Tài liệu Tổng hợp N1-(2-(hydroxyamino)-2-oxoethyl)-N5-phenylglutaramid và một số dẫn chất hướng ức chế histon deacetylase

B ộ YTÉ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỀN THỊ NGÂN TỔNG HỢP iV^-(2-(HYDROXYAMINO)-20X0ETHỲL)-7V^-PHENỴLGLUTARAMID VÀ MỘT SỐ DẪN CHẤT HƯỚNG ứ c CHẾ HISTON DEACETYLASE KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP Dược sĩ Người hướng dẫn: 1. ThS. Đào Thị Kim Oanh 2. DS. Trần Thị Oanh Nơi thực hiện: Bộ môn Hóa dược I HÀ NỘI - 2011 TRƯỠNG ĐH ĐĨẸ c Ĩ Ĩ Ĩ nọị LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Hải Nam, ThS. Đào Thị Kìm Oanh - Bộ môn Hỏa Dược - Trường Đại học Dược Hà Nội, DS. Trần Thị Oanh - Trường Đại học Dược Hà Nộiy những người thầy đã trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt và chỉ bảo cho tôi những ỷ kiến quỷ báu trong quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Tôi xỉn chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thày cô, các cản bộ kỹ thuật viên Bộ môn Hóa Dược đã tạo điều kiện tổt nhất để tôi hoàn thành khóa luận này. Trong quá trình thực hiện khóa luận tôi đã nhận được sự giúp đờ rất nhiệt tình của các cán bộ Phòng thí nghiệm trung tâm - Trường Đại học Dược Hà Nội; Phòng Phân tích phổ - Viện Hóa học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam... cùng toàn thể các thày cô giáo ừ-ong trường, các phòng, ban, thư viện. Tôi xin chân thành cảm ơn. Cuối cùng, tồi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bè bạn - những người luôn sát cảnh, động viên và khích lệ tôi trong cuộc sổng và học tập. Hà Nội, ngày 10 thảng 5 năm 2011 Sinh viên Nguyễn Thị Ngân MỤC LỤC Trang ĐẶT VẤN ĐỀ.................................................................................................... 1 PHẦN I: TỔNG QUAN .................................................................................. 3 1.1. Tổng quan về ung ứiư.................................................................................... 3 1.1.1. Bản chất ung thư............................................... .......................................3 1.1.2. Nguyên nhân gây ung thư........................................................................3 1.1.3. Cơ chế bệnh sinh của ung th ư ................................................................ 4 1.1.4. Các thuốc dựa trên mục tiêu phân tử trong điều trị ung thư hiện nay. 5 1.2. Tổng quan về histon deacetylase.............................................................9 1.2.1. Định nghĩa............................................................................................... 9 1.2.2. Phân loại...................................................................................................9 1.2.3. Sự phân bố của HDAC..........................................................................10 1.2.4. Cơ chế hoạt động của HDAC................................................................11 1.2.5. Các chất ức chế HDAC.........................................................................13 1.3. Phản ứng N-acyl h ó a..............................................................................18 1.3.1. Khái niệm ...............................................................................................18 1.3.2. Các tác nhân............................................................................................18 1.3.3. Cơ chế phản ứng.................................................................................... 19 PHẦN II: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯOnSG PHÁP NGHIÊN CỬU............................................................21 2.1. Nguyên liệu .............................................................................................. 21 2.2. Thiết bị, dụng cụ....................................................................................... 21 2.3. Nội dung nghiên cứ u............................................................................... 22 2.4. Phương pháp nghiên cứu......................................................................... 22 2.4.1. Tổng hợp hóa học.................................................................................. 22 2.4.2. Kiểm tra độ tinh khiết............................................................................23 2.4.3. Xác định cấu trúc................................................................................... 23 2.4.4. Thử hoạt tính sinh học...........................................................................23 2.4.5. Tính logP, K p ........................................................................................ 23 PHẦN III: T H ự C NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN................... 24 3.1. Hóa học......................................................................................................24 3.1.1. Tổng hợp các dẫn chất.......................................................................... 24 3.1.2. Kiểm tra độ tinh khiết của các chất đã tổng hợp được........................39 3.1.3. Xác định cấu trúc...................................................................................40 3.2. Hoạt tính sinh học.....................................................................................47 3.2.1. Tác dụng ức chế enzym histon deacetylase.........................................47 3.2.2. Độc tính tế bào in vitro......................................................................... 49 3.3. Bàn luận.................................................................................................... 49 3.3.1. Hóa học.................................................................................................. 50 3.3.2. Hoạt tính sinh học.................................................................................. 51 PHẦN IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ X U Ấ T..................................................... 54 4.1. Kết luận..................................................................................................... 54 4.2. Đe xuất...................................................................................................... 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG Trang 14 Bảng 1 : Các chất ức chế HDAC đang thử nghiệm trên lâm sàng Bảng 2 : Các nguyên liệu cần dùng trong phản ứng 21 Bảng 3 : Tóm tắt kết quả phản ứng 1 28 Bảng 4 : Tóm tắt kết quả phản ứng 2 33 Bảng 5 : Tóm tắt kết quả phản ứng 3 39 Bảng 6 : Nhiệt độ nóng chảy của các chất N 1, N2, N3, N4 40 Bảng 7 : Kết quả phân tích phổ hồng ngoại 42 Bảng 8 : Kết quả phân tích phổ khối lượng 43 Bảng 9 : Kết quả phân tích phổ ’H-NMR của các chất N l, N2, 45 N3, N4 Bảng 10: Kết quả phân tích phổ ’^C-NMR của các chất N l, N2, 46 N3,N4 Bảng 11: Kết quả thử hoạt tính kháng tế bào ung thư đại tràng 52 SW620 Bảng 12: Giá trị LogP, Kp ước tính của dãy chất N và SAHA 53 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang 10 Hình 1 : Sự phân bố của HD AC trong tế bào Hình 2: cấu trúc 3D của một HDAC 12 Hình 3 : Công thức hóa học của một số chất ức chế HD AC 15 Hình 4: Cơ chế tác dụng trong tế bào của các chất ức chế HDAC 16 Hình 5: Quá trình acetyl hóa và deacetyl hóa ở lysin 17 Hình 6: Mối liên quan giữa cấu trúc-tác dụng của các chất ức chế 18 HDAC Hình 7: Kết quả thử hoạt tính ức chế HD AC của N I, N2, N3, N4 52 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIÉT TẮT ALL (Acute lymphoblastic leukemia) Bệnh bạch cầu nguyên bào cấp tính AML (Acute myoloid leukemia) bệnh bạch cầu tủy bào cấp tính APL Bệnh ung thư tiền tủy bào cấp tính CDI 1,1 -Carbonyldiimidazol CLL (Chronic lymphocytic leukemia) Bệnh lympho mãn tính CTCL (Cutaneous T cell lymphoma) xế bào lympho T dưới da CTCT Công thức cấu tạo CTPT Công thức phân tử DCM Dicloromethan DMF N,N-dimethylformamid DMSO Dimethylsulfoxid GADPH Glyceraldehyd 3-phosphat dehydrogenase HSP90 (Heat shock protein 90) Protein sốc nhiệt-90 MDS (Myelodysplastic Syndromes) Hội chứng dị sinh tủy TEA Triethanolamin HDAC Enzym histon deacetylase TLC Sắc ký lớp mỏng ĐẶT VẤN ĐÈ Sức khỏe là vốn quý nhất của mỗi người nói riêng và của toàn xã hội nói chung. Khi có sức khỏe tốt con người mới có khả năng cống hiến hết năng lực, ttí tuệ của mình cho xã hội. Chính vì vậy đầu tư cho vấn đề y tế là đầu tư cho sự phát ừiển và là một trong những ưu tiên hàng đầu của các quốc gia. Trên hành trình chăm sóc, nâng cao sức khỏe cho nhân dân, chúng ta không thể không kể đến sự đóng góp lón lao của các nhà bào chế, hoá dược, dược lâm sàng... Với những thành công trong nghiên cửu tìm ra thuốc mới và đưa vào ứng dụng trong lâm sàng, nhiều bệnh đã được phát hiện và điều trị hiệu quả trong đó điển hình là các bệnh ung thư. Hiện nay tỷ lệ mắc ung thư trên thế giới gia tăng rất nhanh do môi trường ô nhiễm, thực phẩm nhiều hóa chất, sử dụng thuốc lá. Các thuốc điều trị ung thư có tác dụng ngăn cản sự phát triển của tế bào song các thuốc cổ điển có độc tính cao do tác dụng không chọn lọc trên tế bào ung thư và dễ gây kháng thuốc. Vì vậy trong những năm gần đây các nhà khoa học đă nghiên cứu tổng hợp thuốc ung thư theo hướng đích tác dụng của thuốc là các enzyme liên quan đến quá trình tăng sinh của các tế bào, do đó đã hạn chế được tác dụng phụ cho bệnh nhân trong điều trị. Một trong những enzym được nghiên cứu nhiều hiện nay là histon deacetylase (HDAC). Năm 2006, Vorinostat (axit hydroxamic suberoylanilide) dẫn chất đầu tiên của acid hydroxamic có tác dụng ức chế HDAC được FDA cấp giấy phép sử dụng trong điều trị u lympho tế bào T dưới da đã mở ra một hướng mới trong việc tổng hợp các chất ức chế HDAC [14]. Tại Việt Nam, nhóm nghiên cứu của TS. Nguyễn Hải Nam và ThS Đào Thị Kim Oanh tại Bộ môn Hóa dược, Đại học Dược Hà Nội đã và đang tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của các dẫn chất acid hydroxamic mới. Tiếp tục hướng nghiên cứu này, chúng tôi quyết định tiến hành đề tài "Tổng hợp (hydroxyamino)-2-oxoethyl)-A^-phenylglutaramid và 1 số dẫn chất hướng ức chế histon deacetylase” với 2 mục tiêu sau: 1. Tổng hợp V-(2-(hydroxyamino)-2-oxoethyl)-AA^-phenylglutaramid và các dẫn chất. 2. Thử tác dụng ức chế enzym HDAC và độc tính tế bào in vitro của các chất tổng hợp được. PHẦN I. TỎNG QUAN 1.1. TỎNG QUAN VỀ UNG THƯ 1.1.1. Bản chất ung thư Ung thư là bệnh lý ác tính của tế bào. Khi bị kích thích bởi các tác nhân gây ung thư, tế bào tăng sinh một cách vô tổ chức, không tuân theo các cơ chế kiếm soát về phát triển của cơ thể. Đa số người bị ung thư hình thành các khối u. Khác với các khối u lành tính (chỉ phát triển tại chỗ thường rất chậm, có vỏ bọc xung quanh), các khối u ác tính (ung thư) xâm lấn vào các tổ chức lành xung quanh. Các tế bào của các khối u ác tính có khả năng di căn tới các hạch bạch huyết hoặc các tạng ở xa hình thành các khối u mới và cuối cùng dẫn tới tử vong. Đa số ung thư có quá trình phát sinh và phát triển lâu dài qua nhiều giai đoạn. Giai đoạn tiềm tàng thường kéo dài nhiều năm. Khi khối u phát triển nhanh mới có các triệu chứng ung thư. Triệu chứng đau thưòng xuất hiện ở giai đoạn cuối [8]. 1.1.2. Nguyên nhân gây ung thư Hiện nay, người ta đã biết đến hơn 200 loại ung thư khác nhau trên cơ thể người do nhiều nguyên nhân gây ra. Theo nghiên cứu dịch tễ học của R.Doll và Peừo trên 80% tác nhân gây ung thư bắt nguồn từ môi trường sống, trong đó có 2 tác nhân lớn: 35% do chế độ ăn uống gây nhiều loại ung thư đưcmg tiêu hóa và khoảng 30% ung thư do thuốc lá (gây ung thư phổi) [8]. Ngoài ra còn có; - Tia phóng xạ gây ung thư máu - Tia bức xạ tử ngoại gây ung thư da - Virus viêm gan B (HBV), viêm gan c (HCV) dẫn đến ung thư gan, virus HPV gây ung thư cổ tử cung... - Các loại hóa chất sử dụng trong công nghiệp thải ra môi trường nước, không khí gây nhiều loại ung thư khác nhau. 1.1.3. Cơ chế bệnh sinh của ung thư Sự phát sinh ung thư là quá trình rối loạn tốc độ phân chia tế bào do tổn thương ADN. Do đó ung thư là một bệnh lý về gen. Thông thường một tế bào bình thường để chuyển sang tế bào ung thư phải trải qua một vài đột biến (2-7 đột biến) ở một số gen nhất định. Quá trình này liên quan đến cả hệ thống gen tiền ung thư (proto onco-gene) và gen áp chế ung ứiư (tumor suppressor gene). Gen tiền ung thư mã hóa cho nhóm protein tham gia vào quá trình hình thành những chất truyền tin trong quá trình dẫn truyền tín hiệu tế bào. Khi bị đột biển, các gen tiền ung thư sẽ biểu hiện quá mức các tín hiệu phân chia tế bào kích thích mạnh sự tăng sinh tế bào và trở thành gen ung thư. Khác với gen ung thư, gen áp chế ung thư mã hóa cho các chất truyền tin hóa học nhằm giảm hoặc ngừng quá trình phân chia tế bào khi phát hiện sai hỏng về ADN, đồng thòi kích hoạt quá trình phân mã của hệ thống enzym sửa chữa ADN. Do đó hạn chế tối đa được những sai hỏng được truyền cho thế hệ tế bào sau. Thông thường các gen này sẽ được kích hoạt khi ADN tổn thương nhưng nếu đột biến xảy ra sẽ làm mất khả năng truyền thông tin của nó, do đó làm gián đoạn hoặc dừng cơ chế sửa chữa ADN. Khi đó tổn thương ADN được tích lũy lại dần hình thành ung thư. Nếu đột biến chỉ xảy ra trên nhóm gen gây ung thư thì nó sẽ bị ức chế bởi sự kiểm soát phân bào bình thửờng và các gen áp chế khối u. Nếu đột biến chỉ xảy ra ở gen ức chế ung thư cũng hiếm khi gây ra ung thư do có nhiều gen dự phòng cùng chức năng. Vì vậy chỉ khi cả hai gen này cùng bị đột biến, các tín hiệu cho tế bào phát triển lấn áp các tín hiệu điều hòa thì sự phát triển tế bào sẽ nhanh chóng vượt khỏi tầm kiểm soát và hình thành khối u [3]. 1.1.4. Các thuốc dựa trên các mục tiêu phân tử trong điều trị ung thư hiện nay Trong nửa thế kỷ qua có rất nhiều thuốc điều trị ung thư ra đời song đa phần các thuốc đó gây độc lên cả tế bào ác tính lẫn tế bào lành tính. Để hạn ché tác dụng phụ, nâng cao hiệu quả điều trị, hiện nay, các nhà khoa học đã và đang đi theo một phương hướng mới đầy triển vọng trong điều trị ung thư đó là điều trị nhắm đích (targeting therapy) hay nói cách khác là tìm ra các thuốc chỉ tìm và diệt tế bào ác tính mà không ảnh hưởng đến tế bào lành tính. Các thuốc hiện nay đang được nghiên cứu để điều trị ung thư là; 1.1.4.1 Các kháng thể đơn dòng Những tiến bộ trong nghiên cứu mức độ phân tử của tế bào đã giúp cho các nhà khoa học tìm ra và ứng dụng nhiều kháng thể đofĩi dòng chống kháng nguyên đặc hiệu trên bề mặt của tế bào ung thư. Phương pháp điều trị này còn được gọi dưới một tên khác là miễn dịch trị liệu (immunotherapy). Trong điều trị ung thư người ta sử dụng kháng thể đon dòng liên kết và kháng thể đơn dòng không liên kết. Các kháng thể không liên kết là các kháng thể có khả năng gây độc tế bào trực tiếp qua con đưòng kích hoạt hệ thống miễn dịch hoạt động hay nói một cách khác các kháng thể này như một cầu nối giữa các tế bào miễn dịch của cơ thể với các tế bào ung thư, tạo điều kiện cho hệ thống miễn dịch tế bào tiêu diệt tế bào ung thư. Đại diện cho nhóm này có thể kể đến rituximab-kháng thể đon dòng IgG kháng CD20 dùng điều trị các bệnh tăng sinh ác tính dòng tế bào lympho B và alemtuzumab-kháng thể đơn dòng kháng CD52 dùng điều trị các bệnh tăng sinh ác tính dòng lympho như ung thư bạch cầu mãn tính, ung thư bạch cầu tủy bào cấp tính, u lympho ác tính... Loại thứ hai là kháng thể đơn dòng liên kết, là một phức hợp gồm kháng thể đơn dòng gắn với một chất có khả năng gây độc hay tiêu diệt tế bào ung thư. Kháng thể đơn dòng trong trường hợp này như một “quả tên lửa” mang “chất nổ” tìm đến đúng tế bào ung thư, chuyển “thuốc nổ” vào trong tế bào để tiêu diệt tế bào. “Chất nổ” ở đây có thể là hoá chất, có thể là chất phóng xạ. Đại diện của nhóm này là gemtuzumab ozogamicin, kháng thể đơn dòng kháng CD33 có gắn thêm calicheamicin (một loại kháng sinh diệt tế bào bằng ức chế quá trình tổng hợp ADN làm tế bào chết theo chưoTig trình), kết nối trực tiếp với kháng nguyên bề mặt CD33 có trên 90% các tế bào non ác tính dòng tủy. Gemtuzumab ozogamicin đã được FDA cấp phép sử dụng tì-ên lâm sàng tại Hoa Kỳ từ tháng 05/2000 với chỉ định cho những bệnh nhân mắc bạch cầu tủy bào cấp tính, trên 60 tuổi, tái phát lần đầu và không có khả năng điều trị tiếp bằng hóa trị liệu tích cực [11]. 1.1.4.2. Các chất ức chế gen - protein kháng các thuốc Một số protein ở màng tế bào có vai trò như là những bơm đẩy thuốc và hóa chất ra khỏi tế bào. Do đó mặc dù nồng độ thuốc trong máu cao song nồng độ thuốc trong tế bào thấp nên không có khả năng kìm hãm hoặc tiêu diệt tế bào ung thư [24], Đó là hiện tượng kháng thuốc khi dùng thuốc trong thời gian dài. ứ c chế hoạt động của bơm này là một định hướng trong nghiên cứu phương pháp điều trị mới. Tại Hội nghị thường niên của Hội Ung thư lâm sàng Mỹ (ASCO) diễn ra tại Chicago đầu ứiáng 3 năm 2011, George Demetri và các cộng sự của mình báo cáo các nghiên cứu mới nhất về protein sốc nhiệt 90 (HSP-90). HSP-90 giúp cho khối u an toàn trước những liệu pháp điều trị. Hiện nay nhiều công ty đang nghiên cứu phát triển thuốc ức chế HSP-90 để tăng cường tác dụng cho các thuốc điều trị ung thư. Đi đầu là công ty Kosan Biosciences ở California. Tại hội nghị ASCO, Kosan thông báo đang thử nghiệm 2 loại thuốc chủ lực tanespimycin và alvespimycin. Trong đó, tanespimycin được thử nghiệm chống u tủy, kết hợp với thuốc đặc trị ung thư Velcade. Giám đốc điều hành Kosan, Tiến sĩ Robert Johnson cho biết kết quả thử nghiệm với 56 bệnh nhân ung thư giai đoạn đầu cho thấy thuốc đủ hoạt tính chống ung thư. Kosan đang tiếp tục kiểm định hiệu quả của thuốc tanespimycin để xin Cục quản lý thực phẩm và dược phẩm Mỹ (FDA) cấp phép lưu hành trong năm tới. Tanespimycin có thể là thuốc ức chế HSP-90 đầu tiên được đưa ra thị trưÒTig [9]. 1.1.4.3. Các chất ức chế farnesyltransferase Famesyl hóa là phản ứng sửa đổi sau dịch mã của protein bằng cách gắn isoprenoid với SH-cystein cuối của protein đích để thành lập một liên kết thioether, liên quan đến các hoạt động của nhiều phân tử dẫn truyền tín hiệu như RAS.... Famesyltransferase là một loại enzym tham gia vào phản ứng trên. Các thuốc ức chế famesyltransferase (FTI) như tipifamib can thiệp vào hoạt động dẫn truyền thông tin của RAS bằng cách ngăn phản ứng famesyl hóa của RAS và quá trình di chuyển đến màng bào tương. Tipifamib (Zamestra) là một chất ức chế famesyltransferase đang được điều tra ở bệnh nhân từ 65 tuổi trở lên mới được chẩn đoán với bệnh bạch cầu tủy bào cấp tính (AML). Nó cũng đang được tiến hành thử nghiệm lâm sàng ở những bệnh nhân ở bệnh nhân ung thư vú. 1.1.4.4. Các chất ức chế receptor tyrosin kỉnase Receptor tyrosin kinase là một protein xuyên màng. Phần ngoại bào là một cấu trúc để gắn với yếu tố kích hoạt (thưcmg là hormon). Tiếp theo là một đơn xoắn a xuyên màng kỵ nước. Phần trong tế bào chất là khu vực hoạt động của enzym tyrosin kinase xúc tác cho quá trình chuyển nhóm phosphat từ ATP đến protein có chứa đuôi là các acid amin tỊn-osin. Khi hormon gắn vào receptor, tyrosin kinase chuyển sang ữạng thái hoạt động, kích hoạt tự động quá trình phosphoryl hóa trong tế bào. Các protein được gắn thêm gốc phosphat sẽ trở nên năng động hơn liên kết chặt chẽ với ADN tạo nên những biến đổi trong quá trình phiên mã gen. Giảm hoạt động của enzym này là một trong những hưóng nghiên cứu thuốc mới hiện nay. Imatinib là hoạt chất đầu tiên có tác dụng ức chế enzym tyrosin kinase. Nó gắn vào vùng liên kết của receptor tyrosin kinase ngăn cản hoạt động của enzym này. Mesilate imatinib được sử dụng ữong điều trị bệnh bạch cầu nguyên bào tuỷ mạn tính (CML) [13], khối u mô đệm đưÒTig tiêu hóa (GISTs) và một số bệnh khác. Đến năm 2011, FDA cấp phép cho mesilate imatinib để điều trị mười loại ung thư khác nhau. Hiện nay, tác dụng của thuốc này vẫn đang được các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu. 1.1.4.5. Các chất ức chế histon deacetylase và proteosome Hiện tượng biến đổi sau sao chép của protein histon qua phản ứng acetyl hóa xúc tác bởi enzym histone acetyltransferase tham gia vào quá trình sửa đổi chất nhiễm sắc và hiện tượng im lặng thứ phát của quá trình sao chép. Enzym histone deacetylase (HDAC) lại có vai ừò ngược lại và tham gia vào quá trình phục hồi lại cấu trúc của chất nhiễm sắc. Các chất ức chế HDAC khởi động quá trình biệt hóa của các tế bào non ác tính. Các chất như suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA), valproic acid (2-propylpentanoic acid), depsipeptide và MS-275 CÓ tác dụng ức chế HDAC đang trong giai đoạn nghiên cứu, thử nghiệm lâm sàng. Nhóm USInter đang tiến hành nghiên cứu thử nghiệm giai đoạn II hiệu quả của MS-275 phối hợp 5-azac5^idine ở liều thấp trong điều trị hội chứng rối loạn sinh tày. Bortezomib là chất ức chế proteosome, có hoạt tính trong bệnh ung thư bạch cầu và có cộng hưởng hoạt tính in vitro với các chất ức chế HDAC. Hiện nay, Bortezomib đã được FDA cấp phép cho điều trị đa u tủy. Hiệu quả của bortezomib phối họrp với đa hóa trị liệu đang được nghiên cứu và đánh giá [10]. 1.2. TỔNG QUAN VỀ HISTON DEACETYLASE 1.2.1. Định nghĩa Histon deacetylase (HDAC) là một nhóm các enzym xúc tác quá trình loại bỏ nhóm acetyl từ 8-N-acetyl lysine amino acid của histon. Nó có tác dụng đối lập với histon acetyltransferase (HAT). Hiện nay, HDAC enzym còn được gọi là các chất deacetyl hóa lysin, nhằm mô tả 1 cách chính xác hon chức năng của chúng [3, 4]. 1.2.2. Phân loại Hiện nay con người đã tìm thấy 18 HDAC khác nhau được chia làm 4 nhóm [12, 14, 16, 18, 19, 23] dựa trên chức năng và sự tương đồng với HDAC nấm men. - Nhóm I: HDACl, HDAC2, HDAC3, HDAC8. Các enzym này có ở phần nhân của nhiều loại tế bào [10]. - Nhóm II: HDAC4, HDAC5, HDAC6, HDAC7, HDAC9, HDAC 10. Các enzjmi này biểu thị mô đặc trưng, có khả năng di chuyển giữa bào tưofng và nhân [10,25]. - Nhóm III: các protein điều hòa chuỗi thông tin 2 ( sir2 hay sirtuins) * Chất đồng đẳng của Sir2 trong Saccharomyces cerevisiae. * Sirtuins trong động vật có vú (SIRTl, SIRT2, SIRT3, SIRT4, SIRT5, SIRT6, SIRT7). - Nhóm IV: HDACl 1, có ở phần nhân của nhiều tế bào. Nhóm I, II, IV được coi là HDAC cổ điển, hoạt động của chúng được xúc tác bởi ion Zn^^, do đó khi có một chất có thể tạo phức chelat với như Trichostatin A (TSA) thì hoạt động của HDAC cổ điển bị ức chế trong khi hoạt 10 động của nhóm thứ ba phụ thuộc vào nồng độ của NAD^ và không bị ảnh hưcmg bởi TSA [10, 12 16]. Thuật ngữ “các chất ức chế HDAC” thường được sử dụng cho những hợp chất có mục tiêu ức chế những HDAC “cổ điển” thuộc nhóm I, II, IV. Hiện nay, những hợp chất này đang được đánh giá trong các thử nghiệm lâm sàng. 1.2.3. Sự phân bố của HDAC 1.2.3.1. Sự phân bố trong tế bào của HDAC Để thực hiện được chức năng của mình các HDAC cần ở trong nhân tế bào nơi mà có những cơ chất tiêu biểu của chúng. Sự định vị trong nhân của những HDAC xảy ra thông qua một tín hiệu định vị nhân tế bào (NLS) hoặc thông qua sự định vị đồng thời với những protein/HDAC khác. Hầu hết HDAC đều chứa một NLS nhưng một số cũng có thể ở trong bào tương, việc này phụ thuộc vào những vùng điều tiết khác như NES (tín hiệu truyền ra ngoài nhân). Sự có mặt của NES trong cấu trúc giúp cho các HDAC có thể qua lại giữa nhân và bào tương [12]. Hình 1: Sự phân bố của các HDAC trong tế bào 11 Phần màu xanh là nhân tế bào, phần màu vàng nhạt là bào tương 1.2.3.2. Sự phân bố trong các mô của HDAC Sử dụng dữ liệu SAGE tìr bản đồ gen người AMC để đưa ra những nhận định đầu tiên về sự phân bố của các HDAC trong mô thường và mô ung thư. Dữ liệu SAGE của HDACl, 2, 3, 5, 6, 7 và 10 cho thấy rằng, nói chung chúng có mặt ít hay nhiều trong tất cả các mô được nghiên cứu. HDAC8, 9 dưòng như có nhiều hơn ở các mô ung thư so với các mô thường, và đặc điểm này càng nổi bật hơn với HDAC4. Sự vắng mặt của HDAC4 trong các mô dinh dưỡng cho thấy enzym này là không cần thiết. Tuy nhiên, vai trò của HDAC4 trong sự phân hóa mô nhấn mạnh rằng HDAC4 chỉ có mặt trong các mô cơ đang phát triển. Khác với HDAC4, HDAC5 có mặt trong mô tim, cùng với HDAC7 và HDAC9, phù hợp với chức năng của chúng trong mô cơ. Đáng ngạc nhiên là sự có mặt của HDAC trong các mô ung thư chỉ cao hơn một ít so với mô thường. 1.2.4. Cơ chế hoạt động của HDAC Phân tử histon là protein tích điện dưomg nên nó tưoTig tác mạnh với ADN có gốc P04'^ tích điện âm. Dưới tác dụng của enzym HDAC gốc acetyl được tách khỏi lysin ở phần đuôi protein histon và chuyển tới coenzym A. Lúc này protein histon tăng điện tích dưong nên tưoTig tác mạnh với gốc phosphat của ADN làm nhiễm sắc thể co ngắn và đóng xoắn lại, do đó ức chế quá trình phiên mã [10]. Các sai lệch của quá trình phiên mã là một trong những nguyên nhân cơ bản dẫn đến sự hình thành khối u. Cụ thể, mối tưofng quan giữa hoạt động của HDAC và sự tạo thành khối u thể hiện rõ nhất trong bệnh ung thư bạch cầu tiền tủy bào cấp tính (APL). Những nghiên cứu trên phạm vi diện rộng chỉ ra rằng sự ức chế phiên mã không thích họfp của HDAC là cơ chế phổ biến tạo ra các protein gây ung thư (oncoprotein). Sự biến đổi trong cấu trúc chất nhiễm sắc có 12 thể tác động lên quá trình biệt hỏa các tế bào bình thường, kết quả dẫn đến sự hình thành khối u. Bằng các kỹ thuật kết tinh tạo hình thể và chụp tia X người ta đã xác định được cấu trúc 3D của nhiều HDAC khác nhau (hinh 2), đồng thòi nghiên cứu được các trung tâm xúc tác phản ứng deacetyl hóa các enzym này, qua đó ứng dụng trong nghiên cứu liên kết giữa HDAC và một số chất ức chế. Các kết quả này được sử dụng ữong thiết kế cấu trúc của nhiều dãy dẫn chất ức chế HDAC mới [19], tOOỌ202-'2i2 kMp 31-36 } loop 206-279 / " \ ^ - H O L P :T S A loop332<34S Hình 2; cấu trúc 3D của một HDAC Chú thích. A là chất ức chế HD AC; B là tìaing tâm liên kết của HD AC; giản trung tâm liên kết của HD AC. c là mô hình tối 13 1.2.5. Các chất ức chế HDAC Việc nghiên cứu và tìm ra các chất ức chế enzym HDAC chứng tỏ chúng có vai trò quan trọng trong điều hòa chu trình tế bào bao gồm sự nhân lên của các tế bào, sự chết đi của tế bào theo chưong trình, điều hòa sự sao chép... Việc hoạt động quá mức của các enzym HDAC dẫn đến sự mất cân bằng của các yếu tố điều hòa ừong chu trình tế bào dẫn đến sự hình thành khối u [20]. Vi vậy, một số chất ức chế enzym HDAC đã được nghiên cứu và thử nghiệm trên lâm sàng để tìm ra thuốc điều ữị ung thư. Một chất ức chế tự nhiên là trichostatin A (TSA) (I) và một số chất ức chế tổng hợp là các acid suberoylanilid hydroxamic (SAHA) (II) đã được nghiên cứu và báo cáo cho thấy chúng ức chế sự phát triển của tế bào, dẫn đến kết thúc sự biệt hóa và hình thành khối u trên chuột. Năm 2006, Sv\HA (Vorinostat, Zolinza) đã được FDA cấp phép dùng trong điều trị u lympho tế bào T dưới da. Bên cạnh đó, nhiều chất ức chế HDAC khác cũng đang được thử nghiệm lâm sàng để sử dụng trong điều trị ung thư. I.2.5.I. Phân loại các chất ức chế HDAC Hiện nay, các chất ức chế HDAC được chia làm 4 nhóm chính dựa theo cấu trúc tác dụng [12, 14, 16,20]; - Các hydroxamat như (2£)-N-hydroxy-3-(3-((2-(2-methyl-lH-indol-3yl)ethylamino)methyl)phenyl)acrylamide (Ill-panobinostat (LBH589)); N- hydroxy-3-(3-(N-phenulsulfamoyl)phenyl)acrylamid (rv-belinostat (PXD101)). - Các benzamid như V-MS275, VI-MGCD103. - Các acid carboxylic như acid valproic (VII-VPA). - Các peptid vòng như depsipeptid (VIII-FK228).