Tổng hợp và thử tác dụng sinh học của một số acid hydroxamic mang khung 5-aryl-1,3,4-thiadiazol hướng ức chế histon deacetylase

  • Số trang: 100 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 24 |
  • Lượt tải: 0
minhtuan

Đã đăng 15929 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI TRẦN THỊ BÍCH LAN TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA MỘT SỐ ACID HYDROXAMIC MANG KHUNG 5-ARYL-1,3,4-THIADIAZOL HƢỚNG ỨC CHẾ HISTON DEACETYLASE LUẬN VĂN THẠC SĨ DƢỢC HỌC HÀ NỘI 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI TRẦN THỊ BÍCH LAN TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA MỘT SỐ ACID HYDROXAMIC MANG KHUNG 5-ARYL-1,3,4-THIADIAZOL HƢỚNG ỨC CHẾ HISTON DEACETYLASE LUẬN VĂN THẠC SĨ DƢỢC HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ DƢỢC PHẨM VÀ BÀO CHẾ THUỐC MÃ SỐ: 60720402 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Đào Thị Kim Oanh PGS.TS. Nguyễn Hải Nam HÀ NỘI 2014 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình và nhiều giúp đỡ quý báu của các thày cô, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè. Từ tận đáy lòng mình, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự biết ơn sâu sắc tới TS. Đào Thị Kim Oanh và PGS.TS. Nguyễn Hải Nam, những ngƣời thày đã chỉ dẫn tôi tận tình và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị em làm việc và thực hiện đề tài tại bộ môn Hóa dƣợc, đặc biệt các em Đỗ Thị Mai Dung và Lƣơng Xuân Huy, đã ủng hộ và giúp đỡ tôi rất nhiệt tình trong suốt quá trình nghiên cứu. Tôi cũng nhận đƣợc sự phối hợp và giúp đỡ từ các cán bộ làm việc tại Khoa Hóa – trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học quốc gia Hà Nội, Viện Hóa học các hợp chất tự nhiên, Viện hóa học Việt Nam, Viện Khoa học và Công Nghệ Việt Nam, cùng toàn thể các thày cô trong các phòng, ban, thƣ viện. Tôi xin chân thành cảm ơn. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình và bè bạn – những ngƣời luôn sát cánh, động viên và khích lệ tôi trong cuộc sống và học tập. Hà Nội, ngày 30 tháng 08 năm 2014 Học viên Trần Thị Bích Lan MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ ĐẶT VẤN ĐỀ......................................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN ....................................................................................... 2 1.1. HISTON DEACETYLASE (HDAC) .......................................................... 2 1.1.1. Khái niệm, phân loại ............................................................................. 2 1.1.2. Cấu trúc của HDAC .............................................................................. 3 1.1.3. Mối liên quan giữa ung thƣ và sự bất thƣờng hoạt động của HDAC ... 3 1.2. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HDAC ..................................................................... 4 1.2.1. Phân loại các chất ức chế HDAC (HDIs) ............................................. 4 1.2.2. Cơ chế tác dụng .................................................................................... 6 1.2.3. Cấu trúc của các chất ức chế HDAC .................................................... 6 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VỀ CÁC ACID HYDROXAMIC ỨC CHẾ HDAC ..................................................................... 7 1.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở TRONG NƢỚC VỀ CÁC CHẤT ỨC CHẾ HDAC ............................................................................................................... 15 Chƣơng 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................................... 19 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU ............................................................................... 19 2.1.2. Hóa chất chính .................................................................................... 19 2.1.2. Các hóa chất và dung môi khác .......................................................... 19 2.2. THIẾT BỊ ................................................................................................... 19 2.3. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................. 20 2.3.1. Nội dung nghiên cứu........................................................................... 20 2.3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................... 21 Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ....................................................... 26 3.1. NGHIÊN CỨU DOCKING ....................................................................... 26 3.2. TỔNG HỢP HÓA HỌC ............................................................................ 27 3.2.1. Tổng hợp chất N1-[5-(furan-2-yl)-1,3,4-thiadiazol-2-yl]-N8hydroxyoctandiamid (Va) ............................................................................. 27 3.2.2. Tổng hợp chất N1-[5-(5-bromofuran-2-yl)-1,3,4-thiadiazol-2-yl]-N8hydroxyoctandiamid (Vb)............................................................................. 31 3.2.3. Tổng hợp chất N1-hydroxy-N8-[5-(5-methylfuran-2-yl)-1,3,4thiadiazol-2-yl]octandiamid (Vc) ................................................................. 33 3.2.4.... Tổng hợp chất N1-hydroxy-N8-[5-(thiophen-2-yl)-1,3,4-thiadiazol-2yl]octandiamid (Vd) ..................................................................................... 34 3.2.5. Tổng hợp chất N1-[5-(5-bromothiophen-2-yl)-1,3,4-thiadiazol-2-yl]N8-hydroxyoctandiamid (Ve) ....................................................................... 36 3.2.6. Tổng hợp chất N1-hydroxy-N8-[5-(5-methylthiophen-2-yl)-1,3,4thiadiazol-2-yl]octandiamid (Vf) .................................................................. 37 3.2.7. Tổng hợp chất N1-hydroxy-N8-[5-(pyridin-2-yl)-1,3,4-thiadiazol-2yl]octandiamid (Vg) ...................................................................................... 39 3.2.8. Tổng hợp chất N1-hydroxy-N8-[5-(pyridin-3-yl)-1,3,4-thiadiazol-2yl]octandiamid (Vh) ..................................................................................... 40 3.2.9. Tổng hợp chất N1-hydroxy-N8-[5-(pyridin-4-yl)-1,3,4-thiadiazol-2yl]octandiamid (Vi)....................................................................................... 42 3.2. KIỂM TRA ĐỘ TINH KHIẾT .................................................................. 43 3.3. KHẲNG ĐỊNH CẤU TRÚC ..................................................................... 44 3.3.1. Phổ hồng ngoại (IR) ............................................................................ 44 3.3.2. Phổ khối lƣợng (MS) .......................................................................... 46 3.3.3. Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân (1H-NMR, 13C-NMR) ........................... 46 3.5. HOẠT TÍNH SINH HỌC .......................................................................... 50 3.5.1. Tác dụng ức chế HDAC ...................................................................... 50 3.5.2. Hoạt tính kháng tế bào ung thƣ in vitro .............................................. 51 Chƣơng 4. BÀN LUẬN ........................................................................................ 52 4.1. TỔNG HỢP HÓA HỌC ............................................................................ 52 4.2. KHẲNG ĐỊNH CẤU TRÚC ..................................................................... 53 4.2.1. Phổ hồng ngoại (IR) ............................................................................ 53 4.2.2. Phổ khối (MS) ..................................................................................... 54 4.2.3. Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân (1H-NMR, 13C-NMR) ........................... 55 4.3. HOẠT TÍNH SINH HỌC .......................................................................... 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................... 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT AsPC-1: Tế bào ung thƣ tụy ngƣời 13 1 C - NMR: Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 13C H - NMR: Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1H dd: Dung dịch HAT: histon acetyltranferase HDAC: Histon deacetylase H460: Tế bào ung thƣ phổi ngƣời HDI, HDIs: Histon deacetylase Inhibitor(s) IR: Phổ hồng ngoại MCF-7: Tế bào ung thƣ vú ngƣời MS: Phổ khối lƣợng MTT: (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromid) NCI-H460: Tế bào ung thƣ phổi ngƣời NST: Nhiễm sắc thể PC-3: Tế bào ung thƣ tiền liệt tuyến ngƣời Rt: khuấy đều SAHA: Acid suberoylanilid SKLM: Sắc ký lớp mỏng SW620: Tế bào ung thƣ đại tràng ngƣời TSA: Trichostatin A DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng STT 1 Bảng 1.1: Các chất ức chế HDAC đang thử nghiệm trên lâm sàng 2 Bảng 1.2: Tác dụng kháng các tế bào ung thƣ in vitro của N25 (IC50±SD [µM]) 3 Bảng 1.3: Hoạt tính ức chế HDAC các tuýp và tác dụng kháng tế bào ung thƣ in vitro của các dẫn chất amido-lactam ở vị trí 7 của khung SAHA 4 Bảng 1.4: Các acid hydroxamic mang khung 5-phenyl-1,3,4thiadiazol-2-yl và độc tính trên một số dòng tế bào 5 Bảng 3.1: Kết quả docking của các chất Va-i với HDAC8 6 Bảng 3.2: Giá trị Rf và T0nc của các chất Va-i 7 Bảng 3.3: Số liệu phân tích phổ IR của Va-i 8 Bảng 3.4: Số liệu phân tích phổ khối lƣợng của các chất 9 Bảng 3.5: Số liệu phân tích phổ 1H-NMR 10 Bảng 3.6: Số liệu phân tích phổ 13C-NMR 11 Bảng 3.7: Tác dụng ức chế HDAC của các dẫn chất tổng hợp 12 Bảng 4.1: Kết quả thử hoạt tính kháng tế bào ung thƣ ngƣời in vitro 13 Bảng 4.2: So sánh tác dụng kháng tế bào ung thƣ của Va-d, Vf-h với một số dẫn chất acid hydroxamic mang khung 5-phenyl-1,3,4-thiadiazol DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ HÌNH VẼ STT 1 Tên hình Hình 1.1: Vai trò sinh học của các HDAC trong sinh lý tế bào ung thƣ 2 Hình 1.2: Điều hòa sự phát triển và sống sót của tế bào bởi các chất ức chế HDAC 3 Hình 1.3: Công thức cổ điển của HDI 4 Hình 1.4: HDIs có cấu trúc acid hydroxamic 5 Hình 1.5: Các acid phenylthiazol hydroxamic tƣơng tự SAHA 6 Hình 1.6: Một số acid phenylthiazol hydroxamic 7 Hình 1.7: Các dẫn chất acid biphenyl-hydroxamic 8 Hình 1.8: Các acid isoxazol-hydroxamic 9 Hình 1.9: Các triazol-hydroxamic 10 Hình 1.10: Một số dẫn chất saccarin của acid hydroxamic mới 11 Hình 1.11: Công thức một số dẫn chất amido-lactam ở vị trí 7 của khung SAHA 12 Hình 1.12: Các acid hydroxamic mang khung benzothiazol, cầu nối 6 carbon 13 Hình 2.1: Các dẫn chất hydroxamic mang khung 5-aryl1,3,4-thiadiazol dự kiến tổng hợp 14 Hình 3.1: Mô hình tƣơng tác của Va, Vg và SAHA với HDAC8 15 Hình 4.1: Phổ hồng ngoại của chất Vb 16 Hình 4.2: Phổ khối lƣợng của chất Vb 17 Hình 4.3: Phổ 1H-NMR dãn rộng của chất Vd 18 Hình 4.4: Phổ 13C-NMR của chất Vb 19 Hình 4.5: Kết quả phân tích Western blot của các chất Va-i SƠ ĐỒ Tên sơ đồ STT 1 Sơ đồ 1.1: Tổng hợp các acid isoxazol-hydroxamic 2 Sơ đồ 1.2: Tổng hợp acid triazol-hydroxamic (4) 3 Sơ đồ 2.1: Tổng hợp các dẫn chất hydroxamic mang khung 5-aryl-1,3,4-thiadiazol 4 Sơ đồ 3.1: Quy trình tổng hợp chất Va 5 Sơ đồ 3.2: Tổng hợp chất IIa 6 Sơ đồ 3.3: Tổng hợp chất IIIa 7 Sơ đồ 3.4: Tổng hợp chất IVa 8 Sơ đồ 3.5: Tổng hợp chất Va 9 Sơ đồ 3.6: Quy trình tổng hợp chất Vb 10 Sơ đồ 3.7: Quy trình tổng hợp chất Vc 11 Sơ đồ 3.8: Quy trình tổng hợp chất Vd 12 Sơ đồ 3.9: Quy trình tổng hợp chất Ve 13 Sơ đồ 3.10: Quy trình tổng hợp chất Vf 14 Sơ đồ 3.11: Quy trình tổng hợp chất Vg 15 Sơ đồ 3.12: Quy trình tổng hợp chất Vh 16 Sơ đồ 3.13: Quy trình tổng hợp chất Vi 17 Sơ đồ 4.1: Cơ chế phản ứng đóng vòng tổng hợp 2-amino5-aryl-1,3,4-thiadiazol 18 Sơ đồ 4.2: Cơ chế hoạt hóa của CDI ĐẶT VẤN ĐỀ Histon deacetylase (HDAC) là một nhóm enzym có ảnh hƣởng lên quá trình sao chép và biểu hiện gen. Các nghiên cứu cho thấy sự hoạt động bất thƣờng của HDAC là căn nguyên của nhiều bệnh ung thƣ [7,11,15,24]. Vì thế, việc tìm ra các thuốc có hoạt tính ức chế HDAC để điều trị ung thƣ đang là một hƣớng nghiên cứu đƣợc rất nhiều nhà khoa học quan tâm. Một trong các nhóm chất ức chế HDAC đƣợc tập trung nghiên cứu hiện nay là các dẫn chất acid hydroxamic. Nhóm chất này có hoạt tính ức chế mạnh, cấu trúc đơn giản dễ tổng hợp, trong đó acid suberoylanilid hydroxamic (SAHA) là chất đầu tiên đã đƣợc FDA phê duyệt sử dụng trong điều trị u lympho da tế bào T [31]. Tiếp tục thành công này, nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới vẫn đang nỗ lực tìm kiếm các dẫn chất mới tối ƣu hơn dựa trên phiên mẫu của SAHA và các chất đã tìm đƣợc. Tại Việt Nam, một số nghiên cứu thiết kế, tổng hợp các dẫn chất acid hydroxamic hƣớng ức chế HDAC đã và đang đƣợc thực hiện tại bộ môn Hóa Dƣợc – trƣờng Đại học Dƣợc Hà Nội. Các nghiên cứu này tập trung vào hai hƣớng: thay đổi cầu nối hoặc nhóm khóa hoạt động dựa trên khung của SAHA. Trong luận án tiến sĩ của tác giả Đào Thị Kim Oanh, dẫn chất mang khung benzothiazol với vai trò là nhóm khóa hoạt động thay cho nhân phenyl của SAHA và cầu nối 6 carbon cho hoạt tính rất đáng lƣu ý [3]. Ngoài ra, trong một công bố gần đây của tác giả Nguyễn Hải Nam và cộng sự, các dẫn chất acid hydroxamic mang khung 5-phenyl1,3,4-thiadiazol-2-yl với cầu nối 6 carbon cũng cho hoạt tính rất tốt [21]. Vì vậy, tiếp tục hƣớng nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành đề tài “Tổng hợp và thử tác dụng sinh học của một số acid hydroxamic mang khung 5-aryl-1,3,4thiadiazol hướng ức chế histon deacetylase” với hai mục tiêu: - Tổng hợp đƣợc một số dẫn chất acid hydroxamic mang khung 5-aryl-1,3,4thiadiazol. - Thử tác dụng ức chế histon deacetylase và hoạt tính kháng một số dòng tế bào ung thƣ in vitro của các chất tổng hợp đƣợc. 1 - Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1.1. HISTON DEACETYLASE (HDAC) 1.1.1. Khái niệm, phân loại Histon là các protein cơ bản cấu tạo nên nhiễm sắc thể, trong đó bốn cặp histon (H2A, H2B, H3 và H4) tạo nên lõi protein của nucleosom. Các cặp histon lõi có 2 phần quan trọng: đuôi C nằm bên trong lõi và đầu N nằm bên ngoài nucleosom. Đầu amin này mang nhiều điện tích dƣơng nên tƣơng tác mạnh với phần phosphat mang điện âm trên phân tử ADN tạo nên cấu trúc nucleosom và các cấu trúc bậc cao hơn của nhiễm sắc thể. Việc tích điện dƣơng của histon mạnh hay yếu thông qua quá trình acetyl hóa đầu amin ở phần đuôi của histon. Ở dạng deacetyl hóa, histon tích điện dƣơng lớn, tƣơng tác điện tích với ADN mạnh làm đóng xoắn nhiễm sắc thể gây ức chế quá trình dịch mã và tổng hợp protein, ức chế sự biểu hiện gen. Ngƣợc lại, khi bị acetyl hóa, điện tích dƣơng bị trung hòa, nhiễm sắc thể đƣợc tháo xoắn, quá trình tổng hợp protein diễn ra và đặc tính của gen đƣợc biểu hiện. Trong tế bào, quá trình acetyl hóa này đƣợc điều hòa bởi 2 enzym: histon acetyltranferase (HAT) và histon deacetylase (HDAC) [1, 13, 27, 29]. Histon deacetylase (HDAC) là nhóm gồm 18 enzym xúc tác cho sự di chuyển làm giảm bớt nhóm acetyl trên phần đuôi lysin của các protein histon H2A, H2B, H3 và H4 trong lõi nucleosom. Hiện nay, 18 HDAC khác nhau ở ngƣời đã đƣợc xác định, chia làm 4 nhóm [1, 5, 6, 27, 29]. - Nhóm I: HDAC 1, HDAC 2, HDAC 3, HDAC 8 : Nằm ở nhân tế bào, có protein đích là các histon. - Nhóm IIa: HDAC 4, HDAC 5, HDAC 7, HDAC 9: Nằm ở nhân hoặc tế bào chất, có protein đích là các protein histon và không phải histon. - Nhóm IIb: HDAC 6, HDAC 10 : Nằm ở tế bào chất, có đích là các protein không phải histon. 2 - Nhóm III: Các protein điều hoà chuỗi thông tin 2 (SIRT): SIRT 1 – 7, chúng có ở bào tƣơng, ty thể và nhân. - Nhóm IV: HDAC 11 : Nằm ở nhân tế bào, có đích là các histon. Các HDAC nhóm I, II, IV đƣợc gọi là các HDAC “kinh điển” phụ thuộc vào Zn2+ và bị ức chế bởi các chất tạo phức chelat với Zn2+ nhƣ các acid hydroxamic, thiol... Trong khi đó các HDAC nhóm III lại phụ thuộc vào NAD+ [6]. Thuật ngữ các chất ức chế HDAC thƣờng đƣợc dùng cho những chất có mục tiêu phân tử là các HDAC kinh điển và hiện đang đƣợc nghiên cứu trên lâm sàng [1, 6]. 1.1.2. Cấu trúc của HDAC Bằng phƣơng pháp kết tinh tạo tinh thể và chụp tia X ngƣời ta đã xác định đƣợc cấu trúc 3D của một số HDAC và các trung tâm xúc tác phản ứng deacetyl của chúng. Về cơ bản các HDAC có cấu trúc trung tâm hoạt động khá giống nhau, chúng đều gồm các phần cơ bản sau: + Ion Zn2+ là coenzym của HDAC nằm ở trung tâm xúc tác của chúng. Đây là thành phần tham gia liên kết mạnh nhất với phần đuôi histon bằng liên kết phối trí. Thông thƣờng các chất ức chế HDAC liên kết càng mạnh với Zn2+ thì tác dụng ức chế HDAC và độc tính tế bào càng mạnh [12, 19, 28]. + Kênh enzym là nơi chứa đựng cơ chất và tham gia liên kết Van der Walls với cơ chất. Kênh này có cấu trúc dạng túi hình ống hẹp, đƣợc cấu tạo bởi các acid amin thân dầu đặc biệt là các acid amin có nhân thơm nhƣ: Phe, Tyr, Pro, His. Nó có cấu trúc khá linh động có thể thay đổi kích thƣớc để phù hợp với cơ chất và tham gia phản ứng deacetyl. Trên miệng túi có một vành nhỏ đƣợc tạo nên từ 1 vài vòng xoắn protein (phần vành sẽ tƣơng tác với nhóm nhận diện bề mặt của HDAC). Đối với các hợp chất acid hydroxamic chiều dài của kênh này là tối ƣu với khoảng 5-6 liên kết carbon [12, 28, 29]. 1.1.3. Mối liên quan giữa ung thƣ và sự bất thƣờng hoạt động của HDAC Nhƣ đã trình bày trong phần khái niệm, hoạt động của HDAC ảnh hƣởng tới sự tích điện trên phần đầu amin của histon, từ đó gây tác động lên quá trình phiên mã. Các sai lệch của quá trình phiên mã là một trong những nguyên nhân dẫn tới sự hình thành khối u [1]. Chẳng hạn, mối tƣơng quan giữa hoạt động của HDAC và sự 3 tạo thành khối u đƣợc thể hiện rõ nhất trong bệnh ung thƣ bạch cầu tiền tủy bào cấp tính (APL). Những nghiên cứu trên phạm vi rộng đã chỉ ra rằng sự ức chế phiên mã không thích hợp của HDAC là cơ chế phổ biến tạo ra các protein gây ung thƣ (oncoprotein). Ngoài ra trong các tế bào ung thƣ ngƣời ta còn thấy sự hoạt động quá mức của HDAC nhƣ ung thƣ buồng trứng (HDAC1-3), ung thƣ dạ dày (HDAC2); ung thƣ phổi (HDAC1, 3) [11, 24]. Các nghiên cứu có ý nghĩa thống kê đã chỉ ra rằng các HDAC liên quan đến nhiều giai đoạn điều hòa cơ bản của quá trình sinh học trong tế bào ung thƣ nhƣ chu trình tế bào, sự biệt hóa, sự chết tế bào theo chƣơng trình, kể cả sự di chuyển, sự xâm lấn và sự tạo mạch. Vai trò chức năng của các HDAC trong quá trình sinh học của tế bào ung thƣ đƣợc tóm tắt ở hình 1.1 [7, 11, 15, 24]. Hình 1.1: Vai trò sinh học của các HDAC trong sinh lý tế bào ung thư 1.2. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HDAC 1.2.1. Phân loại các chất ức chế HDAC (HDIs) HDIs đƣợc chia thành 5 nhóm chính dựa trên cấu trúc hóa học: các acid hydroxamic, các peptid vòng, các acid béo, benzamid và các dẫn chất ceton. [9] 4 Bảng 1.1: Các chất ức chế HDAC đang thử nghiệm trên lâm sàng Chất Cấu trúc Chất Cấu trúc Các acid hydroxamic O O O TSA (Trichostatin A) NHOH Oxamflatin NHOH H N O S N O O Acid H N NHOH suberoylanilid NVP- O LAQ-824 hydroxamic (SAHA) CBHA (Acid mcarboxycinnamic Acid bishydroxamid) sulfonamid hydroxamic Scriptaid Peptid vòng O Depsipeptid HN NH S S O (FK-228) CH3 O H N CH3 CH3 H3C O HN O CH3 O Acipidin CHAP Benzamid O O MS-275 N H H N NH2 CI-994 N O Các acid béo O Acid valproic Phenyl ONa OH butyrat 5 O Các dẫn chất ceton Trifluoromethyl Alpha- ceton cetoamid Mỗi nhóm có những hạn chế riêng: các acid hydroxamic là những chất bị chuyển hóa nhanh và ức chế không chọn lọc các HDAC; các benzamid và các acid béo có hiệu lực hạn chế, trong khi các peptid vòng có cấu trúc quá phức tạp và gây ra sự chảy máu khó chữa và FK-228 trong cấu trúc có một phần liên kết với kim loại có chứa lƣu huỳnh không mong muốn [4, 14]. 1.2.2. Cơ chế tác dụng Các chất ức chế HDAC có tác dụng chống ung thƣ do tác động lên nhiều giai đoạn quan trọng của chu trình tế bào làm mất sự điều hòa trong tế bào ác tính. Trong đó, yếu tố then chốt quyết định hoạt tính chống ung thƣ của HDIs là thúc đẩy sự biệt hóa, ức chế chu trình tế bào và thúc đẩy sự chết tế bào. Ngoài ra, hoạt hóa đáp ứng miễn dịch và ức chế tạo mạch cũng là vai trò rất quan trọng của HDIs, gián tiếp ức chế sự phát triển in vivo của khối u (hình 1.2) [2, 13]. Hình 1.2: Điều hòa sự phát triển và sống sót của tế bào bởi các chất ức chế HDAC 1.2.3. Cấu trúc của các chất ức chế HDAC Các HDIs chia thành nhiều nhóm khác nhau nhƣng có một số đặc điểm chung về mặt cấu trúc gồm 3 phần chính [2, 8, 20]: 6 - Nhóm gắn với ion Zn2+ (Zinc binding group - ZBG) (A): tƣơng tác với ion Zn2+ tại trung tâm hoạt động của các HDAC nhƣ acid hydroxamic, các thiol, nhóm oaminoanilin của benzamid, mercaptoceton..., quyết định tính đặc hiệu và hiệu lực của HDIs. - Vùng cầu nối sơ nƣớc (B): thƣờng là những hydrocacbon thân dầu có thể tạo các liên kết Van der Waals với kênh enzym. - Nhóm khóa hoạt động (capping group) hay vùng nhận diện bề mặt (surface recognition group) (C): là các vòng thơm hoặc peptid vòng, thƣờng nằm trên bề mặt enzym. Hình 1.3: Công thức cổ điển của HDI 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 C tƣơng tác với phần vành trên bề mặt miệng túi enzym. Nhóm nhận diện bề mặt C có thể liên kết với phần cầu nối thông qua một số liên kết peptid làm tăng khả năng phân 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. 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VỀ CÁC ACID HYDROXAMIC ỨC CHẾ HDAC Acid hydroxamic là nhóm chất ức chế HDAC đƣợc nghiên cứu rộng rãi nhất, với nồng độ ức chế nằm trong khoảng micromol đến nanomol. Trichostatin A ( (R)-TSA) là chất đầu tiên đƣợc phân lập từ Streptomyces hygroscopicus đã đƣợc chứng minh có tác dụng ức chế mạnh, đặc hiệu với HDAC (Ki=3,4nM), có tác dụng rất tốt trong việc làm giảm sự biệt hóa tế bào trong bệnh bạch cầu Friend, và đóng vai trò nhƣ chất ngăn cản sự di căn trong ung thƣ đại tràng. Tuy nhiên việc sản xuất ra TSA rất tốn kém với hiệu suất thấp (trải qua 20 7 bƣớc với hiệu suất 2%) nên việc nghiên cứu ra các chất ức chế HDAC thay thế TSA đang đƣợc nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Hiện nay, TSA chủ yếu đƣợc dùng làm chất đối chiếu trong nghiên cứu tìm ra HDIs mới [23]. Một chất ức chế HDAC đã đƣợc nghiên cứu tổng hợp thành công là acid suberoylanilid hydroxamic (SAHA). Chất này đã đƣợc FDA phê duyệt sử dụng trong điều trị u lympho da tế bào T. SAHA làm tăng sự acetyl hóa của các histon H2B, H3 và H4, đồng thời thay đổi sự biểu hiện của một số gen dẫn đến sự chết tế bào theo chƣơng trình [31]. Bên cạnh đó, nhiều dẫn chất acid hydroxamic ức chế HDAC đang đƣợc nghiên cứu rộng rãi và đƣợc chia thành nhiều phân nhóm nhỏ (hình 1.4). Hình 1.4: HDIs có cấu trúc acid hydroxamic Đặc điểm chung của các chất này là nhóm hydroxamic dễ tạo phức với Zn 2+ của HDAC nên ức chế không chọn lọc cả HDAC nhóm I, II và bị chuyển hóa nhanh [20, 30]. Chính vì vậy các nhà khoa học trên thế giới vẫn đang nỗ lực tìm kiếm các dẫn chất mới dựa trên phiên mẫu TSA, SAHA và các chất đã tìm đƣợc. Dựa trên đặc điểm cấu trúc của các chất ức chế HDAC dẫn chất hydroxamic (hình 1.3), các 8 nghiên cứu có thể tiến hành thay đổi một trong 2 phần cấu trúc: nhóm khóa hoạt động (C), cầu nối (B). Sau đây là tổng kết một số nghiên cứu trên thế giới về thay đổi nhóm khóa hoạt động của các acid hydroxamic. Các nhà khoa học thuộc Viện nghiên cứu quân đội Walter Reed (Mỹ) đã thiết kế và tổng hợp hàng trăm dẫn chất acid hydroxamic mang hợp phần phenylthiazol thay thế vào vị trí của phenyl trong SAHA (1, hình 1.5) [10]. Một dẫn chất oxazol là WR301849 cũng đƣợc tổng hợp [17]. Hình 1.5: Các acid phenylthiazol hydroxamic tương tự SAHA Kết quả đánh giá tác dụng trên HDAC cho thấy dẫn chất WR301801 (1a) với nhóm khóa hoạt động là 3-aminophenyl-5-thiazolyl có tác dụng ức chế mạnh nhất với IC50 = 10,4 nM, mạnh hơn cả SAHA trên cùng thử nghiệm. Đồng phân vị trí của WR301801 là WR301826 (1b) (nhóm thế amino ở vị trí ortho) cũng có tác dụng mạnh tƣơng đƣơng SAHA [30]. Sử dụng hai chất WR301801 và WR301826 làm những chất dẫn đƣờng mới, nhóm nghiên cứu của Alan P. Kozikowski thuộc Đại học Illinois (Chicago, Mỹ) tiếp tục thiết kế dãy acid phenylthiazol-hydroxamic dẫn chất hóa dựa trên nhóm amino của vòng phenyl (hình 1.6) [16]. Kết quả cho thấy, khi nhóm amin thế trên vòng phenyl đƣợc acyl hóa bằng những nhóm cồng kềnh, tác dụng ức chế nhiều týp HDAC tăng. Tác dụng mạnh nhất thu đƣợc với dẫn chất 1a-5 (hình 10). IC50 của dẫn chất này với HDAC2, HDAC3 thấp dƣới mức 0,2 nM. Kết quả thử độc tính trên 5 dòng tế bào ung thƣ tụy công bố với 1a, 1b, 1a-2 cho thấy các dẫn chất này đều có IC50 nhỏ hơn 3 M [16]. 9 Hình 1.6: Một số acid phenylthiazol hydroxamic Trong quá trình nghiên cứu các dẫn chất acid phenylthiazol-hydroxamic, nhóm nghiên cứu của Alan P. Kozikowski cũng đồng thời tiến hành thiết kế và tổng hợp một dãy các dẫn chất acid biphenyl-hydroxamic tƣơng tự SAHA (hình 1.7) [16]. Kết quả các dẫn chất biphenyl ức chế HDAC mạnh hơn SAHA trên 6 loại HDAC (HDAC1, 2, 3, 8, 10, 6). Khi gắn thêm nhóm -NH2 vào vị trí ortho trên vòng phenyl thứ 2 hoạt tính giảm song khi nhóm -NH2 này đƣợc acyl hóa bằng những nhóm aminoacyl cồng kềnh, tác dụng ức chế HDAC lại đƣợc tăng cƣờng. Điều này chứng tỏ phần nhận diện bề mặt của trung tâm hoạt động của HDAC có thể chấp nhận nhiều nhóm có kích thƣớc lớn. Kết quả này cũng gợi ý các tƣơng tác đƣợc tạo lập thêm từ những nhóm aminoacyl này với các acid amin tại vành của túi hoạt động đã làm tăng ái lực đối với HDAC của các dẫn chất. Một số acid biphenyl-hydroxamic cũng cho độc tính trên 5 dòng tế bào ung thƣ tụy thử nghiệm nhƣng tác dụng không tốt bằng các acid phenylthiazol hydroxamic. Hình 1.7: Các dẫn chất acid biphenyl-hydroxamic Trong quá trình nghiên cứu các dẫn chất acid phenylthiazol-hydroxamic, nhóm nghiên cứu của Alan P. Kozikowski thuộc Đại học Illinois (Chicago, Mỹ) đã tổng hợp dẫn chất acid phenylisoxazol-hydroxamic WR301849 (hình 1.8) [17]. Dẫn chất isoxazol này có tác dụng ức chế các HDAC1, 3 và 6 rất mạnh với IC50 thấp đến 0,002 nM. Tiếp tục mạch nghiên cứu này, một số dẫn chất trong đó vòng isoxazol đƣợc đƣa vào vị trí ngay sát cạnh nhóm acid hydroxamic đã đƣợc thiết kế và tổng hợp (sơ đồ 1.1) [25]. 10
- Xem thêm -