Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Tổng hợp một số n hydroxybutanamid pentanamid mang khung 1 (triazol 4 yl)methyli...

Tài liệu Tổng hợp một số n hydroxybutanamid pentanamid mang khung 1 (triazol 4 yl)methylindolin 2 on hướng tác dụng kháng ung thư

.PDF
102
299
137

Mô tả:

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI -----  ----- DƯƠNG TIẾN ANH MÃ SINH VIÊN: 1201010 TỔNG HỢP MỘT SỐ N-HYDROXYBUTANAMID/PENTANAMID MANG KHUNG 1-(TRIAZOL-4-YL) METHYLINDOLIN-2-ON HƯỚNG TÁC DỤNG KHÁNG UNG THƯ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ HÀ NỘI - 2017 BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI -----  ----- DƯƠNG TIẾN ANH MÃ SINH VIÊN: 1201010 TỔNG HỢP MỘT SỐ N-HYDROXYBUTANAMID/PENTANAMID MANG KHUNG 1-(TRIAZOL-4-YL) METHYLINDOLIN-2-ON HƯỚNG TÁC DỤNG KHÁNG UNG THƯ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ Người hướng dẫn: NCS. Đỗ Thị Mai Dung PGS.TS. Phan Thị Phương Dung Nơi thực hiện: Bộ môn Hóa Dược HÀ NỘI - 2017 LỜI CẢM ƠN Trước khi trình bày nội dung những phần thuộc đề tài của mình, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến những người trong suốt thời gian qua đã luôn hỗ trợ động viên tôi hoàn thành một cách tốt nhất khóa luận tốt nghiệp của mình. Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến với những người thầy, người cô đáng kính của tôi: GS.TS. Nguyễn Hải Nam, PGS.TS. Phan Thị Phương Dung, DS. Đỗ Thị Mai Dung - Bộ môn Hóa Dược - trường Đại học Dược Hà Nội. Thầy cô đã không chỉ tạo những điều kiện thuận lợi nhất giúp tôi hoàn thành khóa luận mà đã luôn có những chỉ dẫn chính xác, kịp thời và động viên tôi những lúc khó khăn. 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 này. Cuối cùng, tôi muốn cảm ơn gia đình, bạn bè, các anh chị, các bạn của nhóm nghiên cứu tại bộ môn Hóa Dược, đặc biệt là anh Lê Văn Cường, anh Lê Xuân Thiện, em Lê Công Trực, Cao Việt Phương, Phạm Nguyễn Khánh Linh và bạn Đào An đã chia sẻ buồn vui, giúp đỡ và khích lệ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2016 Sinh viên Dương Tiến Anh MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ, CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH 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 (HDAC) 2 1.1.2. Phân loại các HDAC 3 1.1.3. Cấu trúc enzym HDAC và cơ chế deacetyl hóa 3 1.2. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HDAC 5 1.2.1. Phân loại các chất ức chế HDAC 5 1.2.2. Cấu trúc của các chất ức chế HDAC 6 1.2.3. Liên quan cấu trúc tác dụng của các chất ức chế HDAC 7 1.3. MỘT SỐ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TỔNG HƠP CÁC ACID 9 HYDROXAMIC ỨC CHẾ HDAC TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.3.1. Thay đổi nhóm khóa hoạt động 1.3.2. Thay đổi cầu nối 1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP ACID HYDROXAMIC VÀ 9 11 12 HÓA HỌC CLICK 1.4.1. Các phương pháp tổng hợp acid hydroxamic 12 1.4.2. Hóa học Click 14 CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ 17 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ 17 2.1.1. Hóa chất 17 2.1.2. Thiết bị, dụng cụ 17 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 18 2.2.1. Tổng hợp hóa học 18 2.2.2. Thử tác dụng sinh học của các dẫn chất tổng hợp được 18 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.3.1. Tổng hợp hóa học 18 2.3.2. Thử tác dụng sinh học 19 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. HÓA HỌC 21 21 3.1.1. Tổng hợp hóa học 21 3.1.2. Kiểm tra độ tinh khiết 34 3.1.3. Xác định cấu trúc 35 3.2. THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC 40 3.2.1. Thử tác dụng ức chế HDAC 40 3.2.2. Thử hoạt tính kháng tế bào ung thư in vitro 41 3.3. BÀN LUẬN 42 3.3.1. Tổng hợp hóa học 42 3.3.2. Khẳng định cấu trúc 45 3.3.3. Thử hoạt tính sinh học 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 PHỤ LỤC 60 DANH MỤC CÁC CHỮ, CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT 13 C-NMR : Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon (Carbon-13 nuclear magnetic resonance) 1 H-NMR : Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (Proton nuclear magnetic resonance) A549 : Dòng tế bào ung thư phổi người AcOH : Acid acetic ADN : Acid desoxyribonucleic AsPC-1 : Dòng tế bào ung thư tuyến tụy người CU : Nhóm liên kết (Connecting unit) d : Vạch đôi trong phổ NMR (Doublet) DCM : Dicloromethan dd : Vạch chẻ đôi 2 lần trong phổ NMR (Doublet of doublet) DMF : Dimethylformamid DMSO : Dimethylsulfoxid DMSO-d6 : Dimethylsulfoxid deuteri hóa ESI : Ion hóa phun bụi điện tử (Electrospray ionization) FBS : Huyết thanh bào thai bò (Fetal bovine serum) FDA : Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (U.S. Food and Drug Administration) H (%) : Hiệu suất HAT : Histon acetyltransferase HCT116 : Dòng tế bào ung thư ruột kết người HDAC : Histon deacetylase HDACi : Các chất có tác dụng ức chế HDAC (Histon deacetylase inhibitors) HepG2 : Dòng tế bào ung thư gan người IC50 : Nồng độ ức chế 50% (The half maximal inhibitory concentration) IR : Hồng ngoại (Infrared) J : Hằng số ghép cặp trong phổ NMR. KRIBB : Viện nghiên cứu Sinh học và Công nghệ sinh học Hàn Quốc (Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology) m : Đa vạch trong phổ NMR (Multiplet) MeCN : Acetonitril MeOH : Methanol MS : Phổ khối lượng (Mass spectrometry) NAD+ : Nicotinamid adenin dinucleotid NST : Nhiễm sắc thể PC-3 : Dòng tế bào ung thư biểu mô tuyến tiền liệt người Rf : Hệ số lưu giữ trong TLC s : Vạch đơn trong phổ NMR (Singlet) SAHA : Acid suberoylanilid hydroxamic SRG : Nhóm nhận diện bề mặt (Surface recognition group) SW620 : Dòng tế bào ung thư đại tràng người t : Vạch ba trong phổ NMR (Triplet) tºnc : Nhiệt độ nóng chảy THF : Tetrahydrofuran TLC : Sắc ký lớp mỏng (Thin layer chromatography) TMS : Tetramethylsilan TSA : Trichostatin A UV : Tử ngoại (Ultraviolet) ZBG : Nhóm kết thúc gắn kẽm (Zinc binding group) δ (ppm) : Độ dịch chuyển hóa học (phần triệu) trong phổ NMR ν : Dao động hóa trị trong phổ IR DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1. Chỉ số lý hóa và hiệu suất tổng hợp các acid hydroxamic từ ester. 33 Bảng 3.2. Giá trị Rf và nhiệt độ nóng chảy (tonc) của các dẫn chất VIa-d, X. 34 Bảng 3.3. Kết quả phân tích phổ IR của các dẫn chất VIa-d, X. 35 Bảng 3.4. Kết quả phân tích phổ MS của các dẫn chất VIa-d, X. 36 Bảng 3.5. Kết quả phân tích phổ 1H-NMR của các dẫn chất VIa-d, X. 37 Bảng 3.6. Kết quả phân tích phổ 13C-NMR của các dẫn chất VIa-d, X. 39 Bảng 3.7. Kết quả thử tác dụng ức chế HDAC của các dẫn chất VIa-d, X. 40 Bảng 3.8. Kết quả thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của các dẫn chất VIa-d, X. 41 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1. Cấu trúc của nucleosom và vai trò của HAT, HDAC. 2 Hình 1.2. Bảng phân loại các HDAC. 3 Hình 1.3. Phức hợp HDAC-8 và acid hydroxamic. 4 Hình 1.4. Phân loại các chất ức chế HDAC. 6 Hình 1.5. Cấu trúc của SAHA tương ứng với cấu trúc chung của các chất ức 7 chế HDAC. Hình 1.6. Cấu trúc apicidin và azumamid E. 7 Hình 1.7. Cấu trúc chung các acid hydroxamic mang khung benzothiazol. 9 Hình 1.8. Cấu trúc chung các chất trong nghiên cứu của Feng T. 10 Hình 1.9. Cấu trúc chung các chất trong nghiên cứu của Zhang Z. 11 Hình 1.10. Cấu trúc chung của một số dẫn chất mang khung 2-oxoindolin. 11 Hình 1.11. Cấu trúc HPOB trong nghiên cứu của Lee J.H. và cộng sự. 11 Hình 3.1. Phổ khối lượng MS của dẫn chất VIb. 47 Hình 3.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C-NMR của dẫn chất VIc (giãn rộng) 49 Hình 3.3. Biểu đồ so sánh tác dụng gây độc tế bào của các dẫn chất VIc-d trên 51 các dòng tế bào SW620, PC-3 và AsPC-1. DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Trang Sơ đồ 1.1. Tổng hợp một số dẫn chất amid ngược của SAHA. 12 Sơ đồ 1.2. Tổng hợp các acid phenylthiazol hydroxamic. 13 Sơ đồ 1.3. Phản ứng đóng vòng 1,3-lưỡng cực giữa alkyn và azid với xúc tác 14 Cu(I) (CuAAC). Sơ đồ 3.1. Quy trình tổng hợp chung. 21 Sơ đồ 3.2. Quy trình tổng hợp chất II. 22 Sơ đồ 3.3. Quy trình tổng hợp chất VIII. 22 Sơ đồ 3.4. Quy trình tổng hợp chất IVa. 23 Sơ đồ 3.5. Quy trình tổng hợp chất Va. 24 Sơ đồ 3.6. Quy trình tổng hợp dẫn chất VIa. 25 Sơ đồ 3.7. Quy trình tổng hợp dẫn chất VIb. 26 Sơ đồ 3.8. Quy trình tổng hợp dẫn chất VIc. 28 Sơ đồ 3.9. Quy trình tổng hợp dẫn chất VId. 30 Sơ đồ 3.10. Quy trình tổng hợp dẫn chất X. 32 Sơ đồ 3.11. Cơ chế phản ứng tạo thành IVa-d. 43 Sơ đồ 3.12. Cơ chế phản ứng Click dùng xúc tác Cu(I). 44 Sơ đồ 3.13. Cơ chế phản ứng tạo thành VIa-d, X. 45 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, cùng những thành tựu mang tính đột phá trong lĩnh vực sinh học thì hiểu biết về chức năng và hoạt động của cơ thể sống ở mức độ tế bào, mức độ phân tử ngày càng được làm rõ. Các thuốc chống ung thư mới ra đời hầu hết đều bắt nguồn từ mục tiêu phân tử nhằm tăng hiệu quả điều trị và giảm độc tính so với các phương pháp cổ điển như hóa trị hay xạ trị. Một số đích tác dụng mà các thuốc chống ung thư hiện nay đang hướng đến như các protein kinase, protein gây ung thư Bcl-2, HAT, HDAC… trong đó đích HDAC đang mở ra nhiều triển vọng. Rất nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự huy động quá mức các HDAC có khả năng gây nên các sai lệch trong quá trình phiên mã, làm kích thích sự phát triển của các tế bào ung thư [15], [23]. Hiện nay, trong các chất ức chế HDAC được tổng hợp và công bố, nhóm các dẫn chất của acid hydroxamic có hoạt tính khá tốt trong đó điển hình là SAHA (Zolinza®) là chất ức chế enzym HDAC đầu tiên được FDA cấp phép lưu hành năm 2006 cho điều trị u da tế bào lympho T (CTCL) [6]. Sau đó là belinostat (Beleodaq®), gần đây nhất panobinostat (Farydax®) cũng được FDA cấp phép sử dụng trong điều trị một số bệnh ung thư. Theo hướng tiếp cận này, nhóm nghiên cứu tại bộ môn Hóa Dược - Đại học Dược Hà Nội cũng đã thiết kế, tổng hợp, thử hoạt tính và công bố nhiều dãy chất dẫn xuất acid hydroxamic hướng ức chế HDAC có hoạt tính kháng tế bào ung thư tốt [1], [30], [31]. Một số bài báo gần đây của nhóm nghiên cứu đã cho kết quả rất khả quan khi sử dụng khung benzothiazol hoặc khung 5-aryl-1,3,4-thiadiazol thay cho vòng phenyl trong cấu trúc của SAHA để làm nhóm khóa hoạt động. Nhiều chất đã thể hiện tác dụng ức chế HDAC tốt hơn SAHA từ vài lần đến vài chục lần [31], [32]. Trên cơ sở các nghiên cứu trên, chúng tôi tiến hành đề tài “Tổng hợp một số N-hydroxybutanamid/pentanamid mang khung 1-(triazol-4-yl)methylindolin-2on hướng tác dụng kháng ung thư” với hai mục tiêu: 1. Tổng hợp N-hydroxy-4-(4-((3-(hydroxyimino)-2-oxoindolin-1-yl)methyl)-1H1,2,3-triazol-1-yl)butanamid và 4 dẫn chất. 2. Thử tác dụng ức chế HDAC và độc tính tế bào của các chất tổng hợp được. 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. HISTON DEACETYLASE (HDAC) 1.1.1. Khái niệm về histon deacetylase (HDAC) Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng cấu trúc của nhiễm sắc thể (NST) đóng một vai trò quan trọng trong điều hòa biểu hiện gen [4], [10]. NST là những phức hợp đại phân tử được cấu tạo từ 3 thành phần chính là ADN, histon và protein không phải histon [10]. Cấu trúc cơ bản của NST là nucleosom, gồm một lõi protein octamer hình đĩa của các histon (1 tetramer H3/H4 và 2 dimer H2A/H2B) được quấn quanh bởi 146 cặp nucleotid của một đoạn ADN [8], [20]. Các cặp histon có cấu trúc 2 phần quan trọng: đầu C nằm bên trong lõi, đầu N nằm bên ngoài nucleosom với acid amin kết thúc là lysin. Đầu N đặc biệt là ở H3, H4 là đích của nhiều biến đổi trong quá trình phiên mã như acetyl/deacetyl hóa, methyl hóa, phosphoryl hóa. Hình 1.1. Cấu trúc của nucleosom và vai trò của HAT, HDAC. Histon có hai dạng tồn tại là acetyl hóa hoặc deacetyl hóa được chuyển hóa qua nhau nhờ 2 enzym là histon acetyltransferase (HAT) và histon deacetylase (HDAC). Ở dạng acetyl hóa dưới xúc tác của HAT, điện tích dương nhóm ε-NH2 của lysin ở đầu N của histon bị trung hòa, NST được tháo xoắn, quá trình phiên mã được xảy ra [16]. Ngược lại, ở dạng deacetyl hóa dưới tác dụng của HDAC, histon tích điện dương 2 lớn ở đầu N, tương tác mạnh với ADN, đóng xoắn NST, ngăn cản quá trình phiên mã [15] (xem hình 1.1). 1.1.2. Phân loại các HDAC Hiện nay, các nhà khoa học đã xác định được 18 loại HDAC có mặt ở con người và chúng được chia thành 4 nhóm [7], [8], [29]: - Nhóm I: HDAC-1, HDAC-2, HDAC-3, HDAC-8. - Nhóm II: HDAC-4, HDAC-5, HDAC-6, HDAC-7, HDAC-9, HDAC-10. - Nhóm III: Sirtuin 1-7. - Nhóm IV: HDAC-11. Hình 1.2. Bảng phân loại các HDAC. Nhóm I, II và IV được coi là những HDAC “kinh điển” là những enzym phụ thuộc Zn2+. Vị trí xúc tác của chúng có dạng túi với một ion Zn2+ ở đáy nên những enzym này có thể bị ức chế bởi các hợp chất tạo chelat với Zn2+ như các acid hydroxamic. Nhóm III là những sirtuin không bị ức chế bởi những hợp chất như vậy vì chúng có cơ chế hoạt động khác là phụ thuộc vào NAD+ [17]. 1.1.3. Cấu trúc enzym HDAC và cơ chế deacetyl hóa 3 Bằng phương pháp kết tinh tạo tinh thể và chụp tia X, người ta xác định được cấu trúc tinh thể của các HDAC khác nhau. Hình 1.3. Phức hợp HDAC-8 và acid hydroxamic. Nhìn chung, các cấu trúc của chúng đều tương tự nhau, bao gồm 2 phần chính là ion Zn2+ và kênh enzym: + Ion Zn2+ là coenzym của HDAC, nằm dưới đáy kênh enzym và cũng là thành phần tham gia liên kết mạnh nhất với phần đuôi histon qua liên kết phối trí. Trong phân tử HDAC ion Zn2+ có thể tạo 4 liên kết phối trí với các acid amin và 1 liên kết phối trí với nguyên tử oxy của nhóm acetyl của acetyl lysin ở đầu N của histon từ đó xúc tác tách loại nhóm acetyl. Thường các chất ức chế HDAC liên kết càng mạnh với Zn2+ thì tác dụng ức chế HDAC và độc tính tế bào càng mạnh [36]. Như acid hydroxamic, ức chế HDAC bằng cách tạo hai liên kết phối trí với Zn2+ qua 2 nguyên tử oxy của nó (xem hình 1.3). + Kênh enzym có dạng túi hình ống hẹp, là nơi chứa cơ chất và tham gia liên kết Van der Waals với cơ chất, được cấu tạo bởi các acid amin thân dầu đặc biệt là các acid amin có nhân thơm như: Phe, Tyr, Pro, His. Nó có cấu trúc khá linh động có thể thay đổi kích thước để phù hợp với cơ chất. Miệng túi có một vài vòng xoắn protein để tương tác với nhóm nhận diện bề mặt của HDAC. Đáy túi có một vài phân tử nước, có nhiệm vụ vận chuyển nhóm acetyl trong phản ứng deacetyl hóa và tạo 4 liên kết hydro khi không có -OH của Tyr. Các hợp chất hydroxamic có chiều dài cầu nối khoảng 5-6 liên kết carbon là tối ưu với chiều dài của kênh [36]. 1.2. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HDAC Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng 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, chu trình biệt hóa, chu trình chết theo chương trình [16]. Do vậy, mục tiêu phân tử HDAC là một hướng nghiên cứu đầy triển vọng của nhiều thuốc điều trị ung thư mới trong đó có các chất ức chế HDAC. 1.2.1. Phân loại các chất ức chế HDAC Dựa vào cấu trúc hóa học, các chất ức chế HDAC được chia thành 6 nhóm: các acid hydroxamic, các acid carboxylic mạch ngắn, các peptid vòng, các aminobenzamid, các epoxyceton và các phân tử lai [34], [41] (xem hình 1.4). Mỗi nhóm chất ức chế HDAC đều có những ưu nhược điểm riêng, trong đó nhóm acid hydroxamic bị nhanh thải trừ, tác dụng ức chế HDAC không chọn lọc nhưng có ưu điểm là ức chế ở nồng độ rất thấp (cỡ nM) và cấu trúc đơn giản [8], [21]. Năm 1990, trichostatin A (TSA) là chất đầu tiên thuộc nhóm acid hydroxamic được tìm thấy có tác dụng ức chế HDAC bởi Yosida và cộng sự [8]. Sau đó, SAHA (vorinostat) với cấu trúc tương tự TSA là chất ức chế HDAC đầu tiên được FDA phê duyệt cho điều trị u da tế bào lympho T (CTCL) [12]. Cho đến nay, FDA đã cấp phép lưu hành trên thị trường 3 thuốc có tác dụng ức chế HDAC trong điều trị ung thư bao gồm: SAHA (2006), belinostat (2014) và panobinostat (2015). 5 Hình 1.4. Phân loại các chất ức chế HDAC. 1.2.2. Cấu trúc của các chất ức chế HDAC Dựa trên cấu trúc của SAHA, các chất ức chế HDAC thường bao gồm 3 phần chính [13] (xem hình 1.5): - Nhóm nhận diện bề mặt hay còn gọi là nhóm khóa hoạt động (Capping group - SRG): là các vòng thơm hoặc peptid vòng, thường tham gia vào quá trình nhận diện với bề mặt amino acid của enzym. - Vùng cầu nối (Linker): thường là các nhóm sơ nước, gồm các hydrocarbon thân dầu mạch thẳng hoặc vòng, có thể no hoặc không no, có vai trò tạo liên kết Van der Waals với kênh enzym, tạo nên tương tác với các thành phần nằm trên kênh và giúp cho cơ chất cố định trong kênh. - Nhóm kết thúc gắn với kẽm (Zinc binding group - ZBG): có thể là acid hydroxamic, các thiol, nhóm o-aminoanilin của benzamid, mercaptoceton... Nhóm kết thúc gắn với kẽm tham gia tạo tương tác với ion Zn2+ tại trung tâm hoạt động của các HDAC. 6 Hình 1.5. Cấu trúc của SAHA tương ứng với cấu trúc chung của các HDACi. 1.2.3. Liên quan cấu trúc tác dụng của các chất ức chế HDAC 1.2.3.1. Ảnh hưởng của nhóm nhận diện bề mặt Cấu trúc của nhóm nhận diện bề mặt có ảnh hưởng rất nhiều đến hoạt tính của các chất ức chế HDAC. Những phân tử không có nhóm nhận diện bề mặt kị nước thì có hoạt tính yếu [37]. Trong một nghiên cứu vào năm 2006 của nhóm tác giả Juvale [22] cho thấy, sự có mặt của nhóm phenyl hay thêm một nhóm thế trên cầu nối ở vị trí sát với nhóm phenyl trong nhóm nhận diện bề mặt sẽ góp phần làm tăng hoạt tính. Ngược lại, khi có nhóm thế sát nhóm acid hydroxamic thì gây bất lợi cho hoạt tính. Tương tự nhóm phenyl, các nhóm chức và cấu trúc giàu mật độ electron ở nhóm nhận diện bề mặt đều góp phần làm tăng hoạt tính. Cấu trúc của nhóm nhận diện bề mặt và sự tương ứng cấu trúc miệng túi enzym HDAC còn tạo nên tính chọn lọc của các chất ức chế HDAC. Trong nghiên cứu của nhóm tác giả Di Micco S. đã giải thích sự ức chế chọn lọc của các hợp chất cyclopeptid thiên nhiên mang vòng lớn (azumamid E và apicidi) trên HDAC nhóm I (xem hình 1.6) [9]. O O O O N OH HN NH HN NH HN O O O O NH HN O O Azumamid E N Apicidin O Hình 1.6. Cấu trúc apicidin và azumamid E. 7 Nhóm đã chứng minh rằng các hợp chất mang vòng lớn như cyclopeptid cần không gian lớn trong kênh enzym để tương tác. Với kích thước đường kính miệng túi là 11 Å, các HDAC nhóm I dễ dàng cho nhóm nhận diện bề mặt cồng kềnh của các cyclopeptid vào, tương tác tạo liên kết bền vững giữa các chất ức chế HDAC với kênh enzym. Còn với các HDAC nhóm II, do bề mặt enzym lại chứa các phân tử cồng kềnh, khó tạo liên kết với các hợp chất vòng lớn [9]. 1.2.3.2. Ảnh hưởng của cầu nối Trung tâm hoạt động của các HDAC là dạng túi kỵ nước, có chiều dài từ miệng túi đến ion Zn2+ ở đáy túi là 4-6 C, do vậy các chất ức chế HDAC có vùng cấu nối dài tương ứng sẽ cho hoạt tính tốt hơn [17]. Trong một nghiên cứu của công ty TopoTarget (Anh), khi thiết kế và tổng hợp gần 40 dẫn chất amid ngược (AH8) của SAHA cũng đã chỉ ra khi cầu nối 5-6 C thì hoạt tính của chúng đạt được là tối ưu [2]. 1.2.3.3. Ảnh hưởng cúa nhóm kết thúc gắn kẽm (ZBG) - Cấu trúc ZBG Năm 2005, khi nghiên cứu cấu trúc của vùng chứa ion Zn2+ trong HDAC, Vanommeslaeghe K. và cộng sự thấy rằng, vùng này chứa 1 gốc Tyr và 2 nhóm HisAsp [39]. Từ đó, tác giả đã đưa ra cấu trúc của nhóm kết thúc gắn với kẽm trong phân tử chất ức chế HDAC gồm 5 phần: + Phần A: mang đôi electron không liên kết, có khả năng tạo liên kết hydro với H trong nhóm OH của tyrosin, đồng thời tạo liên kết chelat với ion Zn2+. Tuy nhiên A cũng có thể chứa hydro (để nhận điện tử từ oxy trong nhóm phenol của tyrosin tạo liên kết hydro). + Phần B: nối ZBG với vùng cầu nối, do đó B phải tạo ít nhất 3 liên kết. + Phần C: chứa hydro linh động, tạo liên kết hydro với His132. + Phần D: là nhóm cho proton cho His131, tạo liên kết tĩnh điện với His131 và liên kết chelat mạnh với Zn2+. + Phần L: vùng cầu nối. 1.2.3.4. Ảnh hưởng của các yếu tố khác - Năng lượng solvat hóa của phân tử tăng, hoạt tính ức chế HDAC giảm [41]. 8 - Các phân tử thân dầu thường có hoạt tính tốt, tuy nhiên kích thước phân tử quá lớn sẽ bất lợi với hoạt tính [22]. Khi phân tử thuốc quá thân dầu hoặc chứa quá nhiều vòng 6 cạnh sẽ tạo hiệu ứng không gian, do vậy hoạt tính của chất sẽ giảm [5]. Những chất có tính thân dầu - thân nước cân bằng thường có lợi cho hoạt tính của các chất ức chế HDAC-6 [26]. - Phân tử có xu hướng cầu hóa sẽ làm thu nhỏ vùng cho dung môi thâm nhập do các nhóm thân nước bị che khuất. Cấu trúc phân tử càng có xu hướng “mở”, hoạt tính ức chế HDAC sẽ tăng [40]. - Phân tử ở dạng gấp khúc là điều kiện tiên quyết cho tác dụng ức chế chọn lọc HD1-A (tương đồng HDAC nhóm II). Ngược lại, khi phân tử ở dạng thẳng lại cho tác dụng ức chế chọn lọc trên HD1-B (tương đồng HDAC nhóm I) [33]. 1.3. MỘT SỐ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TỔNG HƠP CÁC ACID HYDROXAMIC ỨC CHẾ HDAC TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.3.1. Thay đổi nhóm khóa hoạt động Năm 2011, với việc sử dụng SAHA như là một chất dẫn đường, NCS Đào Thị Kim Oanh và cộng sự [1] đã nghiên cứu dãy chất mang nhóm khóa hoạt động benzothiazol với cầu nối là từ 2-6 nhóm methylen. Kết quả cho thấy, việc thay nhóm phenyl của SAHA bằng nhóm benzothiazol tạo ra các chất có hoạt tính khá tốt, thậm chí chất với cầu nối 6C còn có hoạt tính mạnh hơn cả SAHA (xem hình 1.7). Hình 1.7. Cấu trúc chung các acid hydroxamic mang khung benzothiazol. Trên thế giới, năm 2013, Feng T. và cộng sự [14] đã nghiên cứu các chất ức chế HDAC dẫn xuất N-hydroxyfurylacrylamid có mạch nhánh ở nhóm khoá hoạt động. Các hợp chất này được thử hoạt tính kháng ung thư in vitro trên các dòng tế bào ung thư tuyến tiền liệt (PC-3), tế bào ung thư ruột kết (HCT116), tế bào ung thư phổi (A549), tế bào ung thư gan (HepG2) và khả năng ức chế chọn lọc các enzym HDAC- 9 1, HDAC-4, HDAC-6. Kết quả nghiên cứu cho thấy các chất 3a, 3b, 3c, 3d cho tác dụng chọn lọc tốt nhất trên HDAC-6 đồng thời 3a, 3b, 3c còn có khả năng ức chế HDAC-1. Qua nghiên cứu docking, tác giả giải thích tác dụng chọn lọc HDAC-6 của 3b là do mạch nhánh cồng kềnh ở nhóm khoá hoạt động có kích thước đủ lớn, vừa khít với rãnh trên bề mặt HDAC-6, nhưng không khít với rãnh trên bề mặt HDAC-1 và HDAC-4 [14] (xem hình 1.8). Hình 1.8. Cấu trúc chung các chất trong nghiên cứu của Feng T. Năm 2016, Zhang Z. và cộng sự [42] đã thiết kế, tổng hợp và thử hoạt tính in vitro các acid hydroxamic mà trong nhóm khóa bề mặt có chứa khung dimethylisoxazol. Kết quả nghiên cứu chỉ ra các dẫn chất có hoạt tính tương đối tốt, ví dụ như chất 4 dưới đây có tác dụng ức chế mạnh HDAC-1 với IC50 = 0,15 μM (xem hình 1.9). Hình 1.9. Cấu trúc chung các chất trong nghiên cứu của Zhang Z. 1.3.2. Thay đổi cầu nối Bên cạnh hướng thay đổi nhóm khóa hoạt động, một số nhà khoa học lại tập trung vào việc thay đổi cầu nối như thay đổi nhóm thế, thay đổi mạch carbon no bằng các mạch chứa liên kết đôi, vòng thơm hay dị vòng nhằm tăng tác dụng ức chế HDAC cũng như tăng tính chọn lọc của các thuốc mới sau này. 10
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan