Chuyên đề

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN • • a • ********* Tên đề tàỉ: KHẢO SÁT K H Ả N Ă N G c CHẾ CỦA TA M O X IFEN TRO NG QUÁ T R ÌN H H O Ạ T Đ Ộ N G CỦA BỆN H U N G TH Ư v ú MÃ SỐ: QT - 09 - 30 CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI: NGUYÊN HỬU THỌ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN ********* T ên đề tài: KHẢO SÁT K H Ả N Ã NG ức CHẾ CỦA TA M O X IFEN TRONG QUÁ T R ÌN H H O Ạ T ĐỘNG CỦA BỆN H UNG TH Ư v ú MÃ SỐ: QT - 09 - 30 CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI: TS Nguyễn Hữu Thọ CÁC CÁN Bộ THAM GIA: GS.TSKH Đặng ứng Vận TS Nguyễn cẩ m Hà ĐAI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI_ TRUNG TÂM THÒNG TIN T H Ơ VIẸN 000600000 VO HÀ N Ộ I 2010 BÁO CÁO TÓM TẮT Tên đề tài: Khảo sát khả ức chế Tamoxifen trình hoạt động bệnh ung thư vú Mã số: QT - 09 - 30 Chủ trì đề tài: TS Nguyên Hữu Thọ Các cán tham gia: GS.TSKH Đặng úng Vận TS Nguyễn cẩm Hà Mục tiêu nội dung nghiên cứu ỉ Mục tiêu: -Góp phần chúng minh khả ức chế bệnh ung thư vú Tamoxifen - Giải thích chế hoạt động thuốc, nguyên nhân gây bệnh ung thu vú Nội dung: - Sử dụng phần mềm Quantum3.3 kết hợp học phân tử họp lượng tử, kết hợp với phép tính gần để nghiên cứu khả gắn kết phối tử lên phân tử protein - Sử dụng phần mềm Hyperchem để thiết két cấu trúc phối tử, tối ưu hóa hình học để cấu trúc tối ưu - Sử dụng phần mềm phụ trợ Arguslab, Jmol để biểu diễn phân tử - Xác định cấu trúc đám hình thành sau gắn kết, tìm vị trí gắn kết tốt protein mà phối gắn kết Các kết đạt được: Xác nhận việc hình thành Estrone từ Androstenedione thông qua enzym cytochrome Khẳng định vai trị cytochrome q trình chuyển hóa Chứng vai ừị ức chế Tamoxifen đến trình tạo Entrogen cách gắn kết lên phân tử protein vơ hiệu hóa kiến enzym khơng thể xúc tác cho q trình chuyển hóa tạo Estrogen, giúp ngăn ngừa phát triển bệnh ung thư vú Xác định vị trí mà phổi tử khác có kích thước khác gắn kết lên phân tử protein Mơ câu trúc đám hình thành phối tử gắn lên protein Sản phầm khoa học gồm công nghệ, ĐHQG HN 01 báo gửi tạp chí khoa học tự nhiên “Khảo sát cấu trúc đám hình thành gắn kết HCHO, C J i5CH2NH2 lên bazơ nitơ chuỗi DNA phương pháp hồi phục bán lượng tử ”, trang 361-368, Tập 25, số 2S, 2009 Tinh hình kinh phí đề tài: Tổng kinh phí c ấ p : 25.000.000đ Đã chi :25.000.000đ KHOA QUẢN LÝ CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI TS N guyễn H ữu Thọ C QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI Scientific project Branch: Chemistry Project category: VNU level Title of the project: Investigating inhibition effect o f Tamoxifen in the developing process of breast cancer Cade: Q T - 09-30 Leader of the project: Dr Nguyen Huu Tho Participants: Prof.DrSc Dang Ung Van Dr Nguyen Cam Ha Purpose and contents of the subject: Purpose: - Contributing to prove the effect of inhibitor of Tamoxifen on the breast cancer - Explaining the mechanism of drugs, the cause o f the breast cancer Results: Using Quantum3.3 software which is combined of QM and MM for calculating the effect of docking the ligand on protein Using Hyperchem software for creating the structure of ligands, optimuming those structures Using plus softwares (Arguslab, Jm ol ) for display molecules The results were presented by 01 paper in journal of science, “Study on structural clusters created by formaldehyde or benzylamine docking on the nitrogen base groups of DNA using semi-quantum ralaxation method”, p: 361-368, Vol 25, No 2S (2009) Budget situation: + Supported budget : 25.000.000 đ + Consumed budget : 25.000 000 đ FACULTY OF CHEMISTRY LEADER OF THE PROJECT VIETNAM NATIONAL UNIVERSY, HANOI MỤC LỤC A MỞ ĐẦU B PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU I CÁC KHẢI NIỆM VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN c ứ u Protein Phối tử Tâm hoạt động Sự gán kết 5 Tamoxifen Estrogen Cytochrome Cơ SỞ LÝ THUYÉT Phương trình Schrodinger n Các phưtmg pháp gần giải phirơng trình Schrodinger 10 Phương pháp động lực phân tử bán hrọug tử 20 m PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c u 26 IV Đ ộ TIN CẬY CỦA PHẦN MÈM 26 c KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 Tun vị trí gắn kết phối tử lẽn protein 28 D 2, Tỉnh toán lnrựng gắn kết cửa phổi tử lên protein 28 Nhận xét kết 31 KẾT LUẬN 31 TÀI LIỆU THAM KHẲO 32 A MỞ ĐẦU Khoảng hai triệu người phụ nữ Mỹ điều trị bệnh ung thu vú 40.000 phụ nữ tin chết bệnh vào năm 2006, ú c có khoảng 10.000 người mang bệnh hàng nằm Tỉ lệ người chết bệnh giảm xuống phần lớn chuẩn đoán sớm đỏ nhờ tiến chữa bệnh hormon cho phụ nữ thời kỳ mãn kỉnh Tamoxifen loại thuốc điều trị sản xuất từ năm 1980, dùng cho điều trị bệnh ung thư vú giai đoạn sớm, hoạt động thơng qua việc ngăn chặn hình thành estrogen mà kích thích tăng trường “thụ quan đương tính hocmon” ung thư vú Estrogen danh từ chung cho chất estrone, estradiol estriol ký hiệu E l, E2, E3 Estrogen tế bào hạt buồng trứng tiết ra, gọi nội tiết tố nữ Khi mãn kinh, buồng trứng không tiết estrogen nữa, tuyến thượng thận lại tiết anđrostenedion mô mỡ số tổ chức khác thể chuyển hóa thành estrogen để trì chức người phụ Estrogen có vai trị trung tâm phát triển tăng trưởng khối u vú phụ thuộc vào hormon, có tác động cao ung thư vú xảy phụ nữ mãn kinh thời điểm sinh sản estrogen buồng trứng ngừng Tuy nhiên enzym cần cho tổng hợp estrogen ngoại vi tồn mô khác thể chất béo dạng dự trữ khác dạng estron sulfatase Trước có vài tranh luận việc có hay khơng hoạt động enzym khối u vú dẫn tới sản xuất estrogen cho tác dụng sinh học kích thích tăng trưởng khối u, số lượng yếu tổ xác định tăng cường cách rõ ràng tổng hợp estrogen tế bào ung thư vú sợi nguyên bào bẳt nguồn từ mơ vú bình thường ác tính Gần ý nghĩa điều hoà tổng hợp estrogen lóp khối u enzym cần thiết xem xét có tiến Cystokine nảy sinh tồn điều hoà tổng hợp estrogen mô vú dạng đề xuất liên quan tới hệ thống miễn dịch cystokine điều khiển tổng hợp estrogen ngoại vi Nhiều nỏ biết hình thành estrogen ngoại vi tăng cường người béo phì hay người già căng thẳng hay ức chế cỏ thể biến đổi nguy hiểm phát triển ung thư vú Từ mơ hình đề xướng cbữ đỉều hoà tổng hợp estrogen cystokine, việc để gợi ý chế tỉnh tốn cho hiệu ứng béo phì não hoá dựa tổng hợp estrogen cho thay đổi nguy hiểm ung thư vú mà liên quan tới căng thẳng ức chế Mục tiêu đề tài khuyển khích nghiên cửu sâu để chửng minh vài ừò cystokine điều khiển tổng hợp esừơgen ữong ung thu vú thơng qua chất ức chế Tamoxifen Đó lý chinh để chọn nghiên cứu đề tài “Khảo sát khả ức chế Tamoxifen trình hoạt động bệnh ung thư vú" Trong thể sinh vật ln ln xảy q trình kết hợp phân tách phân tử, q trình sinh hố để trì tồn sinh vật DNA protein đại phân tử thể, có vai trị vô quan trọng với sổng, thể khả kết hợp với phân từ khác khả phân tách chúng Quá trình gắn kết phối tử (lỉgand) ỉên đại phân tử DNA hay protein ừong trình sinh hoá thể sinh vật [11‘ l2\ nhà khoa học giới quan tâm Quá trình gẳn kết mức độ sở phân tử ln bắt đầu băng q trình phối tử tiến lại gần đại phân tử gắn kết vào vị trí thích hợp (active site) đại phân tử Trong phân tử protein tồn hốc, mà kích thước phối tử phù hợp khả gắn kết phối tử lên vị trí đỏ ữở nên dễ dàng, phản ứng tưởng chừng khơng thể xảy lại dễ dàng xảy điểm gắn kết, giống chế hoạt động men Xác định “vị trí thích hợp - pocket” đâu đại phân tử, thông sổ lượng gắn kểt vị trí mục đích nghiên cứu đề tài Trong thập kỷ gần đặc biệt năm gần đây, công nghệ máy tỉnh, tin học phát triển cách nhanh chóng kỳ diệu, đủ đáp ứng yêu cầu tốn lởn, phúc tạp mà trước khơng thể thực Các phần mềm mờ MM, Gamess, QMMM, Mopac, FHI có ưu điểm chủ động tính tốn, nhiên kết thu hạn chể thời gian công sức nghiên cứu tốn Các phần mềm thương mại có ưu điểm phần mềm mở dễ sử dụng, kết thu cỏ thể chấp nhận cho nghiên cứu khảo sát, phần mềm phải đăng ký quyền sử dụng khai thác hết tính Trong đề tài chúng tơi sử đụng phần mềm of Species Based on Genomic DNA", International Journal o f Plant Genomics, Vol 2007, pp 1-8 15 Remo Rohs, Itai Bloch, Heinz Sklenar and Zippora Shakked (2005) "Molecular flexibility in ab initio drug docking to DNA: binding-site and binding-mode transitions in all-atom Monte Carlo simulations", Nucleic Acids Research, Vol 33(22), pp 7048-7057 16 Sutherland Betsy M., Bennett Paula V., Sidorkina Olga, and Laval Jacques (2000), "Clustered DNA damages induced in isolated DNA and in human cells by low doses of ionizing radiation", Proceeding o f the National Academy of Sciences o f the United State o f America, Vol 97, pp 103-108 17 Van Dijk A D., Boelens R and Bonvin A M J J (2005), "Data-driven docking for the study of biomolecular complexes”, FEBS, Vol 272, pp 293312 18 Van Dijk A D., De Vries s J., Dominguez c., Chen H., Zhou H X and Bonvin A M J J (2005), "Data-driven docking: HADDOCK’S adventures in CAPRI”, Proteins, Vol 60, pp 232-238 19 Zhang Da w , Xiang Yun, Gao Ai M., and Zhang John z H (2004), "Quantum mechanical map for protein-ligand binding with application to b-trypsin and benzamidine complex", Journal o f Chemical Physics, Vol 119, No 3, pp 1145-1148 20 Zhang J z H (1999), "The seimrigid vibrating rotor target model for quantum polyatomic reaction dynamics", Journal o f Chemical Physics, Vol I l l , No 9, pp 3929-3939 33 PHỤ LỤC CÁC SẢN PHẨM KHOA HỌC ĐÃ HOÀN THÀNH * Các báo báo cáo khoa học Nguyễn Hữu Thọ, Đặng ứ ig Vận (2009), “Khảo sát cẩu trúc đám hình thành gắn kết HCHO, C 6H 5CH 2NH lên bazơ nitơ chuồi DNA phương pháp hồi phục bán lượng tử”, Tạp Khoa học tự nhiên Công nghệ, tập 25, sổ 2S, Trang 361-368, 2009 * Hướng dẫn khoá luận tốt nghiệp TĨM TẤT CÁC CƠNG TRÌNH NCKH CỦA CÁ NHÂN ĐÓNG TRONG BÁO CÁO CỦA ĐỂ TÀI * Các báo báo cáo khoa học Nguyễn Hữu Thọ, Đặng ứ ig Vận (2009), “Khảo sát cấu trúc đám hình thành gắn kết HCHO, C6H 5CH 2NH lên baza nitơ ữong chuỗi DNA phương pháp hồi phục bán lượng tử”, ”, Tạp chí Khoa học tự nhiên Công nghệ, tập 25, sổ 2S, Trang 361-368,2009 Tóm Tất Những kết nghiên cứu gắn kết trước đừng bến đỗ cục không gian khảo sát giới hạn vùng lân cận nhóm bazơ nitơ chọn Để mờ rộng khơng gian khảo sát tồn hộp mô chứa phân tử DNA, chủng sử dụng kỹ thuật lưới (grid) chia hộp mô thành phần tử nhỏ (element), đặt tâm khối phối tử vào hộp nhỏ sử dụng hàm ngẫu nhiên để định hướng phối hộp việc tối ưu lượng thực với tất hộp nhỏ Để cẩu trúc đám (cluster) mà phối tử gắn kết lên phù hợp với thực tế sử dụng nguyên tử H thay (cascadeur) cho nguyên tử c liên kết nhóm bazơ nitơ axit riboz Việc khảo sát lượng cấu trúc đám hình thành vị trí cân “Ligand - DNA” cho ta thông tin để kết luận khả chất gắn kết phối tử lên phân tử DNA Nguyen Huu Tho, Dang Ưng Van (2009), “Study on the ability of docking HCHO and C 6H5CH 2NH2 on the nitrogen base groups of DNA using semi-quantum relaxation method”, Journal o f science, printing Abstract The paper deals with upgrading semi-quantum relaxation method to study the ability of docking ligand on nitrogen base groups of DNA Taking into the whole simulated box covering DNA, die priority places where ligand molecular docked on could be defined The structures of the clusters created by ligand docking on DNA have also been investigated The energy change of the cluster formation lays between physical and chemical adsorption one which could not be studied successfully by cluster approximation on Gaussian or Gamess software i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI vrérNAM NATIONAL UNIVERSITY, HANOI ISSN 0866 ‘ 8612 I -y; -V b KHO JOURNAL Tập 25, So 2S, 2009 Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 25 No 2S (2009) 361-368 Khảo sát cấu trúc đám hình thành gắn kết HCHO QH5CH2NH2 lên baza nitơ ữong chuỗi DNA phương pháp hồi phục bán lượng từ Đặng ứng Vận, Nguyễn Hữu Thọ* Khoa Hỏa học, Trưởng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 19 Lê Thánh Tông, Hà Nội Việt Nam Nhận ngày tháng 10 năm 2009 Tỏm tắt Trong báo nghiên cứu khả gán kết cùa phổi tù (HCHO CíHsCHiNHO gản kết lên nhóm bazơ nitơ phân từ A D N bàng phương pháp hồi phục bán lượng tử Trạng thái “phổi tử - đại phân từ” xác định dựa tiêu chuẩn cực tiểu lượng hệ Từ đó, cấu trúc đám xác định, vị trí bazơ mà phối tử gắn lên khoảng cách phổi tử đến phân tử A D N xác đinh M đầu sử đụng phương pháp hồi phục bán lượng tử, kết luận rút nghiên cứu Trong cơng trình trư c[l] chúng tơi trình bày kết thu việc cấu trúc đám, khoảng cách nguyên tử đám HCHO CeHjCHzNHz gấn kết lên nhóm bazơ nitơ khảo sát Khi tiếp cận nhóm baza, phối tử (ligand) tiến đến từ vị trí ừong khơng gian, q trình gắn kết xảy ra, lượng hệ tính, c ấ u trúc đám gẳn kết xác định lượng hệ tính cực tiểu, từ kết luận chất gẳn kết phổi tử lên phân tử khảo sát bến đỗ (docking) cho phân tử nhò (CO, H ) ên DNA sử dụng thuật giải di truyền vả phương pháp hồi phục động lực phân tử bán lượng tử Trong báo này, kết quả[l] phát triển để nghiên cứu đối tượng có kích thước lớn hơn, gần gũi với sống người: anđehit fom ic benzylamin Anđehit fomic ong nước gọi dung DNA dịch focmôn, đùng nhiều y học để bảo quản mẫu thể nghiên cứu Benzylamin chất sinh trình C sờ lý th u y ế t trao đổi chất thể, có m ặt mạt, ữong nước tiểu động vật sống Vì thế, việc Phép gần SQM D trình bày chi tiết ừong cóng trình trước tác giả[2] Cơ sở lý thuyết phép gần SQMD[3] dựa việc ta c ó thê viêt lại Hamilton cùa hệ nhiều phân từ dạng: nghiên cứu H CHO CsH CH N H gắn kết chuỗi DNA cỏ tầm quan trọng đặc biệt Chúng ' Tác giả liên hệ ĐT: 84-4-39331898 E-mail: thochemist@ gmail.com 361 362 Đ Vận, N.H Thọ / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên Công nghệ 25 No 2S (2009) 361 a(Qq,p,p)q)+2V4(Qq)+^ (Q q ) í1) dó q = {qit} lả tập toạ độ tâm khối nguyên tử, p = {pv} tập m om ent tâm khối nguyên từ, Q = {Qi} p = {Pj} toạ độ moment tâm khối phân từ, K, V phần động ning vả nãng cùa Hamilton H V one !à hệ lượng tử nguyên tử V “ tưcmg quan trao đổi hệ lượng tử phân tử Theo định luật Hellm ann-Feynm an: obitan m ột trạng thái riêng cùa Hamilton đạo hàm rỉẽng !ượng tồng theo toạ độ ỉon lực tá c dụng lênion đó[4] Tức là: F" = ƠEXC ~ (2) dqk L M i=l N j= l N j= l j- M + l trọng đỏ L+M lả kích thước đám chọn cố định ữong q trình tính tốn Khi xác định lực tác dụng lên nguyên tử ch ú ng ta c ó thể áp dụng phương trình giảm Newton để tính tốn q ừình hồi phục K ' +ì = K + h ( K ' }) (5) R toạ độ nguyên từ k, F lực tác dụng lên k, rij bước tính tốn thứ i, rii - bước trước n, + bước sau đỏ \ n ià tham sô phụ thuộc vào loại nguvên tử k T h u ậ t toán Áp dụng gẩn tương tác cặp biều thức tính tồng lực F|( tác đụng lên nguyên tử k hệ viết dạng[4]: F , = i r + F “ = £ f u + £ f ll+ L+M n » ir+ ir-Ị> + 04) Ẽ f „ u o> j=M +I L sé ngun từ phân tử nhị Mlà số lân cận lượng từ k Trong trường hợp sử đụng gần đủng đám phân tủ[5] (3) có thề viết lại thành: Phẩn mềm SQMD trình bày trong[l], code “kỹ thuật lưới” code “nguyên tử H thay thế” trình bày trong[l] Trong nghiên cứu này, chúng tỏi mờ rộng cách tiếp cận phoi tử lên nhóm bazơ nitơ từ phía khơng gian, vi cẩu trúc dám hình thành hồn tồn thực tế xét theo giá trị cực tiểu lượng Thêm đoạn code sau vào subroutine QstepProt tính giá trị nãng lượng phối từ gắn kết lên bazơ nitơ: DO DCGRID = ixgrid 1,21 XCENTER = XO + (IXGRID -1) * DIX DO 101 IY G R ID = 1,21 YCENTER = YO + (IY G R ID -1) * DIY DO 100 IZGRID = 1,31 ZCEN TER = z o + (IZGRID - ) * DIZ W R IT E (V ) IX G R ID ,IYG R ID ,IZGRJD W RITE(N LU O N G ,'(A 5,3I6)')'*',IX G RID ,IY G RID ,IZG RID W R ITE(N LƯ O N G ,'(3F]2.5)')X C EN TER,Y C EN TER ,ZC EN TER C ALL R A N Q (Q P) IC O U N T O D O I = 1,NSITS(1) IC O U N T=IC O U N T+1 p Vận, N.H Thọ / Tạp chi Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên Công nghệ 25, No 2s (2009) 361 -368 RXI = R(IS1,1) RY I = R (IS 1,2) RZI = R a S l,3 ) C ALL R O TATEM D(QP,RXI,RYI,RZI) SX(ICOUNT) = RXI+X CEN TER SY(ICOUNT) = RYI+Y CEN TER SZ(ICOUNT) = RZI+ZCENTER END DO DR 2M IN =1000.0 DO IS1 = l , N S S ( l ) DO IS2 = NSITS( 1)+1 ,NSITS( 1)+NSITS(2) DX = SX(IS 1) - SX(IS2) DY = S Y (IS l) - SY(IS2) DZ = SZ(IS1) - SZ(IS2) DR2 = DX*DX + DY*DY + DZ*DZ IF (DR2.LT.DR2M IN) D R2M IN = DR2 END DO END DO IF (D R2M IN LT.RM IN 2.0R D R 2M IN G T.R M A X 2) GOTO 100 W RITE(IW ,*) D íG R ID ,rY G RID ,I2G R ID END DO END DO END DO K ết q u ả tính tốn Chuỗi DNA đật hộp mơ có tính chất tuần hồn Kích thước hộp: x(-9.7600, 9.7600), y(-10.1980, 10.1980), z ( -l7.6324, 17.6324) (Hình 1), nhóm hoạt động bazơ nitơ cỏ sổ nguyên tử xác định (Adenin: A 14 nguyên từ; Thym in: T 14 nguyên c từ; Guanin: G 15 nguyên tử; Cytosin: 12 nguyên tử) cộng thêm nguyên tử H thay tạo đám Hình Chuỗi DNA hộp mơ phịng 04 Đ.ư Vận, N.H Thọ / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên Cơng nghệ 25 No 2s (2009) Ì61-368 RQ (khoảng cách lượng tử) chọn 2.0Ả (với HCHO); 3.0Ả (với QHsCHaNHa), efctham sổ phương trình (5) chọn k=0.7 vàkhối lượng nghịch đảo ịi=2 Khi phối tử tiếp cfo đám (Rrán