Có nhiều nhóm chất ức chế HDAC nhƣng các acid hydroxamic đƣợc nghiên cứu tổng hợp và đánh giá tác dụng nhiều hơn cả do công thức đơn giản, khả năng ức chế mạnh và chọn lọc các HDAC.
1.2.1.Cơ chế tác dụng
Nhƣ các nhóm chất ức chế HDAC khác, các acid hydroxamic tác động lên tế bào ung thƣ theo ba cơ chế chủ yếu [22]:
- Các chất ức chế HDAC gián tiếp gây ra sự chết tế bào theo chương trình (apotosis): Các chất ức chế HDAC tác động lên những tế bào bình thường và tế bào ung thư với cùng mức độ gây ra G2 checkpoint (vị trí mà tại đó chu trình tế bào tạm thời dừng lại, chờ đến khi các điều kiện trở nên phù hợp thì chu trình lại tiếp tục). Những tế bào bình thường trải qua G2 checkpoint và tiếp tục phát triển, trong khi đó những tế bào ung thƣ tái tạo ADN tạo thành dạng4nADN và chuyển sang giai đoạn gây chết tế bào theo chương trình.
- Sự biệt hóa gây ra bởi các chất ức chế HDAC: Các chất ức chế HDAC tác động lên các tế bào ung thƣ gây ra sự ngừng tế bào ở pha G1, kết quả là
12 gây ra sự biệt hóa tế bào ung thƣ.
- Ức chế chu trình tế bào: Các chất ức chế HDAC tác động lên các tế bào ung thƣ làm tăng tính sinh miễn dịch của tế bào ung thƣ và ức chế sự tạo mạch.
Hình 1.8. Vai trò điều khiển chu trình tế bào của các chất ức chế HDAC.
1.2.2.Liên quan cấu trúc – tác dụng của các acid hydroxamic ức chế HDAC
Các acid hydroxamic ức chế HDAC cấu trúc gồm 3phần chính (hình 1.9)[18,28]:
- Nhóm gắn với ion Zn2+(Zinc binding group - ZBG) (A): tương tác với ion Zn2+tại trung tâm hoạt động của các HDAC quyết định tính đặc hiệu và hiệu lực của acid hydroxamic.
- Vùng cầu nối sơ nước (B): thường là những hydrocacbon thân dầu có thểtạo các liên kết Van der Waals với kênh enzym.
- Nhóm khóa hoạt động (capping group) hay vùng nhận diện bềmặt (surface recognition group) (C): là các vòng thơm hoặc peptid vòng, thường nằm trên bềmặt enzym.
13
Hình 1.9. Cấu trúc của các acid hydroxamic ức chế HDAC
Ghi chú: (A): nhóm khóa hoạt động; (B): vùng cầu nối; (C): vùng liên kết với ion kẽm
Cấu trúc tinh thể kết tinh của các HDAC liên kết với một số chất ức chế HDAC cho thấy phần A, B và một phần của C nằm trong túi enzym, làm lấp đầy khoảng trống trong lòng kênh enzym. Phần còn lại của nhóm khóa hoạt động tương tác với phần vành trên bềmặt miệng túi enzym.Nhóm nhận diện bềmặt có thể liên kết cực và góp phần cải thiện dƣợc động học cho các chất ức chế HDAC.Việc nghiên cứu thiết kế cấu trúc các chất mới đều dựa trên cấu trúc cổ điển này.
1.2.2.1.Ảnh hưởng của nhóm khóa hoạt động
Các hợp chất cyclopeptid thiên nhiên mang vòng lớn (azunamid E, depsipeptid, apicidin) cho tác dụng ức chế chọn lọc trên HDAC nhóm I.Tác dụng chọn lọc của các cyclopeptid thiên nhiên đƣợc giải thích nhƣ sau: các cyclopeptid mang vòng lớn đóng vai trò nhóm khóa hoạt động nên cần một khoảng không gian trong enzym để tạo tương tác. Các HDAC nhóm I có chứa một túi ở bề mặt đường kính 11A°, vì vậy phù hợp để các hợp chất vòng lớn vào đây và tạo tương tác Van der Waals, tương tác hydro.Các liên kết này làm cho phức hợp giữa HDI và enzym khá bền vững [32].
1.2.2.2.Ảnh hưởng của cầu nối
Theo kết quả nghiên cứu của Micco và cộng sự, kênh enzym của HDAC có hai nhóm phenylalanin, hai nhóm này tham gia vào quá tình acetyl
14
hóa lysin của histon. Các tác giả đã nghiên cứu docking nhiều hợp chất có cầu nối vòng thơm và mạch thẳng để xác định cấu trúc phù hợp tạo tương tác với hai nhóm phenylalanin trong HDAC. Kết quả cho thấy các chất ức chế HDAC có cầu nối là vòng thơm cho ái lực mạnh với đích, do vòng thơm đã tạo liên kết π-π với nhóm phenylalanin [32].
Ngoài ra, nhiều nghiên cứu cho thấy chiều dài cầu nối đóng vai trò quan trọng trong tác dụng ức chế chọn lọc HDAC.Chiều dài cầu nối phù hợp sẽ đƣa nhóm kết thúc đến tạo phức với Zn2+ và giúp nhóm khóa hoạt động tạo liên kết với các amid trên bề mặt enzym.Đa số các HDAC nhóm I, chiều dài cầu nối phù hợp chiều dài cầu lớn hơn 6 carbon [32].
1.2.2.3.Ảnh hưởng của nhóm gắn với Zn2+
Cấu trúc của ZBG
Năm 2005, Vanommeslaeghe K. và cộng sự [43]đã nghiên cứu cấu trúc của vùng chứa ion Zn2+ trong HDAC, thấy rằng vùng này chứa một gốc Tyr và hai nhóm His-Asp. Từ đó tác giả đã đƣa ra cấu trúc của nhóm kết thúc gắn với kẽm trong phân tử chất ức chế HDAC gồm 5 phần:
- Phần A: mang đôi electron không liên kết có khả năng tạo liên kết hydro với H của nhóm OH trong tyrosin, đồng thời tạo chelat với ion Zn2+. Tuy nhiên A cũng có thể chứa hydro để nhận điện tử từ oxy trong nhóm phenol của tyrosin để tạo liên kết hydro.
- Phần B: nối ZBG với vùng cầu nối, do đó H ít nhất phải tạo 3 liên kết.
- Phần C: chứa hydro linh động tạo liên kết hydro với His132.
- Phần D: là nhóm cho proton cho His131, tạo liên kết tĩnh điện với His131 và tạo chelat với ion Zn2+.
- Phần L: vùng cầu nối.
15
Hình 1.0.10. Mô hình ZBG theo nghiên cứu của Vanommeslaeghe K.
1.2.2.4. Ảnh hưởng của ZBG tới tính chọn lọc của chất ức chế HDAC
Cấu trúc ZBG có tác động tới tính chọn lọc của chất ức chế.Một số nghiên cứu cho thấy các chất ức chế HDAC có ZBG là nhóm 2-amino benzamid có tác dụng ức chế chọn lọc HDAC nhóm I, đặc biệt HDAC1 và HDAC2 [22].Nhóm amino của benzamid liên kết với Zn2+trong trung tâm hoạt động của enzym. Tuy nhiên, khác với các ZBG khác (acid hydroxamic, acid carboxylic...), để nhóm amino benzamid có thể liên kết với Zn2+cần có một khoảng không gian trong kênh enzym để chứa vòng phenyl. Các HDAC nhóm I đáp ứng đƣợc điều kiện này do ởđáy của kênh enzym có một túi rỗng kích thước 11 Å [32].
Ngoài ra, trong kênh 11 Å của các HDAC nhóm I có chứa nhóm -CO của glycyl và tyrosyl: Glyl 49 và Tyr 303 của HDAC1, Gly 154 và Tyr 308 của HDAC2, Gly 143 và Tyr 298 của HDAC3, Gly 151 và Tyr 306 của HDAC8.
Đây là các nhóm có thể tạo liên kết hydro.Mặt khác, kênh của các enzym HDAC nhóm II không chứa chất cho và nhận để tạo liên kết hydro. Do đó, các chất ức chế chọn lọc HDAC nhóm I thường chứa liên kết amid giữa cầu nối và ZBG (- NH của amid có thể tạo liên kết hydro với nhóm -CO của glycin) [32].