5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.4. DOCKING PHÂN TỬ CÁC HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN TRONG CÂY LÁ ĐẮNG
HER2-TK
Tƣơng tự nhƣ trên, các hợp chất thiên nhiên trong cây Lá đắng đƣợc tải về từ ngân hàng cơ sở dữ liệu phân tử Pubchem sau đó đƣợc tối ƣu hóa hình học bằng phần mềm lƣợng tử Gaussian09 ở mức lí thuyết PM6. Thực hiện docking phân tử HER2-TK với 20 hợp chất đã đƣợc tối ƣu hóa ở mức lí thuyết PM6.
3.4.1. Các hợp chất flavonoid
Khảo sát tƣơng tác các hợp chất flavonoid trong cây Lá đắng với miền tyrosine kinase của thụ thể HER2 bằng phƣơng pháp docking phân tử, kết quả về các năng lƣợng tƣơng tác và hằng số ức chế đƣợc trình bày trong Bảng 3.9.
Bảng 3.9. Kết quả docking phân tử của các hợp chất flavonoid với thụ thể HER2-TK (mã PDB: 3PP0)
Bảng 3.9 cho ta thấy, có hai hợp chất có năng lƣợng liên kết âm hơn so với năng lƣợng liên kết trong phức HER2-TK/Erlotinib. Để hiểu rõ hơn tƣơng tác và khả năng ức chế của các flavonoid này với HER2-TK, tiến
Kí hiệu Năng lƣợng liên kết (kcal/mol) Năng lƣợng tƣơng tác (kcal/mol) Năng lƣợng quay tự do (kcal/mol) F-1 -8,01 -9,50 1,49 F-2 -9,90 -13,18 3,28 F-3 -10,76 -14,04 3,28 F-4 -7,48 -9,27 1,79 Erlotinib -8,39 -11,38 2,98
hành phân tích liên kết trong các phức HER2-TK/F-1, HER2-TK/F-2, HER2-TK/F-3 và HER2-TK/F-4.
a) Tƣơng tác HER2-TK/F-1 b) Tƣơng tác HER2-TK/F-2
c) Tƣơng tác HER2-TK/F-3 d) Tƣơng tác HER2-TK/F-4
F-2 và F-3 có năng lƣợng liên kết với EGFR-TK âm hơn so với thuốc Erlotinib. Tƣơng tác trong 2 phức HER2-TK/ F-2 và HER2-TK/ F-3 đều có những tƣơng tác quan trọng sau: liên kết hydrogen với Met801 và Asp863; đều có tƣơng tác kị nƣớc với những amino acid nhƣ: Val734, Ala751 và Leu852 tƣơng tự nhƣ trong phức HER2-TK/ Erlotinib; tạo đƣợc liên kết hydrogen với Cys805. Nên về cơ bản, F-2 và F-3 có đầy đủ 3 phần của một chất ức chế cạnh tranh với ATP. So sánh giữa F-2 và F-3, thì năng lƣợng tƣơng tác của F-3 (-13,18 kcal/mol) lớn hơn năng lƣợng tƣơng tác của F-2 (-14,04 kcal/mol), nguyên nhân là do số tƣơng tác của F-3 với HER2-TK nhiều hơn so với tƣơng tác mà F-2 có thể tạo ra (quan sát hình 3.9b và 3.9c). Đồng thời, năng lƣợng quay tự do của hai hợp chất bằng nhau (3,28 kcal/mol), dẫn đến năng lƣợng liên kết của F-3 lớn hơn so với năng lƣợng liên kết của F-2. Cả hai hợp chất đều là những chất ức chế tiềm năng với HER2-TK.
Hai hợp chất F-1 và F-4 có năng lƣợng liên kết lớn hơn so với thuốc Erlotinib. Phân tích tƣơng tác của hai hợp chất trong hình 3.9a và 3.9d. F-1 cũng hình thành liên kết hydrogen với Met801 và Asp863 và tƣơng tác kị nƣớc với Val734, Ala751, Lys753, Leu852. Trong khi đó, F-4 chỉ hình thành liên kết hydrogen với Met801 và tƣơng tác kị nƣớc với Val734, Ala751, Leu852. Số lƣợng tƣơng tác trong phức HER2-TK/ F-1 và HER2- TK/F-4 không nhiều. Đồng thời, cấu trúc của F-1 và F-4 nhỏ gọn, ít linh động nên khi chui vào túi kị nƣớc để hình thành tƣơng tác, làm biến thiên entronpy của hệ ít thay đổi, dẫn đến năng lƣợng tƣơng tác nhỏ. Thêm vào đó, năng lƣợng quay tự do của hai phức này nhỏ (1,49 kcal/mol và 1,79 kcal/mol) làm cho năng lƣợng liên kết âm. Tuy vậy, bộ khung của hai hợp chất này có tiềm năng nghiên cứu để phát triển trở thành chất ức chế mới với thụ thể HER2-TK.
3.4.2. Các hợp chất terpenoid
Mô phỏng docking phân tử các hợp chất terpennoid với thụ thể HER2-TK thu đƣợc kết quả các giá trị năng lƣợng trình bày trong Bảng 3.10.
Bảng 3.10. Kết quả docking phân tử các hợp chất terpenoid với thụ thể HER2-TK (mã: 3PP0)
Kí hiệu Năng lƣợng liên kết (kcal/mol) Năng lƣợng tƣơng tác (kcal/mol) Năng lƣợng quay tự do (kcal/mol) T-1 -9,02 -10,81 1,79 T-2 -8,23 -9,43 1,19 T-3 -8,62 -10,40 1,79 T-4 -9,28 -11,07 1,79 T-5 -7,07 -10,05 2,98 T-6 -7,51 -8,11 0,6 T-7 -8,63 -9,82 1,19 T-8 -7,71 -8,30 0,6 T-9 -8,62 -9,82 1,19 T-10 -8,34 -11,62 3,28 T-11 -7,31 -11,49 4,18 Erlotinib -8,39 -11,38 2,98 Dựa vào Bảng 3.10, các terpenoid đƣợc chia thành hai nhóm. Nhóm gồm những chất có năng lƣợng liên kết âm hơn so với thuốc Erlotinib: T-1, T-3, T-4, T-7, T-9. Nhóm gồm những chất có năng lƣợng liên kết lớn hơn so với thuốc Erlotinib. Phân tích chi tiết những hợp chất thuộc nhóm có năng lƣợng liên kết âm hơn so với thuốc chúng tôi đƣợc Hình 3.10.
a) Tƣơng tác HER2-TK/T-1 b) Tƣơng tác HER2-TK/T-3
e) Tƣơng tác HER2-TK/T-9
Hình 3.10. Tƣơng tác của những terpenoid có năng lƣợng liên kết âm hơn so với thuốc Erlotinib
Trong nhóm này, T-4 là hợp chất có năng lƣợng liên kết với HER2- TK âm nhất. Nguyên nhân là T-4 vừa hình thành liên kết hydrogen với amino acid Met801 nằm ở vùng bản lề, vừa liên kết hydrogen với Asp863 ở dải DFG. Độ dài hai liên kết này lần lƣợt là 1,67 Å và 1,78 Å nhỏ hơn so với độ dài liên kết hydrogen của Erlotinib với Met801 (2,04 Å), nên liên kết hydrogen trong phức HER2-TK/ T-4 bền hơn. Năng lƣợng quay tự do của T-4 nhỏ (1,79 kcal/mol) đây là nguyên nhân chính dẫn đến năng lƣợng liên kết của T-4 âm nhiều. Tuy nhiên, vì không tạo đƣợc nhiều tƣơng tác kị nƣớc, nên phức hình thành giữa T-4 và HER2-TK kém ổn định. Vì vậy, T- 4 cần đƣợc nghiên cứu và phát triển thêm để trở thành chất ức chế tiềm năng đối với thụ thể HER2 tyrosine kinase.
T-1 là trƣờng hợp tƣơng tự nhƣ T-4. Hợp chất T-4 cũng hình thành: liên kết hydrogen với Met801 và Asp863, tƣơng tác kị nƣớc với Val734 và Leu852. Ngoài ra, T-1 còn có liên kết hydrogen với amino acid Cys805 của thùy C kinase. Về cơ bản, T-1 có đầy đủ tƣơng tác của một chất ức chế
cạnh tranh với ATP. Tuy nhiên, vì số lƣợng tƣơng tác kị nƣớc ít nên T-1 có khả năng ức chế HER2-TK không tốt.
Những hợp chất T-3, T-7, T-9 có năng lƣợng liên kết gần bằng nhau, lần lƣợt là: -8,62 kcal/mol, -8,63 kcal/mol và -8,62 kcal/mol. Ngoại trừ T-7 chỉ hình thành liên kết hydrogen với Met801 thì T-3 và T-9 đều hình thành liên kết hydrogen với cả Met801 và Asp863. Cả 3 hợp chất đều có tƣơng tác kị nƣớc với với Leu726, Val734, Cys805 và không hình thành liên kết hydrogen với amino acid nào thuộc thùy C. Với lƣợng tƣơng tác ít nhƣ vậy, năng lƣợng liên kết của ba hợp chất âm là do năng lƣợng quay tự do của chúng nhỏ (1,79 kcal/mol). Bên cạnh đó, phân tử khối của T-3, T-7, T-9 nhỏ, nên khó cạnh tranh lại với ATP trong việc tiếp cận với túi kị nƣớc của HER2-TK.
Nhóm chất có năng lƣợng liên kết lớn hơn thuốc bao gồm: T-2, T-5, T-6, T-8, T-10, T-11. Tiên hành phân tích tƣơng tác của những hợp chất này, chúng tôi thu đƣợc Hình 3.11.
c) Tƣơng tác HER2-TK/T-6 d) Tƣơng tác HER2-TK/T-8
e) Tƣơng tác HER2-TK/T-10 f) Tƣơng tác HER2-TK/T-11
Hình 3.11. Tƣơng tác của những terpenoid có năng lƣợng liên kết lớn hơn thuốc Erlotinib.
Dựa vào hình 3.11, T-10 có tƣơng tác nổi bật nhất. T-10 hình thành liên kết hydrogen với Met801 (1,82 Å) bền hơn so với liên kết hydrogen với vùng bản lề của Erlotinib (2,04 Å). T-10 hình thành tƣơng tác với các amino acid: Val734, Ala751, Leu852. T-10 hình thành liên kết hydrogen với Cys805 thuộc thùy C. Nhƣ vậy, T-10 có đầy đủ 3 phần của một chất ức
chế cơ bản. Nên dù năng lƣợng liên kết của T-10 có lớn hơn so với thuốc, thì T-10 vẫn đƣợc đánh giá là chất ức chế HER2-TK tiềm năng.
Nhìn hình 3.11a, T-2 cũng có đầy đủ 3 phần của một chất ức chế cơ bản: liên kết hydrogen với Met801; tƣơng tác kị nƣớc với: Val734, Leu852 và liên kết hydrogen với Cys805. Nhƣng vì năng lƣợng quay tự do của T-2 nhỏ (1,19 Å), nên khi tạo phức T-2 kém linh động, cứng nhắc để dễ dẫn đến va chạm làm cho entronpy của hệ tăng dẫn đến năng lƣợng tƣơng tác tăng. Nên T-2 cần đƣợc nghiên cứu và phát triển thêm để trở thành chất ức chế đƣợc HER2-TK.
Đối với T-6, năng lƣợng tƣơng tác của T-6 nhỏ là do liên kết hydrogen với Met801 kém bền (2,29 Å) mặc dù số lƣợng tƣơng tác ankyl của T-6 nhiều: Leu726, Val734, Ala751, Cys805 và Leu852. Năng lƣợng quay tự do của T-6 rất nhỏ (0,6 kcal/mol) cũng làm cản trở tính ổn định của phức HER2-TK/ T-6. Nên T-6 không là chất ức chế tốt với sự biểu hiện quá mức HER2 tyrosine kinase.
Tƣơng tác của các hợp chất T-5, T-8, T-11 chủ yế là tƣơng tác kị nƣớc và không có tƣơng tác hình thành giữa hợp chất với các amino acid quan trọng thuộc vùng bản lề hay dải DFG. Năng lƣợng quay tự do của T-5 và T-8 thì quá nhỏ ( 0,6 kcal/mol) còn năng lƣợng quay tự do của T-11 thì quá lớn (4,18 kcal/mol) điều này làm cho khi các hợp chất chui vào túi kị nƣớc để hình thành tƣơng tác, sẽ gây nên những va chạm với không gian bên trong làm cho entronpy của hệ tăng, dẫn đến năng lƣợng tƣơng tác tăng. Do đó, T-5, T-8, T-11 ức chế kém với tyrosine kinase HER2.
3.4.3.Các hợp chất khác
Tƣơng tự các nhóm chất trên, chúng tôi tiến hành phân loại và mô phỏng docking phân tử tƣơng tác từng nhóm hợp chất kết quả về các loại năng lƣợng và hằng số ức chế trình bày trong Bảng 3.11.
Bảng 3.11. Kết quả docking phân tử các hợp chất khác với thụ thể HER2-TK (mã PDB: 3PP0) Kí hiệu Năng lƣợng liên kết (kcal/mol) Năng lƣợng tƣơng tác (kcal/mol) Năng lƣợng quay tự do (kcal/mol) C-1 -7,92 -8,81 0,89 C-2 -7,46 -11,93 4,47 C-3 -11,62 -13,11 1,49 C-4 -6,64 -11,11 4,47 C-5 -7,51 -11,98 4,47
Các hợp chất trong nhóm này (trừ C-3) đều có năng lƣợng quay tự do quá lớn (4,47 kcal/mol) hoặc năng lƣợng quay tự do quá nhỏ (0,89 kcal/mol), làm cho phức hình thành giữa những hợp chất này với HER2- TK không ổn định, khó cạnh tranh với ATP trong túi kị nƣớc. Phân tích tƣơng tác của những hợp chất thuộc nhóm này với HER2-TK để làm sang tỏ thêm vấn đề trên.
c) Tƣơng tác HER2-TK/C-3 d) Tƣơng tác HER2-TK/C-4
e) Tƣơng tác HER2-TK/C-5
Hình 3.12. Tƣơng tác của các hợp chất khác với thụ thể HER2-TK (mã PDB: 3PP0)
Quan sát hình 3.12, tƣơng tác chủ yếu của các hợp chất này với HER2-TK là tƣơng tác kị nƣớc. Chúng hình thành tƣơng tác kị nƣớc với những amino acid sau: Leu726, Val734, Ala751, Lys753, Met774, Leu785, Leu852 và Phe864. Số lƣợng tƣơng tác kị nƣớc nhiều, thêm vào đó là cấu trúc của các hợp chất hoặc là quá cứng nhắc hoặc là quá linh động, làm cho khi đƣa vào docking phân tử xảy ra nhiều va chạm với túi kị nƣớc, làm biến thiên entronpy tăng, dẫn đến năng lƣợng tƣơng tác lớn. Trong khi những liên kết cần thiết mang tính cạnh tranh thì không có. Do đó những hợp chất này không có khả năng cạnh tranh ATP trong HER2-TK. Ngoại trừ, C-3 có năng lƣợng liên kết âm nhất. Mặc dù C-3 không hình thành liên kết
hydrogen với các amino acid bản lề hay dải DFG, nhƣng C-3 lại hình thành tƣơng tác với các amino acid nằm sâu bên trong túi kị nƣớc. C-3 là hợp chất tiềm năng, có thể nghiên cứu và mở rộng trong điều trị ung thƣ do biểu hiện quá mức của HER2-TK.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN
Từ các kết quả nghiên cứu, chúng tôi rút ra một số kết luận nhƣ sau:
1. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã phân loại 20 hợp chất thiên nhiên đƣợc tìm thấy trong cây Lá đắng thành 3 nhóm hợp chất gồm 4 hợp chất flavonoid; 11 hợp chất terpenoid và 5 hợp chất khác.
2. Đã thực hiện mô phỏng docking phân tử cho 22 chất (20 hợp chất thiên nhiên và 2 thuốc tổng hợp) đối với thụ thể EGFR-TK và thụ thể HER2-TK để nghiên cứu khả năng ức chế của chúng lên protein EGFR-TK và HER2-TK nhằm định hƣớng tìm thuốc chữa trị ung thƣ.
3. Đã tiến hành phân tích tƣơng tác của 20 hợp chất thiên nhiên và 2 thuốc tổng hợp, từ đó xác định các tƣơng tác bền, dễ hình thành trong hệ phức có năng lƣợng liên kết âm và hình thành nhiều tƣơng tác với các khu vực quan trọng của thụ thể EGFR-TK, cụ thể:
- Hình thành liên kết hydrogen với amino acid vùng bản lề và dải DFG của thụ thể nhƣ Met769, Asp831 trong EGFR-TK; Met801 và Asp863 trong HER2-TK.
- Hình thành tƣơng tác kị nƣớc với các amino acid trong túi kị nƣớc. Những amino acid trong túi kị nƣớc của EGFR-TK là: Ala719, Lys721, Met742, Leu764 và trong HER2-TK là: Leu726, Val734, Ala751, Lys753, Leu785, Cys805 và Leu852.
- Hình thành liên kết hydrogen với amino acid Cys773 và amino acid Cys805 thuộc thùy C của kinase.
4. Khả năng ức chế của các phối tử với miền EGFR-TK và HER2-TK đƣợc quyết định bởi các yếu tố: năng lƣợng liên kết, năng lƣợng tƣơng tác, năng lƣợng quay tự do, liên kết hydrogen với vùng quan trọng và tƣơng tác kị nƣớc với túi kị nƣớc tạo bởi 2 thùy của thụ thể.
5. Luteolin7-O-glucoside (F-2), Luteolin-7-O-β –glucuronide (F-3), Vernodalol (T-5) , Neoandrographolide (T-10), Cholestane (C-3) là các hợp chất có tiềm năng trong việc ức chế hoạt động quá mức của miền tyrosine kinase của EGFR và HER2 bởi chúng có những tƣơng tác tƣơng đồng với các thuốc tổng hợp Lapatinib và Erlotinib.
KIẾN NGHỊ
Các hợp chất Luteolin7-O-glucoside, Luteolin-7-O-β –glucuronide (flavonoid); Vernodalol , Neoandrographolide(terpenoid) và Cholestan là các hợp chất có tƣơng tác tốt với miền tyrosine kinase của EGFR và HER2- TK. Vì vậy cần nghiên cứu kĩ hơn về hoạt tính của chúng để ứng dụng các hợp chất thiên nhiên trong chữa trị ung thƣ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] D. Freddie Bray, BSc, MSc, PhD1; Jacques Ferlay, ME2; Isabelle Soerjomataram, MD, MSc, PhD3; Rebecca L. Siegel, MPH4; Lindsey A. Torre, MSPH5; Ahmedin Jemal, PhD and 1, “Global Cancer Statistics 2018: GLOBOCAN Estimates of Incidence and Mortality Worldwide for 36 Cancers in 185 Countries,” CA. Cancer J. Clin., pp. 1–2, 2018.
[2] S. M. B. and S. Sasco A. J., “Tobacco smoking and cancer: a brief review of recent epidemiological evidence,” Lung Cancer, pp. 3–5, 2004.
[3] P. T. A. and D. V. T. Tran Van Thuan, “Cancer control in Viet Nam: where we are?,” Cancer Control Viet Nam, pp. 2–3, 2016.
[4] K. M. T., “Kháng thể đơn dòng và phân tử nhỏ trong điều trị ung thƣ,” Nhà
xuất bản y học, pp. 1–3, 2016.
[5] L. N. T. Phuong C., “Đặc điểm đột biến EGFR phát hiện trong huyết tƣơng ở bệnh nhân ung thƣ phổi không tế nào nhỏ điều trị tại Bệnh viện Bạch Mai năm 2017-2018,” Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam, pp. 1–2, 2016.
[6] J. Tang, R. Salama, S. M. Gadgeel, F. H. Sarkar, and A. Ahmad, “Erlotinib resistance in lung cancer: Current progress and future perspectives,” Front.
Pharmacol., vol. 4 FEB, no. February, pp. 1–6, 2013.
[7] L. A. and F. R. S. Llovet J. M., Villanueva A., “Advances in targeted therapies for hepatocellular carcinoma in the genomic era,” Nat. Rev. Clin. Oncol., pp. 1–3, 2015.