So sánh năng lượng liên kết giữa các dẫn xuất VK3 với nhau chúng tôi nhận thấy VK3-10 có năng lượng liên kết với các mục tiêu gắn kết nhỏ nhất và ổn định nhất (xem bảng 3.1), từ kết quả này chúng tôi nhận xét rằng VK3-10 là dẫn xuất có khả năng phá hủy sự kết tập của các Aβ peptid mạnh nhất. Để đánh giá tác dụng phá hủy sự kết tập các Aβ peptid bởi các dẫn xuất VK3 chúng tôi tính trung bình năng lượng của 6 mục tiêu gắn kết ứng với mỗi dẫn xuất VK3 (bảng 3.2). Chúng ta có thể sắp xếp khả năng này như sau: VK3-10 > VK-224 > VK3-6 > VK3-5 > VK3-9 > VK3-8 > VK-221 > VK3-3 > VK3-2 > VK-233 > VK-119 > VK-232-2d > VK3-4 > VK-231 > VK3-1. Nên nhớ rằng kết quả này thu được bằng phương
pháp docking nên ứng dụng của nó bị hạn chế. Nhưng như ta sẽ thấy trong chương tiếp theo việc VK3-10 có khả năng cản trở quá trình tạo sợi tốt nhất phù hợp với thực nghiệm.
Bảng 3.2: Năng lượng liên kết trung bình kcal.mol-1 của các dẫn xuất VK3 với các mục tiêu gắn kết Aβ40-1BA4, Aβ42-1Z0Q, WT-Aβ40, 5Aβ17-42, 12Aβ9-40 và 18Aβ9-40.
VK3- 1 VK3- 2 VK3- 3 VK3- 4 VK3- 5 VK3- 6 VK3- 8 VK3- 9 VK3- 10 VK- 199 VK- 221 VK- 231 VK- 232-2d VK- 233 VK- 224 -5.88 -6.00 -5.95 -5.69 -6.23 -6.33 -6.08 -6.21 -7.26 -5.96 -6.13 -5.59 -5.89 -5.86 -6.58 3.3 Vùng gắn kết của các mục tiêu gắn kết
Trong hầu hết kết quả thu được, các túi liên kết của dẫn xuất VK3 với mục tiêu gắn kết Aβ40-1BA4, Aβ42-1Z0Q, 5Aβ17-42, 12Aβ9-40 và 18Aβ9-40 đều tập trung trong cùng một vùng không gian bên trong của mục tiêu gắn kết, vùng này chính là vùng gắn kết. Hầu như độ phân tán rất nhỏ, những hình ảnh tiêu biểu về vùng gắn kết của 5 mục tiêu gắn kết trên được thể hiện chi tiết trên hình 3.5 – 3.6 và 3.8 – 3.10 .
Trong khi đối với WT-Aβ40 vị trí túi gắn kết của các thụ thể rất khác nhau. Để thấy rõ điều này ta xét đại diện WT-Aβ40-5. Như hình 3.7 bên dưới, những dẫn xuất VK3 liên kết ở những vị trí khác nhau với thụ thể này nghĩa là WT-Aβ40- 5 không có vùng liên kết xác định. Vị trí của VK-233 thì rất khác với các vị trí của các dẫn xuất khác, trong khi VK-224 và VK3-232-2d lân cận gần nhất với các ASP-7, HIS-14, LYS-16, LEU-17, GLU-22, ASP-23, VAL-24, và SER-26. Ở đây lân cận gần có nghĩa là phối tử có liên kết nhánh phụ với mục tiêu gắn kết. Có hai vùng liên kết chính chứa 5 và 7 dẫn xuất VK3. VK3-10 được vây xung quanh bởi 6 acid amin TYR-10, GLU-11, VAL-12, PHE-20, VAL-36, và VAL-40; trong khi VK-233-2d có số lớn hơn các acid amin kề bên (11 acid amin). VK3-1, VK3-6, VK3-8, VK3-199 và VK3-221 có chỉ 5 acid amin lân cận. Dưới đây là liệt kê tất cả các acid amin của WT-Aβ40-5 có liên kết nhánh phụ với các dẫn xuất VK3 thể hiện trên hình 3.7: VK3-1: GLU11, LEU17, VAL18, PHE19, và PHE20;
VK3-3: GLU11, VAL12, HIS13, HIS14, GLN15, LYS16, PHE19, và PHE20;
VK3-4: TYR10, GLU11, VAL12, HIS13, HIS14, GLN15, LYS16, PHE19, và
PHE20;
VK3-5: TYR10, GLU11, VAL12, HIS13, GLN15, PHE20, VAL36, VAL39, và
VAL40;
VK3-6: SER8, TYR10, GLU11, VAL12, và HIS13;
VK3-8: GLU11, LEU17, VAL18, PHE19, PHE20, và ALA21; VK3-9: SER8, TYR10, GLU11, VAL12, HIS13, và VAL40; VK3-10: TYR10, GLU11, VAL12, PHE20, VAL36, và VAL40; 199: GLU11, LEU17, VAL18, PHE19, và PHE20;
221: TYR10, GLU11,VAL12, HIS13, và PHE20;
224: ASP7, HIS14, LYS16, LEU17, GLU22, ASP23, VAL24, và SER26; 231: GLU11, LYS16, LEU17, VAL18, PHE19, PHE20, và ALA21;
232: ASP7, HIS14, LYS16, LEU17, VAL18, GLU22, ASP23, VAL24, và
SER26;
233-2d: ASP1(N), ALA2, PHE4, TYR10, PHE20, ALA30, ILE31, ILE32, VAL36,
GLY38, vàVAL40
Hình 3.5: Vùng gắn kết Aβ40-1BA4, các dẫn xuất có độ phân tán rất nhỏ. Chỉ vẽ đại diện hai phối tử VK221 màu đỏ và VK3-1 màu xanh.
Vùng gắn kết
Vùng gắn kết
Vùng gắn kết
Hình 3.6: Tương tự như hình 3.5 nhưng cho mục tiêu gắn kết Aβ40-1Z0Q.
Hình 3.8: Vùng gắn kết 5Aβ17-42, các dẫn xuất tập trung tại vị trí biên, có độ phân tán nhỏ. Đỏ VK221, xanh VK3-1.
Hình 3.7: Vùng gắn kết WT-Aβ40-5, có 4 vị trí liên kết chính, các dẫn xuất VK3 chủ yếu tập trung tại 4 vị trí chính này.
3.4 Tƣơng quan về năng lƣợng liên kết của Curcumin và các dẫn xuất VK3
3.4.1 So sánh Curcumin và các dẫn xuất VK3
Sử dụng phương pháp docking thu được năng lượng liên kết của Curcumin vào 6 mục tiêu (bảng 3.3). Rõ ràng năng lượng liên kết của Curcumin với hai mục tiêu gắn kết 12Aβ9-40 và 18Aβ9-40 cũng nhỏ hơn các mục tiêu gắn kết còn lại giống như trường hợp của các dẫn xuất VK3. Điều này cho thấy sự biểu hiện tương đồng trong cách tương tác của Curcumin và các dẫn xuất VK3 với các mục tiêu gắn kết. Trong khi đó Curcumin đang được dùng để thử nghiệm làm thuốc trên các thí nghiệm lâm sàng, nên dẫn xuất VK3 rất có triển vọng về khả năng có tác dụng với AD như của Curcumin với AD.
Bảng 3.3: Năng lượng liên kết Curcumin với 6 mục tiêu gắn kết thu được bằng phương pháp docking. Aβ40- 1BA4 Aβ42- 1Z0Q WT-
Aβ40 5Aβ17-42 12Aβ9-40 18Aβ9-40
∆Ebind -6.3 -6.1 -5.8 -7.2 -8.7 -7.3
Nhìn vào kết quả các hình ảnh (hình 3.11 - 3.16) cho thấy vùng gắn kết của Curcumin và vùng gắn kết của các dẫn xuất VK3 với các mục tiêu gắn kết hầu như là tại cùng một vùng. Trong trường hợp 18Aβ9-40 vị trí của các phối tử có vẻ khác
Vùng gắn kết Vùng gắn kết
Hình 3.9: Vùng gắn kết 12Aβ9-40 . Các dẫn xuất VK3 tập trung tại một vị trí, hầu như không có độ phân tán. Vẽ tượng trưng cho hai phối tử, VK221 màu đỏ và VK3-1 màu xanh.
Hình 3.10: Vùng gắn kết 18Aβ9-40 , các dẫn xuất tập trung vị trí biên có độ phân tán nhỏ giống hình 3.9.
nhau nhưng chúng đều ở gần đỉnh và khoảng biên của các mảng amyloid nên trên thực tế do đối xứng của cấu trúc người ta sẽ không phân biệt được sự khác nhau này. Sự giống nhau về vùng gắn kết này, cho thấy một phần nào đó về sự vận động của Curcumin và dẫn xuất VK3 bên trong các mục tiêu gắn kết tương đồng nhau. Một lần nữa về mặt tương đồng nhau về vận động bên trong mục tiêu gắn kết này dẫn xuất VK3 có khả năng cho việc thử nghiệm trong điều trị AD tiếp theo giống như của Curcumin.
Hình 3.11: Vùng gắn kết Curcumin không khác với vùng gắn kết của các dẫn xuất VK3 khi liên kết với mục tiêu gắn kết Aβ40-1BA4. Curcumin có màu xanh lá cây, VK3-10 đại diện dẫn xuất VK3 có màu vàng.
Hình 3.12: Tương tự như hình 3.11 vùng gắn kết Curcumin hầu như không khác nhau với vùng gắn kết của các dẫn xuất VK3 khi liên kết với mục tiêu gắn kết Aβ42-1Z0Q. Curcumin có màu xanh lá cây, VK3-10 đại diện dẫn xuất VK3 có màu vàng.
Hình 3.13: Vùng tập trung nhiều Curcumin và vùng tập trung nhiều các dẫn xuất VK3 khi liên kết với mục tiêu gắn kết WT-Aβ40-5 là gần như nhau. Curcumin có màu xanh lá cây, VK3-10 đại diện dẫn xuất VK3 có màu vàng.
Hình 3.14: Vùng gắn kết Curccumin không khác so với vùng gắn kết của các dẫn xuất VK3 đối với mục tiêu gắn kết 5Aβ17-42. Curcumin có màu xanh lá cây, VK3-10 đại diện dẫn xuất VK3 có màu vàng.
Hình 3.15: Tương tự các hình 3.11 – 3.14 vùng gắn kết của Curcumin hầu như không khác so với vùng gắn kết của các dẫn xuất VK3 khi liên kết với mục tiêu gắn kết 12Aβ9-40. Curcumin có màu xanh lá cây, VK3-10 đại diện dẫn xuất VK3 có màu vàng.
Hình 3.16: Vùng gắn kết Curcumin so với vùng gắn kết các dẫn xuất VK3 đối với mục tiêu gắn kết 18Aβ9-40 khác nhau không nhiều. Curcumin có màu xanh lá cây, VK3-10 đại diện dẫn xuất VK3 có màu vàng.
3.4.2 Tương quan năng lượng liên kết giữa Curcumin và các dẫn xuất VK3
Để tìm ra mối quan hệ giữa ∆Ebind của Curcumin và các dẫn suất VK3 chúng tôi vẽ đồ thị về sự phụ thuộc năng lượng liên kết với 6 mục tiêu của từng dẫn suất với Curcumin. Vì ta có 15 dẫn suất VK3 nên để hình vẽ dễ xem ta chia chúng thành 4 nhóm và vẽ 4 hình 3.17- 3.20. Từ các biểu đồ này cho thấy năng lượng liên kết Hình 3.17: Biểu đồ tương quan năng lượng
liên kết VK3-1, VK3-2, VK3-3, VK3-4 với Curcumin; hệ số tương quan của VK3-4 với Curcumin rất lớn (R=0.96).
Hình 3.18: Biểu đồ tương quan năng lượng liên kết của VK3-5, VK3-6, VK3-8, VK3-9 với Curcumin; hệ số tương quan của VK3-5 là lớn nhất (R=0.96).
Hình 3.20: Biểu đồ tương quan năng lượng liên kết của VK-232-2d, VK-233, VK-224 với Curcumin; hệ số tương quan của VK-233 với Curcumin có độ lớn bằng với VK3-4 và VK3- 5 với Curcumin (R=0.96).
Hình 3.19: Biểu đồ tương quan năng lượng liên kết của VK3-10, VK-199, VK-221, VK- 231 với Curcumin; trong đó hệ số tương quan của VK-221 với Curcumin nhỏ nhất trrong 15 dẫn xuất VK3 (R=0.73).
dẫn xuất VK3 tương quan khá tốt với Curcumin. Hệ số tương quan nhỏ nhất R= 0.73 nhận được cho VK-221 (hình 3.19). VK3-4, VK3-5 và VK-233 cùng có hệ số tương quan lớn nhất R = 0.96 (hình 3.17, 3.18 và 3.20). Tiếp theo là VK3-3 và VK3-9 có R=0.94 (hình 3.17 and 3.18). Hệ số tương quan của VK3-10 và VK-224,
R= 0.92 cũng rất lớn (hình 3.19, 3.20). Hệ số tương quan lớn, có nghĩa là khả năng gắn kết của dẫn xuất VK3 với 6 mục tiêu gắn kết cùng tăng theo quy luật của Curcumin với 6 mục tiêu gắn kết.
Vì VK3-9 và VK3-10 có tiềm năng tốt nhất về mặt y học nên ta so sánh chúng cụ thể hơn với Curcumin. Từ bảng 3.1 và 3.3 rõ ràng VK3-9 và Curcumin có cùng khả năng gắn kết với đơn tử Aβ40 nhưng VK3-10 có ái lực lớn hơn. Tuy nhiên kết quả này thu được bằng phương pháp docking. Như sẽ trình bày phía dưới phương pháp MM-PBSA chính xác hơn cho thấy rằng hai phối tử này có ái lực gần bằng nhau.
3.5 Liên kết Hydro không đóng vai trò quyết định khả năng liên kết
Để hiểu được vai trò của liên kết hydro chúng tôi xét tương tác của WT-Aβ40-5 với 4 loại dẫn xuất VK3-4, VK3-5, VK3-221 và VK3-10 vì các chất này có năng lượng liên kết khác nhau rõ rệt (bảng 3.1). VK3-221 có số liên kết hydro lớn nhất nhưng năng lượng liên kết của nó thì lớn hơn VK3-10. VK3-4, VK3- 5 và VK3-10 có cùng số liên kết hydro (xem hình 3.21 – 3.24) nhưng năng lượng liên kết khác nhau. Do đó nếu chỉ có liên kết hydro không thôi, thì không thể chi phối khả năng liên kết của các dẫn xuất VK3 với Aβ40 peptid. Từ đó suy ra, liên kết hydro không phải là thành phần then chốt điều khiển khả năng liên kết của dẫn xuất VK3 và Aβ40 peptid .
Có cùng số liên kết Hydro như VK3-4, nhưng năng lượng liên kết của VK3-10 thì nhỏ hơn, có thể là nó có nhiều liên kết nhánh phụ hơn. Tuy nhiên điều này không chính xác nếu so sánh VK3-5 với những nhóm khác, tức là số liên kết nhánh phụ của VK3-5 là lớn nhất trong 4 dẫn xuất VK3 như được chỉ ra trong hình Hình 3.21: Liên kết hydro của VK3-4 với WT-
Aβ40-5; trên hình có chỉ ra hai liên kết hydro tạo bởi VK3-4 với hai acid amin GLN15 và GLU11 của WT-Aβ40-5.
Hình 3.22: Liên kết hydro của VK3-5 với WT- Aβ40-5; trên hình có chỉ ra hai liên kết hydro tạo bởi VK3-5 với acid amin VAL40 của WT- Aβ40-5.
Hình 3.24: Liên kết hydro của VK3-10 với WT- Aβ40-5; trên hình có chỉ ra hai liên kết hydro tạo bởi VK3-10 và hai acid amin ALA30, ASN27 của WT-Aβ40-5.
Hình 3.23: Liên kết hydro của VK3-221 với WT-Aβ40-5; trên hình có chỉ ra ba liên kết hydro tạo bởi VK3-221 và ba acid amin ASN27, ALA30, ILE31 của WT-Aβ40-5.
3.25 – 3.28, nhưng nó không cho thấy khả năng liên kết cao hơn. Vì vậy chỉ tương tác nhánh phụ không quyết định khả năng liên kết của các chất được nghiên cứu.
Hình 3.25: Liên kết nhánh phụ của VK3-4 với WT-
Aβ40-5; trên hình có chỉ ra 6 liên kết nhánh phụ được tạo bởi VK3-4 với 6 acid amin PHE19, PHE20, GLU11, GLN15, VAL12, LYS16 của WT-Aβ40-5.
Hình 3.26: Liên kết nhánh phụ của VK3-5 với WT- Aβ40-5; trên hình có chỉ ra 12 liên kết nhánh phụ tạo bởi VK3-5 và 12 acid amin GLY38, GLY37, VAL40, VAL36, PHE20, GLY9, GLN15, SER8, TYR10, GLU11, HIE13, VAL12 của WT-Aβ40-5.
Hình 3.28: Liên kết nhánh phụ của VK3-10 với WT- Aβ40-5; trên hình có chỉ ra 8 liên kết nhánh phụ tạo bởi VK3-10 và 8 acid amin ILE31, GlY37, ALA30, GLY38, GLY29, PHE4, ASN27, HIE6 của WT- Aβ40-5.
Hình 3.27: Liên kết nhánh phụ của VK3-221 với WT-Aβ40-5; trên hình có chỉ ra 7 liên kết nhánh phụ tạo bởi VK3-221 và 7 acid amin ILE31, GLY37, GLY38, ALA30, PHE4, GLY29, ASN27 của WT- Aβ40-5.
Như vậy để xem tương tác nào đóng vai trò quyết định ái lực cần xét thêm hai loại tương tác van der Waals và tương tác tĩnh điện. Và theo phần tính toán MM-PBSA dưới đây, sẽ chỉ ra rằng tương tác van der Waals sẽ trội hơn tương tác tĩnh điện trong sự đóng góp trong năng lượng liên kết tổng thể giữa VK3 và mục tiêu gắn kết.
3.6 Năng lƣơng tự do liên kết thu đƣợc từ phƣơng pháp MM-PBSA.
Năng lượng liên kết thu được bằng phương pháp docking chưa đủ chính xác vì phối tử được đưa ra đánh giá năng lượng liên kết là hữu hạn. Do vậy ta cần một phương pháp tính giá trị ∆Gbind chính xác hơn. Trong phần này phương pháp MM- PBSA được sử dụng cho mục đích này. Chúng tôi xét các dẫn xuất đại diện VK3- 221, VK3-2, Vk3-6, VK3-9 và VK3-10 nhưng phân tích tập trung vào VK3-9 và VK3-10, bởi vì thực nghiệm đã chỉ ra rằng (xem phần dưới) VK3-10 có khả năng cản trở quá trình tạo sợi tốt nhất, trong khi VK3-9 là chất đầy hứa hẹn về mặt y học.
Hình 3.29. Peptid Aβ40 vàphối tử VK3-9 trong hộp nước hình lập phương dùng để chạy mô phỏng MD. Cạnh của hình này dài 5.2 nm. Có khoảng 3700 phân tử nước. Các hình cầu màu xanh là 3 ion Na+ được thêm vào để trung hòa điện tích của hệ.
Để thực hiện mô phỏng MD chúng tôi đặt WT-Aβ40-5 và phối tử trong hộp nước khối lập phương có cạnh dài 5.2 nm (hình 3.29). Hệ chứa khoảng 3700 phân tử nước. Ba ion Na+ được thêm vào để trung hòa điện tích của hệ. Điều kiện biên tuần hoàn được áp dụng theo 3 hướng. Các tính toán được thực hiện bởi phần mềm GROMACS với trường lực GROMOS 96 43a1 và mẫu nước SPC. Các thông số dùng mô phỏng MD được dẫn ra trong chương 2.
Việc chạy MD có thời gian khác nhau được áp dụng cho từng mục tiêu gắn kết. Rõ ràng từ hình 3.30 và hình 3.31, trạng thái cân bằng của hệ phức hợp (dẫn