Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Y Dược, Tập 33, Số (2017) 7-13 Ứng dụng phương pháp thiết kế phân tích liệu In silico (ISIDA) thiết kế dẫn chất acid hydroxamic ức chế HDAC2 Phạm Thế Hải1, Đào Thị Kim Oanh1, Đoàn Việt Nga2, Bùi Thanh Tùng2, Lê Thị Thu Hường2,* Đại học Dược Hà Nội, 13-15 Lê Thánh Tông, Hà Nội, Việt Nam Khoa Y dược, Đại học Quốc gia Hà Nội, 144 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 15 tháng năm 2017 Chỉnh sửa ngày 20 tháng 10 năm 2017; Chấp nhận đăng ngày 01 tháng 12 năm 2017 Tóm tắt: Nghiên cứu thuốc điều trị ung thư mối quan tâm hàng đầu giới Một số mục tiêu phân tử đáng ý enzym Histon Deacetylase (HDAC2) Hiện nay, khoa học máy tính ngày sử dụng rộng rãi tìm kiếm phát triển thuốc Trong nghiên cứu này, mô tả mảnh cấu trúc ISIDA tính tốn dựa khung cấu trúc acid hydroxamic, nhằm xây dựng mơ hình tốn học mơ tả mối tương quan định lượng cấu trúc hoạt tính ức chế HDAC2 (QSAR) áp dụng kỹ thuật hồi quy tuyến tính đa biến (MLR) thuật giải di truyền Kết quả, xây dựng thành cơng ba mơ hình QSAR ba tập hợp mảnh cấu trúc, có hệ số xác định R2>0,7 Từ mơ hình này, mảnh cấu trúc quan trọng xác định ứng dụng thiết kế dẫn chất acid hydroxamic có hoạt tính ức chế HDAC2 Kết nghiên cứu góp phần định hướng cho q trình tổng hợp thử hoạt tính tìm kiếm liệu pháp điều trị ung thư Từ khóa: Histon deacetylase 2; mối tương quan định lượng cấu trúc hoạt tính (QSAR); mơ tả phân tử ISIDA; hồi quy tuyến tính đa biến (MLR); Acid hydroxamic Đặt vấn đề trở thành mục tiêu phân tử tiềm tìm kiếm thuốc điều trị ung thư [1] Trong nhóm chất ức chế HDAC2, acid hydroxamic nhóm chất quan tâm nhiều có cấu trúc đơn giản, dễ tổng hợp có nhóm -NHOH tạo phức bền với Zn+ trung tâm hoạt động HDAC2, nhờ có hoạt tính ức chế enzym tốt Cục quản lý thực phẩm dược phầm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt acid hydroxamic ức chế HDAC điển hình vorinostat (thường gọi SAHA) vào năm 2006 sử dụng điều trị u lympho da tế bào [7] Trong nghiên cứu khung hydroxamic lựa chọn làm định hướng thiết kế hợp chất ức chế HDAC2 Mơ hình tương HDAC2 enzym quan trọng thuộc HDAC nhóm I tham gia vào q trình chép, kiểm sốt trạng thái acetyl hoá chức nhiều protein tế bào chất yếu tố phiên mã khác [1] Nhiều nghiên cứu cho thấy HDAC2 biểu mức nhiều loại ung thư: ung thư vú [2], ung thư đại tràng [3], ung thư dày, biểu mô tế bào [4, 5], ung thư biểu mơ phổi [6] Chính vậy, HDAC2 _ Tác giả liên hệ ĐT.: 84-24-38387949 Email: ltthuong1017@gmail.com https://doi.org/10.25073/2588-1132/vnumps.4073 P.T Hải nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Y Dược, Tập 33, Số (2017) 7-13 quan định lượng cấu trúc - hoạt tính (QSAR) xây dựng giúp dự đốn xác hoạt tính ức chế HDAC2 hợp chất thiết kế Chúng ứng dụng phương pháp thiết kế dựa mảnh cấu trúc (FBDD - Fragment based drug design) dựa mô tả phân tử ISIDA (In SIlico design and Data Analysis) để tổ hợp công thức hoá học acid hydroxamic mới, dự đoán hoạt tính chúng từ tìm số hợp chất có hoạt tính mạnh nhất, tiền đề cho nghiên cứu tổng hợp tương lai Nguyên liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Nguyên liệu Cơ sở liệu (CSDL) cho xây dựng mơ hình bao gồm 45 hợp chất có cấu trúc acid hydroxamic ức chế HDAC2 với giá trị IC50 (được chuyển đổi thành lgIC50, đơn vị μM) thu thập từ báo khoa học nước quốc tế công bố [7-12] Hoạt tính xác định điều kiện thí nghiệm (sử dụng Kit định lượng Bioscence [13]) Các giá trị IC50 ứng với hợp chất hiệu chỉnh, lấy giá trị trung bình sau khiloại bỏ giá trị nằm khoảng giới hạn [giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn (SD)] j 2.2 Phương pháp Mơ hình QSAR biểu diễn mối tương quan định lượng cấu trúc tác dụng sinh học hợp chất biểu thức tốn học, có cơng thức tốn học: Y = a1x1 + a2x2+…+ anxn [14] Trong nghiên cứu này, Y biến phụ thuộc (lgIC50), tương ứng với hoạt tính; x1, x2, …xn mơ tả phân tử đặc trưng cho cấu trúc; a1, a2, an trọng số tương ứng với biến độc lập 2.2.1 Tính tốn mơ tả phân tử ISIDA Các cấu trúc CSDL lưu dạng tệp cấu trúc (SDF-Structure Data File) Phương pháp ISIDA sử dụng tính tốn mơ tả phân tử phân tích liệu Phần mềm ISIDA Fragmentor2015 áp dụng [15], có ưu điểm tích hợp số lượng lớn đa dạng mảnh cấu trúc có mặt phân tử, cho phép tuỳ biến tạo mảnh cấu trúc tùy theo mục đích Phương pháp sử dụng kí hiệu dán nhãn mang đặc tính mảnh cấu trúc để xây dựng mơ hình QSAR thiết kế hợp chất Các mảnh cấu trúc biểu diễn thông qua chế mơ tả theo màu (kí hiệu, tính thân dầu, độ pH,…) đảm bảo liên quan màu sắc tính chất hóa học; gán nhãn dựa giá trị điện đặc tính dược học (Hình 1) Hình Biểu diễn cơng thức N-(5-hydroxypyridin-2-yl) acetamide theo chương trình tơ màu gắn nhãn Phân tử xác định dạng đồng phân, tô màu theo nguyên tố đỉnh; sau kết hợp với dán nhãn dựa độ âm điện; cuối kết hợp với đặc tính dược học P.T Hải nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Y Dược, Tập 33, Số (2017) 7-13 Bước cuối sử dụng ngơn ngữ lập trình Pascal tìm kiếm đếm có mặt mảnh cấu trúc đánh dấu phân tử 2.2.2 Thiết kế tập huấn luyện kiểm tra Tập huấn luyện (TS-training set) bao gồm 30 phân tử lựa chọn theo tiêu chí giá trị IC50 nằm khoảng 0,008 đến 35 µM sử dụng xây dựng mơ hình tập kiểm tra (PS-test set) với 15 phân tử lại để đánh giá khả dự đốn xác mơ hình xây dựng 2.2.3 Phát triển mơ hình Sử dụng kỹ thuật phân tích hồi quy tuyến tính đa biến (MLR-Multiple Linear Regression) chương trình STATISTICA v8.1 để xây dựng mơ hình tương quan hoạt tính ức chế với mơ tả phân tử ISIDA 2.2.4 Đánh giá mơ hình Đánh giá nội tập TS cho biết độ khớp, độ mạnh mơ hình thơng qua thông số thống kê: r2- hệ số tương quan, 0.70 for further use Based on these models 10 important fragments attributing to better inhibitory potency were identified Finally several novel hydroxamic derivatives were designed and screened for HDAC2 inhibitory activity Keywords: Histone Deacetylase 2; Quantitative Structure-Activity Relationship (QSAR); molecular descriptors ISIDA; multiple linear regression (MLR); acid hydroxamic kkkkk ... dự đốn xác hoạt tính ức chế HDAC2 hợp chất thiết kế Chúng ứng dụng phương pháp thiết kế dựa mảnh cấu trúc (FBDD - Fragment based drug design) dựa mô tả phân tử ISIDA (In SIlico design and Data... Data File) Phương pháp ISIDA sử dụng tính tốn mơ tả phân tử phân tích liệu Phần mềm ISIDA Fragmentor2015 áp dụng [15], có ưu điểm tích hợp số lượng lớn đa dạng mảnh cấu trúc có mặt phân tử, cho... tổ hợp 10 mảnh cấu trúc khung acid hydroxamic nhằm tạo số khung dẫn xuất mới, dự đốn có tác dụng ức chế mạnh HDAC2 Đặc biệt nghiên cứu đề xuấtkhung cấu trúc dẫn chất 4a với hoạt tính mạnh, có