7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.3.1. Tương tác của các hợp chất alkaloid với HER2-TK
Khảo sát tương tác các hợp chất alkaloid trong cây TNHC với HER2-TK bằng phương pháp docking phân tử thu được kết quả về năng lượng tương tác (kcal/mol) và hằng số ức chế (μM) trình bày trong Bảng 3.4. Từ kết quả trong
Bảng 3.4, sự biến thiên năng lượng liên kết của các hợp chất alkaloid với HER2- TK được biểu diễn trong Hình 3.8.
Bảng 3.4. Kết quả docking các hợp chất alkaloid với HER2-TK
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 quay (kcal/mol) (2) Hằng số ức chế (μM) A-1 -7,66 -8,86 1,19 2,42 A-2 -6,25 -7,45 1,19 26,14 A-3 -8,68 -9,57 0,89 0,43 A-4 -7,99 -8,88 0,89 1,40 A-5 -6,10 -7,59 1,49 33,93 A-6 -6,71 -7,90 1,19 12,10 A-7 -6,98 -7,57 0,60 7,67 A-8 -7,68 -7,98 0,30 2,35 A-9 -6,78 -7,37 0,60 10,76 A-10 -7,18 -8,07 0,89 5,47 A-11 -8,40 -9,00 0,60 0,70 A-12 -8,07 -8,96 0,89 1,22 A-13 -7,80 -8,39 0,60 1,93 A-14 -7,47 -8,07 0,60 3,34 A-15 -7,39 -8,28 0,89 3,84 A-16 -6,92 -7,81 0,89 8,47 A-17 -7,62 -8,81 1,19 2,59 A-18 -7,15 -7,74 0,60 5,78 A-19 -6,89 -7,78 0,89 8,96
Hầu hết các hợp chất alkaloid trong cây TNHC đều có theo khung crinine và lycorine. Hình 3.8 cho thấy, năng lượng tương tác biến thiên từ -8,68 kcal/mol (A-3) đến -6,01 kcal/mol (A-5). Chúng tôi chia các hợp chất này thành 3 nhóm dựa trên năng lượng tự do liên kết (G) và khả năng ức chế của chúng với HER2-TK: nhóm ức chế kém là nhóm gồm những chất có năng lượng tương tác ít âm nhất, nằm trong khoảng từ -7,00 đến -6,00 kcal/mol; nhóm các hợp chất có khả năng ức chế trung bình với HER2-TK với năng lượng tương tác nằm trong khoảng -8,00 đến -7,00 kcal/mol; nhóm có ức chế tốt với HER-2 gồm những chất có năng lượng tương tác âm hơn -8,00 kcal/mol.
A-20 -7,93 -7,93 0,00 1,54 A-21 -6,68 -7,57 0,89 12,78 A-22 -6,97 -9,35 2,39 7,84 A-23 -7,45 -8,04 0,60 3,48 A-24 -7,59 -8,18 0,60 2,75 A-25 -7,98 -8,57 0,60 1,43 A-26 -7,90 -7,90 0,00 1,63 A-27 -6,97 -9,36 2,39 7,76 A-28 -6,70 -9,38 2,68 12,34 A-29 -7,94 -10,32 2,39 1,52 A-30 -6,72 -10,89 4,18 11,96 A-31 -6,57 -6,87 0,30 15,23 A-32 -8,02 -8,02 0,00 1,33 A-33 -6,76 -7,95 1,19 11,76 A-34 -6,91 -8,10 1,19 8,63
Hình 3.8. Đồ thị năng lượng tự do liên kết (ΔG - kcal/mol) của các phân tử hợp chất alkaloid với HER2-TK
( Vùng 1 là các hợp chất khung crinine; Vùng 2 là các hợp chất khung lycorine; Vùng 3 là các hợp chất khung belladine; Vùng 4 là hợp chất khung lycorenine; Vùng 5 là hợp chất
khung augustamine; Vùng 6 là các hợp chất khung cherylline.)
3.3.1.1. Nhóm tương tác tốt với HER2-TK
Các hợp chất thuộc nhóm ức chế tốt bao gồm: A-3, A-11, A-12 và A-32. Nhóm các phân tử này tạo tương tác khá tốt với HER2-TK, ta có thể thấy năng lượng tương tác của chúng tương đối thấp và tương đối gần với năng lượng tương tác của một số thuốc có nguồn gốc thiên nhiên được trình bày trong mục 3.2.
Trong bốn phân tử này, A-3, A-11 và A-12 thuộc nhóm các alkaloid khung crinine, A-32 là phân tử thuộc khung augustamine. Hình 3.9 (a, b, c) cho thấy các hợp chất A-3, A-11 và A-12 tạo nhiều tương tác với các amino acid nằm ở tâm hoạt động của HER2-TK, vì thế năng lượng tương tác liên phân tử của chúng với HER2-TK tương đối thấp. Bên cạnh đó, cấu tạo của A-3, A-11 và A-12 có ít các liên kết linh động có thể xoay tự do nên năng lượng tự do xoay thấp, do đó làm tăng tính ổn định khi tạo phức với thụ thể protein.
-9 -8.5 -8 -7.5 -7 -6.5 -6 -5.5 -5 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 N ăng lượng tự do l iên k ết (k cal /m ol ) Acaloids A-x 1 2 3 4 5 6
a) b)
c)
Hình 3.9. Tương tác alkaloid thuộc nhóm tương tác tốt với tâm hoạt động của HER2- TK (a) A-3/HER2-TK; b) A-11/HER2-TK; c) A-12/HER2-TK)
Phân tích chi tiết hơn về các tương tác của các phân tử A-3 (Hình 3.9.a), A- 11 (Hình 3.9.b) và A-12 (Hình 3.9.c) với HER2-TK, nhìn chung ta thấy, các phân tử này đều cùng thuộc nhóm phân tử khung crinine vì vậy cấu tạo của chúng có nét tương đồng. Khác với tương tác của camptothecin với HER2-TK – chủ yếu là các tương tác kị nước – tương tác của các phân tử này với HER2- TK xuất hiện nhiều liên kết hydrogen hơn. Chúng ta dễ dàng nhận thấy tương tác trong phức hợp của ba phân tử trên với thụ thể HER2-TK có nhiều điểm tương đồng. Các nhóm -OCH3 tạo liên kết hydrogen với các amino acid Ala751,
Leu796, Ile767 và Glu770, trong đó Ile767 và Glu770 là 2 amino acid thuộc chuỗi α-helixC nằm ở đầu N của thụ thể. Nguyên tử O ở dị vòng dioxalane tạo liên kết hydrogen với các amino acid Lys753 và Asp863 – amino acid thuộc motif DFG nằm ở vòng hoạt hóa. Ở phân tử A-3 còn có nhóm –OH tạo liên kết hydrogen với 2 amino acid Ser783 và Thr862. Bên cạnh các liên kết hydrogen còn có các tương tác alkyl và π-alkyl với một số amino acid khác như Met774 (thuộc chuỗi α-helixC), Phe864 (thuộc DFG motif nằm ở vòng hoạt hóa), Lys753, Leu785.
Hình 3.10. Tương tác của A-32 với tâm hoạt động của HER2-TK
Đối với phân tử A-32 thuộc bộ khung augustamine, phân tử này tạo ít tương tác với thụ thể protein, vì vậy năng lượng tương tác liên phân tử của phân tử A- 32 với HER2-TK không vượt trội so với các phân tử alkaloid khác (Bảng 3.4), tuy nhiên cấu tạo của A-32 hầu hết cấu tạo vòng, các liên kết không thể xoay tự do vì vậy tính ổn định phân tử cao.
3.3.1.2. Nhóm tương tác trung bình với HER2-TK
Phần lớn các alkaloid trong nhóm có khả năng tương tác trung bình với HER2-TK có cấu tạo từ khung lycorine với nhiều hợp chất có năng lượng tự do liên kết âm nhiều (nhỏ hơn -7,50 kcal/mol). Một số hợp chất còn lại của
khung crinine cũng cho thấy khả năng ức chế ở mức trung bình với HER2-TK. Bên cạnh đó, Bảng 3.4 cho thấy các hợp chất thuộc khung belladine cho năng lượng liên kết liên phân tử âm hơn nhiều so với các phân tử khác trong họ alkaloid. Tuy nhiên, các phân tử thuộc nhóm này có cấu tạo mềm dẻo với nhiều liên kết có thể xoay tự do nên năng lượng tự do xoay tăng và giảm tính ổn định khi liên kết với thụ thể protein. Vì vậy làm tăng năng lượng tự do liên kết của các hợp chất belladine với HER2-TK.
Hình 3.11 thể hiện tương tác của một số phân tử có khả năng ức chế trung bình với HER2-TK, các phân tử này đều có năng lượng tương tác âm xấp xỉ với các chất có khả năng ức chế tốt với nhiều tương tác được hình thành trong các phức. Khác với phức của nhóm tương tác tốt, các phức trên cho thấy tương tác kị nước có phần chiếm ưu thế hơn so với liên kết hydrogen. Mặc dù vậy, vẫn có nhiều điểm tương đồng giữa tương tác của các alkaloid có khả năng ức chế trung bình và ức chế tốt với HER2-TK. Liên kết hydrogen được hình thành giữa phân tử alkaloid với các amino acid Glu770, Ile767 và Asp863 của tâm hoạt động của thụ thể protein, ngoài ra, còn các tương tác kị nước với các amino acid Met774, Phe864, Lys753 và Leu785.
a) b)
c) d)
e)
Hình 3.11. Tương tác của một số hợp chất alkaloid có khả năng ức chế trung bình với
HER2-TK (a) A-4/HER2-TK; b) A-20/HER2-TK; c) A-25/HER2-TK; d) A-26/HER2-
3.3.1.3. Nhóm tương tác kém với HER2-TK
Các hợp chất thuộc nhóm có khả năng tương tác kém có năng lượng tự do liên kết ít âm hơn -7,00 kcal/mol. Tuy nhiên, có một số phân tử có năng lượng tương tác liên phân tử âm nhiều. Trong đó, các hợp chất thuộc khung belladine có năng lượng tương tác liên phân tử âm lớn như hợp chất latisolin (A-30) có năng lượng tương tác liên phân tử với HER2-TK là -10,89 kcal/mol, âm nhất trong số các alkaloid được chúng tôi lựa chọn khảo sát. Mặc dù vậy, các phân tử này có năng lượng tự do quay lớn, do đó làm tăng mạnh năng lượng tự do liên kết của các phân tử này với HER2-TK.
Các hợp chất A-27, A-28, A-30 đều là các hợp chất alkaloid thuộc khung belladine. Hình 3.12 cho thấy, các hợp chất này tạo nhiều tương tác với tâm hoạt động của HER2-TK, do đó các phức tạo bởi các hợp chất trên với HER2- TK có năng lượng tương tác liên phân tử âm nhiều. Các phân tử trên có cùng bộ khung, tuy nhiên sự hình thành tương tác giữa chúng với HER2-TK có nhiều điểm khác biệt. Trong khi A-27/HER2-TK, A-28/HER2-TK các tương tác kị nước chiếm ưu thế thì A-30/HER2-TK hầu như chỉ hình thành liên kết hydrogen.
Hình 3.12.c cho thấy, latisolin hình thành nhiều tương tác với các amino acid quan trọng trong tâm hoạt động của HER2-TK: Arg849 thuộc vòng xúc tác và Asp863 amino acid nằm trong vòng hoạt hóa của HER2-TK. Điều này cho thấy, mặc dù năng lượng tự do liên kết của các hợp chất này không tốt so với các alkaloid thuộc nhóm tương tác tốt nhưng vẫn có khả năng ức chế hoạt động của HER2-TK.
a) b)
c)
Hình 3.12. Tương tác của một số hợp chất alkaloid có khả năng ức chế kém với
HER2-TK (a) A-27/HER2-TK; b) A-28/HER2-TK; c) A-30/HER2-TK)
♦ Nhận xét chung: Từ các kết quả trên, có thể thấy các hợp chất alkaloid được chiết xuất từ cây TNHC có khả năng ức chế tốt với miền tyrosine kinase
của protein HER2. Tương tác trong các phức bền giữa các phân tử alkaloid và HER2-TK là các liên kết hydrogen và các tương tác kị nước alkyl, π-alkyl với các amino acid ở tâm hoạt động của HER2-TK, chủ yếu là các amino acid nằm ở chuỗi α-helixC của đầu N và DFG motif thuộc vòng hoạt hóa của HER2-TK. Các alkaloid có khả năng tương tác tốt có xu hướng tạo các liên kết hydrogen với các amino acid Ala751, Leu796, Ile767, Glu770, Lys753, Asp863 và các tương tác kị nước với các amino acid Met774, Phe864, Lys753, Leu785.