Nghiên cứu sàng lọc các cấu trúc phân tử nhỏ có khả năng ức chế hoạt tính interleukin 6 trong điều trị viêm khớp dạng thấp

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRẦN QUẾ HƯƠNG NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC CÁC CẤU TRÚC PHÂN TỬ NHỎ CĨ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ HOẠT TÍNH INTERLEUKIN-6 TRONG ĐIỀU TRỊ VIÊM KHỚP DẠNG THẤP LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2018 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRẦN QUẾ HƯƠNG NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC CÁC CẤU TRÚC PHÂN TỬ NHỎ CĨ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ HOẠT TÍNH INTERLEUKIN-6 TRONG ĐIỀU TRỊ VIÊM KHỚP DẠNG THẤP Ngành: Công nghệ dược phẩm bào chế thuốc Mã số: 8720202 Luận văn thạc sĩ Dược học NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS THÁI KHẮC MINH Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu hết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Người cam đoan Trần Quế Hương i Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Dược học khóa: 2016-2018 THIẾT KẾ TỐI ƯU HĨA CÁC CẤU TRÚC PHÂN TỬ NHỎ CÓ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ HOẠT TÍNH INTERLEUKIN TRONG ĐIỀU TRỊ VIÊM KHỚP DẠNG THẤP Trần Quế Hương Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Thái Khắc Minh TÓM TẮT Mở đầu: Interleukin (IL-6) ảnh hưởng tới khớp, kích thích hủy cốt bào trưởng thành Sự gia tăng nồng độ IL-6 liên quan đến mức độ trầm trọng tiến triển bệnh Hiện chưa có thuốc phân tử nhỏ ức chế IL-6, việc xây dựng mơ hình insilico để sàng lọc cấu trúc phân tử nhỏ có khả ức chế hoạt tính IL-6 mở định hướng cho việc thiết kế tổng hợp thuốc điều trị viêm khớp dạng thấp hệ tương lai Đối tượng - Phương pháp nghiên cứu: Cấu trúc mục tiêu nghiên cứu cấu trúc tinh thể protein IL-6 Phương pháp pharmacophore, docking, mô động học phân tử áp dụng để xây dựng mơ hình insilico cho việc sàng lọc ảo chất có khả gắn kết IL-6 Cơ sở liệu để sàng lọc thu thập từ nguồn Ngân hàng thuốc, thư viện Chemdiv, thư viện Maybrigde, thư viện chất phân lập từ thuốc cổ truyền Trung Hoa Quá trình sàng lọc ảo thực theo thứ tự: 3D-pharmacophore, doking, mô động học phân tử Kết quả: Cấu trúc tinh thể IL-6 tải từ PDB (mã 1ALU) Từ tương tác IL6/IL6R IL6/TLA_300 xây dựng mô hinh 3D- pharmacophore: Ph-IL6 từ cấu trúc protein (1ALU) Từ cấu trúc protein IL6, mơ hình docking xây dựng: D-IL6 cho chất gắn kết IL6 vị trí Cơ sở liệu thu thập có tổng cộng 128.452 chất, sàng lọc qua mơ hình nói Sau sàng lọc thu 50 chất dock thành công lên IL6 với điểm số ≤ -20kJ/mol Phân tích khả tương tác với acid amin quan trọng có 10 chất tiềm cho việc gắn kết IL6 Mô động học phân tử thực cho 10 chất cho thấy chất có khả gắn kết tốt cho IL6 Kết luận: Các mơ hình insilico cho chất ức chế hoạt tính IL6 xây dựng thành công sàng lọc chất tiềm Việc tính lượng tự liên kết cần thực đầy đủ cho chất tiềm nói Thử nghiệm invitro cần tiến hành để chứng minh hoạt tính chất Final esay for the degree of M Sc in Pharm - Academic year: 2016-2018 DESIGN OF SMALL MOLECULAR INHIBITORS FOR INTERLEUKIN IN RHEUMATOID ARTHRITIS TREATMENT Que-Huong Tran Supervisor: Assoc Prof Dr Khac-Minh Thai ABSTRACT Background: Interleukin (IL-6) affects the joints, stimulating of adult osteoclasts The increase in IL-6 levels is associated with the severity and progression of the disease No small molecular inhibitors of IL-6 are available, the construction of an insilico model for screening small molecules capable of inhibiting IL-6 activity opens the way for the design and synthesis in the next generational rheumatoid arthritis medication Method: The target structure of research is the crystal protein of IL-6 Pharmacophore approach, molecular docking and molecular dynamics simulation method were applied to build insilico models for virtual screening of Il-6 Database collected from Drugbank database, Chemdiv Library, Maybrigde Library and Traditional Chinese Medicine database The virtual screening was done in sequence: pharmacophore, docking, molecular dynamics simulation Results: The crystal structure of IL-6 was downloaded from PDB (code 1ALU) Based on the IL6/IL6R interaction and IL6/TLA_300 interaction, there is one 3Dpharmacophore model for inhibitor IL-6 on site that was built: Ph-IL6 Based on protein structure (1ALU) Based on IL-6 protein structure, there is one docking models for inhibitor IL-6 on site that was built D-IL6 A database of 128.452 compounds was virtual screened through these models After screened through pharmacophore and molecular docking models, 50 compounds were successfully dock on IL-6 with scored ≤ - 20kJ/mol After an analysis of the interactive capacity of successfully docked compounds with important residues, 10 hits were found as IL-6 inhibitor Among these hits, the molecular dynamics simulations were run for 10 hits and the results showed that compounds have a good binding activity to IL-6 Conclusion: The insilico models for IL-6 inhibitors were successfully built and compounds were found by virtual screening Free binding calculation must be run for all of these hits In vitro experiment should also be conducted to demonstrate MỤC LỤC Mục Trang LỜI CAM ĐOAN ii BẢN TĨM TẮT TỒN VĂN LUẬN VĂN BẰNG TIẾNG VIỆT iii BẢN TÓM TẮT TOÀN VĂN LUẬN VĂN BẰNG TIẾNG ANH iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ x MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ INTERLEUKIN 1.2 CẤU TRÚC INTERLEUKIN 1.3 CẤU TRÚC THỤ THỂ CỦA INTERLEUKIN 1.4 SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA INTERLEUKIN VÀ THỤ THỂ IL-6R 1.5 VAI TRÒ CỦA INTERLEUKIN 10 1.6 CÁC THUỐC ỨC CHẾ INTERLEUKIN 15 1.7 THIẾT KẾ THUỐC HỢP LÝ 16 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 2.1 CƠ SỞ DỮ LIỆU 23 2.2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH 3D PHARMACOPHORE 24 2.3 XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ TẢ PHÂN TỬ DOCKING 28 2.4 SÀNG LỌC ẢO 31 2.5 MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ 32 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 35 3.1 XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC PROTEIN CỦA INTERLEUKIN 35 3.2 MƠ HÌNH 3D-PHARMACOPHORE 36 3.3 MƠ HÌNH MƠ TẢ PHÂN TỬ DOCKING 41 3.4 KẾT QUẢ SÀNG LỌC ẢO 42 3.5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ 55 CHƯƠNG BÀN LUẬN 66 4.1 NHẬN XÉT VỀ KẾT QUẢ SÀNG LỌC 66 4.2 ĐỀ NGHỊ CÁC CHẤT THỬ NGHIỆM HOẠT TÍNH IN VITRO 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC PL-1 i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VKDT : Viêm khớp dạng thấp IL-6 : Interleukin IL-6R : Thụ thể interleukin Gp130 : Glycoprotein 130 IC50 : 50% Inhibitory Concentration (nồng độ tối thiểu ức chế 50%) In silico : Thực máy tính In vitro : Thực ống nghiệm MOE : Molecular Operating Environment PDB : Protein Data Bank (ngân hàng protein) HDL : High Densitive Lipoprotein (Lipoprotein tỷ trọng cao) LDL : Low Densitive Lipoprotein (Lipoprotein tỷ thấp) Phe : Phenylalanin Arg : Arginin Trp : Trythophan Lys : Lysin Tyr : Tyrosin Leu : Leucin Thr : Threonin Gln : Glutamin VEGF : Vascular endothelial growth factor RA : Rheumatoid Arthritis (Viêm khớp dạng tháp) DB : Drugbank Database (Ngân hàng thuốc) TCM : Traditional Chemical Medicine (Thư viện hợp chất phân lập từ thuốc cổ truyền Trung Hoa) i CDF : Thư viện hợp chất Chemdiv MB : Thư viện hợp chất Maybrigde IUPAC : International Union Of Pure and Applied Chemistry (Hiệp hội Quốc tế Hóa học túy ứng dụng) MDS : Molecular Dynamics Simulation (Mô động học phân tử) PPI : Protein – Protein Interaction (Tương tác Protein-Protein) SMPPII : Small molecule protein-protein interaction inhibitor (Phân tử nhỏ ức chế tương tác Protein-protein) 3D : Dimensions (3 chiều) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thuốc ức chế IL-6 điều trị VKDT có cấu trúc protein tái tổ hợp Bảng 2.1 Những acid amin tương tác gắn kết IL6/IL6R Bảng 3.1 Thông số protein IL6 dựa phương pháp nhiễu xạ tia X Bảng 3.2 Tương tác acid amin quan trọng IL6/IL6R Bảng 3.3 Điểm pharmacophore tương mơ hình pharmacophore Bảng 3.4 Các thư viện hợp chất dùng để sang lọc ảo tìm chất ức chế IL6 Bảng 3.5 Số lượng chất thư viện hợp chất thỏa mô hình 3Dpharmacophore Bảng 3.6 Thống kê kết docking chất lên vị trí tương tác IL6 Bảng 3.7 Các chất có điểm số ≤ -20 kJ/mol dock lên IL-6 Bảng 3.8 Liên kết hydro ligand IL-6 -5 TT Tên chất 12 Cấu trúc hóa học, điểm số docking acid amin tương tác DB11107 (Potassium bitartrate) Điểm số docking: - 23,31 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 13 DB11168 Điểm số docking: - 20,91 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175, Ser176 14 DB13707 Điểm số docking: - 23,31 kJ/mol Gln175, Arg179, Arg182 -6 TT Tên chất 15 Cấu trúc hóa học, điểm số docking acid amin tương tác DB13962 Điểm số docking: - 21,16 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 16 Drypearmoracein A Điểm số docking: -24,81 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175, Ser176 17 Acid Erythro – β – Hydroxy-L-Aspartic Điểm số docking: - 22,01 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 -7 TT Tên chất 18 Cấu trúc hóa học, điểm số docking acid amin tương tác Acid Etidronic Điểm số docking: - 20,06 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 19 Acid Gluconic Điểm số docking: - 20,63 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 20 Acid L-Djenkolic Điểm số docking: - 20,36 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175, Ser176 -8 TT Tên chất 21 Cấu trúc hóa học, điểm số docking acid amin tương tác Acid L-Threonic Điểm số docking: - 20,70 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 22 Pinnatanin Điểm số docking: - 27,55 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 23 Acid Piscidic Điểm số docking : - 21,98kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 -9 TT Tên chất 24 Cấu trúc hóa học, điểm số docking acid amin tương tác Risedronat Điểm số docking: -23,38 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 25 Sacchaporin Điểm số docking: - 22,13 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175, Ser176 26 TCM361 Điểm số docking: - 20,57 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 10 TT Tên chất 27 Cấu trúc hóa học, điểm số docking acid amin tương tác TCM183 Điểm số docking: - 21,68 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 28 TCM184 Điểm số docking: - 21,45 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175, Ser176 11 TT Tên chất 29 Cấu trúc hóa học, điểm số docking acid amin tương tác TCM367 Điểm số docking: - 22,60 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 30 TCM369 Điểm số docking: - 20,71 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 31 TCM372 Điểm số docking: - 24,65 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175, Ser176 12 TT Tên chất 32 Cấu trúc hóa học, điểm số docking acid amin tương tác TCM595 Điểm số docking: - 21,22 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 33 TCM2876 Điểm số docking: - 22,54 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175, Ser176 34 TCM3467 Điểm số docking: - 21,16 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175, Ser176 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn 13 TT Tên chất 35 Cấu trúc hóa học, điểm số docking acid amin tương tác TCM2595 Điểm số docking: - 20,35 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 36 TCM4063 Điểm số docking: - 21,49 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 37 TCM4372 Điểm số docking: - 21,55 kJ/mol Arg179, Arg182 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn 14 TT Tên chất 38 Cấu trúc hóa học, điểm số docking acid amin tương tác TCM4373 Điểm số docking: - 21,49 kJ/mol Arg179, Arg182 39 TCM6013 Điểm số docking: - 20,89 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 40 TCM8076 Điểm số docking: - 21,08 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn 15 TT Tên chất 41 Cấu trúc hóa học, điểm số docking acid amin tương tác TCM28375 Điểm số docking: - 20,03 kJ/mol Arg179, Arg182, Ser176 42 TCM4985 Điểm số docking: - 24,20 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175, Ser176 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn 16 TT Tên chất 43 Cấu trúc hóa học, điểm số docking acid amin tương tác TCM32934 Điểm số docking: - 20,91 kJ/mol Arg179, Arg182, Ser176 44 TCM1548 Điểm số docking: - 21,07 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn 17 TT Tên chất 45 Cấu trúc hóa học, điểm số docking acid amin tương tác TCM33181 Điểm số docking: - 21,96 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175, Ser176 46 TCM5001 Điểm số docking: - 26,78 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175, Ser176 47 TCM36295 Điểm số docking: -23,46 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn 18 TT Tên chất 48 Cấu trúc hóa học, điểm số docking acid amin tương tác γ – Glutamyl Serin Điểm số docking: - 20,89 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175, Ser176 49 Acid γ – Hydroxy – Glutaminic Điểm số docking: - 21,94 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 50 Acid Zoledronic Điểm số docking: - 22,08 kJ/mol Arg179, Arg182, Gln175 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn 19 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn ... MINH TRẦN QUẾ HƯƠNG NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC CÁC CẤU TRÚC PHÂN TỬ NHỎ CĨ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ HOẠT TÍNH INTERLEUKIN- 6 TRONG ĐIỀU TRỊ VIÊM KHỚP DẠNG THẤP Ngành: Công nghệ dược phẩm bào chế thuốc Mã số: 8720202... để sàng lọc cấu trúc phân tử nhỏ có khả ức chế hoạt tính IL -6 mở định hướng cho việc thiết kế tổng hợp thuốc điều trị viêm khớp dạng thấp hệ tương lai Đối tượng - Phương pháp nghiên cứu: Cấu trúc. .. ƯU HĨA CÁC CẤU TRÚC PHÂN TỬ NHỎ CÓ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ HOẠT TÍNH INTERLEUKIN TRONG ĐIỀU TRỊ VIÊM KHỚP DẠNG THẤP Trần Quế Hương Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Thái Khắc Minh TÓM TẮT Mở đầu: Interleukin