- Trang Chủ
- Y khoa - Dược
- Khóa luận tốt nghiệp ngành Dược học: Ứng dụng phương pháp docking phân từ trong sàng lọc tìm kiếm hợp chất ức chế thụ thể Interleukin-6 hướng điều trị viêm khớp dạng thấp
Xem mẫu
- ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA Y DƢỢC
Người thực hiện: Đinh Gia Khánh
ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP DOCKING
PHÂN TỬ TRONG SÀNG LỌC TÌM KIẾM
HỢP CHẤT ỨC CHẾ THỤ THỂ
INTERLEUKIN - 6 HƢỚNG ĐIỀU TRỊ
VIÊM KHỚP DẠNG THẤP
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƢỢC HỌC
Khóa: QH.2013.Y
Người hướng dẫn: 1. TS. LÊ THỊ THU HƢỜNG
2. TS. PHẠM THẾ HẢI
Hà Nội - 2018
- LỜI CẢM ƠN
NU
,V
Trước hết, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc và gửi lời cảm ơn chân thành
tới TS. Lê Thị Thu Hƣờng, công tác tại bộ môn Dược liệu và Dược học cổ
cy
truyền - khoa Y Dược Trường Đại học Quốc gia Hà Nội là người thầy tận tình
ma
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
r
học Dược Hà Nội đã chỉ bảo tận tình cho tôi từ những bước đi ban đầu khi
ha
nhận đề tài.
dP
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
an
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
ne
bạn bè luôn sát cánh, đồng hành, ủng hộ động viên tôi trong quá tình học tập,
nghiên cứu hoàn thành luận văn.
ici
Dù đã rất cố gắng nhưng kiến thức, kỹ năng và thời gian thực hiện còn
ed
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.
M
Tôi xin chân thành cảm ơn.
of
Hà Nội, Ngày 30 tháng 4 năm 2018
Sinh Viên
ol
ho
Sc
Đinh Gia Khánh
©
ht
rig
py
Co
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
- DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
NU
,V
Tên viết tắt Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt
Protein phản ứng C
cy
CRP C-reactive protein
ma
CSDL Cơ sở dữ liệu
Cơ quan Quản lý Thực
r
FDA Food and Drug Administation
ha
phẩm và Dược phẩm Hoa
dP
Kỳ
GA Genetic Algorithm Thuật giải di truyền
HBA Hydro bond acceptor an Trung tâm nhận liên kết
ne
hydro
ici
ed
HBD Hydro bond donor Trung tâm cho liên liên
kết hydro
M
HTS High throughput screening Sàng lọc thông lượng cao
of
IL-6 Interleukin 6 Interleukin 6
ol
ho
Sc
IL-6R Interleukin 6 receptor Thụ thể Interleukin 6
©
MIL-6R membrane-bound Interleukin Thụ thể Interleukin 6 bám
6 receptor màng tế bào
ht
rig
MW Molecular weight Khối lượng phân tử
py
RA Rheumatoid Arthritis Viêm khớp dạng thấp
Co
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
- SIL-6R soluble Interleukin-6 receptor Thụ thể Interleukin 6 dạng
NU
hòa tan
,V
SVBVS Structure-Based Virtual Sàng lọc ảo dựa trên cấu
Screening trúc
cy
VEGF Vascular Endothelial Growth Yếu tố phát triển nội mạc
ma
Factor mạch máu
r
VNPD Vietnamese natural product Cơ sở dữ liệu hợp chất
ha
Database thiên nhiên Việt Nam
dP
an
ne
ici
M ed
of
ol
ho
Sc
©
ht
rig
py
Co
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
- DANH MỤC HÌNH VẼ
NU
Hình 1.1: Cơ chế bệnh sinh viêm khớp dạng thấp ......................................................... 4
Hình 1.2: Hai con đường kích hoạt phản ứng viêm của IL-6.................................... 5
,V
Hình 1.3: Cấu trúc 3 chiều (3D) của phức hợp IL-6 với thụ thể của nó. Hai IL-
cy
6 (xanh tím đậm, hồng), hai IL-6R (xanh dương, xám) tạo phức hợp với vùng
màng ngoài của cấu trúc hai protein gp130 (xanh lá,vàng) ....................................... 5
ma
Hình 1.4: Các quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc .............................................. 7
Hình 2.1: Phân tích protein 1 ALU về cấu trúc hình học so với IL-6 phản ánh
r
ha
qua màu sắc trên Ngân hàng dữ liệu protein Châu Âu (https://www.rcsb.org/)12
Hình 2.2: Hình ảnh 3D của protein 1ALU ......................................................................13
dP
Hình 3.1: Minh họa kết quả sàng lọc ................................................................................16
Hình 3.2: Minh hoạ hai chiều tương tác của Madindoline A trong trung tâm
an
hoạt động của IL-6 ....................................................................................................................17
Hình 3.3: Minh họa 2 chiều tương tác của (-)-Hydnocarpin trong trung tâm
ne
hoạt động của IL-6 ....................................................................................................................24
ici
Hình 3.4: Minh họa 2 chiều tương tác của 24-methylene cycloartane-3β,21-
diol trong trung tâm hoạt động của IL-6 ..........................................................................25
ed
Hình 3.5: Minh họa 2 chiều tương tác của 20(R),24(E)-3-oxo-9β-lanosta-
M
7,24-dien-26-oic acid trong trung tâm hoạt động của Il-6 ........................................26
of
Hình 3.6: Minh họa 2 chiều tương tác của 3,6,7-Tri-O-acetyl-α-mangostin
trong trung tâm hoạt động của Il-6.....................................................................................27
ol
Hình 3.8: Minh họa 2 chiều tương tác của 3-epibartogenic acid trong trung
ho
tâm hoạt động của IL-6 ...........................................................................................................29
Hình 3.9: Minh họa 2 chiều tương tác của 3α-hydroxy-urs-12-ene-23,28-dioic
Sc
acid trong trung tâm hoạt động của IL-6 .........................................................................30
Hình 3.10: Minh họa 2 chiều tương tác của 6-O-benzoyl-α-mangostin trong
©
trung tâm hoạt động của Il-6.................................................................................................31
ht
Hình 3.11: Minh họa 2 chiều tương tác của 9-hydroxycanthin-6-O-
rig
glucopyranoside trong trung tâm hoạt động của IL-6 ................................................32
Hình 3.12: Minh họa 2 chiều tương tác của apigenin 7-O-β-D-glucosid trong
py
trung tâm hoạt động của IL-6 ...............................................................................................33
Co
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
- DANH MỤC BẢNG
NU
,V
Bảng 3.1: Kết quả phân tích dữ liệu docking phân tử ................................................18
Bảng 3.2 Tính toán các thông số hoá lý trong quy tắc 5 Lipinski của 10 hợp
cy
chất được chọn ...........................................................................................................................22
r ma
ha
dP
an
ne
ici
M ed
of
ol
ho
Sc
©
ht
rig
py
Co
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
- MỤC LỤC
NU
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
,V
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG
cy
MỤC LỤC
ma
ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN........................................................................... 3
r
ha
1.1 Tổng quan về bệnh viêm khớp dạng thấp ................................................... 3
1.2 Tổng quan về Interleukin-6 ......................................................................... 4
dP
1.2.1Sợ lược về IL-6 ......................................................................................... 4
1.2.2Vai trò của IL-6 đối với bệnh viêm khớp dạng thấp................................. 5
an
1.2.3Trung tâm hoạt động và cơ chế ức chế Interleukin-6 ............................... 7
1.3 Quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc.................................................... 7
ne
1.4 Sàng lọc ảo dựa trên cấu trúc ...................................................................... 8
1.5 Phương pháp Docking................................................................................. 9
ici
1.5.1Đại cương về phương pháp Protein docking ............................................ 9
ed
1.5.2Quy trình Docking .................................................................................. 10
M
CHƢƠNG 2- NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ............................................................................................... 12
of
2.1 Nguyên liệu và thiết bị nghiên cứu ........................................................... 12
ol
2.2 Nội dung nghiên cứu: ................................................................................ 13
2.3 Phương pháp nghiên cứu........................................................................... 14
ho
2.3.1Sàng lọc bằng quy tắc 5 của Lipinski ..................................................... 14
Sc
2.3.2Sàng lọc bằng Docking ........................................................................... 14
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ ............................................................................... 16
©
3.1 Kết quả sàng lọc bằng quy tắc số 5 của Lipinski ...................................... 16
ht
3.2 Sàng lọc docking ....................................................................................... 16
rig
3.3 Chọn 10 hợp chất tốt nhất từ kết quả Docking ......................................... 18
3.4 . Đặc điểm hoá lý của các hợp chất được chọn......................................... 22
py
3.5 Đặc điểm chi tiết từng chất theo tương tác với Interleukin-6 và thông
tin về cây dược liệu ............................................................................... 23
Co
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
- CHƢƠNG 4. BÀN LUẬN ............................................................................. 35
NU
4.1.Về kết quả ................................................................................................. 35
4.2.Về phương pháp ........................................................................................ 36
,V
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 39
cy
r ma
ha
dP
an
ne
ici
M ed
of
ol
ho
Sc
©
ht
rig
py
Co
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
- NU
ĐẶT VẤN ĐỀ
Interleukin-6 (IL-6) là một cytokine đa chức năng điều chỉnh đáp ứng
V
miễn dịch và gây ra các phản ứng cấp tính. Mặc dù có vai trò quan trọng với các
y,
hoạt động sinh lý nhưng việc sản sinh không kiểm soát IL-6 lại liên quan đến các
ac
bệnh viêm miễn dịch IMID bao gồm cả bệnh viêm khớp dạng thấp (rheumatoid
arthritis, RA) [25], do đó ức chế IL-6 có thể được xem là một hướng đi đầy tiềm
m
năng trong điều trị bệnh RA. Madindoline A là hợp chất tự nhiên có tác dụng ức
ar
chế chọn lọc IL-6, nhưng khó phát triển thành thuốc do sự khan hiếm nguồn
Ph
nguyên liệu cùng với quá trình sản xuất phức tạp, tốn kém [17]. Thuốc điều trị
RA hiện nay nhiều tác dụng phụ và đắt tiền, đó là lý do giới nghiên cứu hiện rất
d
quan tâm đến các thuốc có nguồn gốc tự nhiên cho điều trị RA.
an
Nguồn thực vật phong phú và cây thuốc Việt Nam được xác định có chứa
các hoạt chất có tác dụng sinh học đáng chú ý và cũng là nguồn nguyên liệu quý
ne
để sàng lọc và xác định các hoạt chất ức chế IL-6. Do số lượng các hợp chất tự
ici
nhiên rất lớn, nhằm tiết kiệm và nâng cao hiệu quả tìm kiếm, các phương pháp
ed
sàng lọc hiệu năng cao sử dụng máy tính đã trở thành một công cụ rất hữu ích hỗ
trợ quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc mới. Trong đó, docking là một trong
fM
những phương pháp phổ biến nhất. Phương pháp này dựa trên cấu trúc đích phân
tử để dự đoán, với độ chính xác khá cao, sự hình thành liên kết của cấu tử (các
lo
chất cần sàng lọc) với đích phân tử của nó (thường có bản chất là protein). Nhờ
o
đó, chúng ta tìm được vị trí và cấu hình phù hợp nhất để cơ chất gắn kết với
ho
protein.
Sc
Từ các phân tích nêu trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu khóa luận “Ứng
dụng phương pháp docking phân từ trong sàng lọc tìm kiếm hợp chất ức chế thụ
©
thể Interleukin-6 hướng điều trị viêm khớp dạng thấp” với 2 mục tiêu chính:
1. Sàng lọc và tìm kiếm hợp chất tự nhiên có tác dụng ức chế IL-6 bằng
ht
phương pháp docking.
rig
py
Co
1
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark
- NU
2. Nghiên cứu đặc điểm giống thuốc của các hợp chất tốt nhất, thu được
sau quá trình sàng lọc, thông qua chỉ số hóa lý của cấu trúc và đặc điểm của cây
V
dược liệu.
y,
ac
m
ar
Ph
d
an
ne
ici
ed
fM
o lo
ho
Sc
©
ht
rig
py
Co
2
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark
- NU
CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về bệnh viêm khớp dạng thấp
V
Rheumatoid arthritis (RA) là bệnh viêm khớp mạn tính phổ biến với đặc
y,
trưng là viêm đa khớp, gây tê cứng khớp, đau và sưng và có thể tổn thương cơ
ac
quan khác. Theo thống kê, hàng năm ở nước ta có khoảng 750 – 800 người mới
mắc bệnh viêm đa khớp dạng thấp trên một triệu dân từ 15 tuổi trở lên. Tỷ lệ
m
mắc bệnh là 0,5% dân số, trong đó 80% là nữ giới. Mặc dù ta không xác định
ar
được nguyên nhân chính xác gây ra bệnh viêm khớp dạng thấp, bệnh được coi là
Ph
có tính chất di truyền [18].
Bệnh viêm khớp dạng thấp hiện nay được cho là bệnh tự miễn [23]. Khi
d
kháng nguyên xâm nhập vào cơ thể sẽ được các tế bào trình diện kháng nguyên
an
(đại thực bào, các tế bào đuôi gai, tế bào diệt tự nhiên) nhận biết, sau đó được
trình diện cho các tế bào lympho T và B. Các tế bào lympho T CD4 (T help)
ne
được kích hoạt và sản xuất ra các lymphokin (Inteleukin-4,10,13), các
ici
lymphokin này sẽ kích thích các tế bào lympho B tăng sinh và biệt hoá thành các
ed
tương bào và sản xuất ra các globulin miễn dịch là các thể tự kháng.
Tại màng hoạt dịch khớp có tình trạng lắng đọng phức hợp miễn dịch
fM
kháng nguyên – kháng thể, do đó có thực bào xuất hiện với sự hiện diện của các
bạch cầu đa nhân trung tính, đại thực bào, tế bào mastocyt. Sau đó, chính các tế
lo
bào này lại tiết ra các cytokin khác như TNF-α, IL-1,2,6, interferon, yếu tố phát
o
triển nội mạc mạch máu (VEGF) và các yếu tố hoá ứng động khác tạo vòng xoắn
ho
bệnh lý thúc đẩy quá trình viêm. Sự tăng sinh mạch dưới tác dụng của VEGF
Sc
cùng sự xâm nhập một loạt các tế bào viêm khác hình thành nên màng mạch
(mảng pannus). Mảng pannus xâm lấn vào đầu xương, sụn khớp và các enzym
©
tiêu huỷ tổ chức do các tế bào viêm giải phóng như stromelysin, elastase,
collagenase... cùng sự xâm nhập các nguyên bào xơ gây phá huỷ khớp, dính
ht
khớp và hậu quả là tàn tật [2]. Như vậy có sự tham gia của cả miễn dịch dịch thể
rig
(tạo thành phức hợp miễn dịch) và miễn dịch tế bào (giải phóng ra các cytokin
py
thực hiện phản ứng viêm và phá hủy khớp), trong đó lympho T đóng vai trò
Co
3
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark
- NU
trung tâm. Dựa trên sự hiểu biết về cơ chế bệnh sinh này, các nhà khoa học đã
nghiên cứu ra các thuốc kích hoạt hoặc sửa chữa hệ miễn dịch thông qua ức chế
V
từng loại tế bào, từng loại cytokin để khống chế tình trạng viêm của bệnh.
y,
ac
m
ar
Ph
d
an
ne
Hình 1.1: Cơ chế bệnh sinh viêm khớp dạng thấp
ici
1.2 Tổng quan về Interleukin-6
ed
1.2.1 Sợ lƣợc về IL-6
IL-6 là một glycopeptide 26 kDa có gen mã hóa được tìm thấy trên nhiễm
fM
sắc thể số 7, gồm có 212 axit amin được bố trí trong bốn chuỗi α. Nó được tạo ra
bởi nhiều loại tế bào khác nhau, như tế bào T, tế bào B, bạch cầu đơn nhân,
lo
nguyên bào sợi, tế bào nội mô và một số tế bào khối u [27].
o
IL-6 được tìm thấy nhiều ở dịch ổ khớp của bệnh nhân RA và là nguyên
ho
nhân chính cho nhiều tác dụng tại chỗ và toàn thân ở bệnh này. IL-6 kết hợp trưc
Sc
tiếp với phức hợp thụ thể màng IL-6 (membrane-bound Interleukin 6 receptor –
MIL-6R) và glycoprotein-130 dẫn tới hoạt hóa tế bào viêm như đại thực bào và
©
bạch cầu trung tính từ đó kích hoạt các phản ứng viêm, gây hủy hoại sụn khớp,
xương. IL-6 cũng có khả năng hoạt hóa các tế bào không có thụ thể màng IL-6
ht
miễn có chứa phổ biến thụ thể gp-130. Cơ chế này liên quan tới thụ thể dạng hòa
rig
tan của IL-6 (soluble Interleukin-6 receptor – SIL-6R). Sự gia tăng nồng độ IL-6
py
Co
4
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark
- NU
cũng như nồng độ thụ thể IL-6 dạng hòa tan có liên quan đến mức độ trầm trọng
và sự tiến triển của bệnh [2, 11].
V
y,
ac
m
ar
Ph
d
Hình 1.2: Hai con đƣờng kích hoạt phản ứng viêm của IL-6
an
Hai con đường truyền tín hiệu kích hoạt phản ứng viêm của IL-6: Truyền tín
hiệu cổ điển (classical signalling) qua màng tế bào với vai trò của MIL-6R.
ne
Truyền tín hiệu chuyển tiếp (trans-signalling) thông qua SIL-6R [27]
ici
ed
fM
o lo
ho
Sc
Hình 1.3: Cấu trúc 3 chiều (3D) của phức hợp IL-6 với thụ thể của nó.
©
Hai IL-6 (xanh tím đậm, hồng), hai IL-6R (xanh dƣơng, xám) tạo phức hợp
ht
với vùng màng ngoài của cấu trúc hai protein gp130 (xanh lá,vàng)
rig
1.2.2 Vai trò của IL-6 đối với bệnh viêm khớp dạng thấp.
RA được đặc trưng bởi sự gia tăng yếu tố dạng thấp (kháng thể IgM và
py
IgG RF) trong cả huyết thanh và khớp. Tế bào B có vai trò trong việc tạo ra các
Co
5
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark
- NU
kháng thể này chứng tỏ ức chế tế bào B là một phương hướng điều trị bệnh RA.
IL-6 cũng được xác định là một yếu tố biệt hóa của tế bào B, ảnh hưởng đến quá
V
trình phát triển của nó [2].
Trong pha viêm cấp tính trong của bệnh RA, bạch cầu đơn nhân, đại thực
y,
bào và các tế bào nội mô giải phóng IL-6, kèm theo tăng bạch cầu trung tính tại
ac
dịch khớp. Bạch cầu trung tính có khả năng giải phóng các enzym phân giải
m
protein và chất trung gian nên có vai trò quan trọng trong hiện tượng viêm và
ar
phá hủy khớp ở bệnh RA. IL-6 tác động trực tiếp trên bạch cầu trung tính qua
thụ thể của IL-6 tại màng tế bào. Đã có bằng chứng ghi nhận, việc ức chế IL-6 sẽ
Ph
ngăn chặn sự bám dính của bạch cầu trung tính. Khi bệnh tiến triển, sự chuyển từ
viêm cấp tính sang viêm mạn tính có ảnh hưởng do IL-6 tác động lên bạch cầu
d
an
trung tính [2].
Nồng độ IL-6 tăng cao trong màng hoạt dịch của bệnh nhân RA có liên
ne
quan đến mức độ tăng lên của phản ứng viêm và tình trạng phá hủy khớp.Tổn
thương khớp trong RA được đặc trưng bởi tổn thương bào mòn xương tại vị trí
ici
bám của màng hoạt dịch và hẹp khe khớp. Trong nghiên cứu trên người và động
ed
vật, tổn thương này được xác định là do hủy cốt bào gây ra. IL-6 gây tăng số
lượng hủy cốt bào bằng cách tác động vào các tế bào gốc tạo máu từ các bạch
fM
cầu hạt, đại thực bào dòng hạt [2].
lo
Các phản ứng ở giai đoạn cấp tính, bao gồm sự phóng thích các cytokine
tiền viêm và tăng protein pha viêm cấp tính. Protein pha viêm cấp tính được sản
o
xuất trong gan (ví dụ như CRP) và IL-6 là một yếu tố chính kích thích gan thực
ho
hiện quá trình này. Ở bệnh nhân RA, nồng độ IL-6 huyết thanh tương quan với
Sc
nồng độ CRP và hiện nay IL-6 dễ dàng định lượng được nhờ đánh giá nồng độ
CRP trong dịch sinh học. Nồng độ CRP được sử dụng như một dấu hiệu sinh học
©
của tình trạng viêm và đánh giá mức độ bệnh [2].
ht
Từ những dẫn chứng trên, có thể thấy ở bệnh nhân viêm khớp dạng thấp,
các triệu chứng toàn thân hay tại chỗ trên các khớp xương có thể được giải thích
rig
bởi tác động của IL-6. Do đó ức chế IL-6 là một mục tiêu hợp lý để điều trị RA
py
[2, 11].
Co
6
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark
- NU
1.2.3 Trung tâm hoạt động và cơ chế ức chế Interleukin-6
Khi xuất hiện đột biến mất đoạn với những protein IL-6 thử nghiệm, tất cả
V
các protein không có hoạt động về mặt sinh học. Sau đó tiến hành phản ứng miễn
dịch với một bộ kháng thể đơn dòng đặc hiệu kháng IL-6, cho thấy chỉ có đột
y,
biến mất đoạn ở các trình tự 177, 178 và 179 là không gây ra sự thay đổi đáng kể
ac
trong cấu trúc nếp gấp. Tức là các đột biến mất đoạn này không làm mất đi cấu
m
trúc không gian 3 chiều của protein IL-6. Khi IL-6 có đột biến mất đoạn tại trình
ar
tự 177, 178, 179 thì nó vẫn giữ được hoạt tính sinh học liên quan đến cấu trúc 3
chiều của protein. Cùng với đó, quan sát thấy rằng protein IL-6 có đột biến mất
Ph
đoạn ở bộ 3 trình tự acid amin 177-179 không thể cạnh tranh với protein IL-6
(còn đủ trình tự polypeptide) để liên kết với thụ thể hòa tan SIL-6R, điều này gợi
d
an
ý rằng có 1,2 hoặc cả 3 acid amin trên có thể tham gia vào vị trí liên kết giữa IL-
6 với thụ thể hòa tan SIL-6R. Bằng cách tạo ra nhiều đột biến thay thế acid amin
ne
ở từng vị trí 177, 178 và 179 kết quả cho thấy Arg179 đóng vai trò quan trọng
đối với hoạt động ở tế bào chuột. Sự thay thế duy nhất mà giữ nguyên hoạt tính ở
ici
vị trí 179 là từ Arg thành Lys chứng tỏ vai trò quan trọng của điện tích dương ở
ed
vị trí 179 cho sự liên kết của IL-6 với thụ thể của nó [12]. Từ đây có thể kết luận,
Arginine ở vị trí 179 đóng vai trò quan trọng, nhắm vào vị trí đặc biệt này trong
fM
cấu trúc chuỗi polypeptide IL-6 sẽ làm suy giảm hoạt động bình thường của IL-6
lo
[32].
1.3 Quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc.
o
Quá trình nghiên cứu và phát triển thường được sử dụng trong công
ho
nghiệp dược phẩm hiện nay được minh họa như hình dưới đây:
Sc
Xác định
Lựa chọn Thử nghiệm
Lựa chọn mục Xác định và tối ưu
©
chất ứng cử lâm sàng
tiêu hợp chất Hit hợp chất
làm thuốc pha I,II,III
Lead
ht
rig
Hình 1.4: Các quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc
py
Co
7
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark
- NU
Lựa chọn mục tiêu là chọn một mục tiêu cụ thể, được giả thuyết là có vai
trò quan trọng với mục đích điều trị bệnh đã được nhắm đến cho chương trình
V
phát triển thuốc. Các mục tiêu phân tử thường là một thụ thể, một enzyme hoặc
một phân tử tương tự như vậy [14].
y,
Xác định hợp chất Hit là việc tìm ra các phân tử có tác dụng mong muốn
ac
trong một hoặc nhiều thử nghiệm ban đầu. Những thử nghiệm này sẽ giúp dự
m
đoán được các tác dụng dược lý đang mong đợi. Xác định hợp chất Hit thường
ar
được tiến hành bằng sàng lọc thông lượng cao (High Throughput Screening -
HTS), với các thư viện hợp chất lớn, 105-106 phân tử, được kiểm tra bằng thực
Ph
nghiệm. Các hợp chất Hit có tác dụng ở bước này tiếp tục trở thành hợp chất
khởi đầu cho các khám phá mở rộng hơn về hóa dược ở giai đoạn xác định và tối
d
an
ưu hóa hợp chất dẫn đường (Lead). Khi quá trình này diễn ra, càng có nhiều
thông tin về tính chất dược lực học và dược động học của các hợp chất được phát
ne
hiện. Việc xác thực giả thuyết dược lý ban đầu, cùng với đặt ra nghi vấn trong
giai đoạn lựa chọn mục tiêu, là hai quá trình tiến hành song song. Cuối cùng, ứng
ici
cử viên làm thuốc là hợp chất duy nhất còn lại hội đủ các yêu cầu và được đưa đi
ed
tiến hành các thử nghiệm lâm sàng [14].
Việc sử dụng mô hình phân tử trong xác định hợp chất Hit được gọi là
fM
sàng lọc ảo. Điều này được sử dụng cả cho thiết kế bộ hợp chất để sàng lọc trong
lo
HTS và dự đoán các bộ hợp chất nhỏ hơn để kiểm tra với các thử nghiệm với
thông lượng thấp hơn [10].
o
1.4 Sàng lọc ảo dựa trên cấu trúc
ho
Sàng lọc ảo dựa trên cấu trúc (Structure-Based Virtual Screening - SVBS)
Sc
là dự đoán các hợp chất liên kết với protein đích thông qua các phương pháp tính
toán, sử dụng các hiểu biết về cấu trúc 3D của đích phân tử.
©
Cách tiếp cận cơ bản của SVBS là dự đoán cấu dạng liên kết của từng
ht
phân tử nhỏ trong thư viện dữ liệu (docking), và từ đó dự đoán năng lượng tự do
của phân tử đó khi liên kết (scoring). Các hợp chất Hit sau đó được dự đoán
rig
bằng cách sắp xếp tất cả các hợp chất trong thư viện bằng cách tính điểm (score),
py
Co
8
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark
- NU
và quyết định một điểm ngưỡng. Hợp chất có điểm tốt hơn điểm ngưỡng được
coi là hợp chất Hit, sau đó sẽ đánh giá thêm [14].
V
1.5 Phƣơng pháp Docking
1.5.1 Đại cƣơng về phƣơng pháp Protein docking
y,
Docking là một trong những phương pháp phổ biến nhất dùng trong quá
ac
trình thiết kế thuốc dựa trên cấu trúc vì có khả năng dự đoán với độ chính xác
m
khá cao sự hình thành liên kết của cấu tử với thụ thể trong túi liên kết. Ra đời từ
ar
những năm 1980 [22], docking phân tử đã trở thành một công cụ thiết yếu trong
nghiên cứu và phát triển thuốc. Không những chỉ ra các liên kết có ý nghĩa,
Ph
docking còn có thể định lượng khả năng liên kết bởi các hàm tính điểm, qua đó
phân hạng khả năng liên kết mạnh yếu của các cấu tử [22].
d
an
Docking trở thành một bài toán tối ưu, tìm vị trí và cấu hình phù hợp nhất
của một cơ chất gắn kết lên protein. Về mặt nhiệt động lực học, mục tiêu chính
ne
của docking là tìm ra cấu hình mà năng lượng tự do của toàn hệ là thấp nhất. Để
tìm cấu hình phù hợp nhất, cần liên hệ cấu hình không gian với các trị số đánh
ici
giá được khả năng gắn kết của cơ chất lên protein và sau đó áp dụng thuật toán
ed
tìm kiếm [20].
Thuật giải di truyền (Genetic Algorithm - GA) là thuật toán tìm kiếm được
fM
ứng dụng nhiều trong các chương trình docking như Autodock, Autodock Vina,
lo
GOLD [24, 30]. GA áp dụng các lí thuyết liên quan đến học thuyết tiến hoá và
chọn lọc tự nhiên. Đầu tiên, thuật toán sẽ mã hoá tất cả các tham số của cấu trúc
o
ban đầu trong “một nhiễm sắc thế” - biểu diễn bằng một véc tơ. Từ “nhiễm sắc
ho
thể” ban đầu này, tạo ngẫu nhiên một quần thể bao phủ một miền năng lượng.
Sc
Quần thể này được đánh giá và từ đó các “nhiễm sắc thể” thích nghi nhất (tức là
có giá trị năng lượng thấp nhất) được chọn làm khung để tạo ra quần thể tiếp
©
theo. Quy trình này làm giảm năng lượng trung bình của toàn bộ “nhiễm sắc thể”
ht
bằng cách truyền các đặc tính cấu trúc thuận lợi từ một quần thể này sang một
quần thể khác. Sau một số chu kỳ tìm kiếm và đánh giá, cuối cùng ta sẽ tìm được
rig
một “nhiễm sắc thể” (cấu dạng) phù hợp với mức năng lượng tối thiểu [21].
py
Co
9
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark
- NU
Chương trình docking sử dụng các hàm tính điểm (scoring function) để
ước lượng các năng lượng liên kết của phức hợp cấu tử - receptor. Năng lượng
V
này được cho bởi hằng số liên kết (Kd) và năng lượng tự do Gibbs (ΔGL), đơn vị
là kCal/mol. Dự đoán về năng lượng liên kết được thực hiện bằng cách đánh giá
y,
những tương tác hóa lý quan trọng bao gồm: các tương tác liên phân tử, các ảnh
ac
hưởng solvat và entropy [15]. Do đó, số lượng các tham số hoá lý được đánh giá
m
càng lớn thì độ chính xác càng cao. Tuy nhiên, nếu số lượng biến càng lớn thì
ar
thời gian tính toán sẽ lâu. Các hàm tính điểm hiệu quả nên đưa ra sự cân bằng
giữa độ chính xác và tốc độ, đây là một điểm quan trọng khi làm việc với cơ sỡ
Ph
dữ liệu lớn.
d
1.5.2 Quy trình Docking
an
Quá trình docking được thực hiện thông qua ba bước: chuẩn bị cấu tử,
chuẩn bị protein, mô phỏng docking.
ne
Chuẩn bị cấu tử: cấu trúc các cấu tử có thể được lấy từ hệ thống dữ liệu
có sẵn như Pubchem, Zinc [13, 19] Trong trường hợp không có sẵn, chúng ta có
ici
thể xây dựng cấu trúc cấu tử bởi các phần mềm như ChemDraw, Chemsketch…
ed
Sau khi xây dựng được cấu trúc 3D, sử dụng các phần mềm để chuẩn bị cấu tử
cho chương trình mô phỏng docking, các bước chuẩn bị thường được tiến hành
fM
gồm: gắn hydro, gắn trường lực, xây dựng file pdbqt.
lo
Chuẩn bị protein: Cấu trúc 3D của protein thường có sẵn trên ngân hàng
dữ liệu protein (protein data bank). Trong trường hợp chưa có sẵn, chúng ta có
o
thể xây dựng cấu trúc 3D theo phương pháp mô phỏng tính tương đồng
ho
(homology modeling) [31]. Sau khi có cấu trúc 3D, sử dùng các phần mềm để
Sc
chuẩn bị protein cho chương trình mô phỏng docking. Các bước chuẩn bị thường
gồm: loại nước và các cấu tử (nếu có), thêm hydro, gắn trường lực và xây dựng
©
file pdbqt.
ht
Mô phỏng docking: Trước khi phần mềm tiến hành tìm kiếm vị trí và cấu
rig
dạng phù hợp của cấu tử, cần khoanh vùng tìm kiếm (grid box) cho thuật toán.
Kích thước của vùng tìm kiếm không nên quá lớn vì như thế sẽ tốn kém thời
py
gian và độ lặp lại không cao, cũng không nên quá nhỏ vì như vậy phần mềm chỉ
Co
10
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark
- NU
tìm kiếm được một vùng rất nhỏ, không có ý nghĩa. Vị trí của vùng tìm kiếm
thông thường sẽ được đặt ở trung tâm hoạt động của protein. Sau khi xác định vị
V
trí và kích thước của vùng tìm kiếm, phần mềm sẽ tự động tìm kiếm và đưa ra
cấu dạng phù hợp với năng lượng thấp nhất. Cấu dạng này cùng với các tương
y,
tác của nó với protein sẽ được phân tích bởi các phần mềm chuyên dụng như:
ac
MOE, Pymol, Discovery studio…
m
ar
Ph
d
an
ne
ici
ed
fM
o lo
ho
Sc
©
ht
rig
py
Co
11
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark
- NU
CHƢƠNG 2- NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
V
2.1 Nguyên liệu và thiết bị nghiên cứu
y,
Cấu trúc protein: Cấu trúc tinh thể tia X của protein IL-6 được lấy từ
ac
ngân hàng dữ liệu Protein châu Âu, có mã là 1ALU (Độ phân giải 1.9Å), lần đầu
m
tiên được công bố bởi Somers và cộng sự (https:/www.rcsb.org/structure/1ALU).
ar
Ph
d
an
ne
ici
ed
Hình 2.1: Phân tích protein 1 ALU về cấu trúc hình học so với IL-6
phản ánh qua màu sắc trên Ngân hàng dữ liệu protein Châu Âu
fM
(https://www.rcsb.org/)
lo
Mật độ electron ảnh hưởng đến dạng hình học của cấu trúc tinh thể tia X
vì từ mật độ electron có thể xác định tọa độ các nguyên tử. Từ đó có thể dựng
o
cấu trúc của protein. Theo như hình trên thì màu sắc phản ánh mối quan hệ giữa
ho
mật độ electron và dạng hình học. Màu sắc thể hiện chỉ số tiêu chuẩn chất lượng
Sc
hình học bao gồm tối thiểu 1 acid amin ngoại lai hay sai lệch về cấu hình: vùng
xanh (số acid amin ngoại lai = 0), Vàng (số acid amin ngoại lai = 1), Cam (số
©
acid amin ngoại lai = 2), Đỏ (số acid amin ngoại lai = 3). Như vậy có thể thấy,
ht
theo trình tự chuỗi acid amin, vị trí 177-179 (vùng hoạt động) có chất lượng tốt
(màu xanh) và được chọn để nghiên cứu khả năng gắn kết giữa cấu tử và protein.
rig
py
Co
12
PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark
nguon tai.lieu . vn