NGHIÊN cứu SÀNG lọc ảo các PHÂN tử NHỎ có KHẢ NĂNG ức CHẾ HOẠT TÍNH SINH học của THỤ THỂ GIỐNG TOLL 4

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁI NGỌC TRÂM NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC ẢO CÁC PHÂN TỬ NHỎ CĨ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA THỤ THỂ GIỐNG TOLL KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ ĐẠI HỌC TP HỒ CHÍ MINH - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁI NGỌC TRÂM NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC ẢO CÁC PHÂN TỬ NHỎ CÓ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA THỤ THỂ GIỐNG TOLL KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ ĐẠI HỌC Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Lê Minh Trí PGS TS Thái Khắc Minh TP Hồ Chí Minh - 2020 ĐẠI HỌC Y DƯỢC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA DƯỢC TP Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 08 năm 2020 GIẤY XÁC NHẬN ĐÃ BỔ SUNG, SỬA CHỮA KHÓA LUẬN THEO Ý KIẾN ĐÓNG GÓP CỦA HỘI ĐỒNG Tên đề tài khóa luận: Nghiên cứu sàng lọc ảo phân tử nhỏ có khả ức chế hoạt tính sinh học thụ thể giống Toll Họ tên sinh viên: Thái Ngọc Trâm Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Lê Minh Trí, PGS TS Thái Khắc Minh Khóa luận bổ sung, sửa chữa nội dung sau: Chỉnh sửa lỗi tả format Chỉnh sửa thêm số thông tin phần tổng quan, kết bàn luận Giảng viên phản biện Giảng viên hướng dẫn i Chủ tịch hội đồng NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC ẢO CÁC PHÂN TỬ NHỎ CÓ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA THỤ THỂ GIỐNG TOLL Sinh viên thực hiện: THÁI NGỌC TRÂM Giáo viên hướng dẫn: PSG.TS THÁI KHẮC MINH, PSG.TS LÊ MINH TRÍ Đặt vấn đề Thụ thể giống Toll (TLR4) đóng vai trị quan trọng hệ miễn dịch bẩm sinh thu nhận có khả gắn kết với MD2 để nhận dạng Lipopolysacarid từ vi khuẩn, nên việc ức chế hoạt tính sinh học TLR4 liệu pháp tiềm để điều trị bệnh viêm nhiễm khuẩn, nhiễm khuẩn huyết quan tâm hàng đầu Đề tài thực với mục tiêu thiết kế phân tử nhỏ có khả gắn kết TLR4 MD2, từ ức chế hoạt tính sinh học TLR4 Đối tượng phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: cấu trúc phức hơp TLR4-MD2-LPS từ Ngân hàng liệu protein, tương tác acid amin quan trọng bề mặt dimer hóa TLR4 MD2 sau gắn kết LPS Phương pháp nghiên cứu: mơ hình 3D-pharmacophore với phần mềm MOE 2015.10; thư viện ZINC với công cụ ZINCPharmer, mô docking phân tử với LeadIT 2.1.8, mô động lực học phân tử với phần mềm GROMACS 2018, lượng liên kết tự với công cụ g-mmpdsa Kết bàn luận Các mơ hình 3D-pharmacophore xây dựng tiến hành sàng lọc ảo qua thư viện ZINC mô docking phân tử thu 99 231 chất dock thành công lên MD2 TLR4 tương ứng Sau q trình mơ động lực học phân tử ước tính lượng gắn kết tự Kết thu được, ZINC14793499, ZINC58997973, ZINC58998032 ổn định q trình mơ động lực học có khả gắn kết MD2 tốt Kết luận đề nghị Phương pháp nghiên cứu in silico áp dụng thành cơng để tìm chất có tiềm ức chết hoạt tính sinh học TLR4 thư viện ZINC Các chất có kết sàng lọc tốt cần tiến hành thử nghiệm in vitro để tìm chất có hoạt tính sinh học thật ii IN SILICO VIRTUAL SCREENING FOR SMALL MOLECULAR INHIBITORS OF TOLL-LIKE RECEPTOR Student: THÁI NGỌC TRÂM Supervisor: Assoc Prof PhD THÁI KHẮC MINH, Assoc Prof PhD LÊ MINH TRÍ Introduction Toll-like receptor (TLR4) plays an important role in the innate immune and reception system because of the ability of binding with MD2 to identify Lipopolysacarid from bacteria, so the inhibition on the biological activity of TLR4 is a potential therapy to treat bacterial inflammation and infection The main objective of this study is to perform virtual screening for small molecular inhibitors for TLR4 and MD2 by in silico methods Materials and methods Materials: the crystal structure TLR4-MD2-LPS from the protein data bank, the interaction between TLR4 and MD2 in the dimer interface Methods: 3D-pharmacophore, molecular docking, molecular dynamics simulations and free energy caculation were employed to conduct the virtual screening for ZINC database Result and discussion Applying pharmacophore and molecular docking models for screening virtually the ZINC database, this study obtained and docked successfully 99 and 231 compounds for the binding TLR4 and MD2, respectively most potential compounds for binding MD2 were chosen by analyzing docking results by means of docking score After performing molecular dynamics simulations and free energy caculation of these selected compounds, ZINC14793499, ZINC58997973, ZINC58998032 are discovered to be the most potential compounds for TLR4 inhibitors Conclusion and suggestion The in silico models and methods for discovering TLR4 inhibitors were generated and applied for screening the ZINC database successfully Potential results of the study should be evaluated by the in vivo experiments to discover the real bioactivity iii MỤC LỤC MỤC LỤC iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC BẢNG ix LỜI CẢM ƠN .x ĐẶT VẤN ĐỀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU .2 1.1 TỔNG QUAN VỀ THỤ THỂ GIỐNG TOLL .2 1.2 THỤ THỂ GIỐNG TOLL .4 1.2.1 Cấu trúc phức hợp TLR4-MD2 1.2.2 Cấu trúc LPS .6 1.2.3 Cơ chế kích hoạt TLR4 .7 1.2.4 Sự tương tác TLR4 MD2 sau gắn kết LPS 1.2.5 Vai trò sinh học TLR4 10 1.2.6 Các chất ức chế TLR4 từ tự nhiên 12 1.2.7 Các thuốc ức chế TLR4 13 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1 MƠ HÌNH 3D-PHARMACOPHORE 17 2.1.1 Cơ sở xây dựng mơ hình 3D-pharmacophore 17 2.1.2 Công cụ xây dựng mơ hình 3D-pharmacophore .18 2.2 SÀNG LỌC QUA THƯ VIỆN ZINC 18 2.3 MƠ HÌNH MƠ TẢ DOCKING PHÂN TỬ 19 2.3.1 Các bước xây dựng mơ hình mơ tả docking phân tử 19 2.3.2 Đánh giá kết docking 21 2.4 MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC PHÂN TỬ 21 2.4.1 Các bước mô động lực học phân tử .21 2.4.2 Đánh giá kết mô động lực học phân tử 23 iv 2.5 NĂNG LƯỢNG GẮN KẾT TỰ DO .24 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .26 3.1 MƠ HÌNH 3D-PHARMACOPHORE 26 3.1.1 Mơ hình 3D-pharmacophore cho chất gắn kết MD2 26 3.1.2 Mơ hình 3D-pharmacophore cho chất gắn kết TLR4 .27 3.2 KẾT QUẢ SÀNG LỌC QUA THƯ VIỆN ZINC 28 3.3 KẾT QUẢ MƠ HÌNH MƠ TẢ DOCKING PHÂN TỬ 30 3.3.1 Mơ hình mơ tả docking phân tử 30 3.3.2 Phân tích kết docking phân tử 31 3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC PHÂN TỬ 39 3.4.1 Độ ổn định MD2 trình mơ động lực học .39 3.4.2 Độ ổn định vị trí gắn kết MD2 với phối tử 40 3.4.3 Độ ổn định phối tử q trình mơ động lực học phân tử 41 3.4.4 Tương tác protein phối tử 43 3.5 NĂNG LƯỢNG GẮN KẾT TỰ DO .44 3.6 BÀN LUẬN 48 3.6.1 Nhận xét kết 48 3.6.2 So sánh với nghiên cứu giới 48 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ALI ARDS ARF CADD Tổn thương phổi cấp tính Hội chứng suy hơ hấp cấp tính Acute lung injury Acute respiratory distress syndrome Acute renel failure Computer-aided design drug Suy thận cấp tính Phương pháp thiết kế thuốc với hỗ trợ máy tính CD14 DAMP Cluster of Differentiation 14 Damage-associated molecular patterns IL Interleukine Kdo 3-deoxy-D-manno-octulosonic acid LBP Lipopolysacarid binding protein LOS Lipooligosacarit LPS Lipopolysacarit LRR Leucine-rich repeats MD2 Myeloid Differentiaon factor MI/R Myocardial ischemic/reperfusion (MI/R) injury MyD88 Myeloid differentiation primary response gene PAMP Pathogen-associated molecular patterns PRR Pattern recognition receptors RMSD Root mean square deviation SMPPII Small Molecule ProteinProtein-interaction inhibitors RMSF Root mean quare fluctuations TIR TIRAP TLR TRAM TRIF toll–interleukine (IL-1) receptor TIR domain-containing adaptor protein Toll-like receptor TRIF-related adaptor molecule TIR domain-containing adaptor inducing IFN- ß vi Mẫu phân tử liên quan đến tổn thương Interleukin Acid 3-deoxy-D-manno-oct-2ulosonic Protein gắn với lipopolysacarid Lipooligosacarid Lipopolysacarid Vùng giàu leucin Tổn thương thiếu máu cục bộ/tái tưới máu tim Protein đáp ứng tế bào tủy biệt hóa sơ cấp 88 Mẫu phân tử liên quan đến mần bệnh Thụ thể nhận dạng mẫu Căn bậc hai độ lệch trung bình bình phương Các phân tử nhỏ ức chế tương tác protein-protein Căn bậc hai độ dao động trung bình bình phương Thụ thể nội bào toll-interleukin Protein tiếp hợp chứa vùng TIR Thụ thể giống Toll Phân tử đáp ứng TRIF Protein tiếp hợp cảm ứng interferon-ß chứa vùng TIR DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các cấu trúc tinh thể TLR4-MD2-LPS, TLR2-TLR1-Pam3CSK4, TLR2-TLR6-Pam2CSK4 Hình 1.2 Cấu trúc vùng ngoại bào TLR4 .4 Hình 1.3 Cấu trúc MD2 Hình 1.4 Cấu trúc phức hợp TLR4-MD2 Hình 1.5 Bề mặt tương tác TLR4 MD2 hình thành trước gắn kết LPS Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc lipopolysacarid .7 Hình 1.7 Cơ chế nhận dạng LPS đường truyền tín hiệu TLR4 Hình 1.8 Cấu trúc phức hợp TLR4-MD2-LPS .9 Hình 1.9 Sự gắn kết LPS lên phức hợp TLR4-MD2 Hình 2.1 Các bước tiến hành nghiên cứu 17 Hình 2.2 Các bước tiến hành nghiên cứu 17 Hình 3.1 Bề mặt dimer hóa TLR4 MD2 26 Hình 3.2 Mơ hình 3D-pharmacophore cho chất gắn lên MD2 .27 Hình 3.3 Mơ hình 3D-pharmacophore cho chất gắn kết với TLR4 28 Hình 3.4 Bề mặt khoang gắn kết chứa acid amin quan trọng MD2 .30 Hình 3.5 Bề mặt khoang gắn kết chứa acid amin quan trọng TLR4 31 Hình 3.6 Sự phân bố tỷ lệ theo điểm số docking chất docking thành công .31 Hình 3.7 Biểu đồ tỷ lệ chất tạo tương tác với acid amin bề mặt gắn kết MD2 .32 Hình 3.8 Biểu đồ tần suất tạo liên kết acid amin khoang gắn kết MD2 .33 Hình 3.9 Sự tương tác ZINC14793499 khoang gắn kết MD2 33 Hình 3.10 Sự tương tác ZINC58997973 khoang gắn kết MD2 .34 Hình 3.11 Sự tương tác ZINC20834762 khoang gắn kết MD2 .34 Hình 3.12 Sự tương tác ZINC58998032 khoang gắn kết MD2 .35 vii Hình 3.13 Sự tương tác ZINC58998032 khoang gắn kết MD2 .35 Hình 3.14 Sự phân bố tỷ lệ theo điểm số docking chất docking thành công .36 Hình 3.15 Biểu đồ tỷ lệ chất tạo tương tác với acid amin bề mặt gắn kết TLR4 37 Hình 3.16 Biểu đồ tần suất tạo liên kết acid amin bề mặt dimer hóa MD2 .38 Hình 3.17 Biểu đồ giá trị RMSD MD2 riêng lẻ protein phức hợp .39 Hình 3.18 Giá trị RMSF apo-protein protein phức hợp với phối tử 40 viii Khóa luận tốt nghiệp DSĐH Kết bàn luận ZINC20832594 Từ kết Bảng 3.5, ZINC58997973 có độ ổn định tốt với ổn định từ khoảng 2ns đến kết thúc q trình mơ động lực học, với khoảng dao động RMSD nhỏ 0,05 nm xung quanh giá trị trung bình 0,25 nm Tiếp theo, ZINC14793499, ZINC58998032 có giá trị RMSD dao động khoảng 0,1 nm xung quanh giá trị trung bình 0,1 nm suốt 20 ns, cho thấy hai chất ổn định q trình mơ động lực học Cuối cùng, biểu đồ giá trị RMSD ZINC20832594 cho thấy chất bắt đầu ổn định từ 15 ns đến kết thúc Còn ZINC20834762 có giá trị RMSD dao động lớn khơng xung quanh giá trị trung bình Cả chất cần thời gian mô động lực học dài hơn, 40 ns 50 ns để có kết luận độ ổn định phối tử xác 3.4.4 Tương tác protein phối tử Tần suất biểu liên kết hydro phối tử thụ thể MD2 xác định phần mềm VMD, với ngưỡng xác định khoảng cách nhóm cho nhóm nhận ≤ 3,2 Å, góc D-H-A ≥ 130o, Bảng 3.6 tần suất liên kết hydro phức hợp Bảng 3.6 Tần suất biểu liên kết hydro phối tử protein Phức hợp protein với phối tử Nhóm cho liên kết hydro Nhóm nhận liên kết hydro Tần suất tạo liên kết hydro (%) ZINC14793499 Ser57-Main LID-Main 70,78 LIG-Side Ile124-Main 13,69 Phe126-Main LIG-Side 11,04 Lys58-Side LIG-Side 10,89 43 Khóa luận tốt nghiệp DSĐH ZINC58997973 ZINC20834762 ZINC58998032 ZINC20832594 Kết bàn luận LIG-Side Ile124-Main 97,20 LIG-Side Lys122-Main 79,82 LIG-Side Glu92-Side 51,57 Phe126-Side LIG-Side 26,87 Tyr131-Side LIG-Side 57,84 LIG-Side Leu54-Main 28,37 LIG-Side Asp29-Side 14,94 LIG-Side Phe126-Side 12,04 LIG-Side Pro88-Main 63,99 LIG-Side Leu54-Main 38,96 LIG-Side Ile124-Main 29,92 LIG-Side Lys122-Main 27,82 LIG-Side Phe126-Main 31,17 LIG-Side Asn83-Main 26,07 Ser127-Side LIG-Side 23,93 LIG-Side Ser127-side 22,93 *Acid amin quan trọng in đậm Tất phối tử tạo liên kết hydro với vị trí gắn kết MD2, đặc biệt có acid amin quan trọng Ile124 Phe126 Trong đó, ZINC14793499, ZINC58997973 tạo liên kết hydro với hai acid amin quan trọng Số liên kết hydro hình thành ligand phối tử hiển thị PHỤ LỤC 3.5 NĂNG LƯỢNG GẮN KẾT TỰ DO Kết tính lượng gắn kết tự lượng thành phần suốt 20 ns mơ động lực học trình bày Bảng 3.7 44 Khóa luận tốt nghiệp DSĐH Kết bàn luận Bảng 3.7 Năng lượng gắn kết tự phối tử với protein EvdW Etĩnh điện Gkhông phân cực Gphân cực ∆Ggắn kết (kJ/mol) (kJ/mol) (kJ/mol) (kJ/mol) (kJ/mol) ZINC147934 99 -194,2 ± 0,3 -37,6 ± 0,5 -20,2 ± 0,1 153,3 ± 0,7 -98,8 ± 0,4 ZINC589979 73 -203,9 ± 0,4 -68,7 ± 0,5 -22,1 ± 0,1 187,6 ± 0,6 -107,1 ± 0,4 ZINC208347 62 -104,5 ± 0,4 -36,9 ± 0,4 -11,3 ± 0,1 119,9 ± 0,8 -32,8± 0,6 ZINC589980 32 -224,2 ± 0,4 -67,3 ± 0,5 -21,9 ± 0,1 195,3 ± 0,5 -118,1 ± 0,4 ZINC208325 94 -100,6 ± 0.6 -27,8 ± 0,4 -11,9 ± 0,1 95,3 ± 0,7 -45,1 ± 0,7 Phức hợp Từ kết cho thấy, tất phức hợp có giá trị lượng gắn kết tự âm phần lớn đóng góp từ lượng liên kết van der Waals, thể lực tốt phối tử thụ thể MD2 Độ ổn định trình gắn kết hiển thị dạng biểu đồ Bảng 3.8 45 Khóa luận tốt nghiệp DSĐH Kết bàn luận Bảng 3.8 Biểu đồ lượng gắn kết tự theo thời gian phức hợp Biểu đồ Phức hợp protein với phối tử ZINC14793499 50 0 10 15 20 10 15 20 10 15 20 -50 -100 -150 -200 ZINC58997973 -20 -40 -60 -80 -100 -120 -140 -160 -180 ZINC20834762 100 80 60 40 20 -20 -40 -60 -80 -100 -120 46 Khóa luận tốt nghiệp DSĐH ZINC58998032 Kết bàn luận -20 10 15 20 10 15 20 -40 -60 -80 -100 -120 -140 -160 -180 -200 ZINC20832594 120 100 80 60 40 20 -20 -40 -60 -80 -100 -120 Trong đó, ZINC58998032 có lượng gắn kết tự tốt Độ ổn định trình gắn kết thể Bảng 3.8 Phối tử bắt đầu gắn kết với thụ thể từ lúc bắt đầu kết thúc q trình mơ động lực học Từ đến ns, lượng gắn kết giảm dần từ khoảng -80 đến -120 kJ/mol, cho thấy phối tử có lực tốt với protein từ đầu ngày gắn kết mạnh với protein Từ khoảng thời gian kết thúc, lượng liên kết dao động dao động xung quanh 120 kJ/mol, cho thấy phối tử có khả gắn kết tốt ổn định lên MD2 Chất có lượng gắn kết tự tốt thứ ZINC58997973 Độ dao động lượng gắn kết tự thể Bảng 3.8 Phối tử gắn kết tốt với thụ thể MD2 từ lúc bắt đầu q trình mơ động lực học Từ đến 10 ns đầu tiên, lượng dao động ổn định quanh -100 kJ/mol Từ 10 đến 20 ns, lượng dao động khoảng -120 kJ/mol, cho thấy phối tử có khả gắn kết tốt ổn định lên MD2 ZINC14793499 chất có lượng gắn kết tự tốt thứ Biểu đồ lượng theo thời gian cho thấy, có khoảng thời gian có dao động lớn 47 Khóa luận tốt nghiệp DSĐH Kết bàn luận xảy khoảng thời gian ngắn Nhìn chung, phối tử gắn kết tốt với protein lượng dao động quanh -100 kJ/mol ZINC20834762, ZINC20832594 có lượng gắn kết tự thấp ZINC20834762 có biến thiên lượng rộng, có khoảng thời gian phối tử không liên kết với thụ thể Về ZINC20832594, gắn kết phối tử lên protein ổn định khoảng 7ns 14 ns đến kết thúc q trình, khoảng thời gian cịn lại gắn kết phối tử khơng ổn định có lúc không liên kết 3.6 BÀN LUẬN 3.6.1 Nhận xét kết Từ hai mơ hình pharmacophore xây dựng được, tiến hành sàng lọc ảo qua thư viện ZINC mơ hình mơ docking phân tử, nghiên cứu sàng lọc 99 231 chất dock thành công lên vị trí gắn kết MD2 TLR4 tương ứng Với điểm số docking tốt hình thành tương tác với acid amin quan trọng khoang gắn kết, chất ZINC14793499, ZINC58997973, ZINC20834762, ZINC58998032, ZINC20832594 chọn để tiến hành mô động lực học phân tử ước tính lượng gắn kết tự Kết cho thấy ZINC14793499, ZINC58997973, ZINC58998032 xem chất có tiềm việc ức chế hoạt tính sinh học TLR4 có lượng gắn kết tự tốt nhất, q trình mơ động lực học tương đối ổn định có liên kết với acid amin quan trọng 3.6.2 So sánh với nghiên cứu giới Hiện giới, nghiên cứu in silico phân tử nhỏ ức chế hoạt tính sinh học TLR4 hạn chế Một số nghiên cứu tận dụng chất biết trước có khả ức chế hoạt tính, sau tiến hành tối ưu hóa cơng thức Các cơng thức tối ưu hóa tiến hành mơ docking phân tử mô động lực học phân tử để tìm chất có khả gắn kết tốt ổn định Một nghiên cứu nhóm tác giả Ấn Độ vào năm 2018 thực nghiên cứu in silico để tìm phân tử nhỏ ức chế hoạt tính TLR4 cách xây dựng mơ hình 3Dpharmacophore, mơ docking phân tử, mơ động học phân tử Kết thu “hit” có điểm số docking tốt, ổn định q trình mơ động lực học, khả gắn kết lên TLR4 MD2 bề mặt tương tác bề mặt dimer hóa Các chất chưa tiến hành ước tính lượng gắn kết tự để đánh giá khả gắn kết [49] Đề tài nghiên cứu phân tử nhỏ ức chế phương pháp tương tự, tìm chất có khả gắn kết lên TLR4 MD2 bề mặt dimer hóa Kết 48 Khóa luận tốt nghiệp DSĐH Kết bàn luận cuối tìm “hit” có khả gắn kết tốt ổn định Kết mang tính khả thi, xác cao thực ước tính lượng gắn kết tự Điểm giống: hai nghiên cứu tập trung nghiên cứu phân tử nhỏ có khả ức chế tương tác protein-protein (SMPPII) Điểm khác kết tìm nghiên cứu trình bày Bảng 3.9 Sự khác kết hai nghiên cứu Đề tài Vị trí gắn kết Nghiên cứu Ấn Độ Bề mặt tương tác TLR4 MD2 Bề mặt dimer hóa MD2 Bề mặt dimer hóa TLR4 MD2 Cấu trúc “hit” 49 Khóa luận tốt nghiệp DSĐH Kết luận đề nghị KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Nghiên cứu chất phân tử nhỏ ức chế hoạt tính sinh học TLR4 mục tiêu hấp dẫn nhiều nhóm nghiên cứu giới tính quan trọng đa nhiệm TLR4 hệ thống miễn dịch thị trường chưa có thuốc ức chế TLR4 Đề tài bước đầu tìm chất có khả ức chế hoạt tính sinh học TLR4 nhờ phương pháp nghiên cứu in silico Đề tài “Nghiên cứu sàng lọc ảo phân tử nhỏ có khả ức chế họat tính sinh học TLR4” thực phương pháp nghiên cứu in silico để tìm chất có tiền ức chế hoạt tính sinh học TLR4 Các phương pháp sử dụng bao gồm: xây dựng mơ hình 3D-pharmacophore, sàng lọc qua mơ hình ZINC, mơ hình mơ tả docking phân tử, mơ động lực học phân tử tính lượng gắn kết tự Từ hai mơ hình 3D-pharmacophore xây dựng được, sàng lọc qua thư viện ZINC mơ hình mơ tả docking phân tử thu 99 231 chất có dock thành cơng lên MD2 TLR4 tương ứng Năm chất có điểm số docking tốt lên MD2 lựa chọn tiến hành mô động lực học phân tử tính lượng gắn kết tự Kết cuối thu ZINC14793499, ZINC58997973, ZINC58998032 ba chất có tiềm gắn kết với MD2 có lượng gắn kết tốt nhất, ổn định q trình mơ động lực học tương tác với acid amin quan trọng Để tiến xa việc nghiên cứu chất phân tử nhỏ có khả chế hoạt tính TLR4, nghiên cứu đưa đề nghị sau: - Thử nghiệm in vitro để xác định hoạt tính sinh học thực từ kết thu - Tiến hành mô động lực học phân tử ước tính lượng gắn kết tự chất có điểm số docking tốt tương tác với acid amin quan trọng sàng lọc từ mơ hình Ph-TLR4i 50 Khóa luận tốt nghiệp DSĐH Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] El-Zayat S R., Sibaii H , Mannaa F A (2019), "Toll-like receptors activation, signaling, and targeting: an overview", 43 (1), 187 [2] Tafazzol A , Duan Y J (2019), "Key residues in TLR4-MD2 tetramer formation identified by free energy simulations", 15 (10), e1007228 [3] Roger T., Froidevaux C., Le Roy D et al (2009), "Protection from lethal gramnegative bacterial sepsis by targeting Toll-like receptor 4", 106 (7), 2348-2352 [4] Zhang S (2011), "Computer-aided drug discovery and development", Drug Design and Discovery, Springer, pp.23-38 [5] Takeuchi O., Kawai T., Mühlradt P F et al (2001), "Discrimination of bacterial lipoproteins by Toll-like receptor 6", 13 (7), 933-940 [6] Takeuchi O., Sato S., Horiuchi T et al (2002), "Cutting edge: role of Toll-like receptor in mediating immune response to microbial lipoproteins", 169 (1), 10-14 [7] Hutchings M I., Palmer T., Harrington D J et al (2009), "Lipoprotein biogenesis in Gram-positive bacteria: knowing when to hold ‘em, knowing when to fold ‘em", 17 (1), 13-21 [8] Kim H M., Park B S., Kim J.-I et al (2007), "Crystal structure of the TLR4MD-2 complex with bound endotoxin antagonist Eritoran", 130 (5), 906-917 [9] Kobe B , Kajava A V J (2001), "The leucine-rich repeat as a protein recognition motif", 11 (6), 725-732 [10] Park B S., Song D H., Kim H M et al (2009), "The structural basis of lipopolysaccharide recognition by the TLR4–MD-2 complex", 458 (7242), 11911195 [11] Akira S , Takeda K (2004), "Toll-like receptor signalling", Nat Rev Immunol, (7), 499-511 [12] Mineev K S., Goncharuk S A., Goncharuk M V et al (2017), "Spatial structure of TLR4 transmembrane domain in bicelles provides the insight into the receptor activation mechanism", Scientific Reports, (1), 6864 [13] Ohto U., Fukase K., Miyake K et al (2007), "Crystal structures of human MD2 and its complex with antiendotoxic lipid IVa", 316 (5831), 1632-1634 [14] Maeshima N., Fernandez R J (2013), "Recognition of lipid A variants by the TLR4-MD-2 receptor complex", Microbiology, , Khóa luận tốt nghiệp DSĐH Tài liệu tham khảo [15] Raetz C R , Whitfield C J (2002), "Lipopolysaccharide endotoxins", 71 (1), 635-700 [16] Trent M S., Stead C M., Tran A X et al (2006), "Invited review: diversity of endotoxin and its impact on pathogenesis", 12 (4), 205-223 [17] Pugin J M., Schürer-Maly C., Leturcq D et al (1993), "Lipopolysaccharide activation of human endothelial and epithelial cells is mediated by lipopolysaccharide-binding protein and soluble CD14", 90 (7), 2744-2748 [18] Chow J C., Young D W., Golenbock D T et al (1999), "Toll-like receptor-4 mediates lipopolysaccharide-induced signal transduction", 274 (16), 10689-10692 [19] Lu Y.-C., Yeh W.-C , Ohashi P C (2008), "LPS/TLR4 signal transduction pathway", 42 (2), 145-151 [20] Kuzmich N N., Sivak K V., Chubarev V N et al (2017), "TLR4 signaling pathway modulators as potential therapeutics in inflammation and sepsis", (4), 34 [21] Velayudham A., Hritz I., Dolganiuc A et al (2006), "Critical role of toll-like receptors and the common TLR adaptor, MyD88, in induction of granulomas and liver injury", 45 (6), 813-824 [22] Cunningham P N., Wang Y., Guo R et al (2004), "Role of Toll-like receptor in endotoxin-induced acute renal failure", 172 (4), 2629-2635 [23] Schuster J M , Nelson P S J J o L B (2000), "Toll receptors: an expanding role in our understanding of human disease", 67 (6), 767-773 [24] Singer M., Deutschman C S., Seymour C W et al (2016), "The third international consensus definitions for sepsis and septic shock (Sepsis-3)", 315 (8), 801-810 [25] Fleischmann C., Scherag A., Adhikari N K et al (2016), "Assessment of global incidence and mortality of hospital-treated sepsis Current estimates and limitations", 193 (3), 259-272 [26] Guha M , Mackman N (2001), "LPS induction of gene expression in human monocytes", Cell Signal, 13 (2), 85-94 [27] Smiley S T., King J A , Hancock W W (2001), "Fibrinogen stimulates macrophage chemokine secretion through toll-like receptor 4", J Immunol, 167 (5), 2887-2894 [28] Watari M., Watari H., Nachamkin I et al (2000), "Lipopolysaccharide Induces Expression of Genes Encoding Pro-Inflammatory Cytokines and the Elastin- Khóa luận tốt nghiệp DSĐH Tài liệu tham khảo Degrading Enzyme, Cathepsin S, in Human Cervical Smooth-Muscle Cells", The Journal of the Society for Gynecologic Investigation: JSGI, (3), 190-198 [29] Leon C G., Tory R., Jia J et al (2008), "Discovery and development of toll-like receptor (TLR4) antagonists: a new paradigm for treating sepsis and other diseases", Pharm Res, 25 (8), 1751-1761 [30] Tsung A., Hoffman R A., Izuishi K et al (2005), "Hepatic ischemia/reperfusion injury involves functional TLR4 signaling in nonparenchymal cells", J Immunol, 175 (11), 7661-7668 [31] Kaczorowski D J., Nakao A., Vallabhaneni R et al (2009), "Mechanisms of Toll-like receptor (TLR4)-mediated inflammation after cold ischemia/reperfusion in the heart", Transplantation, 87 (10), 1455-1463 [32] Simpson J L., Grissell T V., Douwes J et al (2007), "Innate immune activation in neutrophilic asthma and bronchiectasis", Thorax, 62 (3), 211-218 [33] Baumgarten G., Knuefermann P., Wrigge H et al (2006), "Role of Toll-like receptor for the pathogenesis of acute lung injury in Gram-negative sepsis", 23 (12), 1041-1048 [34] Molteni M., Bosi A , Rossetti C (2018), "Natural Products with Toll-Like Receptor Antagonist Activity", Int J Inflam, 2018, 2859135 [35] Takashima K., Matsunaga N., Yoshimatsu M et al (2009), "Analysis of binding site for the novel small-molecule TLR4 signal transduction inhibitor TAK-242 and its therapeutic effect on mouse sepsis model", Br J Pharmacol, 157 (7), 1250-1262 [36] Sha T., Sunamoto M., Kitazaki T et al (2007), "Therapeutic effects of TAK242, a novel selective Toll-like receptor signal transduction inhibitor, in mouse endotoxin shock model", Eur J Pharmacol, 571 (2-3), 231-239 [37] Hua F., Tang H., Wang J et al (2015), "TAK-242, an antagonist for Toll-like receptor 4, protects against acute cerebral ischemia/reperfusion injury in mice", J Cereb Blood Flow Metab, 35 (4), 536-542 [38] Kuno M., Nemoto K., Ninomiya N et al (2009), "The novel selective toll-like receptor signal transduction inhibitor tak-242 prevents endotoxaemia in conscious Guinea-pigs", Clin Exp Pharmacol Physiol, 36 (5-6), 589-593 [39] Gárate I., García-Bueno B., Madrigal J L et al (2014), "Toll-like receptor inhibitor TAK-242 decreases neuroinflammation in rat brain frontal cortex after stress", J Neuroinflammation, 11, Khóa luận tốt nghiệp DSĐH Tài liệu tham khảo [40] Bennett-Guerrero E., Grocott H P., Levy J H et al (2007), "A phase II, doubleblind, placebo-controlled, ascending-dose study of Eritoran (E5564), a lipid A antagonist, in patients undergoing cardiac surgery with cardiopulmonary bypass", Anesth Analg, 104 (2), 378-383 [41] Barochia A., Solomon S., Cui X et al (2011), "Eritoran tetrasodium (E5564) treatment for sepsis: review of preclinical and clinical studies", Expert Opin Drug Metab Toxicol, (4), 479-494 [42] Tidswell M , LaRosa S P (2011), "Toll-like receptor-4 antagonist eritoran tetrasodium for severe sepsis", Expert Rev Anti Infect Ther, (5), 507-520 [43] Rice T W., Wheeler A P., Bernard G R et al (2010), "A randomized, doubleblind, placebo-controlled trial of TAK-242 for the treatment of severe sepsis", Crit Care Med, 38 (8), 1685-1694 [44] Opal S M., Laterre P F., Francois B et al (2013), "Effect of eritoran, an antagonist of MD2-TLR4, on mortality in patients with severe sepsis: the ACCESS randomized trial", Jama, 309 (11), 1154-1162 [45] Tidswell M., Tillis W., Larosa S P et al (2010), "Phase trial of eritoran tetrasodium (E5564), a toll-like receptor antagonist, in patients with severe sepsis", Crit Care Med, 38 (1), 72-83 [46] Lipinski C A., Lombardo F., Dominy B W et al (2001), "Experimental and computational approaches to estimate solubility and permeability in drug discovery and development settings", Adv Drug Deliv Rev, 46 (1-3), 3-26 [47] MacLeod J M , Rosei F (2011), "3.02 - Directed Assembly of Nanostructures", Andrews David L., Scholes Gregory D Wiederrecht Gary P., chủ biên, Comprehensive Nanoscience and Technology, Academic Press, Amsterdam, pp.1368 [48] Rungrotmongkol T., Nunthaboot N., Malaisree M et al (2010), "Molecular insight into the specific binding of ADP-ribose to the nsP3 macro domains of chikungunya and venezuelan equine encephalitis viruses: Molecular dynamics simulations and free energy calculations", Journal of Molecular Graphics and Modelling, 29 (3), 347-353 [49] Mishra V., Pathak C (2019), "Structural insights into pharmacophore-assisted in silico identification of protein–protein interaction inhibitors for inhibition of human toll-like receptor – myeloid differentiation factor-2 (hTLR4−MD-2) complex", Journal of Biomolecular Structure and Dynamics, 37 (8), 1968-1991 Khóa luận tốt nghiệp DSĐH Phụ lục PHỤ LỤC PHỤ LỤC Biểu đồ số liên kết hydro hình thành protein phối tử theo thời gian Biểu đồ Phức hợp protein với phối tử ZINC14793499 ZINC58997973 10 15 20 10 15 20 PL.1 Khóa luận tốt nghiệp DSĐH ZINC20834762 Phụ lục 0 ZINC58998032 10 15 10 15 10 15 20 0 ZINC20832594 20 0 PL.2 20 Khóa luận tốt nghiệp DSĐH Phụ lục PL.3 ... TẾ ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁI NGỌC TRÂM NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC ẢO CÁC PHÂN TỬ NHỎ CĨ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA THỤ THỂ GIỐNG TOLL KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ ĐẠI HỌC Giảng... biện Giảng viên hướng dẫn i Chủ tịch hội đồng NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC ẢO CÁC PHÂN TỬ NHỎ CÓ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA THỤ THỂ GIỐNG TOLL Sinh viên thực hiện: THÁI NGỌC TRÂM Giáo viên... KHÓA LUẬN THEO Ý KIẾN ĐÓNG GÓP CỦA HỘI ĐỒNG Tên đề tài khóa luận: Nghiên cứu sàng lọc ảo phân tử nhỏ có khả ức chế hoạt tính sinh học thụ thể giống Toll Họ tên sinh viên: Thái Ngọc Trâm Giảng