Tài liệu Tổng quan về farnesyltransferase và các chất ức chế farnesyltransferase

BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI PHẠM THỊ THU TRANG TỔNG QUAN VỀ FARNESYLTRANSFERASE VÀ CÁC CHẤT ỨC CHẾ FARNESYLTRANSFERASE KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SỸ HÀ NỘI – 2013 BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI PHẠM THỊ THU TRANG TỔNG QUAN VỀ FARNESYLTRANSFERASE VÀ CÁC CHẤT ỨC CHẾ FARNESYLTRANSFERASE KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SỸ Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Hải Nam Nơi thực hiện: Bộ môn Hóa dƣợc Hà Nội – 2013 LỜI CẢM ƠN Nhân dịp hoàn thành cuốn khóa luận này, cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng tới những người đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến PGS. TS. Nguyễn Hải Nam cùng các thầy cô giáo trong bộ môn hóa dược đã tận tình giúp đỡ chỉ bảo, hướng dẫn, giảng dạy cho tôi nhiều kiến thức quý báu trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn các thầy cô trong Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo và các thầy cô giáo trường Đại học Dược Hà Nội đã dạy dỗ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại trường. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã luôn chia sẻ, động viên, giúp đỡ tôi trong học tập và trong cuộc sống. Hà nội, ngày 20 tháng 5 năm 2012 Phạm Thị Thu Trang MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................... 1 Chƣơng 1: RAS VÀ FARNESYLTRANSFERASE ......................................... 3 1.1. Protein RAS ................................................................................................ 3 1.1.1. Cấu trúc của protein Ras....................................................................................... 3 1.1.2. Hoạt động của protein Ras ................................................................................... 4 1.1.3. Đột biến Ras ......................................................................................................... 7 1.2. Farnesyltransferase ................................................................................... 8 1.2.1. Cấu trúc của Ftase ................................................................................................ 9 1.2.1.1. Cấu trúc của nhóm Farnesyl .................................................................... 9 1.2.1.2. Cấu trúc của Farnesyltransferase ............................................................. 9 1.2.2. Vai trò của Farnesyltransferase .......................................................................... 10 Chƣơng 2: MỘT SỐ CHẤT ỨC CHẾ FARNESYLTRANSFERASE ......... 12 2.1. Các chất ức chế farnesyltransferase-triển vọng trong nghiên cứu thuốc điều trị ung thƣ ........................................................................................ 12 2.2. Cơ sở thiết kế các chất ức chế farnesyltransferase............................... 14 2.3. Phân loại ................................................................................................... 14 2.3.1. Các FTI có cấu trúc tương tự với FDP ...................................................... 15 2.3.2. Các chất cạnh tranh với CAAX ................................................................. 16 2.3.3. Các FTI tương tự lưỡng cơ chất (bisubtrate) ............................................. 18 2.3.4. Các FTI khác.............................................................................................. 19 2.4. Các FTI cụ thể.......................................................................................... 20 2.4.1. R-115777 ................................................................................................... 20 2.4.1.1. Cấu tạo hóa học .................................................................................... 20 2.4.1.2. Nguồn gốc, thiết kế, quá trình nghiên cứu phát triển ........................... 20 2.4.1.3. Sơ đồ tổng hợp...................................................................................... 24 2.4.1.4. Tác dụng dược lý .................................................................................. 25 2.4.2. Sch66336 ................................................................................................... 28 2.4.2.1. Cấu tạo hóa học .................................................................................... 28 2.4.2.2. Nguồn gốc, thiết kết, quá trình nghiên cứu phát triển .......................... 29 2.4.2.3. Sơ đồ tổng hợp...................................................................................... 31 2.4.2.4. Tác dụng dược lý .................................................................................. 32 2.4.2.5. Biến đổi Sch6633336 ........................................................................... 35 2.4.3. L-778,123................................................................................................... 35 2.4.3.1. Cấu tạo hóa học .................................................................................... 36 2.4.3.2. Nguồn gốc, thiết kế, quá trình nghiên cứu phát triển ........................... 36 2.4.3.3. Sơ đồ tổng hợp...................................................................................... 36 2.4.3.4. Tác dụng dược lý .................................................................................. 37 2.4.4. BMS-214662.............................................................................................. 39 2.4.4.1. Cấu tạo hóa học .................................................................................... 39 2.4.4.2. Nguồn gốc, thiết kết, quá trình nghiên cứu phát triển .......................... 40 2.4.4.3. Sơ đồ tổng hợp...................................................................................... 42 2.4.4.4. Tác dụng dược lý .................................................................................. 42 2.4.5. Các FTI có nguồn gốc tự nhiên ................................................................. 46 KẾT LUẬN ......................................................................................................... 50 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÚ GIẢI CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1. ADME: absorption, distribution, metabolism, excretion - hấp thu, phân bố, chuyển hóa, thải trừ. 2. AML: acute myeloid leukemia- bệnh bạch cầu cấp dòng tủy 3. AUC: area under curve- diện tích dưới đường cong 4. DLT: độc tính liều tối đa 5. DMSO: Dimethyl sulfoxide 6. DPI: di prenyltransferase inhibitor – chất ức chế hai prenyltransferase 7. FDP: farnesyl diphosphat 8. FTase: farnesyltransferase 9. FTI: farnesyltransferase inhibitor- chất ức chế farnesyltransferase 10. GAP: GTPase-activating potein- potein hoạt hóa GTPase 11. GDP: guanine-diphosphat 12. GEF: guanine nucleotide exchange factor- yếu tố kích thích ngoại bào 13. GGTase: geranylgeranyl transferase 14. GGTI: geranylgeranyl transferase inhibitor- chất ức chế geranylgeranyl transferase 15. GTP: guanine-triphosphat 16. HOBt: 1-Hydroxybenzotriazole 17. IARC: International Agency for Research on Cancer- Tổ chức ung thư thế giới 18. IC50: The half maximal inhibitory concentration- Nồng độ ức chế 50% hoạt động in vitro 19. In vitro: thử nghiệm ngoài cơ thể 20. In vivo: thử nghiệm trong cơ thể 21. Ki: hệ số ức chế 22. MDS: hội chứngmyelodysplastic 23. MTD: maximum tolerated dose– liều tối đa dung nạp được 24. NSCLC: Non-small-cell lung carcinoma- ung 25. SAR: structute activity relationship- mối tương quan cấu trúc, tác dụng. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Mối quan hệ giữa cấu trúc-tác dụng của các nhóm thế dựa trên khung là hợp chất 1 trong nghiên cứu SAR của R-115777 ................................................................. 22 Bảng 2.2: Hiệu lực tác dụng của các đồng phân quang học của R-115777 ................ 24 Bảng 2.3: Sự tương tác của các nhóm thế C-3 và N-4 trong nghiên cứu SAR của BMS-214662 ....................................................................................................................................... 41 Bảng 2.4: Kết quả dữ liệu dược động học của BMS-214662 trên các bệnh nhân ....... 45 Bảng 2.5: Sự chọn lọc của các FTI có nguồn góc tự nhiên với FTase và GGTase ...... 47 Bảng 2.6: Giá trị Ki của một số FTI có nguồn gốc tự nhiên ........................................ 48 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Vị trí của H-Ras trên NST 11. H-Ras ở vị trí 15.5, từ cặp base 532.241 đến cặp base 535.549 trên nhiễm sắc thể 11. ............................................................................... 3 Hình 1.2: Vị trí của N-Ras trên NST 1. N-Ras ở vị trí 13.2, từ cặp base 115.247.084 đến cặp base 115.259.514 ...................................................................................................... 4 Hình 1.3: Vị trí của K-Ras trên NST 12. K-Ras ở vị trí 12.2, từ cặp base 25,358,179 đến cặp base 25,403,853 ........................................................................................................ 4 Hình 1.4: Sự biến đổi của Ras ........................................................................................ 5 Hình 1.5: Sự biến đổi từ dạng hoạt động sang dạng bất hoạt của Ras ..................................... 6 Hình 1.6: Cấu trúc của protein Ras liên kết với GTP .................................................... 6 Hình 1.7: Hoạt động của Ras ......................................................................................... 7 Hình 1.8: Sự prenyl của các protein kết thúc bằng mẩu CAAX, ER: endoplasmic reticulum (lưới nội chất). ................................................................................................. 8 Hình 1.9: Cấu trúc hóa học của farnesyl........................................................................ 9 Hình 1.10: Farnesyltransferase, farnesyl diphosphat trong liên kết với ion kẽm ........ 10 Hình 1.11: Phản ứng farnesyl hoá là bước đầu tiên trong quá trình dẫn truyền tín hiệu của Ras sau phiên mã .................................................................................................... 10 Hình 1.12: Phản ứng được xúc tác bởi Farnesyltransferase ...................................... 11 Hình 2.1: Các FTI cạnh tranh với FDP được tổng hợp ............................................... 15 Hình 2.2: Các FTI cạnh tranh với CAAX ..................................................................... 17 Hình 2.3: FTI có cấu trúc lưỡng cơ chất ...................................................................... 19 Hình 2.4: Các FTI chưa rõ cơ chế tác dụng ................................................................. 19 Hình 2.5: Công thức cấu tạo của R115777 .................................................................. 20 Hình 2.6: Trifluorophenylmethyl-quinolin bị chuyển thành quinolinon ...................... 21 Hình 2.7: Cấu trúc hóa học của miconazole và hợp chất 1 ......................................... 22 Hình 2.8: Cố định 2 nhóm clorophenyl ở vị trí A và B, thay một số nhóm thế trên khung của hợp chất 1 để tìm ra hợp chất hiệu quả nhất .......................................................... 23 Hình 2.9: Mối quan hệ cấu trúc- tác dụng trên khung R115777 .................................. 23 Hình 2.10: Sự chọn lọc của R115777 với các prenyltransferase ................................. 24 Hình 2.11: Sơ đồ tổng hợp R115777 ............................................................................ 25 Hình 2.12: Tác dụng ức chế sự tăng trưởng tế bào ung thư tuyến tụy của tipifarnib do ức chế G1, tác dụng phụ thuộc liều sử dụng ...................................................................... 27 Hình 2.13: Công thức cấu tạo của lonafanib ............................................................... 28 Hình2. 14:Sch-37370 và một số chất đã thay đổi nhóm thế ........................................ 29 Hình 2.15: Cấu trúc của 2e, 2f ..................................................................................... 30 Hình 2. 16: Cấu trúc của 2g-2i và Sch66336 .............................................................. 31 Hình 2.17: Sơ đồ tổng hợp SCH66336 ......................................................................... 32 Hình 2.18: Tác dụng của Lonafarnib và paclitaxel khi sử dụng riêng và khi kết hợp trong điều trị ung thư buồng trứng ......................................................................................... 34 Hình 2.19: Công thức cấu tạo của L-778123 ............................................................... 35 Hình 2.20: Sơ đồ tổng hợp L-778123 ........................................................................... 36 Hình 2.21: Sự ức chế FTase trong các bệnh nhân được điều trị bằng L-778,123 ....... 38 Hình 2.22: Công thức cấu tạo của BMS-214662.......................................................... 39 Hình 2.23: Mô hình tương tác của các imidazolylmethyltetrahydrobenzodiazepine với Ftase .............................................................................................................................. 40 Hình 2.24: Sơ đồ tổng hợp BMS-214662 ..................................................................... 42 Hình 2.25: Tác dụng trên khối u khi sử dụng BMS-214662 đường uống trên các mức độ khối u HCT-116 trong mô hình chuột bị đột biến suy giảm miễn dịch mang tế bào ung thư người .............................................................................................................................. 43 Hình 2.26: Khả năng ức chế FTase các tế bào máu đơn nhân ngoại vi của BMS-214662 ....................................................................................................................................... 44 Hình 2.27: Nồng độ BMS-214662 trong huyết tươngkhi tiêm tĩnh mạch ..................... 46 Hình 2.28: Một số FTI .................................................................................................. 47 Hình 2.29: Sự ức chế FTase của acid chaetomellic A và chất tương tự acid zaragozic A ....................................................................................................................................... 48 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ung thư là căn bệnh gây tử vong đứng hàng thứ hai trên thế giới sau bệnh tim mạch. Đó là tên chung để chỉ một nhóm gồm khoảng 200 bệnh do các tế bào phân chia một cách bất thường. Để đảm bảo các chức năng cơ thể con người hoạt động bình thường, mỗi cơ quan phải có một số lượng tế bào nhất định. Trong các bệnh nhân ung thư, thay vì tạm nghỉ ngơi, tế bào sẽ tiếp tục phân chia và thay vì chết đi, các tế bào sẽ tiếp tục sống, do đó làm lượng tế bào ở các cơ quan tăng lên đột biến. Theo số liệu điều tra của tổ chức ung thư thế giới (IARC), năm 2008 đã có khoảng hơn 12,7 triệu ca ung thư mới mắc và 7,6 triệu ca tử vong vì ung thư [7,94]. Theo số liệu của cục khám chữa bệnh-bộ y tế, từ 2002 đến 2012 mỗi năm Việt Nam có 100000 đến 150000 người mắc và 75000 người chết do ung thư. Trong cơ thể có hơn 60 cơ quan khác nhau, bất kỳ cơ quan nào cũng có thể phát hiện ung thư. Ung thư có thể phát triển từ hầu hết các loại tế bào trong cơ thể, Mỗi cơ quan thường được cấu tạo bởi một số loại tế bào khác nhau do đó mỗi cơ quan có thể có một vài loại ung thư. Tuy nhiên có một số loại ung thư sẽ phổ biến hơn các loại khác. Cho đến nay, ung thư vẫn được coi là một trong các bệnh nan y trên thế giới và là thách thức của nền y học hiện đại [90]. Các phương pháp điều trị ung thư hiện nay bao gồm: điều trị tại chỗ: phẫu thuật, xạ trị và điều trị toàn thân: hóa trị. Cho đến nay, có khoảng 200 thuốc đã được cấp phép sử dụng trong lâm sàng và hàng trăm thuốc vẫn đang được nghiên cứu. Những thuốc này đã đạt được một số thành tựu như cải thiện được tình trạng bệnh và kéo dài tuổi thọ bệnh nhân tuy nhiên việc sử dụng chúng có nhiều hạn chế do độc tính cao, thiếu tính chọn lọc trên các khối u và hiệu lực điều trị thấp [1]. Thêm vào đó, hầu hết các thuốc điều trị ung thư thường dùng đều có chung cơ chế vì vậy độc tính cao và sự kháng thuốc là một thách thức lớn. Ngày nay nhờ các tiến bộ về sinh học phân tử, di truyền học, người ta đã có những hiểu biết ngày càng sâu sắc về các tiến trình sinh học trong ung thư: sự tăng trưởng tế bào, các gen điều hòa chu trình tế bào, sự chết tế bào theo chương trình, sự tạo mạch… Điều này đã tạo điều kiện thuận lợi để các nhà khoa 2 học phát triển một liệu pháp mới: liệu pháp điều trị nhắm đích (targeted therapy). Phương pháp này đang ngày càng khẳng định là một bước đi đúng đắn nhờ việc ra đời của nhiều thuốc mới hiệu quả hơn, ít tác dụng phụ hơn và có tính chọn lọc cao hơn, mang lại hy vọng cho những bệnh nhân ung thư. Một số mục tiêu phân tử mà các thuốc đang hướng đến như: protein kinase, sự tạo mạch, telomerase, farnesyltransferase, histon deacetylase… Một trong những mục tiêu phân tử đang được chú ý hiện nay là các enzym farnesyltransferase (FTase). Nghiên cứu về các FTase, người ta đã chứng minh được rằng hoạt động bất thường của các protein được farnesyl hóa có liên quan đến nhiều bệnh ung thư. Trong những năm gần đây, các chất ức chế FTase đang trở thành các tác nhân chống ung thư đầy triển vọng. Trên thế giới, đã có nhiều báo cáo về các chất ức chế FTase, tuy nhiên ở Việt Nam, vấn đề này còn khá mới mẻ. Vì vậy, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Tổng quan về farnesyltransferase và các chất ức chế farnesyltransferase” với mong muốn mang lại những hiểu biết tổng quát nhất về các chất ức chế farnesyltransferase. Đề tài của chúng tôi gồm những mục tiêu sau: 1. Trình bày đƣợc những đặc điểm sinh học cơ bản của FTase đang đƣợc ứng dụng trong những nghiên cứu và phát triển thuốc điều trị ung thƣ. 2. Trình bày đặc điểm của một số chất ức chế FTase đƣợc nghiên cứu gần đây. 3 Chƣơng 1: RAS VÀ FARNESYLTRANSFERASE 1.2. Protein RAS Hoạt động của các tế bào bình thường trong sinh vật đa bào được kiểm soát chặt chẽ bởi một mạng lưới các tín hiệu phức tạp, đảm bảo cho các tế bào chỉ sinh sản khi cơ thể yêu cầu, ví dụ như trong quá trình phát triển hay làm lành vết thương. Ung thư xảy ra khi sự phát triển bình thường đó bị phá vỡ, thường là do các sai sót trong dẫn truyền tín hiệu. Protein Ras là nhóm protein liên kết với nucleotid đóng vai trò then chốt trong kiểm soát sự phát triển của các tế bào bình thường cũng như các tế bào đột biến. Các nghiên cứu thực nghiệm về cấu trúc, chức năng và sự điều hòa protein Ras đã chỉ ra rằng chúng là chìa khoá trung gian trong các con đường dẫn truyền tín hiệu điều hòa sự sinh sản tế bào cũng như tín hiệu từ các receptor kinase, receptor kiểm soát rất nhiều quá trình của tế bào như: sự phát triển, biệt hóa, sự chết theo chương trình (apoptosis), tổ chức cấu tạo tế bào và sự vận chuyển qua màng [5,46]. 1.1.1. Cấu trúc của protein Ras Có 3 loại protein Ras bao gồm H-Ras, N-Ras và K-Ras (gồm K-Ras4A và KRas4B). Các protein Ras có 188 hoặc 189 amino acid có trình tự tương đồng: 86 amino acid đầu giống hệt nhau, 78 amino acid tiếp theo có 79% tương đồng và các amino acid cuối có trình tự khác nhau [42,46]. Các protein Ras có vai trò khác nhau: H-Ras: GTPase H-Ras là enzym biến đổi protein p21 của người, được mã hóa bởi gen H-Ras nằm trên cánh tay ngắn của NST 11 (hình 1.1) [86]. Hình 1.1: Vị trí của H-Ras trên NST 11. H-Ras ở vị trí 15.5, từ cặp base 532.241 đến cặp base 535.549 trên nhiễm sắc thể 11. 4 N-Ras: GTPase N-Ras là một enzym ở người được mã hóa bởi gen N-Ras, nó là một oncogen (gen có khả năng gây ung thư) mã hóa cho protein màng tế bào, di chuyển qua lại giữa bộ máy Golgi và màng sinh chất. Gen N-Ras nằm trên cánh tay ngắn của NST số 1 (hình 1.2) [88]. Hình 1.2: Vị trí của N-Ras trên NST 1. N-Ras ở vị trí 13.2, từ cặp base 115.247.084 đến cặp base 115.259.514 K-Ras: GTPase K-Ras là enzym ở người được mã hóa bởi gen K-Ras nằm trên cánh tay ngắn của NST 12. K-Ras tham gia vào điều chỉnh sự phân chia tế bào bằng cách vận chuyển các tín hiệu từ ngoại bào vào nhân, là một phần của con đường RAS/MAPK Có 2 loại K-Ras là K-Ras4A và K-Ras4B (hình 1.3) [87]. Hình 1.3: Vị trí của K-Ras trên NST 12. K-Ras ở vị trí 12.2, từ cặp base 25,358,179 đến cặp base 25,403,853. 1.1.2. Hoạt động của protein Ras Protein Ras được tổng hợp như protein ưa nước trong các ribosome tự do trong tế bào chất (Pro-Ras) [75]. Để dẫn truyền các tín hiệu ngoại bào thu được từ các yếu tố sinh trưởng và các cytokin, Ras phải gắn với mặt trong của màng sinh chất. Việc này được hỗ trợ bởi một chuỗi các biến đổi hóa học sau phiên mã. Sau khi tạo thành Pro-Ras trong tế bào chất, Ras tiếp tục được biến đổi qua nhiều quá trình nối tiếp nhau: đầu tiên là phản ứng farnesyl hóa của phần cystein; tiếp đến là phản ứng thủy phân cắt chuỗi peptid AAX (A là amino acid béo bất kì, X là amino acid bất kì) bởi protease; và cuối cùng là phản 5 ứng methyl hóa đầu tận cùng C (C-terminal) bởi enzym carboxylmethyl transferase. Phản ứng farnesyl hóa là phản ứng quan trọng nhất của quá trình này [12,48]. Hình 1.4: Sự biến đổi của Ras: sau khi được tổng hợp ở Ribosome, Ras được gắn thêm nhóm prenyl ở tế bào chất, sau đó chuyển vào lưới nội chất, ở đây xảy ra quá trình thủy phân cắt chuỗi AAX, rồi đến phản ứng methyl hóa đầu tận cùng C (C-terminal) bởi enzym carboxylmethyl transferase, cuối cùng Ras liên kết cộng hóa trị với acid béo và được vận chuyển đến màng tế bào. Các protein Ras dẫn truyền tín hiệu ngoại bào từ các receptor ở bề mặt tế bào vào trong tế bào để bắt đầu quá trình chuyển hóa của protein kinase. Ở điều kiện bình thường, Ras liên kết với GDP (Ras-GDP) là trạng thái không hoạt động nhanh chóng được chuyển đổi thành Ras-GTP là trạng thái hoạt động để đáp ứng với các kích thích ngoại bào, bao gồm: các yếu tố tăng trưởng- kích thích sự tăng trưởng của nguyên bào sợi, các yếu tố tăng trưởng kích hoạt lympho- kích thích sự gia tăng của tế bào tạo máu, hormon và các chất dẫn truyền thần kinh (hình 1.5) [26,36]. 6 Hình 1.5: Sự biến đổi từ dạng hoạt động sang dạng bất hoạt của Ras. Khi liên kết với GTP, Ras trở thành dạng hoạt động, GTPase loại 1 nhóm Phosphoryl (Pi) chuyển Ras về dạng không hoạt động. Hình 1.6: Cấu trúc của protein Ras liên kết với GTP Các GTPase Ras điều hòa sự phân chia tế bào thông qua đáp ứng với sự kích thích của các yếu tố tăng trưởng. Các yếu tố tăng trưởng gắn với receptor ở màng sinh chất, sau khi được hoạt hóa, các receptor kích thích sự truyền tín hiệu bên trong tế bào, các tín hiệu truyền tin thứ 2 từ bên ngoài tế bào vào nhân tế bào gây ra đáp ứng, làm tế bào phát triển hoặc phân chia. GTPase Ras là tín hiệu sớm trong nhiều con đường truyền tin, nó gắn 7 được với màng tế bào là do sự có mặt của nhóm isoprenyl ở đầu tận C. Ví dụ như hoạt động của H-Ras (hình 1.7). Hình 1.7: Hoạt động của H-Ras 1.1.3. Đột biến Ras Trong số khoảng 30% bệnh ung thư, đặc biệt chiếm tỉ lệ lớn là ung thư tụy và ung thư ruột kết, có sự tạo thành protein Ras đột biến, luôn tồn tại ở trạng thái hoạt động, do đó không kiểm soát được các tín hiệu tăng trưởng [22]. Ở các tế bào bình thường thì các yếu tố tăng trưởng ngoại bào kích thích liên tục sẽ duy trì Ras ở trạng thái hoạt động (Ras-GTP), làm vận chuyển tín hiệu tới các protein, nếu không Ras nhanh chóng chuyển về dạng không hoạt động( Ras-GDP). Trong các tế bào có đột biến Ras, Ras không quay lại dạng liên kết với GDP mà vẫn ở trạng thái liên kết với GTP và kích hoạt liên tục sự sinh sản của tế bào mặc dù không có sự kích thích của yếu tố tăng trưởng [22]. Trong các khối u khác nhau thường có đột biến 1 gen Ras: tỷ lệ đột biến K-Ras là cao nhất, chủ yếu trong ung thư tuyến tụy (90%), ruột kết (50%) và phổi (30%). Gen Nras chủ yếu gây đột biến trong bệnh bạch cầu (30%). Đối với trẻ em, đột biến N-Ras ở codon 12 hoặc 13 được cho là 1 yếu tố làm tăng nguy cơ tái phát bệnh bạch cầu lympho 8 cấp. Tỷ lệ đột biến gen H-Ras là thấp nhất. Tuy nhiên chỉ đột biến gen Ras là không đủ cho một biến đổi ác tính, khối u chỉ xuất hiện khi có nhiều sai khác trong di truyền [6]. 1.2. Farnesyltransferase Đa số các phản ứng prenyl hóa được xúc tác bởi các prenyltransferase, chúng gắn các nhóm isoprenoid: 15-carbon-farnesyl hoặc 20-carbon-geranylgeranyl. 2 trong 3 prenyltransferase: farnesyltransferase và geranylgeranyl transferase-I có thể hoạt động trên các protein kết thúc bằng mẩu CAAX (C: cystein, A là amino acid béo bất kì, X là amino acid bất kì) như: Ras, RhoB, RhoE, lamin A và lamin B. Chúng là 2 heterodimer có 1 tiểu đơn vị α giống nhau và 1 tiểu đơn vị β khác nhau [27]. FTase ưu tiên cho các protein kết thúc là methionin (M) hoặc serin (S) còn GGTase-I ưu tiên cho các protein kết thúc là một leucin (L). H-Ras chỉ bị biến đổi bởi FTase còn N-Ras và K-Ras sẽ bị biến đổi bởi GGTase khi FTase bị ức chế (hình 1.8) [13]. Hình 1.8: Sự prenyl của các protein kết thúc bằng mẩu CAAX, ER: endoplasmic reticulum (lưới nội chất). Các nghiên cứu gần đây đã được thực hiện với một lượng lớn các chất ức chế farnesyltransferase (FTI) để tìm hiểu về phổ tác dụng cũng như để hiểu rõ hơn cơ chế sinh học của chúng. Kết quả cho thấy các FTI còn có tác dụng trên các khối u không phải 9 do đột biến Ras. Hiện nay, cơ chế tác dụng của FTI rất phức tạp và chưa được hiểu hết [40]. 1.2.1. Cấu trúc của FTase 1.2.1.1. Cấu trúc của nhóm farnesyl Nhóm farnesyl gồm 3 nhóm isopren, mỗi nhóm có 5 carbon (hình 1.9). Nhóm farnesyl này sẽ được gắn vào Pro-Ras để biến đổi thành Ras. Hình 1.9: Cấu trúc hóa học của farnesyl 1.2.1.2. Cấu trúc của farnesyltransferase Farnesyltransferase là một metalloenzym kẽm, gồm 2 tiểu đơn vị có cấu trúc tương tự nhau: α và β. Tiểu đơn vị α gồm 378 amino acid [45,63]. Ở đầu tận N, nó có 7 cặp amino acid đối song có cấu trúc xoắn alpha tạo thành hình liềm [68]. Trong vòng xoắn này, vị trí của asparagin, arginine, tryptophan và glutamat được giữ cố định. Sự bất biến của tryptophan được cho là có liên quan đến việc liên kết với tiểu đơn vị beta [57,81]. Trong tiểu đơn vị beta cấu trúc cũng được lặp đi lặp lại nhưng phenylalanin được giữ cố định. Tiểu đơn vị beta có chứa kẽm và 437 amino acid tạo thành cấu trúc xoắn bất thường. Ion kẽm cùng các aminoacid ở xung quanh nó tạo thành một điện trường để liên kết với farnesyldiphosphat (hình 1.10) [42]. 10 Nhóm farnesyl diphosphat Ion kẽm Hình 1.10: Farnesyltransferase, farnesyl diphosphat trong liên kết với ion kẽm 1.2.2. Vai trò của farnesyltransferase Farnesyltransferase (FTase) xúc tác cho phản ứng farnesyl hóa bằng cách nhận dạng mẩu CAAX ở đầu tận cùng C của Ras và chuyển 15-carbon farnesyl isopenoid từ farnesyl diphosphat (FDP) tới kết hợp với cystein của Ras tạo thành thioete (hình 1.11) [57,81], sau đó đuôi AAX sẽ bị thủy phân. FTase chọn lọc các protein có X là methionin (M) hoặc serin (S). O O P O O O P O O Farnesyl diphosphate (FDP) S SH Ras Cys A1 A2 X FTase Ras Cys A1 A2 X Hình 1.11 : Phản ứng farnesyl hoá là bước đầu tiên trong quá trình dẫn truyền tín hiệu của Ras sau phiên mã