline-based hydroxamic acids: Synthesis, cytotoxicity and inhibition of histone deacetylation", Tetrahedron Letters Tetrahedron Letters 56 (16), 6425–6429 33 Lindsey A et al (2015), "Global cancer statistics, 2012", CA Cancer J Clin 65, ici 87-108 of Me d 34 M D et al (2005), "Prospects: histone deacetylase inhibitors", J Cell Biochem 96 (2), 293-304 35 M L et al (2011), "QSAR Models Using a Large Diverse Set of Estrogens", J Chem Inf Comput Sci 2001, 186-195 36 M Y (1990), "Structural specificity for biological activity of trichostatin A, a ho ol specific inhibitor of ,mammalian cell cycle with potent differentiation – inducing activity in friend leukemia cells", The Journals of Antibiotics 63 (9), py ri gh t @ Sc 1101-1106 37 Marson C M et al (2007), "Structure-activity relationships of aryloxyalkanoic acid hydroxyamides as potent inhibitors of histone deacetylase", Bioorg Med Chem Lett 17 (1), 136-141 38 Martel C et al (2012), "Global burden of cancers attributable to infections in 2008: a review and synthetic analysis", The Lancet Oncology 13 (6), 607-615 39 McGirt LY et al (2006), "Successful treatment of recalcitrant chronic idiopathic urticaria with sulfasalazine", Arch Dermatol 142 (10), 1337–1342 Co 40 Minucci S et al (2006), "Histone deacetylase inhibitors and the promise of epigenetic (and more) treatments for cancer", Nat Rev Cancer (1), 38-51 ,V NU 41 Müller Berit Maria et al (2013), "Differential expression of histone deacetylases HDAC1, and in human breast cancer - overexpression of ac y HDAC2 and HDAC3 is associated with clinicopathological indicators of disease progression", BMC Cancer 13, 215-220 42 N S B H (2014), HDAC2 histone deacetylase 2, Atlas Genet Cytogenet Ph ar m Oncol Haematol 43 Nicola Chessum et al (2015), "Chapter One - Recent Advances in Cancer Therapeutics", Progress in medicinal chemistry 54, 1-63 44 Oanh Dao Thi Kim et al (2011), "Benzothiazole-containing hydroxamic acids as histone deacetylase inhibitors and antitumor agents", Bioorganic & an d Medicinal Chemistry Letters 21 (24), 7509-7512 45 P C (2011), "Synthesis and Importance of Bulky Aromatic Cap of Novel SAHA ne Analogs for HDAC Inhibition and Anticancer Activity", Bulletin of the Korean Chemical Society 32 (6), 1891-1896 46 Park H et al (2010), "A Structure-Based Virtual Screening Approach toward the Discovery of Histone Deacetylase Inhibitors: Identification of Promising ici Zinc-Chelating Groups", Chem Med (4), 591-597 of Me d 47 Pawan Kaler et al (2008), "HDAC2 deficiency sensitizes colon cancer cells to TNFα-induced apoptosis through inhibition of NF-κB activity", Experimental Cell Research 314 (7), 1507–1518 48 Peppercorn M A (1984), "Sulfasalazine Pharmacology, clinical use, toxicity, and related new drug development", Ann Intern Med 101 (3), 377-386 ho ol 49 Pingyuan Wang et al (2009), "Sulfamides as novel histone deacetylase inhibitors", Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters 17, 1123-1128 py ri gh t @ Sc 50 Price S et al (2007), "Identification and optimisation of a series of substituted 5-(1H-pyrazol-3-yl)-thiophene-2-hydroxamic acids as potent histone deacetylase (HDAC) inhibitors", Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 17 (2), 370-375 51 Roberto et al (2009), Molecular Descriptors for Chemoinformatics, Vol 41, 640-45 52 Ropero et al (2007), "The role of histone deacetylases (HDACs) in human cancer", Molecular Oncology 1, 19-25 Co 53 Ruijter A J et al (2003), "Histone deacetylases (HDACs): characterization of the classical HDAC family", Biochem J 370 (3), 737-749 ,V NU 54 S D et al (2009), "Design, synthesis, and evaluation of biphenyl-4-ylacrylohydroxamic acid derivatives as histone deacetylase (HDAC) inhibitors", ac y Eur J Med Chem, 1-13 55 Sento E et al (2007), "Histone deacetylases and cancer", Oncogene 26, 54205432 Ph ar m 56 Somoza J R et al (2004), "Structural snapshots of human HDAC8 provide insights into the class I histone deacetylases", Structure 12 (7), 1325-1334 57 Somoza J R et al (2004), "Structural snapshots of human HDAC8 provide insights into the class I histone deacetylases", Structure 12 (7), 1325-1334 58 T F (2013), "Synthesis and biological characterization of spiro[2H-(1,3)- an d benzoxazine-2,40-piperidine] based histone deacetylase inhibitors", European Journal of Medicinal Chemistry 64, 273-284 ne 59 Todeschini R et al (2000), Handbook of Molecular Descriptors 1st, Vol 11, Federal Republic of Germany 60 V Consonni et al (2009), "Comments on the definition of the Q parameter for QSAR validation", J Chem Inf Model 48, 1669–1678 ici 61 Verdin E (2006), Histone Deacetylases Transcriptional Regulation and Other of Me d Cellular Functions, Cancer Drug Discovery and Development 62 Viviana Consonni et al (2009), "Comments on the Definition of the Q2 Parameter for QSAR Validation", J Chem Inf Model 49, 1669–1678 63 Weichert W (2009), "HDAC expression and clinical prognosis in human malignancies", Cancer Lett 280 (2), 168-176 ho ol 64 WHO (2014), Cancer Country Profiles, Vietnam, 65 Witt O et al (2009), "HDAC family: What are the cancer relevant targets", Co py ri gh t @ Sc Cancer Lett 277 (1), 8-21 66 Yoshiyuki H et al (2012), "Anti-tumor activity of new orally bioavailable 2amino-5-(thiophen-2-yl)benzamide-series histone deacetylase inhibitors, possessing an aqueous soluble functional group as a surface recognition domain", Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 22 (5), 1926-1930 67 Zhang L et al (2015), "Trend of Histone Deacetylase Inhibitors in Cancer Therapy: Isoform Selectivity or Multitargeted Strategy", Medicinal research reviews 35 (1), 63-84 ... NỘI KHOA Y DƢỢC of Me d ici ne an d ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH DỮ LIỆU IN SILICO (ISIDA) TRONG THIẾT KẾ HỢP CHẤT ACID HYDROXAMIC MỚI ỨC CHẾ HDAC2 ol KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC... theo phương pháp thiết kế thuốc hợp lý dựa khung cấu trúc acid hydroxamic Trong năm gần đây, nghiên cứu sàng lọc hợp chất ức chế HDAC2 dựa phương pháp trợ giúp máy tính, hay gọi phương pháp in... thiết kế hợp chất mới, thiết kế dựa mảnh cầu trúc cách định lượng cần kết hợp phương pháp thiết kế thủ công dựa mảnh tương đồng cấu trúc để đảm bảo xảy trường hợp có hợp chất Co py ri 3.2.4 Kết