Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Tổng hợp và đánh giá hoạt tính kháng ung thư của các dẫn xuất tubulysin...

Tài liệu Tổng hợp và đánh giá hoạt tính kháng ung thư của các dẫn xuất tubulysin

.PDF
146
24
126

Mô tả:

ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- LÊ VĂN HẢI TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH KHÁNG UNG THƢ CỦA CÁC DẪN XUẤT TUBULYSIN LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH: HOÁ HỮU CƠ MÃ SỐ: 9 44 01 14 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Trần Văn Lộc Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 2: TS. Trần Văn Chiến HÀ NỘI, 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và các cộng sự. Các số liệu và kết quả nêu trong luận án là trung thực, các kết quả mới của luận án chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ các công trình nghiên cứu nào khác. Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2020 Tác giả luận án Lê Văn Hải ii LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Trần Văn Lộc và TS. Trần Văn Chiến, ngƣời đã giao đề tài và tận tình hƣớng dẫn tôi thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn GS. TSKH. Trần Văn Sung, PGS. TS. Nguyễn Quyết Chiến, TS. Trần Thị Phƣơng Thảo đã cho tôi những góp ý hữu ích trong thời gian học tập và thực hiện luận án. Xin cảm ơn các cán bộ phòng Tổng hợp Hữu cơViện Hóa học đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực nghiệm của luận án. Tôi xin cảm ơn ban lãnh đạo Viện Hóa học, Ban lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, cán bộ Viện Hóa học, cán bộ phòng Đào tạo - Học viện Khoa học và Công nghệ, đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận án. Xin cảm ơn quỹ phát triển Khoa học và Công nghệ quốc gia (Nafosted) đã tài trợ cho nghiên cứu này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Bố mẹ, anh chị em của tôi, đã hỗ trợ và động viên tôi hoàn thành luận án này. Xin cảm ơn bạn bè và đồng nghiệp đã luôn cổ vũ tôi trong thời gian học tập và nghiên cứu. Và cuối cùng, luận án này không thể hoàn thành nếu không có sự đồng hành của Vợ và các con tôi. Xin dành sự biết ơn sâu sắc và trân quý nhất đến Vợ tôi, ngƣời đã luôn hỗ trợ và chia sẻ cùng tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2020 Tác giả Lê Văn Hải iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................i LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. ii MỤC LỤC .................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................... vi viii DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... ix DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ......................................................................................... xi MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 3 1.1. NIÊM KHUẨN, CÁC HOẠT CHẤT VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC .................. 3 1.1.1. Niêm khuẩn ....................................................................................................... 3 1.1.2. Một số hoạt chất và hoạt tính sinh học từ niêm khuẩn ..................................... 3 1.2. VI ỐNG VÀ VAI TRÒ TRONG NGHIÊN CỨU THUỐC ..................................8 1.2.1. Vi ống (microtube) ............................................................................................ 8 1.2.2. Tác dụng ức chế trùng hợp vi ống..................................................................... 9 1.3. TUBULYSIN ..................................................................................................... 10 1.3.1. Phân lập và xác định cấu trúc .......................................................................... 10 1.3.2. Hoạt tính sinh học của các tubulysin .............................................................. 12 1.3.3. Sinh tổng hợp các tubulysin ............................................................................ 15 1.4. TỔNG HỢP CÁC ɤ -AMINO ACID CỦA TUBULYSIN ..................................17 1.4.1. Tổng hợp tubuvaline (Tuv) ............................................................................. 17 1.4.2. Tổng hợp tubuphenylalanine (Tup) ................................................................ 20 1.5. TƢƠNG QUAN GIỮA CẤU TRÚC VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CÁC DẪN XUẤT TUBULYSIN ............................................................................... 23 1.6. MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN ............................................................................. 28 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM............. 29 2.1. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................... 29 2.1.1. Phƣơng pháp tổng hợp hữu cơ ........................................................................ 29 2.1.2. Phƣơng pháp xác định cấu trúc hợp chất hữu cơ ............................................ 29 2.1.3. Phƣơng pháp đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ............................................. 30 iv 2.2. THỰC NGHIỆM ................................................................................................ 31 2.2.1. Hóa chất và dung môi ..................................................................................... 31 2.2.2. Sơ đồ tổng quát tổng hợp các tetrapeptide ...................................................... 31 2.2.3. Tổng hợp tubuphenylalanine ........................................................................... 32 2.2.4. Tổng hợp tubuvaline ....................................................................................... 35 2.2.5. Loại bỏ nhóm bảo vệ Boc của Tuv (79) và Tup (47a) .................................... 42 2.2.6. Tổng hợp dipeptide ......................................................................................... 43 2.2.7. Tổng hợp tripeptide. ........................................................................................ 45 2.2.8. Tổng hợp các dẫn xuất tubulysin .................................................................... 48 2.2.9. Tổng hợp các chất tƣơng tự tubulysin............................................................. 52 2.2.10. Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất và chất tƣơng tự tubulysin ........................................................................................................ 65 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 66 3.1. ĐỊNH HƢỚNG TỔNG HỢP TUBULYSIN VÀ DẪN XUẤT .......................... 66 3.2. TỔNG HỢP TUBUPHENYLALANINE ........................................................... 67 3.3. TỔNG HỢP TUBUVALINE ............................................................................. 72 3.3.1. Tổng hợp 2-bromo-4-((tert-butyldimethylsilyloxy)methyl)thiazole (14) ....... 73 3.3.2. Tổng hợp N-methyltubuvaline-OMe (79) ....................................................... 76 3.4. LOẠI BỎ NHÓM BẢO VỆ BOC CỦA TUV VÀ TUP ..................................... 84 3.5. TỔNG HƠP DIPEPTIDE ................................................................................... 85 3.6. TỔNG HỢP TRIPEPTIDE ................................................................................. 89 3.6.1. Tổng hợp tripeptide 88 .................................................................................... 89 3.6.2. Tổng hợp tripeptide 89 .................................................................................... 90 3.6.3. Tổng hợp tripeptide 90, 90b ............................................................................ 92 3.6.4. Tổng hợp các tripeptide 91, 92........................................................................ 94 3.7. TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TUBULYSIN .................................................. 96 3.8. TỔNG HỢP CÁC CHẤT TƢƠNG TỰ TUBULYSIN ...................................... 99 3.8.1. Tổng hợp chất tƣơng tự tubulysin với thay thế isoleucine bằng leucine ........ 99 3.8.2. Tổng hợp các chất tƣơng tự tubulysin với thay thế amino acid ở đầu Nterminal ......................................................................................................... 101 3.8.3. Tổng hợp các chất tƣơng tự tubulysin với thay thế amino acid ở đầu Cterminal ......................................................................................................... 105 v 3.8.4. Tổng hợp các chất tƣơng tự tubulysin với thay thế amino acid ở đầu N- và Cterminal ......................................................................................................... 108 3.9. HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO CỦA CÁC DẪN XUẤT VÀ CHẤT TƢƠNG TỰ TUBULYSIN ............................................................................................. 117 KẾT LUẬN ............................................................................................................ 121 ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN ................................................................................ 122 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ........................................... 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 124 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các phƣơng pháp phổ và sắc ký Thin Layer Chromatography: Sắc ký bản mỏng High resolution electrospray ionization mass spectrometry: Phổ ESI-HRMS khối phân giải cao ion hóa phun điện tử Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Phổ cộng 1 H-NMR hƣởng từ hạt nhân proton Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Phổ cộng 13 C-NMR hƣởng từ hạt nhân carbon 13 DEPT Distortioless Enhancement by Polarisation Transfer: Phổ DEPT Rotational Frame Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy: Phổ ROESY hiệu ứng Overhauser hạt nhân khung xoay. s: singlet; d: doublet; t: triplet; q: quartet; qui: quintet; m: multiplet; dd: double doublet; br: broad; td: triplet of doublets; dt: doublet of triplets TLC Các dòng tế bào ung thƣ HL-60 MCF-7 A549 HT29 SW480 Human leukemia cell line: Tế bào ung thƣ bạch cầu ngƣời Human mammary adenocarcinoma cell: Tế bào ung thƣ vú Bronchogenic carcinoma cell lines: Tế bào ung thƣ phế quản Human colorectal adenocarcinoma: Tế bào ung thƣ ruột kết Human colon carcinoma: Tế bào ung thƣ đại tràng ở ngƣời Các chữ viết tắt khác CTPT tub Tuv Tup Mep TBSCl DIPEA IC50 r.t DMF THF EtOAc Me TEA TFA eq DMAP HATU Công thức phân tử Tubulysin Tubuvline Tubuphenylalanine N-methylpipecolic acid tert-Butyldimethylsilyl chloride N,N-Diisopropylethylamine The half maximal inhibitory concentration: Nồng độ tác dụng ức chế 50% sự tăng sinh dòng tế bào thử nghiệm Room temperature: nhiệt độ phòng N,N-Dimethylformamide Tetrahydrofuran Ethylacetate Methyl Triethylamine Trifluoroacetic acid Equivalent: Đƣơng lƣợng 4-Dimethylaminopyridine N-[(Dimethylamino)-1H-1,2,3-triazolo-[4,5-b]pyridin-1ylmethylene]-N-methylmethanaminium hexafluorophosphate Noxide vii Ac h HBTU DCM TIPS Boc IBX NRPS PKS Acetyl Giờ (2-(1H-benzotriazol-1-yl)-1,1,3,3-tetramethyluronium hexafluorophosphate Dichloromethane Triisopropylsilane tert-Butyloxycarbonyl 2-Iodoxybenzoic acid Enzym nonribosomal peptide synthetases Enzym polyketide synthase viii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Khả năng ức chế phát triển tế bào ung thƣ của các tubulysin…….. 13 Bảng 1.2: Ức chế sự phát triển tế bào ung thƣ của tub A,D…………………. 14 Bảng 1.3: Độc tính tế bào của tubulysin A và D………………………...........14 Bảng 1.4: Hoạt tính sinh học của các dẫn xuất 56-59……………………....... 24 Bảng 1.5: Hoạt tính gây độc tế bào của các tubugi………………………....... 25 Bảng 1.6: Độc tính tế bào của các dẫn xuất tub 63, 64……………………..... 25 Bảng 1.7: Hoạt tính sinh học của các dẫn xuất tub 65……………………...... 26 Bảng 1.8: Các dẫn xuất thế đầu C của tub 66……………………………....... 26 Bảng 1.9: Hoạt tính sinh học của các dẫn xuất 67………………………........ 27 Bảng 3.1: Hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất và chất tƣơng tự 119 tubulysin tổng hợp đƣợc ……….………………………………… ix DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1 : Một số hình thể dạng quả đa bào của niêm khuẩn……………... 3 Hình 1.2 : Một số cấu trúc macrolide từ niêm khuẩn……………………… 5 Hình 1.3 : Một số cấu trúc liên hợp thuốc- kháng thể của tubulysin……… 6 Hình 1.4 : Một số cấu trúc peptide từ niêm khuẩn………………………… 7 Hình 1.5 : Cấu trúc hóa học của eliamide và ratjadone …………………... 7 Hình 1.6 : Quá trình hình thành vi ống…………………………………….. 8 Hình 1.7 : Vi ống trong quá trình phân bào………………………………... 9 Hình 1.8 : Vùng liên kết của các tác nhân trên vi ống……………………... 10 Hình 1.9 : Chuỗi amino acid của tub A and D…………………………….. 11 Hình 1.10: Công thức hóa học của các tubulysin thiên nhiên……………… 12 Hình 1.11: Các dẫn xuất tub 56-59…………………………………………. 24 Hình 1.12: Các dẫn xuất tubugi…………………………………………….. 25 Hình 1.13: Các dẫn xuất tub 63, 64………………………………………… 25 Hình 1.14: Các dẫn xuất 65 ………………………………………………... 26 Hình 1.15: Các dẫn xuất tub 66 ……………………………………………. 26 Hình 1.16: Các dẫn xuất 67 ………………………………………………... 27 Hình 1.17: Tƣơng quan hoạt tính - cấu trúc của tubulysin ……………….. 27 Hình 3.1 : Phổ 1H-NMR hợp chất 42 ……………………………………... 70 Hình 3.2 : Phổ 1H-NMR hợp chất 47a ……………………………………. 72 Hình 3.3 : Phổ 1H-NMR hợp chất 70 ……………………………………... 74 Hình 3.4 : Phổ 1H-NMR hợp chất 14 ……………………………………... 76 Hình 3.5 : Phổ 1H-NMR Weinreb amide 22a …………………………….. 78 Hình 3.6 : Phổ 1H-NMR hợp chất 74 ……………………………….......... 79 Hình 3.7 : Phổ 1H-NMR hợp chất 15a …………………………………… 81 Hình 3.8 : Phổ 1H-NMR hợp chất 78 ……………………………………... 83 Hình 3.9 : Phổ 1H-NMR hợp chất 83 ……………………………………... 83 Hình 3.10: Phổ 1H-NMR hợp chất 81 …………………………………….. 85 Hình 3.11: Phổ 1H-NMR hợp chất 84 ……………………………………... 87 Hình 3.12: Phổ 1H-NMR hợp chất 85 ……………………………………... 88 x Hình 3.13: Phổ 1H-NMR hợp chất 88 …………………………………….. 90 Hình 3.14: Phổ 1H-NMR hợp chất 89 ……………………………………... 92 Hình 3.15: Phổ 1H-NMR hợp chất 90 ……………………………………... 93 Hình 3.16: Phổ 13C-NMR hợp chất 90 …………………………………….. 94 Hình 3.17: Phổ 1H-NMR hợp chất 91 ……………………………………... 95 Hình 3.18: Phổ HRMS hợp chất 95 ……………………………………….. 97 Hình 3.19: Phổ 1H-NMR hợp chất 95 ……………………………………... 97 Hình 3.20: Phổ 13C-NMR hợp chất 95 …………………………………….. 98 Hình 3.21: Phổ 1H-NMR hợp chất 96……………………………………… 100 Hình 3.22: Phổ 1H-NMR hợp chất 97 ……………………………………... 102 Hình 3.23: Phổ 1H-NMR hợp chất 100 ……………………………………. 104 Hình 3.24: Phổ 13C-NMR hợp chất 100 …………………………………… 105 Hình 3.25: Phổ 1H-NMR hợp chất 102 ……………………………………. 106 Hình 3.26: Phổ 1H-NMR hợp chất 104 ……………………………………. 108 Hình 3.27: Phổ 1H-NMR hợp chất 105 ……………………………………. 109 Hình 3.28: Phổ 13C-NMR hợp chất 105 …………………………………… 110 Hình 3.29: Phổ 1H-NMR hợp chất 106 ……………………………………. 111 Hình 3.30: Phổ 1H-NMR hợp chất 107 ……………………………………. 112 Hình 3.31: Phổ 1H-NMR hợp chất 108 …………………………………… 113 Hình 3.32: Phổ 1H-NMR hợp chất 109 ……………………………………. 115 Hình 3.33: Phổ MS hợp chất 110…………………………………………... 116 Hình 3.34: Phổ 1H-NMR hợp chất 110…………………………………….. 116 Hình 3.35: Các dẫn xuất và chất tƣơng tự tubulysin tổng hợp đƣợc ………. 118 xi DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Trang Sơ đồ 1.1 : Quá trình sinh tổng hợp tubulysin trong niêm khuẩn…………… 16 Sơ đồ 1.2 : Tổng hợp N,N-Boc, Me-tubuvaline theo Colombo và Wipf……. 18 Sơ đồ 1.3 : Tổng hợp N-Boc-tubuvaline-OMe theo DÖ mling………………. 18 Sơ đồ 1.4 : Tổng hợp N,N-Boc-tubuvaline theo Raghavan ………………… 19 Sơ đồ 1.5 : Tổng hợp N,N-Boc,Me-tubuvaline theo Nicolaou……………… 19 Sơ đồ 1.6 : Tổng hợp dẫn xuất N-Cbz-tubuvaline-OEt (36) theo Wipf…….. 20 Sơ đồ 1.7 : Tổng hợp Tubutyrosine hydrochloride theo Pando…………….. 21 Sơ đồ 1.8 : Tổng hợp Tup-OTBDPS theo Wipf…………………………….. 21 Sơ đồ 1.9 : Tổng hợp Tup-OH*HCl theo Muller……………………………. 22 Sơ đồ 1.10: Tổng hợp Tup-OH*HCl theo Zanda……………………………. 22 Sơ đồ 1.11: Tổng hợp Tup-OH*HCl theo Tamure…………………………... 23 Sơ đồ 2.1 : Sơ đồ tổng quát tổng hợp các tetrapeptide……………………… 32 Sơ đồ 3.1 : Định hƣớng tổng hợp tubulysin…………………………………. 67 Sơ đồ 3.2 : Tổng hợp ester 42 ………………………………………………. 68 Sơ đồ 3.3 : Cơ chế tạo thành chất 42 ……………………………………….. 69 Sơ đồ 3.4 : Phản ứng tổng hợp Tup 47a …………………………………….. 71 Sơ đồ 3.5 : Sơ đồ tổng hợp ngƣợc của Tuv 79…………………………….... 73 Sơ đồ 3.6 : Tổng hợp dẫn xuất thiazole 14 …………………………………. 73 Sơ đồ 3.7 : Cơ chế tạo thành chất 70 ………………………………………... 75 Sơ đồ 3.8 : Phản ứng gắn mạch giữa Weinred amide và 2-bromothiazole…. 75 Sơ đồ 3.9 : Tổng hợp Weinreb amide 73 …………………………………… 77 Sơ đồ 3.10: Cơ chế tạo thành hợp Weinreb amide 22a ……………………… 77 Sơ đồ 3.11: Phản ứng tổng hợp ketone 74 …………………………………... 79 Sơ đồ 3.12: Cơ chế tạo thành hợp chất 74 …………………………………... 80 Sơ đồ 3.13: Phản ứng tổng hợp tuv 15a ……………………………………... 80 Sơ đồ 3.14: Phản ứng tổng hợp chất 79 ……………………………………... 82 Sơ đồ 3.15: Loại bỏ nhóm bảo vệ Boc của hợp chất 42, 47a, 79 …………… 84 Sơ đồ 3.16: Phản ứng tổng hợp tripeptide từ dipeptide 78………………….. 86 Sơ đồ 3.17: Quy trình tổng hợp dipeptide 84, 85, 86 ……………………….. 87 xii Sơ đồ 3.18: Phản ứng tổng hợp tripeptide 88 ……………………………….. 89 Sơ đồ 3.19: Phản ứng tổng hợp tripeptide 89………………………………… 91 Sơ đồ 3.20: Phản ứng tổng hợp tripeptide 90, 90b ………………………….. 92 Sơ đồ 3.21: Phản ứng tổng hợp các tripeptide 91, 92 ……………………….. 94 Sơ đồ 3.22: Phản ứng tổng hợp các dẫn xuất 93, 93a, 94, 95……………….. 96 Sơ đồ 3.23: Phản ứng tổng hợp dẫn xuất 93 từ tripeptide 88………………… 99 Sơ đồ 3.24: Phản ứng tổng hợp hợp chất 96 ………………………………… 100 Sơ đồ 3.25: Phản ứng tổng hợp các hợp chất 97, 98 ………………………… 102 Sơ đồ 3.26: Phản ứng tổng hợp hợp chất 99 ………………………………… 103 Sơ đồ 3.27: Phản ứng tổng hợp hợp chất 100, 101…………………………... 103 Sơ đồ 3.28: Phản ứng tổng hợp hợp chất 102, 103 ………………………….. 106 Sơ đồ 3.29: Phản ứng tổng hợp hợp chất 104………………………………... 107 Sơ đồ 3.30: Phản ứng tổng hợp hợp chất 105, 106 ………………………….. 109 Sơ đồ 3.31: Phản ứng tổng hợp hợp chất 107 ……………………………….. 111 Sơ đồ 3.32: Phản ứng tổng hợp hợp chất 108 ……………………………….. 113 Sơ đồ 3.33: Phản ứng tổng hợp tetrapeptide 109 ……………………………. 114 Sơ đồ 3.34: Phản ứng tổng hợp dẫn xuất 110 ……………………………….. 115 1 MỞ ĐẦU Các hợp chất thiên nhiên đƣợc xem là nguồn cung cấp vô hạn các lớp chất có hoạt tính sinh học lý thú phục vụ cho nghiên cứu và ứng dụng trong y học. Sự phong phú và đa dạng về các lớp khung chất có hoạt tính sinh học cao, đặc biệt là cơ chế tác dụng của mỗi lớp khung chất này, đã thu hút đƣợc sự quan tâm của các nhà nghiên cứu từ trƣớc đến nay. Cho đến nay, việc nghiên cứu các hoạt chất từ các nguồn vi sinh vật đã và đang thu đƣợc các kết quả tốt trong việc phát triển thuốc. Các nghiên cứu từ vi khuẩn cho thấy, niêm khuẩn cung cấp số lƣợng đáng kể các hoạt chất có hoạt tính sinh học (chiếm khoảng 5%) [1-4]. Với lƣợng lớn các chất thể hiện hoạt tính kháng tế bào ung thƣ mạnh, trong đó một số hoạt chất đã đƣợc phát triển thành thuốc ứng dụng trong điều trị bệnh ung thƣ nhƣ epothilone và một số dẫn xuất [5,6]. Tuy nhiên, một trong các hạn chế từ lớp niêm khuẩn là các hoạt chất đều chứa hàm lƣợng rất nhỏ, không đáp ứng đƣợc nhu cầu của việc nghiên cứu chuyên sâu. Do đó để phục vụ cho mục đích nghiên cứu phát triển thuốc, các hợp chất từ các nguồn vi sinh vật này thƣờng đạt đƣợc bằng cách tổng hợp toàn phần hoặc sẽ đƣợc biến đổi về cấu trúc hóa học nhằm tạo ra lƣợng lớn sản phẩm cũng nhƣ các dẫn xuất mới. Hiện nay, có rất nhiều nghiên cứu tập trung vào sàng lọc, phát triển các lớp chất có hoạt tính gây độc tế bào cao, nhằm phát triển các thuốc kháng ung thƣ. Cho đến nay các hoạt chất can thiệp vào chu trình của tế bào, quá trình hình thành hoặc phân rã của vi ống, đã cho hiệu quả cao trong hóa trị liệu ung thƣ. Điều này do vai trò đặc biệt quan trọng của vi ống cho sự sống của tế bào ung thƣ, giữ vai trò thiết yếu cho sự phát triển và phân bào, duy trì hình thái học và có thể gây cảm ứng dẫn đến chết tế bào theo chƣơng trình (apoptosis) [7,8]. Do vậy, các nghiên cứu phát triển thuốc dựa trên đích là vi ống hứa hẹn nhiều triển vọng với hiệu quả tốt. Tubulysin là một lớp chất tetrapeptide, đƣợc phân lập lần đầu tiên năm 2000 từ 2 dòng niêm khuẩn là Angiococcus disciformis An d48 và Archangium gephyra Ar 315 [9]. Các nghiên cứu đã cho thấy tubulysin là lớp chất kháng phân bào tốt nhất đƣợc biết đến cho tới nay. Hoạt tính ức chế tế bào ung thƣ của các tubulysin thể hiện trong phạm vi rộng trên nhiều dòng tế bào ung thƣ ngƣời nhƣ: ung thƣ buồng trứng, ung thƣ vú, ung thƣ tuyến tiền liệt, ruột kết, phổi và ung thƣ máu [10,11]. 2 Nghiên cứu trong ống nghiệm (in vitro) và cơ thể sống (in vivo) cho thấy các tubulysin có độc tính với tế bào ung thƣ cao, giá trị IC50 trên một số dòng tế bào ung thƣ từ vài chục picomol đến vài nanomol. Tubulysin ức chế sự phát triển tế bào u vƣợt trội khoảng 20-1000 lần so với các thuốc chống ung thƣ đang sử dụng nhƣ vinblastine, epothilone hay taxol [10,12]. Các tubulysin thể hiện hoạt tính gây độc tế bào qua cơ chế ức chế trùng hợp vi ống, dẫn đến bắt giữ phân bào (G2/M) và gây chết tế bào theo chƣơng trình [10,13]. Theo đánh giá của các nhà hóa dƣợc, tubulysin thiên nhiên là hợp chất hàng đầu cho nghiên cứu và phát triển thuốc chống ung thƣ mới. Tuy nhiên, hàm lƣợng của chúng trong niêm khuẩn rất thấp, do đó hƣớng nghiên cứu tổng hợp toàn phần các tubulysin và các dẫn xuất của chúng là rất cần thiết và có ý nghĩa khoa học. Đề tài “Tổng hợp và đánh giá hoạt tính kháng ung thư của các dẫn xuất tubulysin” tiến hành nghiên cứu tổng hợp toàn phần các dẫn xuất và chất tƣơng tự tubulysin mới dựa trên biến đổi hóa học của các amino acid ở đầu N- và C-terminal, thay thế nhóm N,O- acetyl bằng nhóm methyl. Nhằm góp phần làm sáng tỏ tƣơng quan giữa hoạt tính và cấu trúc hóa học của lớp chất tubulysin, đồng thời tìm kiếm những hợp chất mới có hoạt tính sinh học đáng chú ý. 3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. NIÊM KHUẨN, CÁC HOẠT CHẤT VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC 1.1.1. Niêm khuẩn Niêm khuẩn (vi khuẩn nhớt) là nhóm vi khuẩn gram âm thuộc bộ δ-proteobacteria, sống chủ yếu trong đất, xác thực vật, phân động vật và trong môi trƣờng biển. Hầu hết các loài niêm khuẩn có các biểu hiện khác biệt về hình dạng so với các vi khuẩn khác là khả năng tập hợp lại với nhau để tạo thành kiểu hình thể dạng quả đa bào phức tạp trong điều kiện thiếu thức ăn (Hình 1.1) [1-3]. Đặc tính sinh học nổi bật của niêm khuẩn là khả năng tạo ra các lớp chất chuyển hóa thứ cấp có hoạt tính sinh học lý thú. Đến nay, đã có hơn 500 hợp chất, dựa trên 100 cấu trúc khung cơ sở khác nhau đã đƣợc phân lập và xác định cấu trúc hóa học. Các hợp chất này đều thể hiện các hoạt tính sinh học đa dạng nhƣ: hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, gây độc tế bào, kháng vi-rút, ức chế miễn dịch và chống oxy hóa. Trong đó hoạt tính gây độc tế bào đối với các dòng tế bào ung thƣ thể hiện nổi trội nhất, hứa hẹn nhiều tiềm năng trong nghiên cứu và phát triển thuốc [3,5,14,15]. Hình 1.1: Một số hình thể dạng quả đa bào của niêm khuẩn [2,3]. 1.1.2. Một số hoạt chất và hoạt tính sinh học từ niêm khuẩn Niêm khuẩn đƣợc xem là nguồn sản xuất các lớp chất thứ cấp đa dạng về cấu trúc với những hoạt tính sinh học lý thú. Các lớp chất từ niêm khuẩn đã góp phần quan trọng trong phát triển các thuốc mới điều trị các bệnh truyền nhiễm và đặc biệt là các bệnh liên quan đến khối u [16,17]. Trong đó, nhóm các hợp chất có hoạt tính 4 mạnh đã đƣợc quan tâm nghiên cứu và cho một số kết quả tốt, nhƣ tubulysin (1), epothilone (2), disorazol (3). Một dẫn xuất bán tổng hợp từ epothilone là ixabepilone đã đƣợc Cục quản lý thực phẩm và dƣợc phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê chuẩn cho phép sử dụng là thuốc điều trị ung thƣ vú di căn kháng taxane vào năm 2007 [6]. Bên cạnh đó, một lƣợng lớn các lớp chất đã và đang đƣợc nghiên cứu để phát triển thành các thuốc chống ung thƣ mới. Lớp chất macrolide: Nhiều macrolide có hoạt tính gây độc tế bào mạnh đƣợc phân lập từ niêm khuẩn. Epothilone (2) (Hình 1.2). Đƣợc phân lập năm 1993 bởi Höfle và cộng sự từ chi Sorangium cellitlosum SMP44 [18,19], epothilone có cấu trúc khung macrolide. Hợp chất macrolactone này có chứa vòng thiazole ở mạch nhánh thể hiện hoạt tính kháng nấm và khả năng gây độc tế bào mạnh. Năm 1995, Bollag và cộng sự chứng minh cơ chế hoạt động của epothilone tƣơng tự nhƣ taxol, đó là thúc đẩy trùng hợp và làm bền hóa vi ống dẫn đến cảm ứng gây chết tế bào theo chƣơng trình. Epothilone đã đƣợc nghiên cứu thử nghiệm in vivo từ năm 2003 và nếu vƣợt qua các đánh giá của thử nghiệm lâm sàng dẫn chất này sẽ thay thế taxol trong điều trị các khối u đa kháng thuốc [5]. Disorazole (3) (Hình 1.2), đƣợc phân lập từ chi Sorangium cellulosum Soce12 bởi Jansen và cộng sự năm 1993 [20,21]. Lớp chất disorazole là những macrodilactone của hai hợp chất 2-pentadecyloxazol-4-carboxylic acid, với một số sự thay đổi vị trí và cấu hình của các liên kết đôi và các nhóm thế oxi nhƣ epoxi, hydroxyl hoặc methyl ether trong mạch carbon. Các hợp chất macrodilactone thể hiện hoạt tính gây độc tế bào mạnh trên các dòng tế bào ung thƣ ngƣời. Disorazol A1 gây độc tế bào trên dòng tế bào ung thƣ biểu mô phổi, với giá trị IC50 = 2 pM và trên dòng tế bào nguyên bào sợi (L-929) của chuột với IC50 = 3 pM [20-22]. Trong một kết quả nghiên cứu khác, disorazol C1 thể hiện hoạt tính chống tăng sinh với nhiều tế bào khối u, gây ra sự lão hóa tế bào sớm và cảm ứng dẫn đến quá trình chết tế bào theo chƣơng trình (apoptosis) [23]. Các archazolid (4) (Hình 1.2) đƣợc phân lập bởi Sasse và cộng sự năm 2003 từ việc nuôi cấy các niêm khuẩn chủng Archangium gephyra và Cystobacter sp.. Các hợp chất này cũng bao gồm một vòng macrolactone có chứa vòng thiazole ở mạch nhánh. Nghiên cứu về tác dụng sinh học cho thấy các chất thể hiện hoạt tính 5 mạnh trên nhiều dòng tế bào ung thƣ của động vật có vú, với các giá trị IC50 trên các dòng tế bào khác nhau từ 0,1 đến 1 ng/ml [24]. Hình 1.2. Một số cấu trúc macrolide từ niêm khuẩn Chivosazol (5) (Hình 1.2) đƣợc phân lập bởi Irschik và cộng sự năm 1995 từ chi Sorangium cellulosumstrain Soeel2. Chất 5 có cấu trúc vòng lớn với một vòng oxazol và liên kết glycoside với 6-deoxyglucose tại C-11. Chivosazol cho thấy hoạt tính với các loại nấm men và nấm sợi, và biểu hiện hoạt tính mạnh với các dòng tế bào của động vật có vú [25]. Lớp chất peptide: Tiêu biểu cho lớp chất peptide phân lập từ niêm khuẩn có thể kể đến nhƣ tubulysin (1), chondramide (6), bengamide (7), nannocystin (8) Tubulysin (1).(Hình 1.3), là tetrapeptide đƣợc phân lập năm 2000 từ 2 dòng niêm khuẩn Archangium gephyra và Cystobacter sp. Lớp chất tubulysin đƣợc đánh giá có hoạt tính với một số dòng tế bào ung thƣ mạnh hơn từ 20 đến 100 lần vinblastine và taxol [10,13]. Tubulysin D thể hiện tác dụng độc tính đối với dòng tế bào ung thƣ bạch cầu ngƣời (HL-60), và dòng tế bào U-lympho mô bào ngƣời (U937) ở giá trị IC50 = 3 pM. Các tubulysin đang đƣợc nghiên cứu tiền lâm sàng và nghiên cứu thử nghiệm kết hợp với các kháng thể đơn dòng bằng cách tạo các liên hợp thuốc- kháng thể (antibody-drug conjugates) nhằm giảm độc tính đối với các tế bào thƣờng, trong khi 6 vẫn duy trì đƣợc hoạt tính mạnh đối với các dòng tế bào ƣng thƣ (Hình 1.3). Sự phát triển tiền lâm sàng của tubulysin là chất chống ung thƣ mới hứa hẹn thu đƣợc nhiều kết quả đáng chú ý [10,26,27]. Hình 1.3. Một số cấu trúc liên hợp thuốc- kháng thể (ADCs) của tubulysin [27] Cấu trúc depsipeptide trong chondramide (6) (Hình 1.4) đƣợc phân lập từ loài Chondromyces crocatus bởi Jansen và cộng sự năm 1995 [28], thể hiện hoạt tính kháng nấm và gây độc tế bào ở nồng độ vài nanomol. Cấu trúc vòng lớn của chondramide chứa ba amino acid và một polyketide: alanine, N-methyltryptophan, α-methoxy-β-tyrosine và 7-hydroxytrimethyloctenoic acid. Bengamide (7) (Hình 1.4), đƣợc phân lập từ loài Myxococcus virescens và loài bọt biển Jaspis coriacea [29,30]. Bengamide chứa các yếu tố cấu trúc bất thƣờng, bao gồm các hợp chất sinh tổng hợp ketide và amino acid cùng nhau tạo ra các chất kháng khuẩn và gây độc tế bào thú vị. Nghiên cứu trong ống nghiệm (in vitro) trên dòng tế bào ung thƣ biểu mô tuyến vú ở ngƣời (MDA-MB-435) cho thấy, các bengamide A và O thể hiện hoạt tính mạnh với giá trị IC50 lần lƣợt là 1 nM và 0,3 nM. Đƣợc phân lập từ chi Nannocystis sp., có cấu trúc vòng lớn với 9 trung tâm lập thể bao gồm một tripeptide, một phần polyketide và một nữa epoxyamide. Nannocystin (8) (Hình 1.4) đƣợc biết đến với tác dụng ức chế sự tăng sinh tế bào ở nồng độ nanomol thông qua việc gây chết tế bào theo chƣơng trình [31]. 7 Hình 1.4. Một số cấu trúc peptide từ niêm khuẩn Một số cấu trúc khác: Polyketide mạch dài Eliamid (9) (Hình 1.5) một đầu có chứa nhóm tetramic acid amide, đƣợc phân lập năm 2012 từ chi Sorangium cellulosum bởi Höfle và cộng sự. Chất 9 ức chế mạnh phức hợp I (NADHubiquinone oxyoreductase) của chuỗi hô hấp ty thể với IC50 tƣơng ứng 20 nM. Nghiên cứu hoạt tính sinh học của 9 cho thấy các tác động đặc biệt trên dòng tế bào ung thƣ hạch (U-937), ung thƣ biểu mô (A-431) và tế bào ung thƣ cổ tử cung (KB3.1) ở ngƣời; dòng tế bào nguyên bào sợi ở chuột (L-929), với giá trị IC50 lần lƣợt là 0,5; 3,0; 1,0 và 0,5 ng/mL [32]. Ratjadone (10) (Hình 1.5) đƣợc phân lập năm 1995 với khung α-pyrone. Chất 10 thể hiện khả năng ức chế mạnh sự phát triển của tế bào, đặc biệt ratjadone C có tác dụng ức chế tế bào ung thƣ tuyến tiền liệt (PC-3) và tế bào ung thƣ biểu mô (KB-V1) ở nồng độ 0,08 ng/mL [33]. Hình 1.5. Cấu trúc hóa học của eliamide và ratjadone
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan