Tài liệu Xây dựng mô hình toán học giúp nhận biết chất ức chế enzym histon deacetylase 2 có tác dụng chống ung thư

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƢỢC NGUYỄN THỊ HIỀN XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC GIÚP NHẬN BIẾT CHẤT ỨC CHẾ ENZYM HISTON DEACETYLASE 2 CÓ TÁC DỤNG CHỐNG UNG THƢ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƢỢC HỌC Hà Nội – 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƢỢC Người thực hiện: NGUYỄN THỊ HIỀN XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC GIÚP NHẬN BIẾT CHẤT ỨC CHẾ ENZYM HISTON DEACETYLASE 2 CÓ TÁC DỤNG CHỐNG UNG THƢ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƢỢC HỌC Khóa: QH.2012.Y Người hướng dẫn: 1. TS. LÊ THỊ THU HƢỜNG 2. TS. PHẠM THẾ HẢI Hà Nội - 2017 LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc và gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Lê Thị Thu Hường, công tác tại bộ môn Dược liệu và Dược học cổ truyền - khoa Y Dược Trường Đại học Quốc gia Hà Nội là người thầy tận tình chỉ bảo, động viên, hướng dẫn để tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn TS.Phạm Thế Hải công tác tại Trường Đại học Dược Hà Nội đã chỉ bảo tận tình cho tôi từ những bước đi ban đầu khi nhận đề tài. Bên cạnh đó, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo, thầy cô Khoa Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện để tôi được làm khóa luận, được học tập, nghiên cứu, rèn luyện tại Khoa suốt 5 năm học qua. Sau cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, anh chị em và bạn bè luôn sát cánh, đồng hành, ủng hộ động viên tôi trong quá tình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn. Dù đã rất cố gắng nhưng kiến thức, kỹ năng và thời gian thực hiện còn hạn hẹp, tôi khó tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô để khóa luận của tôi được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, Ngày 8 tháng 6 năm 2017 Sinh Viên Nguyễn Thị Hiền DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt Cơ sở dữ liệu CSDL FDA Food and Drug Administation HAT Enzym Histon Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ Acetyltransferase HDAC Histon deacetylase HDAC2 Histon deacetylase 2 IC50 The half maximal Nồng độ ức chế 50% inhibitory concentration MLR Multiple Linear Regression Phương pháp hồi quy tuyến tính đa biến Q2 Hệ số tương quan chéo Q2ext Hệ số xác định cho tập kiểm tra QSAR Quantitative Structure – Tương quan định lượng Activity Relationship cấu trúc – tác dụng R2 Hệ số xác định SAHA Suberoylanilide hydroxamic acid Te Test set Tập kiểm tra Tr Training set Tập huấn luyện TSPT Tham số phân tử UHDAC Chất ức chế histon deacetylase DANH MỤC HÌNH VẼ STT Kí hiệu Tên hình Trang 1 Hình 1.1 Cấu trúc nhiễm sắc thể điều hòa hoạt động phiên mã. (a) Sự methyl hóa và deacetyl hóa histon dẫn tới hình dạng đóng xoắn nhiễm sắc thể và ức chế phiên mã. (b) Sự acetyl hóa và demethyl hóa histon làm tháo xoắn nhiễm sắc thể và cho phép phiên mã. 7 2 Hình 1.2 Cấu tạo trung tâm hoạt động của HDAC nhóm I, II, IV 8 3 Hình 2.1 Cấu trúc hóa học của 45 dẫn xuất của acid hydroxamic thu thập được. 19 4 Hình 3.1 Miền ứng dụng của mô hình QSAR xác định hợp chất có khả năng ức chế HDAC2 28 5 Hình 3.2 Tóm tắt quy trình sàng lọc in silico chất ức chế HDAC2 từ CSDL PubChem 30 DANH MỤC BẢNG STT Ký hiệu Tên bảng Trang 1 Bảng 1.1 Các nhóm thuốc chống ung thư 5 2 Bảng 1.2 Các chất ức chế HDAC đang thử nghiệm lâm sàng. 12 3 Bảng 2.1 Giá trị IC50 thực nghiệm của 45 hợp chất trong CSDL. 20 4 Bảng 3.1 Kết quả đánh giá nội và đánh ngoại mô hình QSAR. 28 5 Bảng 3.2 Kết quả sàng lọc ảo từ CSDL Pubchem. 33 MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 Chƣơng 1- TỔNG QUAN ............................................................................... 3 1.1. Thực trạng ung thư và tử vong do ung thư ............................................. 3 1.1.1. Thực trạng ung thư và tử vong do ung thư trên thế giới .................. 3 1.1.2. Thực trạng ung thư và tử vong do ung thư ở Việt Nam ................... 4 1.2. Thuốc điều trị ung thư............................................................................. 4 1.3. Tổng quan histon deacetylase ................................................................. 6 1.3.1. Khái niệm histon deacetylase ........................................................... 6 1.3.2. Phân loại các HDAC ......................................................................... 7 1.3.3. HDAC2 và vai trò trong ung thư ...................................................... 8 1.3.4. Các chất ức chế HDAC ................................................................... 11 1.3.5. Cơ chế tác dụng của các chất ức chế HDAC .............................. 13 1.4. Tổng quan phương pháp QSAR............................................................ 13 1.4.1. Lịch sử QSAR ................................................................................. 13 1.4.2. Đại cương về QSAR ....................................................................... 14 1.4.3. Quy trình xây dựng mô hình QSAR .............................................. 15 Chƣơng 2 - NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....... 19 2.1. Nguyên liệu .......................................................................................... 19 2.1.1. Cơ sở dữ liệu ................................................................................... 19 2.1.2. Phần mềm sử dụng .......................................................................... 20 2.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................... 20 2.2.1 Tính toán tham số mô tả phân tử ..................................................... 20 2.2.2. Phân chia tập huấn luyện / Tập kiểm tra ........................................ 21 2.2.3. Xây dựng mô hình QSAR ............................................................... 21 2.2.4. Sàng lọc và dự đoán hoạt tính một số dẫn xuất HDAC2 sử dụng mô hình QSAR đã xây dựng được .................................................................. 21 Chƣơng 3 – KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..................................................... 23 3.1. Kết quả .................................................................................................. 23 3.1.1. Mô hình toán học thu được ............................................................. 23 3.1.2. Đánh giá mô hình theo các tiêu chí của OECD .............................. 27 3.1.3. Sàng lọc ảo đánh giá khả năng ức chế HDAC2 sử dụng mô hình xây dựng được........................................................................................... 29 3.2. Bàn luận ................................................................................................ 34 3.2.1. Về mô hình QSAR ......................................................................... 34 3.2.2. Về quy trình sàng lọc ảo. ................................................................ 35 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC MỞ ĐẦU Theo thống kê của tổ chức Y tế giới (WHO), ung thư đã trở thành căn bệnh giết người hàng đầu thế giới, với khoảng 14 triệu ca mới phát hiện và 8,2 triệu trường hợp tử vong mỗi năm (số liệu tính đến hết năm 2012). So với thế giới thì Việt Nam thuộc nhóm nước có tỷ lệ mắc bệnh cao nhất đối với nhiều loại ung thư. ớc tính mỗi năm tại Việt Nam có khoảng 150 - 200 nghìn người phát hiện bị ung thư, trong đó 70.000 trường hợp tử vong. Trước tình hình đó, việc nghiên cứu và phát triển các thuốc mới chống lại ung thư luôn là mối quan tâm hàng đầu của ngành công nghiệp dược phẩm thế giới và Việt Nam. Tuy nhiên, quá trình nghiên cứu phát triển thuốc nói chung và các thuốc điều trị ung thư nói riêng hiện nay vẫn chủ yếu dựa trên các phương pháp kinh điển hay phương pháp “thử và lỗi” với nhược điểm là tốn thời gian, tiền bạc và cho hiệu quả thấp [22]. Ngoài ra, các thuốc điều trị ung thư hiện đang gặp rất nhiều vấn đề liên quan đến độc tính và tỷ lệ kháng thuốc cao. Do đó yêu cầu cấp bách đặt ra là phải nghiên cứu và phát triển thuốc chống ung thư mới, có tác dụng chọn lọc trên đích phân tử nhằm phát huy tối đa hiệu quả, lâu bị kháng và ít độc hơn. Histon deacetylase (HDAC) là một trong những đích phân tử được ch hiện nay, enzym này x c tác cho quá trình deacetyl hoá nhóm -N acetyl lysine amino acid ở phần đuôi của histon. Người ta đã chứng minh được trong nhiều tế bào ung thư có sự huy động quá mức các enzym HDAC, gây nên hiện tượng giảm sự acetyl hoá của histon. Các chất ức chế HDAC có thể ngăn chặn quá trình này thông qua việc làm thay đổi biểu hiện gen gây ung thư hay các gen ức chế khối u do gây cường acetyl hóa các protein histone [32]. Hiện nay người ta đã biết đến 18 loại HDAC khác nhau, chia thành 4 nhóm, trong đó HDAC2 thuộc nhóm I được đánh giá là một đích phân tử quan trọng do có vai trò trong quá trình deacetyl hoá của các histon H3K56 và H4K16 xảy ra trong hầu hết các dòng tế bào ung thư người [7,10]. Quá trình nghiên cứu tìm kiếm chất ức chế HDAC nhằm phát triển thành thuốc chống ung thư đã kéo dài hơn một thập kỷ [43]. Các mô hình liên quan mối quan hệ cấu trúc – tác dụng dược lý xuất hiện từ năm 1868, được biết đến là mô hình toán học định lượng mối liên quan tác dụng dược lý và cấu trúc hóa học của hợp chất hay còn gọi là QSAR. Xây dựng mô hình QSAR để dự đoán hoạt tính của những phân tử chưa từng được kiểm tra. Từ đó gi p tìm kiếm các hợp chất hóa học có tác dụng sinh học, tối ưu hóa cấu tr c các hợp chất này nhằm tăng hoạt tính sinh học, giảm độc tính, tăng các tính chất dược động học của thuốc. Phương pháp này nhìn chung nhanh có tính kinh tế và hỗ trợ rất tốt cho các nghiên cứu thực nghiệm, giúp nâng cao tỷ lệ thành công của nghiên cứu. Từ các vấn đề nêu trên, mục tiêu chung của nghiên cứu này là “Xây dựng mô hình toán học giúp nhận biết chất ức chế enzym histon deacetylase 2 có tác dụng chống ung thư”. Với mục tiêu cụ thể: - Xây dựng mô hình QSAR mới sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính nhằm dự đoán khả năng ức chế HDAC2. - Đánh giá mô hình xây dựng được theo các tiêu chí của Tổ chức kinh tế thế giới (OECD). - Vận dụng mô hình xây dựng được xác định hợp chất dẫn đường tiềm năng ức chế HDAC2 phát triển thành thuốc chữa ung thư. Chƣơng 1- TỔNG QUAN 1.1. Thực trạng ung thƣ và tử vong do ung thƣ 1.1.1. Thực trạng ung thư và tử vong do ung thư trên thế giới Ung thư là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên toàn thế giới. Trong năm 2012, có khoảng 14 triệu trường hợp ung thư được phát hiện mới và có đến 8,2 triệu ca tử vong liên quan đến ung thư [40]. Trong đó, số lượng các ca tử vong do các ung thư chủ yếu là: ung thư phổi (1,59 triệu ca), ung thư gan (745000 ca), ung thư dạ dày (723000 ca), ung thư đại trực tràng (694000 ca), ung thư v (521000 ca), ung thư thực quản (400000 ca) [40]. Số lượng các ca ung thư mới được dự đoán sẽ tăng khoảng 70% trong vòng hai thập kỉ tới. Dự đoán số trường hợp ung thư hàng năm sẽ tăng từ 14 triệu trong 2012 lên 22 triệu trong vòng hai thập kỉ tới [2]. Hơn 60% số các ca ung thư mới hàng năm trên thế giới xảy ra ở Châu Phi, Châu Á, Trung và Nam Mỹ, chiếm 70% số các ca tử vong ung thư thế giới [40]. Đối với nam giới, 5 ung thư phổ biến nhất được chẩn đoán trong năm 2012 là ung thư phổi, tuyến tiền liệt, đại trực tràng, dạ dày và gan. Đối với nữ giới, 5 ung thư phổ biến nhất được chẩn đoán là ung thư v , đại trực tràng, phổi, cổ tử cung, dạ dày. Khoảng 30% các trường hợp tử vong liên quan đến ung thư là do 5 yếu tố nguy cơ hàng đầu về hành vi và chế độ ăn uống: chỉ số khối cơ thể cao (béo phì), ăn ít rau quả tươi, ít tập thể dục, nghiện thuốc lá hoặc rượu. Thuốc lá là yếu tố nguy cơ quan trọng nhất đối với ung thư, gây ra hơn 20% các ca tử vong ung thư và khoảng 70% các ca tử vong do ung thư phổi trên toàn cầu. Ngoài ra, các bệnh nhiễm virus HBV, HCV và một số type Human Papilloma Virus (HPV) là nguyên nhân của trên 20% số các ca tử vong ung thư ở các nước thu nhập thấp và thu nhập trung bình [12]. 1.1.2. Thực trạng ung thư và tử vong do ung thư ở Việt Nam Ở Việt Nam, trong năm 2012, số lượng các ung thư gặp phổ biến ở nam giới là gan 16.815 ca, phổi 16.082 ca, dạ dày 9.406 ca, đại trực tràng 4.561 ca và mũi họng 3.301 ca; còn các ung thư gặp phổ biến ở nữ giới là: vú 11.067 ca, phổi 5.783 ca, gan 5.182 ca, cổ tử cung 5.146 ca và dạ dày 4.797 ca [39]. Ở Việt Nam, tổng số ca tử vong do ung thư năm 2012 là 91.600 ca, trong đó: số nam giới tử vong do ung thư là 58.200 ca: ung thư gan chiếm 26,9%, phổi 24,4%, dạ dày 14,5%, miệng - thực quản 5,8%, đại trực tràng 5,2% và do ung thư khác là 23,2%; số nữ giới tử vong do ung thư là 33.400 ca: ung thư phổi chiếm 14,5%, gan 13,7%, v 12,5%, dạ dày 12,1%, đại trực tràng 8% và do ung thư khác là 39,3% [39]. 1.2. Thuốc điều trị ung thƣ Ngày nay có nhiều phương pháp điều trị ung thư, gồm có phẫu thuật, vật lí trị liệu (xạ trị liệu), hóa trị liệu (dùng thuốc điều trị ung thư), nội tiết, miễn dịch [1]. Tuy nhiên áp dụng phương pháp nào để điều trị có hiệu quả còn tuỳ thuộc vào giai đoạn, vào sức chịu đựng của cơ thể, vào khả năng của cơ sở điều trị và một phần vào kinh nghiệm của thầy thuốc chuyên khoa. Từ khi bắt đầu tiến triển, ung thư đã có thể cho di căn, do đó các phương pháp điều trị tại chỗ và tại vùng như phẫu thuật và xạ trị thường không mang lại hiệu quả. Sử dụng các thuốc điều trị ung thư đặc biệt là các hóa chất chống ung thư có thể ngăn chặn được tiến triển của ung thư. Hóa chất chống ung thư đều là những chất gây độc tế bào. Ch ng can thiệp vào phân bào theo các cách khác nhau, ví dụ như sự sao chép DNA hay quá trình phân chia các nhiễm sắc thể mới được tạo thành [1]. Điều trị hóa chất dựa trên sự đáp ứng khác biệt nhau giữa tế bào ung thư và tế bào lành. Đặc trưng tăng trưởng của ung thư có ảnh hưởng rất lớn đến đáp ứng với hóa trị. Các hiểu biết về động học tế bào, sự tăng trưởng của khối u, sinh học ung thư là căn bản cho các nguyên tắc hóa trị lâm sàng. Có khoảng hơn 200 loại thuốc chống ung thư trên lâm sàng [1]. Theo cơ chế hoạt động, các thuốc chống ung thư được phân loại như bảng 1.1 [1]. Bảng 1.1. Các nhóm thuốc chống ung thư Nhóm tác nhân Mục tiêu Các tác nhân ngăn Liên kết chéo DNA chặn tổng hợp DNA bằng alkyl hóa có nguồn gốc tổng hợp (các tác nhân alkyl hóa) Cấu trúc hóa học Nitrogen mustard Ethyle limin Sulfonic acid ester Epoxide Nitrosourea Halogenated hexitol Hợp chất platinum Kháng sinh kháng u Xen giữa DNA làm đứt gãy Anthracyclin, DNA Actinomycin D, Mitomycin C, Bleomycin Các kháng chuyển Sinh tổng hợp acid nhân hóa Các kháng acid Folic, kháng Purin, kháng Pirimidin, các ức chế tổng hợp protein và acid amin Các ức chế giai Ngăn cản hình thức thoi Alkaloid nhóm vinca đoạn gián phân hình trong kì gián phân Podophylin thoi Colchicin Hỗn hợp Không xác định Alkylamin (HMM, PMM)* Dacarbazin Procarbazin Các Taxane Làm đông cứng các vi quản Taxol, Taxotere nội tế bào Các camptothecin Ức chế men topoisomerasa I Camptothecin, CPT - 11 Các hormone Androgen Antiandrogen Estrogen Estrogen Antiestrogen Steroid Antisteroid Progestin Các thuốc tác dụng lên tuyến yên * HMM: Hexamethylmelamine PMM: Pentamethylmelamine 1.3. Tổng quan histon deacetylase 1.3.1. Khái niệm histon deacetylase Nhiễm sắc thể là phức hợp gồm 3 thành phần: ADN, protein histon và protein không phải histon [21]. Đơn vị cơ bản của nhiễm sắc thể là nucleosom. Mỗi nucleosom gồm 146 cặp base ADN được gói trong một protein histon octame [16] tạo bởi 4 thành phần: H2A, H2B, H3, H4 [13]. Các đầu amino của protein histon thường bị biến đổi bởi các quá trình methyl hóa, phosphoryl hóa hoặc acetyl hóa sau dịch mã. Quá trình acetyl hoá là một trong những cơ chế điều hoà chính của biểu thị gen. Kiểm soát quá trình biểu thị gen này phụ thuộc vào sự cân bằng giữa hoạt động của enzym histon acetylase và enzym histon deacetylase, nhờ vào sự điều hoà quá trình acetyl hoá lysin ở phần đuôi histon [6]. Histon acetyltrasferase (HAT) là enzym acetyl hóa nhóm -NH2 trong gốc lysin (đầu N tận) của histon, làm trung hòa điện tích dương trên lysin, do đó giảm khả năng tương tác của histon với ADN (tích điện âm) tạo cấu trúc mở chromatin. Vì vậy, sự acetyl hóa histon tạo điều kiện cho quá trình phiên mã, dịch mã xảy ra (hình 1.1b) [6,21]. Histon deacetylase (HDAC) là enzym có tác dụng đối lập với HAT. HDAC loại bỏ nhóm acetyl từ acetyl lysin (Ac-Lys) ở đầu N tận của histon, làm đóng xoắn chromatin, do đó ức chế quá trình phiên mã (Hình 1.1) [6,21]. Hình 1.1. Cấu trúc nhiễm sắc thể điều hòa hoạt động phiên mã. (a) Sự methyl hóa và deacetyl hóa histon dẫn tới hình dạng đóng xoắn nhiễm sắc thể và ức chế phiên mã. (b) Sự acetyl hóa và demethyl hóa histon làm tháo xoắn nhiễm sắc thể và cho phép phiên mã. 1.3.2. Phân loại các HDAC Hiện nay người ta đã biết đến 18 loại HDAC khác nhau, được chia thành 4 nhóm: I, II, III, IV. HDAC nhóm I, II và IV được gọi là các HDAC “kinh điển” và thường được sử dụng để sàng lọc và thiết kế các chất ức chế HDAC mới [43]. Nhóm I: HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8. Các enzym này có ở phần nhân của nhiều loại tế bào. Nhóm II: gồm nhóm IIa và nhóm IIb. Trong đó nhóm IIa có HDAC4, HDAC5, HDAC7, HDAC9, nhóm IIb có HDAC6, HDAC10. Các enzym này biểu thị mô đặc trưng, có khả năng di chuyển giữa bào tương và nhân. Nhóm III: Các protein điều hoà chuỗi thông tin 2 (SIRT): SIRT 1 – 7, chúng có ở bào tương, ty thể và nhân. Nhóm IV: HDAC11, có ở phần nhân của nhiều loại tế bào. Các enzym nhóm I, II và IV phụ thuộc vào Zn2+. Nhóm III là các enzym có cấu trúc phụ thuộc NAD+ [11,43]. Trung tâm hoạt động HDAC gồm 2 phần chính (Hình 1.2): ion Zn2+ là coenzyme của HDAC và kênh enzym dạng túi hình ống. Cấu trúc rất linh động, có thể biến đổi phù hợp với chiều dài cơ chất khác nhau. Trên miệng túi có một vành nhỏ được tạo nên từ một vài vòng xoắn protein, phần vành này sẽ tương tác với nhóm nhận diện bề mặt HDAC [18]. Hình 1.2. Cấu tạo trung tâm hoạt động của HDAC nhóm I, II, IV. 1.3.3. HDAC2 và vai trò trong ung thư Histon deacetylasa 2 (HDAC2) thuộc HDAC nhóm I. HDAC2 hoạt động như một chất ức chế phiên mã thông qua loại bỏ nhóm lysine ở đầu N của protein histon (H2A, H2B, H3 và H4). Tuy nhiên HDAC2 không liên kết với ADN nên chúng sẽ được chọn lọc bởi các yếu tố phiên mã như YY1, SP1/SP3, gen ức chế khối u p53 và BRCA1. HDAC2 cũng có thể được gắn vào ADN như là một phần của phức hợp CoREST, mSin3 và NuRD. Những phức hợp là mục tiêu với các trình tự gen đặc hiệu bằng các tương tác với các yếu tố phiên mã trình tự đặc hiệu. Ví dụ, các HDAC2/HDAC1 chứa phức hợp Sin3-SAP chọn lọc họ E2F của các yếu tố phiên mã để ức chế phiên mã [17]. Phức hợp chứa HDAC2 cũng liên quan đến gen điều chỉnh phiên mã qua thụ thể trung gian. Những phức hợp chứa gen biến đổi biểu sinh khác, chẳng hạn như MeCp2 – là một protein có nhóm liên kết methyl. Các enzyme vận chuyển nhóm methyl DNA DNMT1, DNMT3A và DNMT3B, sự methyl transferases histone SUVAR39H1 và G9a và histon bị bỏ đi nhóm methyl (LSD1), cho thấy một cách khác mà HDAC2 quy định biểu hiện gen và sửa chữa nhiễm sắc. HDAC2 cũng quy định biểu hiện gen thông qua sự deacetyl của yếu tố phiên mã cụ thể bao gồm STAT3 và SMAD7. HDAC2 là một chìa khóa quan trọng của gen điều hòa chu kỳ tế bào, quá trình tế bào tự tiêu diệt, kết dính tế bào và di cư. Cùng với HDAC1, HDAC2 quy định việc phiên mã của các gen liên quan đến quá trình tạo máu, biệt hóa tế bào biểu mô, phát triển tim và tế bào thần kinh [34]. Các đột biến có thể có ở HDAC2 xuất hiện ở tế bào soma. HDAC2 bị đột biến trong các khối u lẻ tẻ và trong các khối u phát sinh ở người có ung thư biểu mô đại trực tràng không polyp di truyền. Đột biến này do sự cắt bỏ 9 adenin ở exon1 tạo thành protein không hoạt động. Sự biểu hiện các dạng đột biến của HDAC2 gây ra sự kháng với tác dụng của các chất ức chế HDAC. Việc thiếu các biểu hiện và chức năng HDAC2 tạo nên sự tăng điều chỉnh gen th c đẩy tăng trưởng khối u [5,25]. HDAC2 liên quan đến nhiều bệnh ung thư khác nhau: Việc điều hòa về biểu hiện hoạt động HDAC2 có liên quan đến sự phát triển ung thư. HDAC2 biểu hiện quá mức trong các loại ung thư khác nhau bao gồm cả đại tràng, dạ dày, cổ tử cung, ung thư tuyến tiền liệt, ung thư phổi không tế bào nhỏ và ung thư biểu mô tế bào gan. HDAC2 biểu hiên quá mức liên quan đến ung thư một phần thông qua việc chọn lọc sai lầm của nó và sự im lặng của các gen ức chế khối u. Sự ức chế của gen p21WAF1 ức chế khối u ở vùng khởi động và có thể được đảo ngược bởi việc điều trị bằng thuốc ức chế HDAC [31]. Biểu hiện HDAC2 tương quan với tiên lượng xấu khi bệnh ở giai đoạn tiên triển trong ung thư đại trực tràng, tuyến tiền liệt, dạ dày và biểu mô tế bào gan. Ung thư đại tràng: Có một số nghiên cứu cho thấy HDAC2 biểu hiện quá mức trong ung thư đại tràng. Sự gia tăng các biểu hiện HDAC2 đã được tìm thấy ở mức độ protein và mRNA chỉ ra rằng HDAC2 quá mức là do hoạt hóa phiên mã. Các nghiên cứu cho thấy trong loại khối u này sự phiên mã HDAC2 được điều chỉnh bởi tín hiệu beta-catenin-TCF-myc đã bị xóa bỏ trong bệnh ung thư đại tràng. HDAC2 biểu hiện quá mức tương quan với tiên lượng xấu và bệnh ở giai đoạn tiến triển trong ung thư đại trực tràng. Tuy nhiên, Ropero và các cộng sự tìm thấy một sự đột biến bất hoạt của HDAC2 trong ung thư đại tràng với bất ổn microsatellite [29]. Ung thư v : Các nghiên cứu khác nhau cho thấy vai trò quan trọng của HDAC2 trong ung thư v . HDAC2 gây lão hóa trong tế bào ung thư v . Hơn nữa sự mất hoạt tính của HDAC2 kéo theo quá trình chết tế bào (apoptosis) của tamoxifen trong estrogen/ progesterone tế bào ung thư v dương tính [27]. Bệnh ung thư tuyến tiền liệt: Theo nghiên cứu của Weichert và các cộng sự thấy rằng HDAC2 được biểu hiện mạnh mẽ trong hơn 70% các trường hợp phân tích ung thư tuyến tiền liệt. Sự gia tăng trong biểu hiện HDAC2 có liên quan với tăng cường tăng sinh tế bào khối u [5]. Ung thư biểu mô tế bào gan: HDAC2 quy định chu kỳ tế bào và sự phân chia của HDAC2 gây ra ngừng chuyển pha G1/S trong chu kỳ tế bào. Trong quá trình chuyển đổi G1/S, sự phân chia đích của HDAC2 có tính chọn lọc gây ra các biểu hiện của p16 (INK4a) và p21 (WAF1/Cip1), và đồng thời ức chế sự biểu hiện của cyclin D1, CDK4 và CDK2. Do đó, sự ức chế HDAC2 dẫn đến sự giảm điều chỉnh của gen đích E2F/DP1 thông qua việc giảm sự phosphoryl hóa protein PRB [5]. Ung thư phổi: HDAC2 được điều chỉnh lên cao trong ung thư phổi. HDAC2 bất hoạt dẫn đến thoái hoá tăng trưởng tế bào khối u và kích hoạt các quá trình chết tế bào (apoptosis) qua p53, kích hoạt Bax và ức chế BCL2. Trong điều chỉnh chu kỳ tế bào, HDAC2 bất hoạt gây ra cảm ứng biểu hiện p21WAF1/Cip1, đồng thời ức chế sự biểu hiện của cyclin E2, cyclin D1, và CDK2, tương ứng. Do đó, điều này dẫn đến việc giảm quá trình phosphoryl hóa của protein PRB trong chuyển pha G1/S và do đó bất hoạt phiên mã gen đích E2F/DP1 của các tế bào A549. HDAC2 trực tiếp điều chỉnh biểu hiên p21WAF/Cip1 không phụ thuộc p53 [5]. Bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD): giảm hoạt động và biểu hiện HDAC2 được tìm thấy trong bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD). Việc giảm hoạt động của HDAC2 làm tăng điều hòa các gen liên quan đến phản ứng viêm và kháng corticosteroid trong COPD [5]. 1.3.4. Các chất ức chế HDAC Yoshida và cộng sự (1990), đã phát hiện ra dẫn chất hydroxamat tự nhiên đầu tiên có tác dụng ức chế trực tiếp HDAC là Trichostatin A (TSA), vốn là chất có tác dụng chống nấm [41]. Sau đó, dựa trên hiểu biết về mối liên quan giữa HDAC và ung thư đồng thời xác định được cấu trúc 3D của các HDAC, một số chất ức chế HDAC đã được nghiên cứu và thử nghiệm trên lâm sàng để ứng dụng trong điều trị ung thư. Cho đến nay, nhiều chất ức chế HDAC (UHDAC) đã được công bố. Chúng có thể có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp. Trong các nhóm chất ức chế HDAC, các acid hydroxamic là nhóm chất được quan tâm chú ý và tập trung nghiên cứu nhiều nhất. Do các acid hydroxamic có cấu tr c đơn giản, dễ tổng hợp và có nhóm -NHOH tạo được phức bền với Zn+ ở trung tâm hoạt động của HDAC mang lại có hoạt tính ức chế enzym mạnh. Hiện nay, FDA đã phê duyệt một acid hydroxamic UHDAC điển hình là vorinostat (suberoylanilide hydroxamic acid, Zolinza) vào năm 2006 sử dụng trong điều trị u lympho da tế bào [cutaneous T-cell lymphoma (CTCL)]. Một hợp chất UHDAC khác là depsipeptide (romidepsin, Istodax) cũng được FDA cấp phép lưu hành vào năm 2009 để điều trị CTCL và điều trị ung thư hạch tế bào T ngoại vi [peripheral T-cell lymphoma (PTCL)]. Đây chính là nguồn động lực để các nhà nghiên cứu tiếp tục tìm kiếm các chất ức chế HDAC mới. Nhiều chất ức chế enzym HDAC khác cũng đang được thử nghiệm lâm sàng nhằm phát triển liệu pháp điều trị ung thư dựa trên đích này, bao gồm nhóm hydroxamat, benzamid, peptid vòng, acid carboxylic (Bảng 1.2) [4,30].