Tổng hợp và thử tác dụng sinh học của N-Hydroxy-7-(3’-Spiro[1,3]dioxolan-2’-oxoindolin-1’-yl)Heptanamid và một số dẫn chất

  • Số trang: 87 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 37 |
  • Lượt tải: 0
minhtuan

Đã đăng 15929 tài liệu

Mô tả:

    BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI                 NGUYỄN THỊ VÂN TRANG     TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA     N-HYDROXY-7-(3’-SPIRO[1,3]DIOXOLAN       2’-OXOINDOLIN-1’-YL)HEPTANAMID VÀ MỘT SỐ DẪN CHẤT     KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ               HÀ NỘI - 2015       BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI           NGUYỄN THỊ VÂN TRANG     TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA   N-HYDROXY-7-(3’-SPIRO[1,3]DIOXOLAN             2’-OXOINDOLIN-1’-YL)HEPTANAMID VÀ MỘT SỐ DẪN CHẤT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ             Người hướng dẫn: 1. TS. Phan Thị Phương Dung 2. ThS. Trần Thị Lan Hương Nơi thực hiện: Bộ môn Hóa Dược     HÀ NỘI - 2015     LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian thực hiện đề tài với nhiều nỗ lực và cố gắng, thời điểm hoàn thành khóa luận là lúc tôi xin phép được bày tỏ lòng biết ơn chân thành với những người đã dạy dỗ, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Trước hết với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tôi xin bày tỏ lời cám ơn chân thành đến GS. Nguyễn Hải Nam, TS. Phan Thị Phương Dung, ThS. Trần Thị Lan Hương và DS. Đỗ Thị Mai Dung - Bộ môn Hóa Dược - trường Đại học Dược Hà Nội, những người thầy đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình chỉ bảo tôi trong thời gian thực hiện khóa luận này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy giáo, cô giáo và các anh chị kỹ thuật viên của Bộ môn Hóa Dược - trường Đại học Dược Hà Nội, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Khoa Dược - Đại học Quốc gia Chungbuk - Hàn Quốc đã luôn giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện khóa luận tốt nghiệp. Cuối cùng tôi xin được gửi lời cám ơn sâu sắc đến bố mẹ, gia đình và bạn bè đã luôn động viên khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Hà Nội, ngày 11 tháng 5 năm 2015 Sinh viên Nguyễn Thị Vân Trang     MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ĐẶT VẤN ĐỀ 1 Chương 1. TỔNG QUAN 2 1.1. HISTON DEACETYLASE (HDAC) 2 1.1.1. Khái niệm histon acetyltransferase (HAT) và histon deacetylase (HDAC) 2 1.1.2. Phân loại các HDAC 3 1.1.3. Vai trò sinh học của HDAC và cơ chế chống ung thư của các chất ức chế HDAC 3 1.2. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HDAC 6 1.2.1. Phân loại các chất ức chế HDAC 6 1.2.2. Cấu trúc của các chất ức chế HDAC 7 1.2.3. Liên quan cấu trúc - tác dụng của các chất ức chế HDAC 8 1.3. MỘT SỐ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC ACID HYDROXAMIC ỨC CHẾ HDAC TRÊN THẾ GIỚI 12 1.3.1. Thay đổi nhóm khoá hoạt động 12 1.3.2. Thay đổi cầu nối 13 1.4. CÁC ACID HYDROXAMIC ĐƯỢC THIẾT KẾ TỔNG HỢP TRONG NƯỚC 14 Chương 2. NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ 16 2.1.1. Hóa chất 16 2.1.2. Thiết bị, dụng cụ 16     2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 16 2.2.1. Tổng hợp hóa học 16 2.2.2. Thử tác dụng sinh học của các dẫn chất tổng hợp được 17 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 2.3.1. Tổng hợp hóa học 17 2.3.2. Thử tác dụng sinh học 18 Chương 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 21 3.1. HÓA HỌC 21 3.1.1. Tổng hợp hóa học 21 3.1.2. Kiểm tra độ tinh khiết 29 3.1.3. Xác định cấu trúc 30 3.2. THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC 34 3.2.1. Thử tác dụng ức chế HDAC 34 3.2.2. Thử hoạt tính kháng tế bào ung thư in vitro 34 3.2.3. Sơ bộ đánh giá mức độ giống thuốc 34 3.3. BÀN LUẬN 35 3.3.1. Tổng hợp hóa học 35 3.3.2. Khẳng định cấu trúc 36 3.3.3. Thử hoạt tính sinh học 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC     DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 13 C-NMR : Cộng hưởng từ hạt nhân 13C CTCL : U da tế bào lympho T DCM : Dicloromethan DMF : Dimethyl formamid HAT : Histon acetyltranferase HDAC : Histon deacetylase 1 : Cộng hưởng từ hạt nhân 1H H-NMR IR : Phổ hồng ngoại MeOH : Methanol MS : Phổ khối lượng RPMI 1640 : Môi trường nuôi cấy được phát triển bởi Viện tưởng niệm Roswell Park SAHA : Acid suberoylanilid hydroxamic SRG : Nhóm nhận diện bề mặt T°nc : Nhiệt độ nóng chảy TB : Tế bào TCA : Acid tricloroacetic TLC : Phương pháp sắc ký lớp mỏng TSA : Trichostatin A TsOH : Acid p-toluensulfonic ZBG : Nhóm kết thúc gắn với kẽm     DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang 1 Bảng 1.1: Cấu trúc và hoạt tính của các dẫn xuất SAHA ω-alkoxy trong nghiên cứu của Hanessian S. và cộng sự 2 Bảng 1.2: Tác dụng sinh học của một số acid hydroxamic được thiết kế, tổng hợp trong nước 3 15 Bảng 3.1: Chỉ số lý hóa và hiệu suất tổng hợp các acid hydroxamic từ ester 4 10 29 Bảng 3.2: Giá trị Rf và nhiệt độ nóng chảy (tonc) của các dẫn chất IVa-d 30 5 Bảng 3.3: Kết quả phân tích phổ IR của các dẫn chất IVa-d 31 6 Bảng 3.4: Kết quả phân tích phổ MS của các dẫn chất IVa-d 7 31 Bảng 3.5: Kết quả phân tích phổ 1H-NMR của các dẫn chất IVa-d 8 Bảng 3.6: Kết quả phân tích phổ 32 13 C-NMR của các dẫn chất IVa-d 9 Bảng 3.7: Đánh giá mức độ giống thuốc của các dẫn chất IVa-d theo quy tắc Lipinsky 10 40 Bảng 3.9: Kết quả thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của các dẫn chất IVa-d 12 34 Bảng 3.8: Kết quả thử tác dụng ức chế HDAC của các dẫn chất IVa-d bằng phương pháp định lượng IC50 11 33 41 Bảng 3.10: Kết quả thử hoạt tính của các acid hydroxamic có khung isatin-3-oxim, isatin-3-methoxim và 3-spiro[1,3] dioxolan-2-oxoindolin 43     DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT 1 Tên hình Hình 1.1: Cấu trúc chromatin điều khiển quá trình phiên mã, dịch mã 2 2 Hình 1.2: Vai trò điều khiển sự chết tế bào theo chương trình của các chất ức chế HDAC 3 Trang 4 Hình 1.3: Vai trò điều khiển chu trình tế bào của các chất ức chế HDAC 5 4 Hình 1.4: Một số chất ức chế HDAC 7 5 Hình 1.5: Cấu trúc của các chất ức chế HDAC 8 6 Hình 1.6: Cấu trúc apicidin và azumamid E 8 7 Hình 1.7: Tương tác giữa HDAC4 và một hợp chất có cầu nối mạch vòng trong nghiên cứu của Micco S.D. và cộng sự 8 Hình 1.8: Mô hình ZBG theo nghiên cứu của Vanommeslaeghe K. và cộng sự 9 14 Hình 3.1: Kết quả thử tác dụng ức chế HDAC của các dẫn chất IVa-d theo phương pháp Western blot 14 14 Hình 1.12: Cấu trúc chung của một số dãy chất đã được nghiên cứu và công bố 13 13 Hình 1.11: Cấu trúc HPOB trong nghiên cứu của Lee J.H. và cộng sự 12 13 Hình 1.10: Cấu trúc cơ bản của các hợp chất tương tự SAHA có nhóm thế tại C7 trong nghiên cứu của Taddei M. và cộng sự 11 11 Hình 1.9: Cấu trúc các chất trong nghiên cứu của Feng T. và cộng sự 10 9 39 Hình 3.2: Biểu đồ so sánh tác dụng của các dẫn chất IVa-d trên từng dòng tế bào ung thư SW620, PC-3 và AsPC-1 42     DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ STT Tên sơ đồ Trang 1 Sơ đồ 3.1: Quy trình tổng hợp chung 21 2 Sơ đồ 3.2: Quy trình tổng hợp dẫn chất IIa 21 3 Sơ đồ 3.3: Quy trình tổng hợp dẫn chất IIIa 22 4 Sơ đồ 3.4: Quy trình tổng hợp dẫn chất IVa 23 5 Sơ đồ 3.5: Quy trình tổng hợp dẫn chất IVb 25 6 Sơ đồ 3.6: Quy trình tổng hợp dẫn chất IVc 26 7 Sơ đồ 3.7: Quy trình tổng hợp dẫn chất IVd 28 8 Sơ đồ 3.8: Cơ chế phản ứng tạo thành IIa-d 35 9 Sơ đồ 3.9: Cơ chế phản ứng tạo thành IIIa-d 35 10 Sơ đồ 3.10: Cơ chế phản ứng tạo thành IVa-d 36   1 ĐẶT VẤN ĐỀ Histon deacetylase (HDAC) và histon acetyltransferase (HAT) là các enzym quan trọng tham gia vào quá trình điều hoà biểu hiện gen. Nhiều nghiên cứu cho thấy sự huy động quá mức các HDAC có khả năng gây nên các sai lệch trong quá trình phiên mã, làm kích thích sự phát triển của các tế bào ung thư [15,20]. Do đó, các HDAC là mục tiêu phân tử hấp dẫn cho nghiên cứu phát triển thuốc điều trị ung thư hiện nay [12,21,39]. Trong số các loại chất ức chế HDAC đã được tổng hợp và công bố cho đến nay, các dẫn xuất của acid hydroxamic có hoạt tính tốt, đặc biệt một dẫn xuất acid hydroxamic - acid suberoylanilid hydroxamic (SAHA, Zolinza®) , đã được FDA phê duyệt năm 2006 cho điều trị u da tế bào lympho T (CTCL). Theo hướng tiếp cận này, nhóm nghiên cứu tại bộ môn Hóa Dược - Đại học Dược Hà Nội cũng đã tổng hợp, thử hoạt tính và công bố nhiều dãy chất dẫn xuất acid hydroxamic hướng ức chế HDAC có hoạt tính kháng tế bào ung thư tốt. Trong bài báo khoa học của GS. Nguyễn Hải Nam và cộng sự [31], các acid hydroxamic tương tự SAHA được tổng hợp sử dụng khung 5-aryl-1,3,4-thiadiazol làm nhóm khoá hoạt động, đã cho tác dụng ức chế HDAC tốt hơn nhiều lần SAHA. Các kết quả nghiên cứu trên cho thấy sử dụng dị vòng làm nhóm khoá hoạt động có khả năng cho hoạt tính tốt. Dựa vào kết quả trên, nhóm nghiên cứu của GS. Nguyễn Hải Nam [1,30] tiếp tục tổng hợp các chất có nhóm khoá hoạt động là dị vòng isatin-3oxim và isatin-3-methoxim với cầu nối heptanamid (thay thế cầu nối octandiamid trong SAHA), kết quả thu được cũng rất khả quan. Trên cơ sở các nghiên cứu trên, chúng tôi tiến hành tổng hợp các chất hướng ức chế HDAC với cầu nối heptanamid được tiếp tục sử dụng nhưng nhóm khoá hoạt động được thay đổi bằng khung 3spiro[1,3]dioxolan-2-oxoindolin. Đề tài “Tổng hợp và thử tác dụng sinh học của N-hydroxy-7-(3’-spiro[1,3]dioxolan-2’-oxoindolin-1’-yl)heptanamid và một số dẫn chất” được thực hiện với hai mục tiêu: 1. Tổng hợp N-hydroxy-7-(3’-spiro[1,3]dioxolan-2’-oxoindolin-1’-yl)heptanamid và 3 dẫn chất. 2. Thử tác dụng ức chế HDAC và độc tính tế bào của các dẫn chất tổng hợp được.   2 Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. HISTON DEACETYLASE (HDAC) Nhiễm sắc thể được cấu thành từ các đơn vị cấu trúc cơ bản là các protein, gọi là mononucleosom. Mỗi mononucleosom là một octamer của các histon (gồm 2 cặp của mỗi protein H2A, H2B, H3 và H4) [24]. Các đầu tận của protein histon thường bị biến đổi bởi các quá trình methyl hoá (Me), phosphoryl hoá (P) hoặc acetyl hoá (Ac) sau dịch mã. Quá trình acetyl hoá histon được điều khiển bởi các enzym histon acetyltransferase (HAT) và histon deacetylase (HDAC) [5]. 1.1.1. Khái niệm histon acetyltransferase (HAT) và histon deacetylase (HDAC): Histon acetyltransferase (HAT): là enzym acetyl hoá nhóm ε-NH2 trong gốc lysin (đầu N tận) của histon, làm trung hoà điện tích dương trên lysin, do đó giảm khả năng tương tác của histon với ADN (tích điện âm), tạo ra cấu trúc mở của chromatin. Vì vậy, sự acetyl hoá histon tạo điều kiện cho quá trình phiên mã, dịch mã xảy ra (hình 1.1b) [5,19]. Histon deacetylase (HDAC): là enzym có tác dụng đối lập với HAT. HDAC loại bỏ nhóm acetyl từ acetyllysin (Ac-Lys) ở đầu N tận của histon, làm đóng xoắn chromatin, do đó ức chế quá trình phiên mã (hình 1.1a) [5,19]. Hình 1.1: Cấu trúc chromatin điều khiển quá trình phiên mã, dịch mã a. Sự methyl hoá và deacetyl hoá tạo ra cấu trúc “đóng” của chromatin, gây ức chế quá trình phiên mã, dịch mã với sự tham gia của enzym HDAC b. Sự acetyl hoá và demethyl hoá tạo ra cấu trúc “mở” của chromatin, tạo điều kiện cho quá trình phiên mã, dịch mã với sự tham gia của enzym HAT   3 1.1.2. Phân loại các HDAC Cho đến nay, 18 HDAC đã được tìm thấy ở người. Các HDAC có thể được chia thành 2 loại: loại phụ thuộc Zn2+ và loại phụ thuộc NAD+ (nicotinamid adenin dinucleotid) [32]. HDAC cũng có thể được chia thành 4 nhóm [32]: Nhóm I: HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8. Nhóm II: HDAC4, HDAC5, HDAC6, HDAC7, HDAC9, HDAC10. Nhóm III: Sirtuin (SIRT) 1-7. Nhóm IV: HDAC11. Trong đó nhóm III là các HDAC phụ thuộc NAD+, nhóm I, II, IV là các HDAC phụ thuộc Zn2+. Nhóm I, II, IV còn được gọi là nhóm các HDAC “kinh điển” [32]. 1.1.3. Vai trò sinh học của HDAC và cơ chế chống ung thư của các chất ức chế HDAC 1.1.3.1. Điều khiển quá trình phiên mã HDAC được coi là chất ức chế quá trình phiên mã. Sự acetyl hoá histon bởi các enzym HAT làm trung hoà điện tích dương trên lysin, do đó giảm khả năng tương tác với ADN (tích điện âm). Vì vậy, sự acetyl hoá histon tạo điều kiện cho các yếu tố kích thích quá trình phiên mã gắn vào ADN, thúc đẩy quá trình phiên mã. Ngược lại, sự khử nhóm acetyllysin của các HDAC ngăn cản quá trình phiên mã [20]. Sự mất cân bằng hoạt động của HAT và HDAC có thể dẫn đến những sai lệch trong quá trình phiên mã, từ đó dẫn đến bất thường biểu hiện gen [20]. 1.1.3.2. Điều khiển sự chết tế bào theo chương trình Sự chết tế bào theo chương trình được điều khiển bởi nhiều phức hợp protein. Quá trình này phụ thuộc vào nhiều yếu tố nội tại và yếu tố ngoại lai, trong đó có các HDAC (hình 1.2) [22]. Các nghiên cứu đã cho thấy HDAC1 ức chế các yếu tố tăng trưởng TGF-β1 (transforming growth factor-β1), do đó ức chế HDAC1 dẫn đến sự chết tế bào theo chương trình. Ngược lại, sự biểu hiện quá mức HDAC1 lại kích thích sự nhân lên   4 của tế bào. HDAC2 đóng vai trò như yếu tố điều hoà âm tính với TGF-β1. Loại bỏ HDAC1 và HDAC2 làm kích thích sự chết tế bào theo chương trình, khởi đầu với quá trình hyperacetyl hoá p53. Sự phân huỷ HDAC3 và HDAC4 phụ thuộc caspase, sự phân huỷ HDAC4 tạo ra các mảnh protein, các mảnh này kích thích sự giải phóng cytochrom c và gây ra sự chết tế bào theo chương trình [22]. Hình 1.2: Vai trò điều khiển sự chết tế bào theo chương trình của các chất ức chế HDAC Ghi chú: : : Hoạt hoá quá trình : Ức chế quá trình TRAIL: các yếu tố tăng trưởng kích động sự gắn của các thụ thể chết xuyên màng; FADD: vùng kết cấu protein (liên quan đến sự chết của tế bào) gắn với thụ quan Fas; TGF-β1: yếu tố tăng trưởng-β1; Bcl-2 và Bcl-XL: các yếu tố ức chế sự chết tế bào theo chương trình; Bid, Bax và Bad: các yếu tố kích thích sự chết tế bào theo chương trình; p53: protein ức chế khối u; các caspase: các enzyme truyền tín hiệu; CAD: deoxyribonuclease được hoạt hoá bởi caspase; ICAD: chất ức chế CAD. Các chất ức chế HDAC nhắm vào đích là các yếu tố ức chế sự chết tế bào. Các butyrat và TSA hoạt hoá caspase-3 và kích thích sự tăng lên của các protein Bad - protein khởi đầu sự chết của tế bào ung thư. Một protein khởi đầu sự chết tế bào khác, Bak, cũng được nhân lên bởi butyrat. TSA và butyrat còn làm giảm các yếu tố ức chế sự chết tế bào như Bcl-2 [35].   5 1.1.3.3. Điều khiển chu trình tế bào Nghiên cứu trên gen tế bào nấm men cho thấy các HDAC đóng vai trò là yếu tố điều hoà gen có liên quan đến chu trình tế bào [5]. Ngoài cơ chế điều hoà gen, các HDAC còn điều khiển chu trình tế bào theo nhiều cơ chế khác như tương tác với các yếu tố điều hoà chu trình tế bào, dẫn đến sự ngừng chu trình tế bào ở một số điểm (hình 1.3) [19]. Ví dụ, sự giảm HDAC1 gây ngừng chu trình tế bào ở điểm giới hạn G1/S hoặc điểm kiểm soát G2/M [36]. Trapoxin ức chế HDAC do đó gây ngừng chu trình tế bào ở G1/S và G2/M [34]. Hình 1.3: Vai trò điều khiển chu trình tế bào của các chất ức chế HDAC Điểm giới hạn G1/S và điểm kiểm soát G2/M là các điểm kiểm soát trong chu trình tế bào, nhằm đảm bảo sự chính xác của quá trình phân bào. Nghiên cứu về ảnh hưởng của các chất ức chế HDAC đối với điểm kiểm soát G2/M trong chu trình tế bào bình thường và trên một số dòng tế bào ung thư cho thấy các chất ức chế HDAC kích thích sự kiểm tra tại G2 [19]. Cơ chế phân tử của quá trình này chưa được biết rõ, nhưng có quan điểm cho rằng ở một số dòng tế bào, các chất ức chế HDAC tác động đến một (hoặc một vài) gen nhất định. Các gen này tác động kích thích trực tiếp hoặc gián tiếp lên sự kiểm soát tại G2/M [19]. Các tế bào thường đi qua sự kiểm tra tại G2 trong chu trình tế bào mà không bị tiêu diệt. Trong khi đó, ở các tế bào ung thư, sự sai hỏng ADN làm bất hoạt các phức hợp chuyển từ G2 sang M, do đó chu trình tế bào bị ngừng ở G2 [9]. Các tế bào ung thư có thể tiếp tục nhân đôi ADN, cuối cùng sẽ chết theo chương trình [19].   6 Ngoài ra, các chất ức chế HDAC còn tác động lên tế bào ung thư theo một số cơ chế khác như tác động lên sự hình thành mạch nuôi dưỡng tế bào ung thư, tác động lên sự biệt hoá tế bào, sự di căn và đề kháng với hoá trị liệu của tế bào ung thư, tác động lên các chaperon (là các yếu tố giúp protein gập xoắn để hình thành cấu trúc bậc cao) [22]. 1.2. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HDAC 1.2.1. Phân loại các chất ức chế HDAC Các chất ức chế HDAC có thể được chia thành 4 nhóm dựa trên cấu trúc hoá học: acid hydroxamic, acid carboxylic, benzamid, peptid vòng (hình 1.4) [20]. Một số tác giả chia các chất ức chế HDAC thành 6 nhóm: acid hydroxamic, acid carboxylic, các benzamid, peptid vòng, epoxid (VD trapoxin A), phân tử lai (hybrid) [13,44]. Trichostatin A (TSA) là chất đầu tiên thuộc nhóm acid hydroxamic được tìm thấy có tác dụng ức chế HDAC. Sau đó, SAHA (vorinostat) với cấu trúc tương tự TSA là chất ức chế HDAC đầu tiên được FDA phê duyệt cho điều trị u da tế bào lympho T (CTCL) [10]. Tuy nhiên, TSA và vorinostat đều là các chất ức chế HDAC chưa chọn lọc [20]. Các peptid vòng là nhóm có cấu trúc phức tạp nhất, bao gồm depsipeptid, apicidin, các peptid chứa nhóm hydroxamic. Depsipeptid được FDA phê duyệt cho điều trị u da tế bào lympho T (CTCL) vào tháng 11 năm 2009. Depsipeptid là tiền thuốc, được chuyển hoá trong tế bào thành dạng chứa nhóm sulfhydryl hoạt động, có khả năng tương tác với ion Zn2+ tại trung tâm hoạt động của các HDAC nhóm I, đặc biệt HDAC1 và HDAC2 [13]. Các acid carboxylic, bao gồm các acid butyric, phenylbutyric, acid valproic, là các chất ức chế HDAC tương đối yếu (có tác dụng ở nồng độ mM) [20]. MS-275 là dẫn xuất benzamid tổng hợp, có tác dụng ức chế HDAC1, HDAC2 và HDAC3 ở nồng độ µM. MGCD0103 là benzamid thể hiện tác dụng ức chế chọn lọc lên các enzym HDAC nhóm I và IV, không tác dụng lên các enzym HDAC nhóm II [40].   7 Acid hydroxamic N H O Benzamid O N H SAHA O OH N O N H O OH NH2 MS-275 N N N NH O N H O Trichostatin A N N H NH2 N H MGCD0103 O Acid carboxylic O Peptid vòng O OH NH O NH S HN O O S O Acid valproic O- Na+ NH O O Depsipeptid (FK228, romidepsin) Natri phenylbutyrat Hình 1.4: Một số chất ức chế HDAC 1.2.2. Cấu trúc của các chất ức chế HDAC Cấu trúc các chất ức chế HDAC thường gồm 3 phần chính (hình 1.5) [26]: - Nhóm khóa hoạt động (cap group) hay nhóm nhận diện bề mặt (SRG): là các vòng thơm hoặc peptid vòng, thường tham gia vào quá trình nhận diện với bề mặt amino acid [26]. - Vùng cầu nối (linker): thường là các nhóm sơ nước, gồm các hydrocacbon thân dầu mạch thẳng hoặc vòng, có thể no hoặc không no, có vai trò tạo liên kết Van der Waals với kênh enzym [26]. - Nhóm kết thúc gắn với kẽm (Zinc binding group - ZBG): có thể là acid hydroxamic, các thiol, nhóm o-aminoanilin của benzamid, mercaptoceton... Nhóm kết thúc gắn với kẽm tham gia tạo tương tác với ion Zn2+ tại trung tâm hoạt động của các HDAC [26].   8 Hình 1.5: Cấu trúc của các chất ức chế HDAC Như vậy, các phần trong cấu trúc của các chất ức chế HDAC đều tham gia vào quá trình hình thành liên kết với enzym và phát huy tác dụng. 1.2.3. Liên quan cấu trúc - tác dụng của các chất ức chế HDAC 1.2.3.1. Ảnh hưởng của nhóm khoá hoạt động Ảnh hưởng của cấu trúc không gian Các hợp chất cyclopeptid thiên nhiên mag vòng lớn (ví dụ azumamid E, depsipeptid và apicidin) cho tác dụng ức chế chọn lọc HDAC nhóm I. O O O O N OH HN NH HN NH HN O O O O NH HN O N Apicidin O O Azumamid E Hình 1.6: Cấu trúc apicidin và azumamid E Tác dụng chọn lọc của các cyclopeptid thiên nhiên đã được Micco S.D. và cộng sự nghiên cứu và giải thích như sau: các hợp chất trên mang vòng lớn (cyclopeptid, với vai trò là nhóm khoá hoạt động) (hình 1.6) [26], do đó yêu cầu một khoảng không gian trong enzym để tạo tương tác. Các HDAC nhóm I đáp ứng điều kiện này do có chứa một túi ở bề mặt với đường kính 11 Å, vì vậy phù hợp để các hợp chất vòng lớn có thể vào đây và tạo các tương tác Van der Waals, tương tác   9 hydro. Các tương tác này làm cho liên kết giữa các chất ức chế HDAC và enzym khá bền vững [26]. Ở các HDAC nhóm II, tại bề mặt enzym có các phân tử cồng kềnh, do đó khó tạo liên kết với các hợp chất vòng lớn khác [26]. 1.2.3.2. Ảnh hưởng của cầu nối - Ảnh hưởng của mạch thẳng và vòng thơm Năm 2013, nghiên cứu được công bố bởi Micco S.D. và cộng sự cho thấy trong kênh enzym của HDAC có hai nhóm phenylalanin, hai nhóm này tham gia vào quá trình acetyl hoá lysin của histon. Nhóm tác giả sau đó đã nghiên cứu docking nhiều hợp chất có cầu nối mạch thẳng và cầu nối vòng thơm để xác định cấu trúc cầu nối phù hợp tạo tương tác với hai nhóm phenylalanin trong HDAC. Kết quả cho thấy các chất ức chế HDAC có cầu nối vòng thơm cho ái lực mạnh với đích, do vòng thơm đã tạo liên kết π-π với hai gốc phenylalanin (hình 1.7) [26]. O O N F NHOH 1 Hình 1.7: Tương tác giữa HDAC4 và một hợp chất có cầu nối mạch vòng trong nghiên cứu của Micco S.D. và cộng sự Ghi chú: Protein được biểu diễn bởi các dải. Mạch của các acid amin His158, His159 and Tyr170 (màu xanh nhạt) và 1 (trắng) được biểu diễn bởi các đường ống. Màu của các nguyên tử: H màu trắng, N xanh lam đậm, O đỏ, F xanh lục. - Ảnh hưởng của chiều dài cầu nối và nhóm thế Một số nghiên cứu đã cho thấy chiều dài cầu nối đóng vai trò quan trọng trong tác dụng ức chế chọn lọc của các chất ức chế HDAC [11,18]. Chiều dài cầu nối phù hợp sẽ đưa được nhóm kết thúc đến gắn với Zn2+ và giúp nhóm khoá hoạt động ở vị trí phù hợp để tạo liên kết với các acid amin bề mặt. Đối với đa số HDAC nhóm I, chiều dài cầu nối phù hợp để tạo tác dụng chọn lọc là 6 carbon. Riêng với chất ức chế chọn lọc HDAC6, cầu nối thường dài hơn 6 carbon [26].   10 Tuy nhiên, chiều dài cầu nối thích hợp để tạo tác dụng ức chế chọn lọc còn phụ thuộc vào các nhóm thế. Năm 2007, Hanessian S. và cộng sự đã nghiên cứu khả năng ức chế HDAC2 và hoạt tính kháng tế bào ung thư in vitro trên các dòng tế bào ung thư ở người (NB4, H460 và HCT-116) của các dẫn xuất ω-alkoxy có cấu trúc tương tự SAHA với mạch 7 carbon (n=4), 8 carbon (n=5), 9 carbon (n=6). Kết quả nghiên cứu cho thấy (bảng 1.1) [16]: Bảng 1.1: Cấu trúc và hoạt tính của các dẫn xuất SAHA ω-alkoxy trong nghiên cứu của Hanessian S. và cộng sự H OR N ( )n O 2-4 R -H -Me -CH2=CHCH2 4-MeOC6H4CH2 -CH3CH2CH2 -C6H5CH2 3,5-(MeO)2C6H3CH2 n 4 5 6 4 5 6 4 5 6 4 5 6 4 4 5 O N H OH n = 4, 5, 6 Ức chế HDAC2 IC501* (µM) 0,5-0,1 ≥0,05 SAHA + 2a 3a + 4a 2b + 3b + 4b 2c 3c + 4c + 2d 3d + 4d 2e + 3f + 4j + Hợp chất Độc tính tế bào IC502* (µM) NB4 H460 HCT-116 0,70 3,40 1,20 0,34 0,46 1,09 3,50 0,52 5,70 1,20 5,00 0,88 0,45 0,62 1,79 1,80 0,99 0,95 0,12 0,52 0,22 4,10 >5 0,05 10,40 5,50 0,45 8,50 2,40 0,30 Ghi chú: *: Các kết quả là trung bình của ít nhất 3 lần đo; 1Nồng độ ức chế 50% hoạt động deacetyl hoá của HDAC2; 2Nồng độ gây ra sự giảm 50% số lượng tế bào. - Các dẫn xuất mạch nhánh 7 carbon: 2b, 2e-f có tác dụng ức chế HDAC2 trung bình nhưng hoạt tính kháng tế bào ung thư kém.   11 - Các dẫn xuất mạch nhánh 8 carbon: cho tác dụng tốt nhất khi so sánh giữa các chất có cùng nhóm thế R, chỉ khác về độ dài mạch carbon. Trong các dẫn xuất mạch nhánh 8 carbon, các dẫn xuất benzyloxy 3d, 3j ức chế HDAC2 tương tự SAHA, nhưng hoạt tính kháng tế bào ung thư rất mạnh. - Các dẫn xuất mạch nhánh 9 carbon: 4a-b, 4d bị mất tác dụng ức chế HDAC2 ở nồng độ dưới 0,1 µM, trừ dẫn chất mạch nhánh 9 carbon ω-O-allyl 4c cho tác dụng ức chế HDAC2 và hoạt tính kháng tế bào ung thư tương tự SAHA. 1.2.3.3. Ảnh hưởng của nhóm kết thúc gắn với kẽm (ZBG) - Cấu trúc của ZBG Năm 2005, Vanommeslaeghe K. và cộng sự đã nghiên cứu cấu trúc của vùng chứa ion Zn2+ trong HDAC, thấy rằng vùng này chứa 1 gốc Tyr và 2 nhóm His-Asp. Từ đó, tác giả đã đưa ra cấu trúc của nhóm kết thúc gắn với kẽm trong phân tử chất ức chế HDAC gồm 5 phần (hình 1.8) [43]: Asp173 O O His132 N H N L H B C O H Tyr297 A D Zn2+ H N N His131 H O Asp166 O Hình 1.8: Mô hình ZBG theo nghiên cứu của Vanommeslaeghe K. và cộng sự + Phần A: mang đôi electron không liên kết, có khả năng tạo liên kết hydro với H trong nhóm OH của tyrosin, đồng thời tạo liên kết chelat với ion Zn2+. Tuy nhiên A cũng có thể chứa hydro (để nhận điện tử từ oxy trong nhóm phenol của tyrosin tạo liên kết hydro) + Phần B: nối ZBG với vùng cầu nối, do đó B phải tạo ít nhất 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 liên kết chelat mạnh với Zn2+.
- Xem thêm -