Xây dựng mô hình toán học giúp nhận biết chất ức chế enzym histon deacetylase 2 có tác dụng chống ung thư

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƢỢC NGUYỄN THỊ HIỀN XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC GIÚP NHẬN BIẾT CHẤT ỨC CHẾ ENZYM HISTON DEACETYLASE CÓ TÁC DỤNG CHỐNG UNG THƢ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƢỢC HỌC Hà Nội – 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƢỢC Người thực hiện: NGUYỄN THỊ HIỀN XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC GIÚP NHẬN BIẾT CHẤT ỨC CHẾ ENZYM HISTON DEACETYLASE CÓ TÁC DỤNG CHỐNG UNG THƢ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƢỢC HỌC Khóa: QH.2012.Y Người hướng dẫn: TS LÊ THỊ THU HƢỜNG TS PHẠM THẾ HẢI Hà Nội - 2017 LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Lê Thị Thu Hường, công tác môn Dược liệu Dược học cổ truyền - khoa Y Dược Trường Đại học Quốc gia Hà Nội người thầy tận tình 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 bảo tận tình cho tơi từ bước ban đầu nhận đề tài 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, học tập, nghiên cứu, rèn luyện Khoa suốt năm học qua Sau cùng, xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới gia đình, anh chị em bạn bè sát cánh, đồng hành, ủng hộ động viên tơi q tình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Dù cố gắng kiến thức, kỹ thời gian thực cịn hạn hẹp, tơi khó tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận ý kiến đóng góp thầy để khóa luận tơi hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn Hà Nội, Ngày tháng năm 2017 Sinh Viên Nguyễn Thị Hiền DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt Cơ sở liệu CSDL FDA Food and Drug Administation HAT Enzym Histon Cơ quan Quản lý Thực phẩm Dược phẩm Hoa Kỳ Acetyltransferase HDAC Histon deacetylase HDAC2 Histon deacetylase IC50 The half maximal Nồng độ ức chế 50% inhibitory concentration MLR Multiple Linear Regression Phương pháp hồi quy tuyến tính đa biến Q2 Hệ số tương quan chéo Q2ext Hệ số xác định cho tập kiểm tra QSAR Quantitative Structure – Tương quan định lượng Activity Relationship cấu trúc – tác dụng R2 Hệ số xác định SAHA Suberoylanilide hydroxamic acid Te Test set Tập kiểm tra Tr Training set Tập huấn luyện TSPT Tham số phân tử UHDAC Chất ức chế histon deacetylase DANH MỤC HÌNH VẼ STT Kí hiệu Tên hình Trang Hình 1.1 Cấu trúc nhiễm sắc thể điều hòa hoạt động phiên mã (a) Sự methyl hóa deacetyl hóa histon dẫn tới hình dạng đóng xoắn nhiễm sắc thể ức chế phiên mã (b) Sự acetyl hóa demethyl hóa histon làm tháo xoắn nhiễm sắc thể cho phép phiên mã Hình 1.2 Cấu tạo trung tâm hoạt động HDAC nhóm I, II, IV Hình 2.1 Cấu trúc hóa học 45 dẫn xuất acid hydroxamic thu thập 19 Hình 3.1 Miền ứng dụng mơ hình QSAR xác định hợp chất có khả ức chế HDAC2 28 Hình 3.2 Tóm tắt quy trình sàng lọc in silico chất ức chế HDAC2 từ CSDL PubChem 30 DANH MỤC BẢNG STT Ký hiệu Tên bảng Trang Bảng 1.1 Các nhóm thuốc chống ung thư Bảng 1.2 Các chất ức chế HDAC thử nghiệm lâm sàng 12 Bảng 2.1 Giá trị IC50 thực nghiệm 45 hợp chất CSDL 20 Bảng 3.1 Kết đánh giá nội đánh ngoại mơ hình QSAR 28 Bảng 3.2 Kết sàng lọc ảo từ CSDL Pubchem 33 MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU Chƣơng 1- TỔNG QUAN 1.1 Thực trạng ung thư tử vong ung thư 1.1.1 Thực trạng ung thư tử vong ung thư giới 1.1.2 Thực trạng ung thư tử vong ung thư Việt Nam 1.2 Thuốc điều trị ung thư 1.3 Tổng quan histon deacetylase 1.3.1 Khái niệm histon deacetylase 1.3.2 Phân loại HDAC 1.3.3 HDAC2 vai trò ung thư 1.3.4 Các chất ức chế HDAC 11 1.3.5 Cơ chế tác dụng chất ức chế HDAC 13 1.4 Tổng quan phương pháp QSAR 13 1.4.1 Lịch sử QSAR 13 1.4.2 Đại cương QSAR 14 1.4.3 Quy trình xây dựng mơ hình QSAR 15 Chƣơng - NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 Nguyên liệu 19 2.1.1 Cơ sở liệu 19 2.1.2 Phần mềm sử dụng 20 2.2 Phương pháp nghiên cứu 20 2.2.1 Tính tốn tham số mơ tả phân tử 20 2.2.2 Phân chia tập huấn luyện / Tập kiểm tra 21 2.2.3 Xây dựng mơ hình QSAR 21 2.2.4 Sàng lọc dự đốn hoạt tính số dẫn xuất HDAC2 sử dụng mơ hình QSAR xây dựng 21 Chƣơng – KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 23 3.1 Kết 23 3.1.1 Mơ hình tốn học thu 23 3.1.2 Đánh giá mơ hình theo tiêu chí OECD 27 3.1.3 Sàng lọc ảo đánh giá khả ức chế HDAC2 sử dụng mơ hình xây dựng 29 3.2 Bàn luận 34 3.2.1 Về mơ hình QSAR 34 3.2.2 Về quy trình sàng lọc ảo 35 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC MỞ ĐẦU Theo thống kê tổ chức Y tế giới (WHO), ung thư trở thành bệnh giết người hàng đầu giới, với khoảng 14 triệu ca phát 8,2 triệu trường hợp tử vong năm (số liệu tính đến hết năm 2012) So với giới Việt Nam thuộc nhóm nước có tỷ lệ mắc bệnh cao nhiều loại ung thư ớc tính năm Việt Nam có khoảng 150 - 200 nghìn người phát bị ung thư, 70.000 trường hợp tử vong Trước tình hình đó, việc nghiên cứu phát triển thuốc chống lại ung thư mối quan tâm hàng đầu ngành công nghiệp dược phẩm giới Việt Nam Tuy nhiên, q trình nghiên cứu phát triển thuốc nói chung thuốc điều trị ung thư nói riêng chủ yếu dựa phương pháp kinh điển hay phương pháp “thử lỗi” với nhược điểm tốn thời gian, tiền bạc cho hiệu thấp [22] Ngoài ra, thuốc điều trị ung thư gặp nhiều vấn đề liên quan đến độc tính tỷ lệ kháng thuốc cao 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, lâu bị kháng độc Histon deacetylase (HDAC) đích phân tử ch nay, enzym x c tác cho q trình deacetyl hố nhóm -N acetyl lysine amino acid phần đuôi histon Người ta chứng minh nhiều tế bào ung thư có huy động mức enzym HDAC, gây nên tượng giảm acetyl hoá histon Các chất ức chế HDAC ngăn chặn q trình thơng qua việc làm thay đổi biểu gen gây ung thư hay gen ức chế khối u gây cường acetyl hóa protein histone [32] Hiện người ta biết đến 18 loại HDAC khác nhau, chia thành nhóm, HDAC2 thuộc nhóm I đánh giá đích phân tử quan trọng có vai trị q trình deacetyl hố histon H3K56 H4K16 xảy hầu hết dòng tế bào ung thư người [7,10] Quá trình nghiên cứu tìm kiếm chất ức chế HDAC nhằm phát triển thành thuốc chống ung thư kéo dài thập kỷ [43] Các mơ hình liên 44359800 2.875 0.01 -1 -1.414 0.0231520 85905437 2.995 0.004 -1 -1 1.2314345 85697276 3.065 0.007 1.075 -1 -1.171 0.1961748 42637850 2.679 0.008 -1.193 -1.62 0.0326886 35 36 37 38 0.1167208 24284701 39 40 2.88 0.006 -1 -1.353 14496777 2.593 0.004 0.731 -1.567 -1.799 0.3261645 2.69 0.003 0.879 -1.38 -1.63 0.4118330 564390 2.222 0.007 0.181 -1.939 -2 0.3423673 68394755 2.563 0.003 0.794 -1.597 -1.816 0.4245148 54753628 2.763 0.008 -1 -1.41 14496778 41 42 43 44 0.042486 71459490 2.982 0.006 -1 -1.325 0.1425234 46205757 3.121 0.007 1.049 -1 -1 0.4610862 45 46 56668788 3.001 0.005 -1 -1 0.8854045 3.06 0.006 1.03 -1 -1 0.6335470 52950298 3.763 0.006 1.733 0.958 0.606 0.2773072 71712264 3.267 0.005 1.414 -0.283 -0.586 0.2389080 89108892 2.964 0.006 -1 -1.349 0.1261578 88272607 2.964 0.006 -1 -1.349 0.1261578 47 44431497 48 49 50 51 52 11232029 3.01 0.006 1.049 -1 -1 0.5952860 71376590 2.94 0.006 -1 -1.171 0.2788060 88272608 2.955 0.006 -1 -1.349 0.1253555 44359788 2.795 0.007 0.81 -1.38 -1.598 0.1486498 85697281 3.065 0.006 1.074 -1 -1.17 0.2756449 85697284 3.065 0.006 1.088 -0.824 -1.17 0.1359989 53 54 55 56 57 58 9543542 3.111 0.005 1.354 -1 -1 0.5804522 54789249 2.845 0.006 -1 -1.39 0.0962167 54789247 2.935 0.007 -1 -1 0.4331006 68232694 2.796 0.009 -1.185 -1.34 0.0881255 14496779 2.779 0.004 -1.277 -1.414 0.4732568 19422086 2.351 0.007 0.349 -1.779 -1.948 0.2008003 59 60 61 62 63 64 17607862 2.387 0.009 0.242 -1.776 -1.944 0.1236229 24710930 2.496 0.004 0.525 -1.791 -1.949 0.4932942 71354457 2.935 0.005 -1 -1.133 0.4612942 23428 2.469 0.004 0.525 -1.791 -1.949 0.4839423 5196616 2.578 0.003 0.794 -1.597 -1.816 0.4290529 207164 2.754 0.004 -1 -1.414 0.1577748 14496775 2.082 0.012 0.438 -1.927 -2 0.0387043 65 66 67 68 69 70 71 42637654 2.189 0.007 0.181 -1.939 -2 0.3344511 57426849 2.017 0.012 -0.126 -2 46205758 3.164 0.007 1.049 -1 -1 0.0395340 54753629 3.016 0.005 -1 -1 0.8948695 16739374 3.149 0.007 1.21 -1 -1 0.3746286 44431493 3.003 0.007 -1 -1.102 0.2857221 72 977.4688919 73 74 75 76 77 44431496 3.069 0.006 1.03 -1 -1 0.6376020 56658395 3.239 0.004 1.242 -0.84 -1 0.5570702 59567106 2.904 0.008 0.821 -1.324 -1.389 0.2355086 78 79 80 0.2288591 102191201 81 82 2.882 0.007 -1.329 -1.414 88254626 2.964 0.007 -1 -1.502 0.003744 44415994 2.883 0.003 -1 -1.282 0.4402888 2.514 0.007 0.884 -1.656 -1.801 0.127857 54508233 3.075 0.004 1.262 -1 -1 0.9000322 91172933 2.772 0.006 -1.172 -1.414 0.1602474 81275 3.209 0.005 1.414 -0.235 -0.503 0.2773776 252600 3.153 0.002 1.404 -0.331 -0.82 0.2532248 83 4119737 84 85 86 87 88 4351049 3.221 0.006 1.028 -0.75 -0.77 0.7647220 15560754 3.093 0.006 1.388 -0.596 -1 0.0808510 21302179 2.789 0.007 -1 -1.512 0.0380004 54077290 3.022 0.006 -1 -1.176 0.0240224 58660950 3.004 0.006 1.155 -1 -1 0.5103040 90889464 2.816 0.009 -1.403 -1.642 0.0044032 89 90 91 92 93 94 3597078 2.914 0.006 -1 -1 0.5959920 3382807 3.052 0.004 1.01 -1 -1 1.2642211 17202535 3.064 0.006 1.024 -1 -1 0.6407555 17204914 2.985 0.005 -1 -1 0.8754187 36656244 2.803 0.011 0.731 -1.414 -1.55 0.0623897 0.008 -1 -1.412 0.003756 95 96 97 98 99 70232351 100 2.862 101030013 3.638 0.005 1.597 0.244 0.103 0.7060332 2.6 0.006 0.54 -1.536 -1.804 0.1906166 59838335 2.677 0.008 -1.193 -1.62 0.0326423 4518322 3.296 0.003 1.414 -0.147 -0.481 0.4512904 3.19 0.004 1.307 -0.537 -0.75 0.4694463 71344197 3.346 0.003 1.45 0.02 -0.298 0.5326504 71376591 2.586 0.003 0.794 -1.597 -1.816 0.4314930 101 43125168 102 103 104 3833468 105 106 107 65450231 2.697 0.005 0.804 -1.338 -1.61 0.2192940 71402929 3.282 0.003 1.414 -0.147 -0.481 0.4468337 89974472 2.689 0.008 0.726 -1.549 -1.806 0.0834179 89556224 2.444 0.004 0.525 -1.791 -1.949 0.4754412 203897 2.677 0.003 -1.313 -1.652 0.2395842 94794 2.849 0.004 -1 -1.139 0.5898757 3624549 2.767 0.004 -1 -1.414 0.1592355 108 109 110 111 112 113 114 4195216 2.925 0.003 -1 -1 1.6367313 20721653 1.982 -0.131 -2 4953736 2.655 0.009 0.706 -1.251 -1.681 0.0331159 1718311 2.746 0.006 0.709 -1.249 -1.406 0.3323904 13311491 2.692 0.003 -1.478 -1.69 0.3877590 2.93 0.005 -1 -1.133 0.4596620 115 116 52941.67496 10 117 118 119 102095300 120 ... béo có hiệu lực kém; peptid vịng khó tạo thành mặt hố học FK -22 8 có phần gắn kết với ion Zn2+ chứa thiol [26 ] 1.3.5 Cơ chế tác dụng chất ức chế HDAC Các chất ức chế HDAC có tác dụng chống ung thư. .. nghiệm, giúp nâng cao tỷ lệ thành công nghiên cứu Từ vấn đề nêu trên, mục tiêu chung nghiên cứu ? ?Xây dựng mơ hình tốn học giúp nhận biết chất ức chế enzym histon deacetylase có tác dụng chống ung thư? ??...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƢỢC Người thực hiện: NGUYỄN THỊ HIỀN XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC GIÚP NHẬN BIẾT CHẤT ỨC CHẾ ENZYM HISTON DEACETYLASE CÓ TÁC DỤNG CHỐNG UNG THƢ KHÓA LUẬN