7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.3.3. Tương tác của các hợp chất khác với HER2-TK
Ngoài các hợp chất alkaloid và flavonoid, thành phần Trinh nữ hoàng cung còn có một số loại hợp chất khác như coumarine, ester,… Chúng tôi tiến hành mô phỏng một hợp chất coumarine và hai hợp chất ester nhằm tìm hiểu thêm về khả năng ức chế của các hợp chất này với HER2-TK.
Kết quả về mặt năng lượng cho thấy hợp chất coumarine có khả năng ức chế HER2-TK tương đối tốt hơn so với các hợp chất thuộc nhóm ester, tương đương với các hợp chất thuộc họ alkaloid có khả năng ức chế trung bình.
Bảng 3.6. Kết quả docking các hợp chất coumarine và ester với HER2-TK
Để hiểu rõ hơn tương tác giữa các hợp chất trên với HER2-TK, chúng tôi tiến hành phân tích các loại tương tác được hình thành trong các phức hợp của các hợp chất trên với HER2-TK.
Hình 3.15 cho thấy hợp chất coumarine và hai hợp chất ester tạo được nhiều tương tác với các amino acid tại tâm hoạt động của HER2-TK. Tương tác trong C/HER2-TK và D-2/HER2-TK có nhiều điểm tương đồng với nhau và với Camptothecin/ HER2-TK. Các liên kết hydrogen được hình thành với các amino acid Glu770, Lys753, Ser783, Asp863 ở cả hai phức hợp C/HER2-TK và D-2/HER2-TK. Ngoài ra, các tương tác alkyl và π-alkyl cũng được hình thành trong các phức hợp trên. Hợp chất coumarine tạo ra được nhiều tương tác kị nước với HER2-TK hơn hai hợp chất ester.
Kí hiệu Năng lượng tự do liên kết (kcal/mol) ( G = (1) + (2)) Năng lượng tương tác liên phân tử (kcal/mol) (1) Năng lượng tự do xoay (kcal/mol) (2) Hằng số ức chế (μM) C -7,62 -9,41 1,79 2,59 D-1 -6,07 -7,26 1,19 35,62 D-2 -6,29 -8,08 1,79 24,57
a) b)
c)
Hình 3.15. Tương tác của các hợp chất coumarine, ester với HER2-TK (a) C/HER2-
TK; b) D-1/HER2-TK; c) D-2/HER2-TK)
Về mặt tương tác, có thể nhận định rằng C và D-2 có khả năng tương tác khá tốt với HER2-TK. Tuy nhiên, khối lượng phân tử nhỏ là giảm năng lượng tương tác Van der Waal, bên cạnh đó, cấu trúc các phân tử này có nhiều liên kết có khả năng xoay tự do dẫn đến về mặt năng lượng, các hợp chất này được đánh giá chỉ có khả năng ức chế trung bình (C) và yếu (D-1 và D-2) so với các alkaloid và flavonoid.
KẾT LUẬN
Mô phỏng docking phân tử và phân tích tương tác của 4 phân tử thuốc tổng hợp, 6 phân tử thuốc thiên nhiên được FDA công nhận có hiệu quả trong hổ trợ và điều trị ung thư và 45 hợp chất thiên nhiên được chiết xuất từ các bộ phận thân, lá, hoa của cây Trinh nữ hoàng cung Việt Nam, chúng tôi thu được các kết quả sau:
- Trong số các loại thuốc tổng hợp hiện hành, lapatinib có hiệu quả ức chế hoạt động của HER2-TK tốt nhất. Chủ yếu tương tác giữa các thuốc tổng hợp với HER2-TK là các tương tác kị nước alkyl, π-alkyl, π-σ, π-π với phần nhánh của các amino acid nằm trong tâm hoạt động của HER2-TK. Ngoài ra giữa các phân tử thuốc và HER2-TK còn hình thành các liên kết hydrogen.
- Các loại thuốc có nguồn gốc từ thiên nhiên cũng có hiệu quả ức chế tốt với HER2-TK. Trong đó, camptothecin cho kết quả ức chế tối ưu nhất trong các phân tử được khảo sát. Tương tác giữa các phân tử này với HER2-TK phần lớn là các tương tác kị nước tương tự các phân tử thuốc tổng hợp.
- Phân tích khả năng ức chế HER2-TK của các phân tử hợp chất thiên nhiên với HER2-TK cho thấy một số hợp chất trong Trinh nữ hoàng cung có khả năng ức chế tốt với HER2-TK
+ Các hợp chất alkaloid chiếm số lượng lớn trong thành phần của Trinh nữ hoàng cung. Trong số 34 hợp chất khảo sát, các hợp chất ambelline, undulatine, 6-hydroxyundulatine và augustamine có khả năng ức chế HER2- TK tốt nhất. Tương tác hình thành chủ yếu là liên kết hydrogen với các amino acid Ala751, Leu796, Ile767, Glu770, Lys753, Asp863 ngoài ra còn có các tương tác kị nước với các amino acid Met774, Phe864, Lys753, Leu785.
+ Các hợp chất flavonoid chiếm số lượng nhỏ tuy nhiên có khả năng ức chế tốt với HER2-TK. Hợp chất kaempferol-3-O-β-D-glucopyranoside là chất có tiềm năng nhất trong việc ức chế hoạt động của HER2-TK trong nhóm các hợp chất flavonoid được khảo sát. Tương tác giữa các phân tử flavonoid với thụ thể chủ yếu là các liên kết hydrogen với Asp863, Lys753, Met801, Arg849 và Ser783. Các tương tác kị nước được hình thành với các amino acid Val734, Ala751, Leu852, Leu826, Phe1004 và Lys753 góp phần làm tăng khả năng ức chế thụ thể của các hợp chất flavonoid.
+ Hai loại hợp chất khác là coumarine và ester có khả năng ức chế HER2- TK kém hơn so với các hợp chất alkaloid và flavonoid.
KIẾN NGHỊ
- Tiến hành phân tích cấu trúc electron của các phân tử hợp chất có tiềm năng ức chế hoạt động của miền tyrosine kianse của thụ thể HER2 nhằm hiểu rõ bản chất khả năng tạo liên kết giữa phối tử và thụ thể.
- Tiến hành thực hiện mô phỏng ở các phương pháp tốt hơn như mô phỏng động lực học phân tử nhằm đánh giá sâu hơn khả năng ức chế của một số hợp chất tiềm năng với miền tyrosine kianse của thụ thể HER2.
- Mở rộng khảo sát nghiên cứu hoạt tính sinh học của các hợp chất trong các loại cây thuốc khác ở Việt Nam với miền tyrosine kianse của thụ thể HER2.
- Mở rộng khảo sát nghiên cứu hoạt tính sinh học của các hợp chất trong Trinh nữ hoàng cung Việt Nam với các thụ thể protein khác.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Futreal, P. A. et al. (2004), “A census of human cancer genes.”, Nature Reviews Cancer, 4, pp. 177–183.
[2] T. Faltus, et al. (2004), “Silencing of the HER2/neu gene by siRNA inhibits proliferation and induces apoptosis in HER2/neu- overexpressing breast cancer cells”, Neoplasia, 6(6), pp. 786–795. [3] G. Yang, et al. (2004), “Inhibition of breast and ovarian tumor growth
through multiple signaling pathways by using retrovirus-mediated small interfering RNA against Her-2/neu gene expression”, The Journal of Biological Chemistry, 279(6), pp. 4339–4345.
[4] K. Sakai, et al. (1986), “Expression of epidermal growth factor receptors on normal human gastric epithelia and gastric carcinomas”, Journal of the National Cancer Institute, 77(5), pp. 1047–1052.
[5] S. Uchino, et al. (1993), “Overexpression of c-erbB-2 protein in gastric cancer. Its correlation with long-term survival of patients”, Cancer, 72(11), pp. 3179–3184.
[6] S. Signoretti, et al. (2000), “Her-2-neu expression and progression toward androgen independence in human prostate cancer”, Journal of the National Cancer Institute, 92(23), pp. 1918–1925.
[7] Sawyers, C. (2000), “Targeted cancer therapy.”, Nature, 432, pp. 294– 297.
[8] L.K. Shawver, D. Slamon, A. Ullrich (2002), “Smart drugs: tyrosine kinase inhibitors in cancer therapy”, Cancer Cell, 1(2), pp. 117– 123.
[9] Aggarwal BB, Shishodia S (2006), “Molecular targets of dietary agents for prevention and therapy of cancer.”, Biochem Pharmacol, 71, pp. 1397–1421.
[10] Koehn FE, Carter GT (2005), “The evolving role of natural products in drug discovery.”, Nature Reviews Drug Discovery, 4, pp. 206–220. [11] Đỗ Huy Bích (2006), Cây thuốc và động vật làm thuốc ở Việt Nam, Nhà
xuất bản Khoa học và kỹ thuật Hà Nội, Hà Nội, Tập II.
[12] Võ Văn Chi (2004), Từ điển thực vật thông dụng, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, Hà Nội, Tập I.
[13] Võ Thị Bạch Huệ (2000), Góp phần nghiên cứu sàng lọc cây thuốc hướng tác dụng trị ung thư, chuyên khảo cây Trinh nữ hoàng cung (Crinum latifolium L., Amaryllidaceae), Luận án tiến sĩ Dược học, Đại học Y Dược Thành phố Hồ Chí Minh, Thành phố Hồ Chí Minh. [14] Vũ Kiên, Lê Văn Thảo, Nguyễn Phương Dung (2004), “Nghiên cứu Panacrin điều trị hỗ trợ bệnh nhân ung thư dạ dày”, Tạp chí Y học Thành phố Hồ Chí Minh, 8(4), tr. 184-190.
[15] Nguyễn Thị Tuyết Lan, Chu Quốc Trường, Lê Anh Thư (2005), “Nghiên cứu tác dụng lâm sàng viên nang Trinh nữ hoàng cung điều trị phì đại lành tính tuyến tiền liệt”, Tạp chí nghiên cứu Y dược học cổ truyền Việt Nam, 15, tr. 12-17.
[16] Nguyễn Thị Ngọc Trâm, Phan Thị Phi Phi, Phan Thị Thu Anh, Nguyễn Văn Đô (2013), “Tác dụng tăng cường chức năng miễn dịch chuyên nhiệm chống ung thư của Crilin T”, Tạp chí Dược học, 445, pp. 22- 26.
[17] Berkov S., Romani S., Herrera M., Viladomat F. (2011), “Antiproliferative Alkaloids from Crinum zeylanicum”,
Phytotherpy Research, 25, pp. 1686-1692.
[18] Cao Z., Yu D., Fu S. (2013), “Lycorine hydrochloride selectively inhibits human ovarian cancer cell proliferation and tumor neovascularization with very low toxicity”, Toxicology Letters, 218(2), pp. 174-185.
[19] Fennell C.W., Van Staden J. (2001), “Crinum species in traditional and modern medicine”, Journal of Ethnopharmacology, 78(1), pp. 15- 26.
[20] Ghosal S., Shanthy A., Mukhopadhyay M., Sarkar M.K. (1988), “Mast cell stabilizing effect of Glucan A and Phosphatidyl-lycorine isolated from Crinum latifolium L.”, Phytotherapy Research, 2(2), pp. 76-79.
[21] Ghosal S., Singh S.K. (1986), “Chemical constituents of Amaryllidaceae. Part 24. Crinafoline and crinafolidine, two anti- tumour alkaloids from Crinum latifolium L.”, Journal of Chemical Research, pp. 312-313.
[22] Marcel J., Nguyen T.N.T., Wondrak A. (2011), “Crinum latifolium leave extracts suppress immune activation cascades in peripheral blood
mononuclear cells and proliferation of prostate tumor cells”,
Scientica Pharmaceutica, 79(2), pp. 323- 335.
[23] Burgess AW, Cho HS, Eigenbrot C, et al. (2003), “An open-and-shut case? Recent insights into the activation of EGF/ErbB receptors.”,
Molecular Cell, 12(3), pp. 541–552.
[24] Wanyi Tai, Rubi Mahato, Kun Cheng (2010), “The role of HER2 in cancer therapy and targeted drug delivery”, Journal of Controlled Release, 146, pp. 264–275.
[25] I. Hellstrom, et al. (2001), “Overexpression of HER-2 in ovarian carcinomas”, Cancer Research, 61(6), pp. 2420–2423.
[26] R. Nahta, et al. (2006), “Mechanisms of disease: understanding resistance to HER2 targeted therapy in human breast cancer”,
Nature Clinical Practice Oncology, 3(5), pp. 269–280.
[27] M.J. Piccart-Gebhart, et al. (2005), “Trastuzumab after adjuvant chemotherapy in HER2- positive breast cancer”, The New England Journal of Medicine, 353(16), pp. 1659–1672.
[28] E.H. Romond, et al. (2005), “Trastuzumab plus adjuvant chemotherapy for operable HER2-positive breast cancer”, The New England Journal of Medicine, 353(16), pp. 1673–1684.
[29] D.A. Cameron, S. Stein (2008), “Drug Insight: intracellular inhibitors of HER2-clinical development of lapatinib in breast cancer”, Nature Clinical Practice Oncology, 5(9), pp. 512–520.
[30] Yim-im et al. (2014), “Computational analyses of curcuminoid analogs against kinase domain of HER2”, BMC Bioinformatics, 15, pp. 261. [31] Tirumalasetty Muni, et al. (2016), “Development of novel HER2 inhibitors against gastric cancer derived from flavonoid source of Syzygium alternifolium through molecular dynamics and pharmacophore-based screening”, Drug Design, Development and Therapy, 10, pp. 3611–3632.
[32] Nguyen H.N., Jae Y.Y. (2009), “NF-kB inhibitory activities of the methanol extracts and some constituents therein of some Vietnamese medicinal plants”, Scientia Pharmaceutica, 77(2), pp. 389-399.
[33] Ghosal S., Saini K.S., Razdan S. (1985), “Crinum alkaloids: their chemistry and biology”, Phytochemistry, 24(10), pp. 2141-2156. [34] Rahman MM, Karim MR, Ahsan MQ, Khalipha ABR, Chowdhury MR,
Saifuzzaman M. (2012), “Use of computer in drug design and drug discovery: A review.”, International Journal of Pharmacy and Life Sciences, 1, pp. 1-21.
[35] Kalyani G. (2013), “A review on drug designing, methods, its applications and prospects.”, International Journal of Pharmaceutical Research and Development, 5, pp. 15-30.
[36] Masoudi-Nejad A, Mousavian Z, Bozorgmehr JH. (2013), “Drug-target and disease networks: polypharmacology in the post-genomic era.”,
In Silico Pharmacology, 1, pp. 17.
[37] Suryawanshi SB, Nazeruddin GM. (2013), “Computer aided drug discovery and development-an important need of the hour.”,
International Journal of Pharmacy and Life Sciences, 2, pp. 293- 96.
[38] Holtje H. D., Sippl W., Rognan D., Folkers G. (2003), Molecular Modeling: Basic Principles and Application, Wiley-VCH, Verlag GmbH & Co. KGaA Weinheim, Germany, 3rd edition.
[39] Tamanna Narsinghani, Mukesh C. Sharma, Sakshi Bhargav (2012),
Synthesis, docking studies and antioxidant activity of some chalcone and aurone derivatives, Springer Science, United State. [40] Chattaraj P. K. (2009), Chemical reactivity theory: a density functional
view, CRC press, United State.
[41] King R., Silaghi-Dumitrescu I. and Kun A. (2002), “A density functional theory study of five-, six-and seven-atom germanium clusters: distortions from ideal bipyramidal deltahedra in hypoelectronic structures”, Journal of the Chemical Society, pp. 3999-4004.
[42] Lengauer T. and Rarey M. (1996), “Computational methods for biomolecular docking”, Current opinion in structural biology, 6, pp. 402-406.
[43] Narsinghani T., Sharma M. C. and Bhargav S. (2013), “Synthesis, docking studies and antioxidant activity of some chalcone and
aurone derivatives”, Medicinal Chemistry Research, 22, pp. 4059- 4068.
[44] Kuntz I. D., Blaney J. M., Oatley S. J., Langridge R. and Ferrin T. E. (1982), “A geometric approach to macromolecule-ligand interactions”, Journal of molecular biology, 161, pp. 269-288. [45] Muegge I. and Rarey M. (2001), “Small molecule docking and scoring”,
Reviews in computational chemistry, 17, pp. 1-60.
[46] Miller M. D., Kearsley S. K., Underwood D. J. and Sheridan R. P. (1994), “FLOG: a system to select ‘quasi-flexible’ligands complementary to a receptor of known three-dimensional structure”, Journal of computer-aided molecular design, 8, pp. 153- 174.
[47] Sousa S. F., Fernandes P. A. and Ramos M. J. (2006), “Protein–ligand docking: current status and future challenges”, Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics, 65, pp. 15-26.
[48] Morris G. M., Goodsell D. S., Halliday R. S., Huey R., Hart W. E., Belew R. K. and Olson A. J. (1998), “Automated docking using a Lamarckian genetic algorithm and an empirical binding free energy function”, Journal of computational chemistry, 19, pp. 1639-1662. [49] Taylor R. D., Jewsbury P. J. and Essex J. W. (2002), “A review of
protein-small molecule docking methods”, Journal of computer- aided molecular design, 16, pp. 151-166.
[50] Holland J. (1975), Adaptation in Natural and Artificial Systems, Mich. Univ. Press, Ann Arbor, Michigan, United State.
[51] Mitchell J. B., Nandi C. L., McDonald I. K., Thornton J. M. and Price S. L. (1994), “Amino/aromatic interactions in proteins: is the evidence stacked against hydrogen bonding?”, Journal of molecular biology, 239, pp. 315-331.
[52] Lamarck J.-B. (1914), Zoological Philosophy, translated by Hugh Elliot, Macmillan and Co., London.
[53] Hart W. E. (1994), Adaptive global optimization with local search, Citeseer.
[54] Norberg J. and Nilsson L. (2003), “Advances in biomolecular simulations: methodology and recent applications”, Quarterly Reviews of Biophysics, 36, pp. 257.
[55] Kitchen D. B., Decornez H., Furr J. R. and Bajorath J. (2004), “Docking and scoring in virtual screening for drug discovery: methods and applications”, Nature reviews Drug discovery, 3, pp. 935-949. [56] Erickson J. A., Jalaie M., Robertson D. H., Lewis R. A. and Vieth M.
(2004), “Lessons in molecular recognition: the effects of ligand and protein flexibility on molecular docking accuracy”, Journal of medicinal chemistry, 47, pp. 45-55.
[57] Österberg F., Morris G. M., Sanner M. F., Olson A. J. and Goodsell D. S. (2002), “Automated docking to multiple target structures: incorporation of protein mobility and structural water heterogeneity in AutoDock”, Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics, 46, pp. 34-40.
[58] Hart T. N. and Read R. J. (1992), “A multiple‐start Monte Carlo docking method”, Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics, 13, pp. 206-222.
[59] Oshiro C. M., Kuntz I. D. and Dixon J. S. (1995), “Flexible ligand docking using a genetic algorithm”, Journal of computer-aided molecular design, 9, pp. 113-130.
[60] Desmet J., De Maeyer M., Hazes B. and Lasters I. (1992), “The dead- end elimination theorem and its use in protein side-chain positioning”, Nature, 356, pp. 539-542.
[61] Leach A. R. (1994), “Ligand docking to proteins with discrete side-chain flexibility”, Journal of molecular biology, 235, pp. 345-356.
[62] Knegtel R. M., Kuntz I. D. and Oshiro C. (1997), “Molecular docking to ensembles of protein structures”, Journal of molecular biology, 266, pp. 424-440.
[63] Brooks B. R., Bruccoleri R. E., Olafson B. D., States D. J., Swaminathan S. a. and Karplus M. (1983), “CHARMM: a program for macromolecular energy, minimization, and dynamics calculations”,
Journal of computational chemistry, 4, pp. 187-217.
[64] Böhm H.-J. (1998), “Prediction of binding constants of protein ligands: a fast method for the prioritization of hits obtained from de novo
design or 3D database search programs”, Journal of computer-aided molecular design, 12, pp. 309-309.
[65] Christopher W. Murray, Timothy R. Auton & Matthew D. Eldridge (1998), “Empirical scoring functions. II. The testing of an empirical scoring function for the prediction of ligand-receptor binding affinities and the use of Bayesian regression to improve the quality of the model”, Journal of Computer-Aided Molecular Design, 12,
pp. 503–519.
[66] Böhm H.-J. (1994), “The development of a simple empirical scoring function to estimate the binding constant for a protein-ligand complex of known three-dimensional structure”, Journal of computer-aided molecular design, 8, pp. 243-256.
[67] Eldridge M. D., Murray C. W., Auton T. R., Paolini G. V. and Mee R. P. (1997), “Empirical scoring functions: I. The development of a fast empirical scoring function to estimate the binding affinity of ligands in receptor complexes”, Journal of computer-aided molecular design, 11, pp. 425-445.
[68] Wang R., Liu L., Lai L. and Tang Y. (1998), “SCORE: A new empirical method for estimating the binding affinity of a protein-ligand complex”, Molecular modeling annual, 4, pp. 379-394.
[69] Charifson P. S., Corkery J. J., Murcko M. A. and Walters W. P. (1999), “Consensus scoring: A method for obtaining improved hit rates from docking databases of three-dimensional structures into proteins”, Journal of medicinal chemistry, 42, pp. 5100-5109. [70] de Freitas R. F. and Schapira M. (2017), “A systematic analysis of atomic
protein–ligand interactions in the PDB”, Medchemcomm, 8, pp. 1970-1981.
[71] Son Tung Ngo, Mai Suan Li (2013), “Top-leads from natural products for treatment of Alzheimer’s disease: docking and molecular dynamics study”, Molecular Simulation, 39 (4), 279-291.
[72] Son Tung Ngo, et al. (2019), “In vitro and in silico determination of glutaminyl cyclase inhibitors”, The Royal Society of Chemistry, 9, 29619–29627.
[73] Son Tung Ngo, Mai Suan Li (2012), “Curcumin Binds to Aβ1–40 Peptides and Fibrils Stronger Than Ibuprofen and Naproxen”, The Journal of Physical Chemistry B, 116, 10165 −10175.
[74] Son Tung Ngo, et al. (2020), “Autodock Vina Adopts More Accurate Binding Poses but Autodock4 Forms Better Binding Affinity”,
Journal of Chemical Information and Modeling, 60, 204-111. [75] R.M. Neve, H.A. Lane, N.E. Hynes (2001), “The role of overexpressed
HER2 in transformation”, Annals of Oncology., 12, pp. 9–13. [76] I. Lax, et al. (1988), “Localization of a major receptor-binding domain
for epidermal growth factor by affinity labeling”, Molecular Cellular Biology, 8(4), pp. 1831 –1834
[77] R.J. Pietras, et al. (1995), “HER-2 tyrosine kinase pathway targets estrogen receptor and promotes hormone-independent growth in human breast cancer cells”, Oncogene, 10(12) , pp. 2435–2446. [78] P.P. Di Fiore, et al. (1987), “erbB-2 is a potent oncogene when
overexpressed in NIH/3T3 cells, Science, 237(4811), pp. 178–182. [79] J.W. Park, et al. (2008), “Unraveling the biologic and clinical
complexities of HER2”, Clinical Breast Cancer, 8(5), pp. 392–401. [80] S.J. Fleishman, J. Schlessinger, N. Ben-Tal (2002), “A putative molecular-activation switch in the transmembrane domain of erbB2”, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 99(25), pp. 15937–15940.
[81] S. Sharpe, K.R. Barber, C.W. Grant (2000), Val(659)→Glu mutation within the transmembrane domain of ErbB-2: effects measured by 2H NMR in fluid phospholipid bilayers”, Biochemistry, 39(21), pp. 6572–6580.
[82] S.E. Telesco, R. Radhakrishnan (2009), “Atomistic insights into regulatory mechanisms of the HER2 tyrosine kinase domain: a molecular dynamics study”, Biophysical Journal, 96(6), pp. 2321–