Tài liệu Tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của một số acid Hydroxamic mang khung 1,3,4 - Thiadiazol

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI ĐỖ THỊ MAI DUNG TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA 1 SỐ ACID HYDROXAMIC MANG KHUNG 1,3,4-THIADIAZOL KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ HÀ NỘI - 2013 BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI ĐỖ THỊ MAI DUNG TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA 1 SỐ ACID HYDROXAMIC MANG KHUNG 1,3,4-THIADIAZOL KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ Người hướng dẫn : 1.PGS.TS. Nguyễn Hải Nam 2.DS. Nguyễn Xuân Phong Nơi thực hiện : 1. Bộ môn Hóa Dược HÀ NỘI - 2013 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 PGS.TS. Nguyễn Hải Nam, DS. Nguyễn Xuân Phong - 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, Khoa Hóa - Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội, Viện 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 21 tháng 5 năm 2013 Sinh viên Đỗ Thị Mai Dung 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 về histon deacetylase .................................................................. 2 1.1.2. Phân loại các HDAC .................................................................................... 3 1.1.3. Mối liên quan giữa ung thư và hoạt động bất thường của HDAC ................. 4 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 ............................................................ 8 1.3. MỘT SỐ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC ACID HYDROXAMIC ỨC CHẾ HDAC TRÊN THẾ GIỚI ....................................................................... 9 1.3.1. Liên quan cấu trúc tác dụng của các acid hydroxamic ức chế HDAC ........... 9 1.3.2. Một số hướng thiết kế nghiên cứu và tổng hợp trên thế giới ......................... 10 1.4. PHƯƠNG PHÁP TẠO LIÊN KẾT AMID VÀ TỔNG HỢP ACID HYDROXAMIC ................................................................................................... 13 1.4.1. Tổng hợp amid với tác nhân acyl hóa là acid carboxylic .............................. 13 1.4.2. Tổng hợp acid hydroxamic từ ester .............................................................. 14 Chương 2. NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................................................... 15 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ .................................................................. 15 2.1.1. Hóa chất ...................................................................................................... 15 2.1.2. Thiết bị, dụng cụ .......................................................................................... 15 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 chất tổng hợp được ...................................... 16 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................... 16 2.3.1. Tổng hợp hóa học ........................................................................................ 16 2.3.2. Thử tác dụng sinh học .................................................................................. 17 2.3.3. Đánh giá mức độ giống thuốc của các chất tổng hợp được ........................... 19 Chương 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................... 20 3.1. HÓA HỌC ...................................................................................................... 20 3.1.1. Nghiên cứu Docking....................................................................................... 20 3.1.2. Tổng hợp hóa học ........................................................................................ 21 3.1.3. Kiểm tra độ tinh khiết .................................................................................. 34 3.1.4. Xác định cấu trúc ......................................................................................... 34 3.2. THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC ...................................................................... 40 3.2.1. Thử hoạt tính sinh học ................................................................................. 40 3.2.2. Đánh giá mức độ giống thuốc ...................................................................... 40 3.3. BÀN LUẬN ................................................................................................... 41 3.3.1. Tổng hợp hóa học ........................................................................................ 41 3.3.2. Tác dụng sinh học ........................................................................................ 41 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ALL : Bệnh ung thư nguyên bào lympho cấp tính AML : Bệnh ung thư bạch cầu dạng tủy cấp tính APL : Bệnh ung thư bạch cầu tủy bào cấp tính CDI : Carbonyldiimidazol CLL : Bệnh lympho mãn tính (Chronic lymphocytic leukemia) CTCL : Tế bào lymphoT dưới da (Cutaneous T cell lymphoma) 13 : Cộng hưởng từ hạt nhân 13C C-NMR DCM : Dicloromethan DMF : Dimethyl formamid DMSO : Dimethyl sulfoxid EtOH : Ethanol HAT : Histon acetyltranferase HDAC : Histon deacetylase 1 : Cộng hưởng từ hạt nhân 1H H-NMR IC50 : Nồng độ ức chế hoạt độ tế bào xuống một nửa IR : Phương pháp phổ tử ngoại MTT : 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromid MeOH : Methanol MS : Phổ khối lượng NSCLC : Ung thư phổi tế bào không nhỏ (Non-smali lung cell) NST : Nhiễm sắc thể SAHA : Acid suberoylanilid hydroxamic T0nc : Nhiệt độ nóng chảy TLC : Phương pháp sắc ký lớp mỏng TMS : Tetramethylsilan TSA : Trichostatin A DANH MỤC CÁC BẢNG STT 1 Tên bảng Bảng 1.1: Các chất ức chế HDAC đang thử nghiệm trên lâm sàng 2 Trang 8 Bảng 1.2: Tác dụng ức chế HDAC của các acid isoxazolhydroxamic 13 3 Bảng 3.1: Kết quả docking của các chất 5a-f với HDAC8 20 4 Bảng 3.2: Chỉ số lý hóa và hiệu suất tổng hợp các acid hydroxamic từ ester 33 5 Bảng 3.3: Giá trị Rf và nhiệt độ nóng chảy của các chất 5a-f 34 6 Bảng 3.4: Kết quả phân tích phổ MS của các chất 4a-f 35 7 Bảng 3.5: Kết quả phân tích phổ IR của các chất 5a-f 36 8 Bảng 3.6: Kết quả phân tích phổ MS của các chất 5a-f 37 9 Bảng 3.7: Kết quả phân tích phổ 1H-NMR của các chất 5a-f 37 10 Bảng 3.8: Kết quả phân tích phổ 13C-NMR của các chất 5a-f 39 11 Bảng 3.8: Đánh giá mức độ giống thuốc của các chất 5a-f theo quy tắc Lipinsky 12 40 Bảng 3.10: Kết quả thử tác dụng ức chế HDAC và hoạt tính kháng tế bào ung thư 42 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT Tên hình Trang 1 Hình 1.1: Cấu trúc của histon trong nucleosom 2 2 Hình 1.2: Mô tả đặc điểm của các loại HDAC 4 3 Hình 1.3: Vai trò sinh học của các HDAC trong sinh lý tế bào ung thư 4 Hình 1.4: Một số chất ức chế HDAC đang thử nghiệm trên lâm sàng 5 7 Hình 1.5: Cấu trúc của SAHA và trung tâm hoạt động của HDAC 6 6 9 Hình 1.6: Cấu trúc của TSA, oxamflatin và các dẫn chất Nhydroxy-2-propenamid 10 7 Hình 1.7: Các dẫn chất amid ngược của SAHA 11 8 Hình 1.8: Các dẫn chất -alkoxy của SAHA 11 9 Hình 1.9: Các acid phenylthiazol-hydroxamic tương tự SAHA 11 10 Hình 1.10: Các dẫn chất aicd biphenyl-hydroxamic 12 11 Hình 1.11: Công thức cấu tạo của WR301849 12 12 Hình 3.1: Mô hình tương tác của 6 dẫn chất 5a-f với HDAC8 21 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ STT Tên sơ đồ Trang 1 Sơ đồ 1.1: Cơ chế xúc tác của CDI 14 2 Sơ đồ 3.1: Quy trình tổng hợp chung 21 3 Sơ đồ 3.2: Quy trình tổng hợp chất 2a 22 4 Sơ đồ 3.3: Quy trình tổng hợp chất 3a 23 5 Sơ đồ 3.4: Quy trình tổng hợp chất 4a 24 6 Sơ đồ 3.5: Quy trình tổng hợp chất 5a 25 7 Sơ đồ 3.6: Quy trình tổng hợp chất 5b 26 8 Sơ đồ 3.7: Quy trình tổng hợp chất 3b 27 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Acid suberoylanilid hydroxamic (Zolinza®, 2006) là chất ức chế histon deacetylase đầu tiên được cục quản lý thực phẩm và dược phẩm Mỹ (US-FDA) phê duyệt trong điều trị u lympho da tế bào T. Sau đó, năm 2009 depsipeptid (Romidepsin®) một chất ức chế HDAC khác cũng được cấp phép trong điều trị ung thư tại Mỹ. Như vậy có thể thấy, HDAC là một mục tiêu phân tử quan trọng trong điều trị ung thư và các chất ức chế HDAC là các tác nhân chống ung thư đầy triển vọng. Nhóm nghiên cứu tại bộ môn Hóa Dược - Đại học Dược Hà Nội cũng đã thiết kế, tổng hợp và công bố nhiều dãy chất với định hướng ức chế HDAC có hoạt tính kháng tế bào ung thư tốt [40,41]. Các nghiên cứu gần đây tại bộ môn về các acid hydroxamic có tác dụng ức chế HDAC cho thấy có thế thay thế nhóm nhận diện bề mặt của SAHA là nhân phenyl bằng vòng thơm khác như benzothiazol cho hoạt tính in vitro rất khả quan [3]. Tiếp theo đó, trong luận văn thạc sĩ của Đỗ Thị Ánh Tuyết [4] khung 5-phenyl-1,3,4-thiadiazol đã được sử dụng làm nhóm nhận diện bề mặt thay cho benzothiazol. Tuy nhiên nghiên cứu trên mới chỉ tổng hợp được 5 dẫn chất, chưa đủ để đánh giá khả năng tương tác của nhóm nhận diện bề mặt mới với HDAC, cũng như chưa tìm được chất có hoạt tính kháng tế bào ung thư in vitro tốt để tiến hành các thử nghiệm sâu hơn. Trên cơ sở thay đổi các nhóm thế ở vòng thơm sẽ làm thay đổi tương tác của chất với mục tiêu phân tử, chúng tôi thiết kế các nhóm thế mới trên khung 5-phenyl-1,3,4-thiadiazol và tiến hành đề tài “Tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của một số acid hydroxamic mang khung 1,3,4thiadiazol” với hai mục tiêu: 1. Tổng hợp N1-hydroxy-N8-(5-phenyl-1,3,4-thiadiazol-2-yl)octandiamid và 5 dẫn chất. 2. Thử độc tính tế bào và tác dụng ức chế HDAC của các chất tổng hợp được. 2 Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. HISTON DEACETYLASE (HDAC) Tất cả bộ gen của người được gói trong nhiễm sắc thể (NST), một phức hợp đại phân tử protein-ADN. Nhiễm sắc thể có cấu trúc động, được tổ chức cao, bao gồm: ADN, các protein histon và protein không phải histon. Đơn vị cấu trúc cơ bản của NST là nucleosom. Một nucleosom điển hình bao gồm một octamer hình đĩa của 4 cặp histon (2 cặp của H2A với H2B và 2 cặp của H3 với H4) được quấn quanh bởi 146 cặp nucleotid [1,48] (hình 1.1): Hình 1.1: Cấu trúc của histon trong nucleosom Khi đầu amin của histon tích điện dương sẽ tương tác với phần phosphat mang điện âm trên phân tử ADN làm đóng xoắn NST gây ức chế dịch mã và tổng hợp protein, làm ức chế sự biển hiện gen. Ngược lại khi tương tác điện tích này yếu NST tháo xoắn , quá trình tổng hợp protein diễn ra, đặc tính của gen được biểu hiện thông qua các tính trạng. Việc tích điện dương của histon mạnh hay yếu thông qua quá trình acetyl hóa đầu amin ở phần đuôi của histon liên quan đến hoạt động của 2 emzym histon deacetylase (HDAC) và histon acetyltransferase (HAT). 1.1.1. Khái niệm về histon deacetylase 3 Histon deacetylase là một nhóm các enzym xúc tác quá trình loại bỏ nhóm acetyl từ -N acetyl lysine amino acid của histon. HDAC có tác dụng đối lập với histon acetyltransferase (HAT) - enzym xúc tác chuyển nhóm acetyl từ acetyl coenzym A đến -amino của lysin ở đầu N của histon [49]. Histons HATs Acetyl-histons ngưng tụ các nhiễm sắc thể ngăn cản phiên mã HDACs kéo giãn các nhiễm sắc thể kích thích phiên mã 1.1.2. Phân loại các HDAC Có 18 HDAC ở người được chia thành 4 nhóm dựa trên sự tương đồng cấu trúc của chúng lần lượt với Rpd3, Hdal và Sir2 trong nấm men [22,43] (hình 1.2): Nhóm I: HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8. Nhóm II: HDAC4, HDAC5, HDAC6, HDAC7, HDAC9, HDAC10. Nhóm III: Các protein điều hòa chuỗi thông tin bao gồm: - Chất đồng đẳng của Sir2 trong nấm men Saccharomyces cerevisiae. - Sirtuin trong động vật có vú (SIRT1, SIRT2, SIRT3, SIRT4, SIRT5, SIRT6, SIRT7). Nhóm IV: HDAC11. Các HDAC nhóm I, II, IV được coi là các HDAC “kinh điển” gồm 11 thành viên, trong khi các thành viên nhóm III được gọi là các sirtuin [22]. Các HDAC kinh điển và sirtuin có cơ chế xúc tác khác nhau. Các HDAC kinh điển là những enzym phụ thuộc Zn2+, chúng có chứa 1 túi xúc tác với 1 ion Zn2+ ở đáy túi. Do đó những enzym này có thể bị ức chế bởi các hợp chất tạo phức với Zn2+ như các acid hydroxamic, các thiol… Ngược lại các sirtuin không bị ức chế bởi các hợp chất tạo chelat với Zn2+ vì cơ chế hoạt động của chúng phụ thuộc vào NAD+ như 1 cofactor thiết yếu [43]. Thuật ngữ các chất ức chế HDAC thường được sử dụng cho những hợp chất nhằm mục tiêu vào các HDAC kinh điển và những hợp chất này đang được đánh giá dựa trên các thử nghiệm lâm sàng ở các giai đoạn khác nhau. 4 Ghi chú: Vùng xúc tác Vùng tín hiệu nhận diện nhân tế bào Hình 1.2: Mô tả đặc điểm của các loại HDAC 1.1.3. Mối liên quan giữa ung thư và hoạt động bất thường của HDAC HDAC xúc tác loại bỏ nhóm acetyl từ histon và protein không phải histon, làm tăng sự tích điện dương trên đầu N của histon và đóng xoắn NST, kết quả là ức chế quá trình phiên mã do ngăn cản các nhân tố sao mã tiến đến đích của chúng trên ADN. Ngược lại, HAT acetyl hóa histon làm trung hòa cực dương trên lysin và giúp tháo xoắn cấu trúc của nucleosom, do đó giúp cho các yếu tố sao mã dễ dàng tiếp cận ADN. Như vậy sự acetyl hóa và deacetyl hóa NST đóng vai trò quan trọng trong điều hòa quá trình biểu hiện gen. Việc mất cân bằng hoạt động giữa HAT và HDAC có thể dẫn đến những bất thường biểu hiện gen và do đó dẫn đến ung thư [18,27,30,35,39]. 5 HDAC đã được xác định bị rối loạn điều hòa trong ung thư. Sự huy động bất thường của các HDAC vào chuỗi điều hòa của gen đích có thể xảy ra thông qua tương tác biến đổi của chúng với việc tăng cường vai trò của các protein gắn kết ADN gây ung thư. Ví dụ như receptor α-RAR gắn kết gen PML (promyelocytic leukemia gen) hoặc PLZF (promyelocytic leukemia zinc finger) trong bệnh bạch cầu tiền tủy bào cấp (APL). Trong điều kiện sinh lý, α-RAR là nhân tố sao mã hoạt hóa acid retinoic giúp giải phóng phức hợp đồng ức chế chứa HDAC và làm gia tăng các chất đồng hoạt hóa sao mã (bao gồm cả HAT). Điều này dẫn đến sự acetyl hóa histon và ức chế gen đẩy mạnh sự biệt hóa tế bào. Trong bệnh bạch cầu tiền tủy bào cấp (APL), protein gắn kết α-RAR/PML hoặc α-RAR/PLZF giữ HDAC và phối hợp với phức hợp đồng ức chế. Do đó tăng methyl transferase histon và ADN dẫn đến ngăn cản sự phiên mã [18,21,27]. Vì vậy, tế bào ung thư không trải qua giai đoạn biệt hóa và phát triển quá mức. Sự gia tăng bất thường của HDAC còn được quan sát khi gen đột biến gây ung thư Bcl6 được biểu thị quá mức trong bệnh u lympho tế bào B [7]. Tương tự, protein gắn kết AML1-ETO tìm thấy trong bệnh bạch cầu tủy bào cấp (AML) có chức năng như chất ức chế sao mã chủ yếu thông qua ETO, nên có vai trò như vị trí gắn kết cho phức hợp đồng ức chế NCor/Sin3/HDAC1. Việc chuyển đổi AML1 từ chất hoạt hóa phiên mã thành chất ức chế được điều khiển bởi protein gắn kết CBFb-SMMHC thông qua sự gia tăng phức hợp đồng ức chế mSin3A/HDAC. Cuối cùng, biểu thị quá mức nhân tố sao mã SCL/Tal1 trong bệnh u lympho tế bào T cấp có nguyên nhân là do gia tăng bất thường HDAC1 nằm trong phức hợp đồng ức chế, dẫn đến ngăn cản gen đích điều hòa E47/HEB [14]. Biểu thị quá mức HDAC1 và/hoặc HDAC2 và/hoặc HDAC6 còn gặp trong một số bệnh ung thư tạng đặc như ung thư tiền liệt tuyến, ung thư dạ dày, trực tràng, ung thư vú và ung thư não [23,45,47] cũng như trong các bệnh lý ác tính về máu (bệnh bạch cầu tủy bào cấp, bạch cầu tế bào B, bệnh u lympho tế bào T ngoại vi, bệnh u lympho tế bào B và bệnh u lympho da tế bào T) [37]. Hơn nữa, việc tìm ra các cơ chất của HDAC là các protein như p53, E2F, Rb, Bcl6, Gli1 liên quan đến xu hướng gây ung thư và tiến triển bệnh ung thư đã khẳng định vai trò của 6 HDAC trong ung thư [12,36]. Tóm lại, các biến đổi sau phiên mã của HDAC có thể làm thay đổi tương tác của chúng với phức hợp đồng ức chế mà các phức hợp này liên quan đến quá trình phiên mã của các gen gây ung thư. Các nghiên cứu có tính thống kê còn chỉ ra rằng các HDAC liên quan đến nhiều giai đoạn điều hòa cơ bản của quá trình sinh học trong tế bào ung thư như chu trình tế bào, sự biệt hóa, sự chết tế bào theo chương trình kể cả sự xâm lấn, sự di chuyển và sự tạo mạch. Vai trò chức năng của các HDAC trong quá trình sinh học của tế bào ung thư được tóm tắt trong hình 1.3 [9,20,28,44]. Như vậy ức phiên mã được điều hòa bởi sự ra tăng HDAC và có thế kiểm soát ung thư bằng cách ức chế hoạt động của HDAC. Các chất ức chế HDAC đã và đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu nhằm tìm ra chất có tác dụng ức chế chọn lọc từng loại HDAC để ứng dụng trong điều trị ung thư. Hình 1.3: Vai trò sinh học của các HDAC trong sinh lý tế bào ung thư 1.2. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HDAC 1.2.1. Phân loại các chất ức chế HDAC 7 Từ những phát hiện đầu tiên về tác dụng ức chế HDAC của natri butyrat, cho tới nay các nhà nghiên cứu đã tìm ra rất nhiều hợp chất mới có tác dụng ức chế HDAC. Trong đó trichostatin A (TSA), một sản phẩm lên men của Streptomyces, là chất có tác dụng ức chế mạnh nhất tuy nhiên việc sản xuất nó lại không khả thi [38]. Hiện nay, đã có 2 chất có tác dụng ức chế HDAC được FDA cấp phép lưu hành trên thị trường để điều trị u lympho tế bào T dưới da là SAHA (vorinostat, Zolinza®) và Romidepsin (Istodax®). Ngoài ra, còn khoảng 15 chất ức chế HDAC khác cũng đang được thử nghiệm tác dụng điều trị ung thư trên lâm sàng ở các giai đoạn khác nhau (hình 1.4) và được chia làm 4 nhóm dựa theo cấu trúc (bảng 1.1). Hình 1.4: Một số chất ức chế HDAC đang được thử nghiệm lâm sàng Mỗi nhóm dẫn chất này đều có những hạn chế riêng như: các acid hydroxamic bị chuyển hóa nhanh, ức chế không chọn lọc trên các loại enzym HDAC; các benzamid và các acid béo có hiệu lực kém; các peptid vòng khó tạo thành về mặt hóa học. Các nhóm khác nhau có tác dụng ức chế các loại HDAC khác nhau: các acid hydroxamic ức chế mạnh HDAC nhóm I và II, các acid carboxylic và peptid vòng ức chế mạnh HDAC nhóm I. 8 Bảng 1.1: Các chất ức chế HDAC đang thử nghiệm trên lâm sàng Loại ung thư Nhóm Hợp chất Pha Acid carboxylic Acid hydroxamic Các benzamid Peptid vòng Butyrat AN-9 (tiền thuốc) Acid valproic I, II I, II I, II Ung thư đại tràng Tạng đặc, NSCLC Tạng đặc, ung thư máu, AML, MDS, CTCL, u trung biểu mô Tạng đặc, AML/MDS Phenyl butyrat I SAHA PXD101 NVP-LAQ824 LBH-589 ITF-2357 SB-939 CRA 024781 JNJ-16241199 SNDX-275 CI-994 MGCD-0103 I, II II I II, III II I I I I, II I, II II Tạng đặc, ung thư máu Ung thư máu Tạng đặc, ung thư máu Tạng đặc, AML, MDS, ALL U lympho Hodgkin Tạng đặc, ung thư máu Depsipeptid (FK228) I, II Tạng đặc, CLL, AML, u đa tủy xương, NHL tế bào T ngoại vi, RAI kháng thyroid, ung thư đại tràng tiến triển Tạng đặc, u lympho, AML Tạng đặc, NSCLC, tế bào thận,tụy Tạng đặc, ung thư bạch cầu, MDS Ghi chú: NSCLC: carcinom tế bào phổi không nhỏ; AML: ung thư bạch cầu tủy bào cấp; MDS: hội chứng loạn sản tủy; CTCL: u lympho da tế bào T; ALL: ung thư bạch cầu cấp; CLL: ung thư bạch cầu mãn. 1.2.2. Cấu trúc của các chất ức chế HDAC Cấu trúc của các chất ức chế HDAC rất đa dạng nhưng nhìn chung đều gồm 3 phần chính: - Nhóm khóa hoạt động (capping group) hay vùng nhận diện bề mặt (surface recognition group): là các vòng thơm hoặc peptid vòng, thường nằm trên bề mặt enzym. - Vùng cầu nối sơ nước: thường là những hydrocacbon thân dầu mạch thẳng hay vòng, có thể no hoặc không no để tạo các liên kết Van der Waals với kênh enzym. 9 - Nhóm kết thúc gắn với kẽm (Zinc binding group - ZBG): tương tác với ion Zn2+ tại trung tâm hoạt động của các HDAC như acid hydroxamic, các thiol, nhóm o-aminoanilin của benzamid, mercaptoceton... Cấu trúc tinh thể kết tinh của các HDAC cho thấy nhóm kết thúc, cầu nối và một phần của nhóm khóa hoạt động nằm trong túi enzym làm lấp đầy khoảng trống trong lòng kênh enzym. Phần còn lại của nhóm khóa hoạt động tương tác với phần vành trên bề mặt miệng túi enzym. Nhóm nhận diện bề mặt có thể liên kết với phần cầu nối thông qua một số liên kết peptid làm tăng khả năng phân cực và góp phần cải thiện dược động học cho các chất ức chế HDAC. Việc nghiên cứu thiết kế cấu trúc các chất mới đều dựa trên cấu trúc cổ điển này. 1.3. MỘT SỐ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC ACID HYDROXAMIC ỨC CHẾ HDAC TRÊN THẾ GIỚI 1.3.1. Liên quan cấu trúc tác dụng của các acid hydroxamic ức chế HDAC Các chất ức chế HDAC dựa trên cấu trúc amid-alkyl-acid hydroxamic đã được biết đến nhiều, ví dụ như SAHA (hình 1.5). Hình 1.5: Cấu trúc của SAHA và trung tâm hoạt động của HDAC Cấu trúc của nhóm chất này cũng gồm 3 phần chính có liên quan đến tác dụng như sau [38]: - Nhóm khóa hoạt động: liên quan đến tính đặc hiệu và hiệu lực ức chế enzym HDAC, thường là các aryl, các nghiên cứu về các chất tổng hợp được cho thấy kích thước vòng nhân thơm lớn sẽ cho tác dụng tốt hơn vòng nhỏ. 10 - Cầu nối sơ nước: liên quan đến khả năng ức chế enzym, quyết định sự phù hợp về cấu trúc của các chất với chiều dài của kênh enzym. Phần này thường có cấu trúc amid - alkyl, là các hydrocarbon mạch hở hoặc các vòng thơm có kích thước nhỏ. Trong cầu nối liên kết amid là quan trọng nhưng không phải là then chốt, độ dài mạch carbon tối ưu là 5 - 6C. - Nhóm liên kết với Zn2+: acid hydroxamic, là phần không thể thiếu để có tác dụng ức chế HDAC. 1.3.2. Một số hướng thiết kế nghiên cứu và tổng hợp trên thế giới 1.3.2.1. Thay đổi cầu nối - Các N-hydroxy-2-propenamid, các acid hydroxamic tương tự TSA Nhóm các N-hydroxy-2-propenamid (hình 1.6) được thiết kế và tổng hợp dựa trên cơ sở nghiên cứu cấu trúc của TSA và oxamflatin (hình 1.6). Các chất này có tác dụng ức chế HDAC yếu hơn TSA song tương tự oxamflatin [29]. Hình 1.6: Cấu trúc của TSA, oxamflatin và các dẫn chất N-hydroxy-2-propenamid - Các amid ngược của SAHA Nhóm nghiên cứu thuộc công ty Topo Target (Anh) đã thiết kế và tổng hợp gần 40 dẫn chất amid ngược của SAHA (hình 1.7) [6]. Nhiều chất trong số này có hoạt tính ức chế HDAC tương đương thậm chí mạnh hơn SAHA. Trong đó có 2 chất đã được thử nghiệm mô hình ung thư in vivo trên chuột cho kết quả khả quan, định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo. 11 Hình 1.7: Các dẫn chất amid ngược của SAHA - Các dẫn chất ω-alkoxy của SAHA Nhóm nghiên cứu thuộc trung tâm nghiên cứu Sigma-Tau (Pomezia, Ý) đã thiết kế và tổng hợp dãy dẫn chất ω-alkoxy của SAHA (hình 1.8) [24]: Hình 1.8: Các dẫn chất ω-alkoxy của SAHA Kết quả sàng lọc hoạt tính ức chế HDAC2 cho thấy tất cả các dẫn xuất ωalkoxy của SAHA đều cho giá trị IC50 ở mức rất thấp (0,05 - 0,5 µM). Độc tính của các chất với tế bào ung thư thể hiện mạnh hơn so với SAHA trên cả 3 dòng tế bào NB4 (ung thư bạch cầu tiền tủy bào cấp), H460 (ung thư phổi người), HCT-116 (ung thư đại tràng). 1.3.2.2. Thay đổi nhóm khóa hoạt động - Các acid phenylthiazol-hydroxamic tương tự SAHA Viện nghiên cứu Walter Reed (Mỹ) đã thiết kế và tổng hợp hàng trăm dẫn chất acid hydroxamic mang hợp phần phenylthiazol thay thế vào vị trí phenyl của SAHA (hình 1.9). Trong đó có nhiều chất có tác dụng ức chế HDAC tương đương hoặc mạnh hơn SAHA [19]. Hình 1.9: Các acid phenylthiazol - hydroxamic tương tự SAHA - Các acid biphenyl-hydroxamic tương tự SAHA Nhóm nghiên cứu của Alan P. Kozikowski đã thiết kế và tổng hợp một dãy các dẫn chất acid biphenyl-hydroxamic tương tự SAHA (hình 1.10) [31]. Kết quả