NGHIÊN cứu SÀNG lọc ảo các CHẤT ức CHẾ CHỌN lọc MONOAMIN OXIDASE b

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN HỒNG TIẾN NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC ẢO CÁC CHẤT ỨC CHẾ CHỌN LỌC MONOAMIN OXIDASE B KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ ĐẠI HỌC Thành phố Hồ Chí Minh - Năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN HOÀNG TIẾN NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC ẢO CÁC CHẤT ỨC CHẾ CHỌN LỌC MONOAMIN OXIDASE B KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ ĐẠI HỌC Giảng viên hướng dẫn: PGS TS LÊ MINH TRÍ Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2020 ii MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii DANH MỤC CÁC BẢNG ix LỜI CẢM ƠN .x ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 SƠ LƯỢC VỀ BỆNH PARKINSON 1.1.1 Tổng quan bệnh Parkinson 1.1.2 Các dấu hiệu triệu chứng 1.1.3 Thuốc điều trị 1.1.4 Hội chứng mát 1.2 ENZYM MONOAMIN OXIDASE B .5 1.2.1 Tổng quan enzym monoamin oxidase (MAO) 1.2.2 Khoang gắn kết MAO-B 1.2.3 Các chất ức chế MAO-B 1.2.4 Các phương pháp thử nghiệm hoạt tính sinh học MAO-B 1.3 TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG CỤ SÀNG LỌC ẢO 10 1.3.1 Mơ hình Pharmacophore 10 1.3.2 Mơ hình 2D-QSAR 11 1.3.3 Đánh giá ADMET 11 1.3.4 Mơ hình mơ tả phân tử docking 12 1.4 THƯ VIỆN CÁC CHẤT SÀNG LỌC ẢO 12 1.4.1 ZINC .12 1.4.2 DrugBank 13 1.4.3 Thư viện chất có nguồn gốc từ dược liệu Traditional Chinese Medicine (TCM) Universal Natural Product Database (UNPD) 13 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 iii 2.1 XÂY DỰNG MƠ HÌNH 3D-PHARMACOPHORE .14 2.1.1 Xử lý sở liệu 14 2.1.2 Pharmacophore dựa cấu trúc MAO-B .17 2.1.3 Pharmacophore dựa ligand 17 2.1.4 Đánh giá mơ hình 3D-pharmacophore 19 2.1.5 Ứng dụng mơ hình 3D-pharmacophore sàng lọc 20 2.2 MÔ HÌNH 2D-QSAR 21 2.2.1 Chuẩn bị sở liệu 22 2.2.2 Lựa chọn thông số mô tả 22 2.2.3 Loại chất gây nhiễu Z-score 22 2.2.4 Xây dựng mơ hình 23 2.2.5 Phân chia tập sở liệu .23 2.2.6 Đánh giá mơ hình 23 2.2.7 Ứng dụng mơ hình 2D-QSAR sàng lọc 25 2.3 SÀNG LỌC ADMET 25 2.4 MƠ HÌNH MƠ TẢ PHÂN TỬ DOCKING 26 2.4.1 Xây dựng mô hình mơ tả phân tử docking MAO-B .27 2.4.2 Xây dựng mơ hình mơ tả phân tử docking MAO-A .29 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 31 3.1 MƠ HÌNH 3D-PHARMACOPHORE 31 3.1.1 Pharmacophore dựa cấu trúc MAO-B .31 3.1.2 Pharmacophore dựa theo ligand 31 3.1.3 Kết đánh giá mơ hình 3D-pharmacophore .32 3.1.4 Kết sàng lọc tập liệu 34 3.2 MƠ HÌNH 2D-QSAR TRÊN CHẤT ỨC CHẾ MAO-B .34 3.2.1 Lựa chọn thông số mô tả 34 3.2.2 Loại chất gây nhiễu Z-score 35 3.2.3 Xây dựng mơ hình 2D-QSAR 37 iv 3.2.4 Đánh giá mơ hình 2D-QSAR 38 3.2.5 Ứng dụng mơ hình 2D-QSAR sàng lọc 39 3.3 SÀNG LỌC ADMET 40 3.4 MƠ HÌNH MƠ TẢ PHÂN TỬ DOCKING 41 3.4.1 Xây dựng mơ hình mơ tả phân tử docking MAO-B .41 3.4.2 Mơ hình mơ tả phân tử docking MAO-A .44 3.5 BÀN LUẬN 48 3.5.1 Tập liệu UNPD 48 3.5.2 Tập liệu ZINC 51 3.5.3 So sánh với nghiên cứu khác 53 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO .56 PHỤ LỤC PL-1 v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PD Parkinson Disease (Bệnh Parkinson) FDA Food and Drug Administration (Cục quản lý Thực phẩm Dược phẩm Hoa Kỳ) MAO Enzym monoamin oxidase MAO-A Enzym monoamin oxidase A MAO-B Enzym monoamin oxidase B QSAR Quantitative Structure Activity Relationship (Mối quan hệ định lượng cấu trúc – tác dụng) 2D-QSAR QSAR không gian chiều 3D-QSAR QSAR không gian chiều QSPR Quantitative Structure – Property Relationship (Mối quan hệ định lượng cấu trúc - tính chất) ADMET Hấp thu – phân bố - chuyển hóa – thải trừ - độc tính TCM Traditional Chinese Medicine (Thư viện chất phân lập từ thuốc cổ truyền Trung Hoa) UNPD Universal Natural Product Database (Thư viện chất có nguồn gốc tự nhiên) MOE Molecular Operating Environment FAD Flavin Adenin Denucleotid IC50 Nồng độ tối thiểu ức chế 50% (50% inhibitory concentration) PLS Partial Least Squares (Bình phương tối thiểu phần) RMSD Root mean square deviation (Sai số trung bình bình phương gốc) RMSE Root mean square error (Sai số bình phương trung bình) LOO Bỏ - – (Leave One Out) TP Số lượng chất có hoạt tính dự đốn (True - Positive) TN Số lượng chất khơng có hoạt tính dự đốn (True - Negative) FP Số lượng chất có hoạt tính dự đoán sai (False - Positive) FN Số lượng chất khơng hoạt tính dự đốn sai (False - Negative) PDB Protein Data Bank (Ngân hàng protein) WDI World Drug Index (Chỉ số thuốc giới) vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cơ chế nhóm thuốc điều trị Parkinson Hình 1.2 Cấu trúc MAO-A vẽ phần mềm Molecular Operating Environment 2015.10 từ protein mã 2Z5Y Protein Data Bank Hình 1.3 Cấu trúc MAO-B vẽ phần mềm Molecular Operating Environment 2015.10 từ protein mã 2V5Z Protein Data Bank Hình 1.4 Khoang gắn kết MAO-B tạo Hana Elshaflu cộng Hình 1.5 Cấu trúc rasagilin, selegilin safinamid Hình 2.6 Các bước tiến hành nghiên cứu 14 Hình 2.7 Sơ đồ bước xây dựng mơ hình 2D-QSAR 21 Hình 2.8 Các bước tiến hành xây dựng mơ hình mơ tả docking MAO-B .27 Hình 3.9 Các mơ hình pharmacophore S01, S02, S03 xây dựng dựa theo cấu trúc protein gióng hàng phối tử Safinamid 31 Hình 3.10 Các mơ hình pharmacophore L01, L02, L07, L13 xây dựng theo chất tập xây dựng 32 Hình 3.11 Kết sàng lọc mơ hình 3D-pharmacophore L13 .34 Hình 3.12 Biểu đồ thể mối tương quan pIC50 thực nghiệm pIC50 dự đoán tập nhiễu .36 Hình 3.13 Biểu đồ thể mối tương quan pIC50 thực nghiệm pIC50 dự đốn tồn tập .37 Hình 3.14 Kết sàng lọc qua mơ hình 2D-QSAR .39 Hình 3.15 Tỷ lệ chất đạt không đạt sàng lọc ADMET 40 Hình 3.16 Khoang gắn kết MAO-B chụp MOE 2015.10 42 Hình 3.17 Biểu đồ phân bố điểm số docking 4.754 chất dock thành cơng MAO-B 43 Hình 3.18 Khoang gắn kết MAO-A chụp MOE 2015.10 45 Hình 3.19 Sự khác biệt khoang gắn kết MAO-A MAO-B 45 Hình 3.20 Kết tương tác 1.905 chất tiềm với acid amin khoang gắn kết MAO-B 46 Hình 3.21 Biểu đồ phần trăm chất docking chọn lọc MAO-B 47 Hình 3.22 Tóm tắt kết sàng lọc nghiên cứu .48 vii Hình 3.23 UNPD89644 (Crotafuran E) (màu xanh cây) khoang gắn kết MAO-B tương tác với acid amin (điểm số docking -24,48KJ/mol) 50 Hình 3.24 UNPD203145 (màu xanh cây) khoang gắn kết MAO-B tương tác với acid amin (điểm số docking -22,73 KJ/mol) 50 Hình 3.25 UNPD100906 (màu xanh cây) khoang gắn kết MAO-B tương tác với acid amin (điểm số docking -27,23 KJ/mol) 51 Hình 3.26 UNPD13390 (màu xanh cây) khoang gắn kết MAO-B tương tác với acid amin (điểm số docking -20,63 KJ/mol) 51 Hình 3.27 Tương tác ZINC78829248 với khoang gắn kết MAO-B (điểm số docking -36,99 KJ/mol) 52 Hình 3.28 Tương tác ZINC47435563 với khoang gắn kết MAO-B (điểm số docking -35,40 KJ/mol) 52 Hình 3.29 Tương tác ZINC59148702 với khoang gắn kết MAO-B (điểm số docking -35,27 KJ/mol) 53 Hình 3.30 Tương tác ZINC58283019 với khoang gắn kết MAO-B (điểm số docking -35,07 KJ/mol) 53 viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Khung cấu trúc 397 chất dùng đánh giá mơ hình 3D-pharmacophore 15 Bảng 2.2 Tập xây dựng mơ hình 3D-pharmacophore .18 Bảng 2.3 Giá trị ngưỡng rủi ro đề nghị ADMET Predictor 9.5 26 Bảng 3.4 Kết đánh giá mơ hình 3D-pharmacophore 33 Bảng 3.5 Mức độ tương quan thông số mô tả với với pIC50 35 Bảng 3.6 Kết loại nhiễu Z-score 36 Bảng 3.7 Kết đánh giá mơ hình 2D-QSAR .38 Bảng 3.8 Miền ứng dụng mô hình 2D-QSAR 39 Bảng 3.9 Kết sàng lọc ADMET 40 Bảng 3.10 Kết redocking MAO-B (mã PDB 2V5Z) .41 Bảng 3.11 Kết docking MAO-B (mã PDB 2V5Z) 43 Bảng 3.12 Kết redocking MAO-A (mã PDB 2Z5Y) 44 Bảng 3.13 Kết docking MAO-A (mã PDB 2Z5Y) 46 Bảng 3.14 Các chất sàng lọc tập UNPD 49 Bảng 3.15 So sánh với nghiên cửu Kiran Boppana cộng (2009) 54 ix LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời cảm ơn đến Khoa Dược - Đại học Y Dược thành phố Hồ Chí Minh, thầy tạo mơi trường học tập bổ ích, dạy em kiến thức quý báu suốt năm học tập Đồng thời Khoa Dược tạo điều kiện tốt máy móc thiết bị để em hồn thành tốt khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến môn Hóa Dược đặc biệt cảm ơn đến thầy PGS TS Lê Minh Trí PGS.TS Thái Khắc Minh ln theo sát, kiểm tra tiến độ, tận tình bảo quan tâm động viên em suốt thời gian thực khóa luận Thầy ln sẵn sàng cung cấp kiến thức mới, giải đáp thắc mắc cho em lời khuyên gặp vấn đề khóa luận Em xin cảm ơn thầy ThS Mai Thành Tấn ln góp ý khóa luận em hoàn thiện Em xin dành lời cảm ơn đến quý thầy cô Hội Đồng Hóa dược đặc biệt cảm ơn giảng viên phản biện TS Nguyễn Thụy Việt Phương dành thời gian đọc đưa góp ý chi tiết cho khóa luận em Em xin cảm ơn anh DS Bùi Quốc Dũng, anh DS Trần Thái Sơn ln có mặt lab Hóa Dược để giúp em giải khó khăn Cũng anh chị DS Nguyễn Minh Châu, DS Đinh Lê Quốc Hoàng, DS Nguyễn Minh Xuân giải đáp thắc mặc em cần Vả cảm ơn em monitor phòng lab Hóa Dược hỗ trợ thời gian khóa luận gấp rút Mình xin cảm ơn bạn Ánh Tuyết, Giang Sơn, Hoàng Minh, Xuân Tiên, Ngọc Trâm, Thanh Hằng Thu Hạnh làm khóa luận tốt nghiệp lab Hóa Dược hỗ trợ, giúp đỡ, động viên để hồn thành khóa luận thời hạn Cuối xin cảm ơn sâu sắc đến Ba, Mẹ sinh thành, nuôi dưỡng, dành điều tốt đẹp cho để học tập hồn thành khóa luận Xin cảm ơn tất người! Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 08 năm 2020 Nguyễn Hoàng Tiến x 35 BMC_2012_20 _4336_4h 5,39 5,63 36 BMC_2012_20 _4336_4i 5,42 5,63 37 BMC_2012_20 _4336_5a 5,75 5,50 38 BMC_2012_20 _4336_5c 5,77 5,51 39 BMC_2012_20 _4336_5d 5,79 5,51 40 BMC_2012_20 _4336_5e 5,86 5,51 41 BMC_2012_20 _7040_1d 7,15 5,17 PL-6 42 BMC_2012_20 _7040_1h 7,37 5,17 43 BMC_2012_20 _7040_1k 7,29 5,10 44 BMC_2012_20 _7040_2a 6,11 6,02 45 BMC_2012_20 _7040_2b 6,33 6,02 46 BMC_2012_20 _7040_2c 5,46 5,77 47 BMC_2012_20 _7040_2d 4,85 5,76 48 BMC_2012_20 _7040_3a 4,86 4,81 PL-7 49 BMC_2012_20 _7040_3b 4,97 4,83 50 BMC_2012_20 _7040_4a 5,02 5,18 51 BMC_2012_20 _7040_4b 6,70 5,18 52 BMC_2012_20 _7040_4c 5,07 4,93 53 BMC_2012_22 _6632_8a 8,35 8,25 54 BMC_2012_22 _6632_8b 8,25 8,53 55 BMC_2012_22 _6632_8c 7,92 8,53 PL-8 56 BMC_2012_22 _6632_8d 8,17 8,25 57 BMC_2012_22 _6632_8e 7,70 7,70 58 BMC_2012_22 _6632_8f 7,96 8,06 59 BMC_2012_22 _6632_8g 8,13 8,07 60 BMC_2012_22 _6632_8h 8,13 8,08 61 BMC_2012_22 _6632_8i 7,52 8,09 62 BMC_2012_22 _6632_8j 8,21 7,69 63 BMC_2012_22 _6632_8k 7,92 7,60 PL-9 64 BMC_2013_23 _1269_6a 7,17 7,89 65 BMC_2013_23 _1269_6b 8,55 8,18 66 BMC_2013_23 _1269_6c 8,62 8,18 67 BMC_2013_23 _1269_6d 8,19 7,90 68 BMC_2013_23 _1269_6e 8,85 8,18 69 BMC_2013_23 _1269_6f 8,74 8,18 70 BMC_2013_23 _1269_6g 8,05 8,11 71 BMC_2013_23 _1269_6h 8,46 8,18 72 BMC_2013_23 _1269_6i 7,33 7,70 PL-10 73 BMC_2013_23 _1269_6j 7,17 8,02 74 BMC_2013_23 _1269_6k 7,19 7,71 75 BMC_2013_23 _1269_6m 7,21 7,60 76 BMC_2013_23 _1269_6n 7,74 7,72 77 BMC_2013_23 _1269_6o 7,21 7,72 78 BMC_2013_23 _1269_6p 7,32 7,72 79 BMC_2013_23 _1269_6q 7,62 7,72 80 BMC_2013_23 _1269_6r 7,82 7,89 81 BMC_2013_23 _5498_4b 6,21 7,17 PL-11 82 BMC_2013_23 _5498_4c 7,07 7,17 83 BMC_2013_23 _5498_5a 7,42 6,65 84 BMC_2013_23 _5498_5c 8,54 6,94 85 BMC_2013_23 _5498_5d 6,72 6,60 86 BMC_2013_23 _5498_5e 6,89 6,55 87 EJMC_2011_4 6_3474_5a 6,21 6,06 88 EJMC_2011_4 6_3474_5b 5,91 6,12 89 EJMC_2011_4 6_3474_5c 6,00 6,33 PL-12 90 EJMC_2011_4 6_3474_5d 6,00 6,46 91 EJMC_2011_4 6_3474_5e 6,01 6,46 92 EJMC_2011_4 6_3474_5f 6,08 6,33 93 EJMC_2011_4 6_3474_5g 6,19 6,03 94 EJMC_2011_4 6_3474_5h 6,26 6,09 95 EJMC_2011_4 6_3474_5i 6,42 6,15 96 EJMC_2011_4 6_3474_5j 6,27 6,09 97 EJMC_2011_4 6_3474_5k 6,30 6,24 PL-13 98 EJMC_2011_4 6_3474_5l 6,34 6,10 99 EJMC_2011_4 6_3474_5m 6,40 6,16 100 EJMC_2011_4 6_3474_5n 6,42 6,16 101 EJMC_2011_4 6_5162_7c 7,49 7,31 102 EJMC_2011_4 6_5162_7d 7,59 7,31 103 EJMC_2011_4 6_5162_7e 7,05 6,83 104 EJMC_2011_4 6_5162_7f 7,23 6,83 105 EJMC_2011_4 6_5162_7g 6,39 6,83 PL-14 106 EJMC_2011_4 6_5162_7h 6,54 6,83 107 EODD_2019_1 4_995_2c 3,88 2,45 PL-15 PHỤ LỤC 18 chất có điểm số docking âm MAO-B từ tập ZINC Cấu trúc Điểm số docking MAO-B (KJ/mol) pIC50 dự đoán STT Chất ZINC08010455 -40,06 8,19 ZINC69921624 -39,05 9,26 ZINC21285023 -38,54 8,65 ZINC01157895 -37,70 8,24 ZINC78829248 -36,99 10,19 ZINC84350650 -36,04 8,53 PL-16 ZINC00613811 -35,92 9,67 ZINC05191218 -35,85 9,53 ZINC56101098 -35,74 10,07 10 ZINC79651118 -35,73 8,89 11 ZINC77474774 -35,63 8,78 12 ZINC02071516 -35,52 8,82 13 ZINC68570362 -35,41 8,64 PL-17 14 ZINC47435563 -35,40 8,87 15 ZINC13973188 -35,27 10,21 16 ZINC59148702 -35,27 10,33 17 ZINC58283019 -35,07 9,09 18 ZINC07132285 -35,01 9,92 PL-18 ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA DƯỢC Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 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 CÁC CHẤT ỨC CHẾ CHỌN LỌC MONOAMIN OXIDASE B Họ tên sinh viên: NGUYỄN HOÀNG TIẾN Giảng viên hướng dẫn: PGS TS LÊ MINH TRÍ Giảng viên phản biện: TS NGUYỄN THỤY VIỆT PHƯƠNG Khóa luận bổ sung, chỉnh sửa nội dung sau: Lỗi tả định dạng Chỉnh sửa trình bày, lỗi xuống dịng, số bảng số hình Sửa lại số thuật ngữ cho phù hợp Thêm đánh số trang phụ lục Tài liệu tham khảo Thêm tương tác acid amin chất UNPD203145 Giảng viên phản biện Giảng viên hướng dẫn Chủ tịch hội đồng XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CHO PHÉP SINH VIÊN NỘP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Giảng viên hướng dẫn: PGS TS LÊ MINH TRÍ Đơn vị: Khoa Dược – Đại học Y Dược Thành phố Hồ Chí Minh Tên đề tài hướng dẫn: NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC ẢO CÁC CHẤT ỨC CHẾ CHỌN LỌC MONOAMIN OXIDASE B Sinh viên thực đề tài: NGUYỄN HOÀNG TIẾN Lớp: Dược quy 2015 Mã số sinh viên: D14-265 Tơi xin xác nhận sinh viên Nguyễn Hoàng Tiến hoàn thành đề tài cho phép nộp khóa luận tốt nghiệp cho Khoa Giảng viên hướng dẫn ... nghiên cứu giúp tìm hoạt chất tiềm từ ngân hàng liệu Với định hướng đề tài ? ?Nghiên cứu sàng lọc ảo chất ức chế chọn lọc monoamin oxidase B? ?? tiến hành với nội dung sau: Thu thập sở liệu chất ức. . .B? ?? GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO B? ?? Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN HỒNG TIẾN NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC ẢO CÁC CHẤT ỨC CHẾ CHỌN LỌC MONOAMIN OXIDASE B KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP... [3] Các nhà nguyên cứu “hội chứng mát” liên quan đến việc ức chế MAOA MAO -B hướng nghiên cứu thuốc trị Parkinson ức chế chọn lọc MAO -B [4] Để giúp tiết kiệm thời gian chi phí, cơng cụ sàng lọc ảo