Sàng lọc các phân tử nhỏ có khả năng ức chế hoạt tính interleukin 2

.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
-----------------

LÊ THANH DUY

SÀNG LỌC CÁC PHÂN TỬ NHỎ CĨ KHẢ NĂNG
ỨC CHẾ HOẠT TÍNH INTERLEUKIN-2

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021

.


.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
-----------------

LÊ THANH DUY

SÀNG LỌC CÁC PHÂN TỬ NHỎ CĨ KHẢ NĂNG
ỨC CHẾ HOẠT TÍNH INTERLEUKIN-2

NGÀNH: DƯỢC LÝ VÀ DƯỢC LÂM SÀNG
MÃ SỐ: 8720205

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TS. THÁI KHẮC MINH

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2021
ii
.


.

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Lê Thanh Duy

iii
.

.

SÀNG LỌC CÁC PHÂN TỬ NHỎ CÓ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ
HOẠT TÍNH INTERLEUKIN-2
Học viên: Lê Thanh Duy
Giảng viên hướng dẫn: GS.TS Thái Khắc Minh
TÓM TẮT
Đặt vấn đề: Interleukin-2 là một cytokin đóng vai trị quan trọng với hệ miễn dịch,
hiện nay có 2 hướng phát triển thuốc là chất đồng vận Interleukin-2 và chất ức chế
Interleukin-2Rα, tuy nhiên số lượng cịn rất ít và nhiều độc tính. Đề tài được thực
hiên nhằm thiết kế các cấu trúc phân tử nhỏ có khả năng ức chế Interleukin-2 thơng
qua các mơ hình sàng lọc ảo và mô phỏng động học phân tử.
Đối tượng và phương pháp: Đối tượng thử nghiệm của đề tài gồm 21.800.167 chất
từ các cơ sở dữ liệu ZINC Purchasable (ZINC), MayBrigde HitCreator, DrugBank và
cấu trúc tinh thể Interleukin-2 (mã PDB: 1M48) được tải về từ ngân hàng dữ liệu
Protein Data Bank. Các chất được khảo sát sẽ được đánh giá ADME thơng qua
SwissADME, sau đó tiến hành docking phân tử bằng phần mềm LeadIT 2.1.8, mô
phỏng động học phân tử bằng Gromacs 2020.2 và tính tốn năng lượng gắn kết tự do
bằng g_mmpbsa 5.1.2 và Gromacs 2018.1.
Kết quả và bàn luận: Quá trình sàng lọc 3D-Pharmacophore thu được 10.112 chất
và thông qua đánh giá ADME thu được 678 chất thoả mãn để tiếp tục tiến hành
docking. Thông qua quá trình docking, đề tài đã chọn ra 5 chất có điểm số docking
âm nhất và tương tác với các acid amin quan trọng tiến hành mô phỏng động lực học
và tính tốn năng lượng gắn kết tự do. Kết quả cho thấy khả năng gắn kết tốt với với
thụ thể IL-2 đó gồm phân

tử DB07813, ZINC24881462, ZINC79907123,

ZINC40287043, ZINC58171180. Trong đó, dẫn chất ZINC58171180 ổn định trong
phần lớn thời gian mơ phỏng động lực học và có khả năng tạo được liên kết hydro

bền vững trong suốt q trình mơ phỏng, có kết quả tính tốn năng lượng tự do tốt
iv
.


.

nhất trong 5 dẫn chất được khảo sát. Kết quả nghiên cứu cho thấy dẫn chất
ZINC58171180 là dẫn chất tiềm năng để khảo sát thêm về khả năng ức chế thụ thể
IL-2. : Nghiên cứu đã ứng dụng mơ hình in silico để sàng lọc các cấu trúc phân tử
nhỏ có khả năng ức chế hoạt tính IL-2. Các phân tử nhỏ có khả năng ức chế IL-2 thu
được từ quá trình sàng lọc in silico được thử nghiệm in vitro để xác định hoạt tính
sinh học.

SCREENING SMALL-MOLECULE WITH POTENTIAL IL-2 INHIBITORS
Duy Le Thanh
Supervisors: Prof. Minh Thai Khac

Background: Interleukin-2 is a cytokine that plays an important role in the immune
system. Currently, there are two directions of drug development, which are
Interleukin-2 agonists and inhibitors of Interleukin-2Rα, but the quantity is still very
small and toxic. Design of small molecular structures capable of inhibiting
Interleukin-2 through virtual screening model and molecular kinetics simulation.
Methods: With 21.800.167 substances from the databases ZINC Purchasable
(ZINC), MayBrigde HitCreator, DrugBank and crystal structure Interleukin-2 (PDB
code: 1M48) from the Protein Data Bank. The investigated substances will be
assessed for ADME through SwissADME, then conduct molecular docking using
LeadIT 2.1.8 software, simulate molecular kinetics using Gromacs 2020.2 and
calculate free binding energy using g_mmpbsa 5.1 .2 and Gromacs 2018.1.
Results and Conclusions: The 3D-Pharmacophore screening process obtained

10.112 substances and through the ADME evaluation obtained 678 satisfactory
substances to continue docking. Through the docking process, the project selected 5
substances with the most negative docking scores and interactions with important
amino acids, simulated dynamics and calculated free binding energies. The results
v
.


.

show that the ability to bind well to the IL-2 includes the DB07813, ZINC24881462,
ZINC79907123, ZINC40287043, ZINC58171180 molecules. In which, derivative
ZINC58171180 is stable in most of the time of dynamic simulation and is capable of
forming stable hydrogen bonds during simulation, having the best free energy
calculation results. Research results show that ZINC58171180 derivative is a
potential derivative to further investigate its ability to inhibit IL-2. The study applied
an in silico model to screen small molecular structures capable of inhibiting IL-2
activity. Small molecules capable of inhibiting IL-2 obtained from in silico screening
were tested in vitro for biological activity.

vi
.


.

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn thầy Thái Khắc Minh ln chỉ dẫn em tận
tình, động viên và theo sát em trong quá trình em thực hiện đề tài này, tuy có nhiều
thiếu sót nhưng thầy luôn thông cảm và bỏ qua cho em, điều đó giúp em ln cố gắng

để khơng phụ lịng thầy.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô bộ môn Dược Lý,
Dược Lâm Sàng đã luôn chỉ dạy nhiều kiến thức, hướng dẫn và động viên chúng em
trong thời gian học tập tại trường. Trong quá trình học tập tuy có nhiều lỗi lầm nhưng
thầy cơ luôn bỏ qua và tha thứ cho em.
Em xin cảm ơn quý Thầy Cô trong hội đồng chấm luận văn đã dành thời gian
xem bài, phản biện và góp ý chỉnh sửa để luận văn của em hoàn thiện hơn.
Cảm ơn em Cơng Luận, Hồng Tùng đã giúp đỡ anh rất nhiều, anh khơng thể
tưởng tượng nổi là anh có thể hồn thành đề tài này nếu khơng có hai em bên cạnh.
Cảm ơn Huyền Nga, Minh Nguyên và Bạn ln bên cạnh, động viên, an ủi để mình
hồn thành đề tài đúng thời gian.
Cảm ơn các bạn lớp Cao học Dược lý – Dược lâm sàng 2019-2021 vì đã đồng
hành và hỗ trợ nhau trong suốt 2 năm học vừa qua.
Cảm ơn ba mẹ, chị hai và em út luôn bên cạnh.

vii
.


.

MỤC LỤC
Lời cam đoan .............................................................................................................. i
Danh mục chữ viết tắt ............................................................................................... ii
Danh mục hình .......................................................................................................... iii
Danh mục bảng ......................................................................................................... iv
ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................. 3
1.1. Tổng quan về Interleukin .....................................................................................3
1.2. Tổng quan về Interleukin-2 ..................................................................................4

1.3. Giới thiệu mơ hình sàng lọc ảo ..........................................................................11
1.4. Mơ hình 3D–Pharmacophore .............................................................................12
1.5. Mơ hình gắn kết phân tử ....................................................................................14
1.6. Mơ hình mơ phỏng động lực học phân tử ..........................................................15
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ 19
2.1. Nguyên vật liệu nghiên cứu ...............................................................................19
2.2. Đối tượng nghiên cứu.........................................................................................20
2.3. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................21
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ....................................................... 36
3.1 Mơ hình 3D-Pharmacophore xây dựng dựa trên phối tử ..................................36
3.2 Xây dựng mơ hình docking phân tử ...................................................................37
3.3 Kết quả sàng lọc in silico trên các thư viện .......................................................40
3.4 Kết quả mơ hình mơ phỏng động lực học phân tử .............................................49
viii
.


.

3.5 Kết quả tính tốn năng lượng gắn kết tự do .......................................................55
CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN................................................................................ 57
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................ 60
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 66

ix
.


.

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Tên viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

3D

3 Dimensions

3 chiều

IL-2

Interleukin-2

Interleukin-2

ADME-tox

Absorption, Distribution,

Hấp thu, phân bố, chuyển hóa,

Metabolism, Excretion,

thải trừ – độc tính

Toxicity
AIDS

Hội chứng suy giảm miễn Acquired immune deficiency
dịch mắc phải

CD

syndrome

Thư viện hợp chất
ChemDiv

DB

Drug Bank Database

Ngân hàng thuốc

IAV

Influenza A virus

Virus cúm A

IL

Interleukin

IFN

Interferon

IUPAC

International Union of

Hiệp hội Quốc tế về Hóa học

Pure and Applied

thuần túy và Hóa học ứng dụng

Chemistry
KD

Hệ số ái lực liên kết

MB

Thư viện hợp chất Maybridge

MDS

Mô phỏng động học phân tử

Molecular Dynamics
Simulation

TNF

Tumor necrosis factor

Yếu tố hoại tử khối u

VKDT

Viêm khớp dạng thấp

x
.


.

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Tổng quan về các IL ....................................................................................3
Bảng 2.1 Danh sách phần mềm được sử dụng .........................................................19
Bảng 2.2 Tập xây dựng 3D−Pharmacophore của bốn chất có IC50 nhỏ nhất ...........22
Bảng 2.3 So sánh Pharmacophore Editor (MOE) và ZINCPhamer .........................25
Bảng 3.1 Kết quả xây dựng mơ hình A030 và A038 ...............................................36
Bảng 3.2 Kết quả tính tốn năng lượng cơ học phân tử, solvat hóa, biến thiên
entropy và năng lượng gắn kết tự do tổng cộng. ..............................................55

xi
.


.

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Cấu trúc của Interleukin-2. ..........................................................................5
Hình 1.2 a) Cấu trúc của Interleukin-2 kết hợp với IL-2Rα; b) vùng hotspot của IL2Rα . ...................................................................................................................6
Hình 1.3 Liên kết của IL-2/ IL-2Rαβγ .......................................................................7
Hình 1.4 Vai trị của IL-2 đối với các tế bào khác trong phản hồi miễn dịch ...........8
Hình 1.5 Cấu trúc của b) Ro26-4550 và c) SP4206 .................................................11
Hình 2.1 Quy trình xây dựng và đánh giá mơ hình 3D−Pharmacophore trên phối tử.
..........................................................................................................................21
Hình 2.2 Quy trình sàng lọc ảo .................................................................................28
Hình 3.3 Mơ hình gắn kết 3D và tương tác 2D của DB07813 với IL-2 ...................43
Hình 3.4 Mơ hình gắn kết 3D và tương tác 2D của ZINC24881462 với IL-2 .........43
Hình 3.5 Mơ hình gắn kết 3D và tương tác 2D của ZINC79907123 với IL-2. ........44
Hình 3.6 Mơ hình gắn kết 3D và tương tác 2D của ZINC40287043 với IL-2. ........45
Hình 3.7 Mơ hình gắn kết 3D và tương tác 2D của ZINC67540178 với IL-2 .........45
Hình 3.8 Mơ hình gắn kết 3D và tương tác 2D của MHC00004 với IL-2 ...............46
Hình 3.9 Mơ hình gắn kết 3D và tương tác 2D của DB15638 với IL-2. ..................47
Hình 3.10 Mơ hình gắn kết 3D và tương tác 2D của MCH02860 với IL-2 .............47
Hình 3.11 Mơ hình gắn kết 3D và tương tác 2D của ZINC58171180 với IL-2 .......48
Hình 3.12 Mơ hình gắn kết 3D và tương tác 2D của ZINC70635173 với IL-2 .......49
Hình 3.13. Giá trị RMSD của phức hợp protein-ligand trong thời gian mơ phỏng
động học 50 ns.. ................................................................................................50
Hình 3.14. a) Giá trị RMSF của các acid amin trong protein IL-2 ở dạng phức hợp
5 dẫn chất tiềm năng. ........................................................................................52
Hình 3.15. Giá trị RMSD của phức hợp protein-ligand trong thời gian mơ phỏng
động học 50 ns. . ...............................................................................................54
Hình 3.16. a) Giá trị RMSF của các acid amin trong protein IL-2 ở dạng phức hợp
5 dẫn chất tiềm năng với thời gian mô phỏng 50 ns.. ......................................55

xii
.

.

Hình 3.18 Số liên kết hydro theo thời gian của 5 dẫn chất DB07813,
ZINC24881462, ZINC7990712, ZINC40287043, ZINC58171180...........................56
Hình 3.19 Trung bình số liên kết hydro 5 dẫn chất DB07813, ZINC24881462,
ZINC7990712, ZINC40287043, ZINC58171180.....................................................56
Hình 3.20 Bán kính quay (Rg) của 5 dẫn chất và protein với thời gian mơ phỏng 50
ns………………………………………………………………………….……..…57
Hình 3.21 Các sản phẩm docking a) NCI0056737 , (b) RJC03502.........................58

xiii
.


.

ĐẶT VẤN ĐỀ
Interleukin-2 (IL-2) là một cytokin được tìm ra từ hơn 25 năm trước và là cytokin
được nghiên cứu rộng rãi nhất cho đến ngày nay. IL-2 đóng vai trò rất quan trọng
trong hệ thống miễn dịch của cơ thể. Do lịch sử nghiên cứu lâu dài, IL-2 được cấp
phép sử dụng trong các bệnh lý như ung thư melanoma di căn, ung thư biểu mô tế
bào thận và mang lại lợi ích trên một số phân nhóm bệnh nhân này. Bên cạnh đó,
liều cao IL-2 cịn hiệu quả trên bệnh nhân bị bệnh bạch cầu dòng tủy cấp tính. Liều
thấp IL-2 để điều trị các bệnh tự miễn hoặc viêm, tiểu đường tuýp 1, lupus ban đỏ
hệ thống và ghép tạng [11].
IL-2 sản xuất bởi các tế bào T được kháng nguyên kích hoạt. Trước đây được gọi là
yếu tố tăng trưởng tế bào T, tác động của IL-2 bao gồm khả năng tăng cường hoạt
động tế bào giết tự nhiên (natural killer cell: NK) hoặc tế bào NK được kích hoạt

bởi lymphokine (lymphokine-activated killer cell), gia tăng hoạt động của tế bào
lympho xâm nhập khối u (TILs ), tăng cường sản xuất globulin miễn dịch bằng cách
hoạt hóa tế bào B, cân bằng nồng độ của tế bào T điều hòa (Treg cells), tác động
trên các tế bào lympho sơ khai và điều chỉnh sự biệt hóa tế bào T, tác động lên các
tế bào T ghi nhớ và bạch cầu đơn nhân [11].
Hiện nay, có 2 nhóm thuốc chính trong điều trị các bệnh lý liên quan đến IL-2:
thuốc đồng vận IL-2 như aldesleukin (IL-2 tái tổ hợp được sử dụng trong ung thư
thận), denileukin diftitox (IL-12 tái tổ hợp với độc tố diphtheria điều trị bệnh nhân
có biểu hiện quá mức IL-2R trên tế bào T lymphoma), thuốc đối kháng thụ thể IL2R nổi bật trong phòng ngừa chống thải ghép bao gồm: Dadizumab (Zenapax;
Hoffmann-La Roche) và basiliximab (Simulect; Novartis) hoạt động bằng cách kết
hợp trực tiếp: phong tỏa thụ thể, điều hòa giảm thụ thể (kích hoạt loại bỏ IL-2Rα
khỏi bề mặt tế bào mà không báo hiệu) và gây độc tế bào qua trung gian kháng thể
(ADCC) thơng qua kích hoạt và nhận biết bởi các tế bào NK [12].

1
.


.

Thuốc phân tử nhỏ ức chế tương tác IL-2/IL-2R hiện nay cịn rất hạn chế. Vì vậy,
việc nghiên cứu để tìm kiếm phân tử nhỏ có khả năng ức chế protein này là cần
thiết và mở ra cơ hội điều trị những bệnh viêm và bệnh tự miễn với một cơ chế mới.
Do đó, đề tài "Sàng lọc các phân tử nhỏ có khả năng ức chế hoạt tính
interleukin-2" được thực hiện với mục tiêu tổng quát là xây dựng mơ hình in silico
để sàng lọc các cấu trúc phân tử nhỏ có khả năng ức chế hoạt tính IL-2, dựa trên
tương tác IL-2/IL-2R từ đó định hướng cho việc thiết kế và tổng hợp các thuốc thế
hệ mới trong tương lai. Những nội dung nghiên cứu cụ thể của đề tài này bao gồm:
1. Xây dựng mơ hình sàng lọc 3D-Pharmacophore trên các hợp chất có hoạt
tính ức chế IL-2 đa dạng về mặt cấu trúc.

2. Sàng lọc các phân tử nhỏ có tiềm năng ức chế IL-2 thơng qua mơ hình 3DPharmacophore và mơ hình gắn kết phân tử docking.
3. Tiến hàng mô phỏng động lực học phân tử các phân tử tiềm năng và tính
tốn năng lượng gắn kết tự do của chúng.

2
.


.

Luận văn Thạc sĩ

Tổng quan tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TỔNG QUAN VỀ INTERLEUKIN
Interleukin là những cytokin phân tử nhỏ và có hoạt tính cao. Các cytokin được sản
xuất bởi những tế bào khác nhau và chỉ với một lượng picomol cytokin cũng có thể
gây ra các biến đổi trong chuyển hóa tế bào. Các IL bao gồm một lượng lớn các
phân tử truyền tin thứ hai trong hệ miễn dịch. IL khởi đầu một phản ứng bằng cách
gắn với các thụ thể có ái lực cao nằm trên bề mặt tế bào [27].
Cho đến nay, các IL đã biết được chia làm 4 nhóm lớn dựa trên đặc điểm cấu trúc
khác nhau. Những nhóm này gồm các gen mã hóa: (i) cytokin giống IL-1, (ii)
cytokin có cấu trúc xoắn bậc 1 (giống IL-4, chuỗi γ, giống IL6/12), (iii) cytokin có
cấu trúc xoắn bậc 2 (giống IL-10 và giống IL-28), (iv) các cytokin giống IL-17 [27].
Ngoài ra con có một số IL khơng nằm trong 4 nhóm kể trên do đặc điểm cấu trúc
riêng biệt hoặc thiếu thông tin về cấu trúc. IL gồm các họ như sau được trình bày ở
Bảng 1.1
Bảng 1.1 Tổng quan về các IL [27].
Họ

Các IL trong họ

Cấu trúc và chức năng

IL-1 và chất đối kháng Gập nhiều ở chuỗi β (β-trefoil)

IL-1

thụ thể IL-1, IL-18, IL33
Họ cytokin chuỗi γ IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, 4 chuỗi xoắn α, lõi xoắn ngắn,
(chuỗi ngắn nhóm IL-15, IL-21, TSPL

phức hợp thụ thể bao gồm thụ

i)

thể γc.

Họ cytokin giống IL-3, IL-4, IL-5, IL-13, 4 chuỗi xoắn α, lõi xoắn ngắn
IL-4 (chuỗi ngắn CSF2
3
.


.

Luận văn Thạc sĩ

Tổng quan tài liệu

nhóm i)
Họ

Các IL trong họ

Cấu trúc và chức năng

Họ cytokin giống IL-6, IL-11, IL-12, IL- 4 chuỗi xoắn α, lõi xoắn dài
IL-27,
IL-31,
IL-6/IL-12 (chuỗi 23,
CLCF1, CNTF, CTF1,

dài nhóm i)

LIF, OSM, CSF3
Họ cytokin giống IL-10, IL-19, IL-20, IL- Gói xoắn với 6-7 xoắn trơn ốc
IL-10 (nhóm ii)

22, IL-24, IL-26.

chồng lên nhau

Họ cytokin giống IL-28A, IL-28B và IL29. Gói xoắn với 6-7 xoắn trơn ốc
IL-28 (nhóm ii)

chồng lên nhau

Họ cytokin giống IL17A, IL17B, IL17C, Nếp gấp giống neurotrophin

IL-17

IL17D,

IL25

(aka

IL17E), IL17F
Khác

IL8, TXLNA (aka
IL14), IL16, IL32,
IL34, CSF1

Hiểu biết về tác động của các IL ngày càng được nâng cao kể từ khi phát hiện ra
monocyt IL (còn được gọi là IL-1) và lymphocyt IL (còn được gọi là IL-2). Hiện
nay đã có hơn 40 cytokin được phân loại vào gia đình IL. Vai trị của các IL trong
cơ thể cũng như trong các bệnh lý ngày càng được làm rõ [2].
1.2. TỔNG QUAN VỀ INTERLEUKIN-2
1.2.1. Cấu trúc của Interleukin-2.
Cấu trúc tinh thể của IL-2 được xác định vào năm 1987 và được thể hiện trên Hình
1.1: IL-2 là một protein hình cầu bao gồm bốn chuỗi xoắn α (A, B, C, D) theo chiều
4
.


.

Luận văn Thạc sĩ

Tổng quan tài liệu

xuống-xuống-lên-lên khá phổ biến của nhiều Interleukin và yếu tố tăng trưởng. Liên
kết đơn disulfid, liên kết giữa vòng A và acid amin 13 trên vùng kéo dài trước vòng
D. Vùng đặc hiệu được xác định là các acid amin bề mặt như Lys35, Arg38, Phe42,
Lys43 đóng vai trị quan trọng trong việc liên kết với thụ thể [39].

Hình 1.1 Cấu trúc của Interleukin 2 [39].
1.2.2. Cấu trúc thụ thể của Interleukin-2
IL-2 thể hiện hoạt tính hoạt tính khác nhau khi gắn kết với các thụ thể khác nhau
trên bề mặt tế bào: IL-2Rα, IL-2Rβ, và γc. IL-2Rα được gọi là IL-2R ái lực thấp
(Kd = 10 nM) và không liên quan đến đường truyền tín hiệu nội bào. Phức hợp IL2Rβ và γc gắn kết với IL-2 với ái lực trung bình (Kd = 1 nM) và đây là thụ thể trên
tế bào NK, đại thực bào, và tế bào T. Phức hợp của 3 thụ thể gắn kết với IL-2 với ái
lực cao (Kd = 10 pM) là thụ thể của tế bào T được kích hoạt. Hình 1.2 cho thấy IL2Rα là một protein hình dạng khủy tay với vùng PPI ở acid amin 20 của IL-2 và 21
của IL-2Rα, vùng hotspot kỵ nước của IL-2Rα là vùng bên của IL-2 (Phe42 và
Leu72) tương ứng với khoang được tạo thành bởi Leu42, Tyr43 và Met25 trên bề
mặt IL-2Rα và cầu muối giữa Gl62 và Arg36 của thụ thể [39].

5
.


.

Luận văn Thạc sĩ

Tổng quan tài liệu

Hình 1.2 a) Cấu trúc của Interleukin-2 kết hợp với IL-2Rα; b) vùng hotspot của IL2Rα [39].

Cấu trúc của IL-2 tương tác với bộ ba thụ thể ái lực cao cho thấy rằng: tương tác
của IL-2 và IL-2Rα không khác so với nhị phối tử, và IL-2Rα không tương tác với
IL-2Rβ hay γc, chức năng của IL-2Rα là giúp cho IL-2 trình diện với IL-2Rβ và γc
để bắt đầu chuỗi đường truyền tín hiệu.
1.2.3. Sự tương tác giữa Interleukin-2 và thụ thể IL-2Rαβγ:
Tương tác của IL-2/IL-2Rα là tương tác ái lực thấp với bề mặt tương tác giữa vòng
A’, B’ với một phần của vòng A, B của IL-2; vòng G, C với D thuộc D1, vùng A
thuộc D2 trên IL-2Rα. Hai liên kết kỵ nước giữa Phe42 và Tyr45 thuộc IL-2 với
rãnh giữa chuỗi β của IL-2Rα [6].
Tương tác của IL-2/IL-2Rβ là tương tác của vòng A và C của IL-2 với các vòng
CC’1, EF1, BC2 và FG2 của IL-2Rβ. Bề mặt tương tác rất phân cực với 8 liên kết
hydro, trong đó có 7 phân tử nước được hình thành khi IL-2 tương tác với IL-2Rβ.

6
.


.

Luận văn Thạc sĩ

Tổng quan tài liệu

Thụ thể γc bao gồm 2 bề mặt tương tác: bề mặt nhỏ với IL-2 và lớn hơn với IL-2Rβ.
Tương tác IL-2/ γc vùng A, D của IL-2 với CC’1, EF1, BC2, FG2 và liên kết giữa
G1, A2 trên γc. Tương tác giữa IL-2 Rβ/ γc trên một vùng rộng ở D2/ IL-2Rβ và
D2/ γc bao gồm 21 acid amin của IL-2Rβ và 19 acidmin của γc (C2, C’2, E2, C’E2)
rất phân cực với 17 liên kết hydro. Tương tác giữa Interleukin-2 và thụ thể IL-

2Rαβγ thể hiện trên Hình 1.3.

Hình 1.3 Liên kết của IL-2/ IL-2Rαβγ [6]
1.2.4. Con đường dẩn truyền tín hiệu của Interleukin-2
IL-2 hoạt động chủ yếu 3 con đường tín hiệu, bao gồm JAK-STAT (chủ yếu JAK1,
STAT5A và STAT5B), RAS-MAP kinase và PI 3-kinase/AKT. IL-2 tương tác đầu
tiên thụ thể IL-2Rα sau đó là IL-2Rβ, γc. Thụ thể cytokin týp 1 thường thiếu miền
protein kinase (ngoài trừ c-Kit, thụ thể của tế bào gốc SCF và thụ thể CSF1, MsCSF) thay vào đó thì có miền Janus familly tyrosine kinase (JAKs) để khởi tạo tín
hiệu sinh học. Hình 1.4 cho thấy IL-2 được tiết ra từ tế bào T CD4+ hoạt hóa từ đó
tác động đến các tế bào miễn dịch khác như tế bào Tregs (cũng sản xuất 1 ít IL-2)
7
.


.

Luận văn Thạc sĩ

Tổng quan tài liệu

cũng biểu hiện thụ thể IL-2. Những tế bào miễn dịch khác như CD8+, NK, tế bào
gai cũng có khả năng tiết IL-2 tuy nhiên ít hơn nhiều so với CD4+. Tế bào gai có
biểu hiện thụ thể α có thể gắn với IL-2 và kết hợp với các thụ thể β, γc trên các tế
bào khác. Tế bào T thường có biểu hiện thấp PTEN- một phosphatidulinositol 3,4,5
triphosphat 3-phosphatase được mã hóa bởi gen có trong các tế bào ung thư đột biến
và có thể xem xét để ức chế khối u. Tế bào Tregs có biểu hiện cao PTEN làm giảm
dịng tín hiệu PI 3-kinase mà khơng ức chế tín hiệu JAK/STAT5. Thiếu PTEN làm
giảm IL-2Rα và tế bào Tregs thiếu vùng phiên mã đặc hiệu là FoxP3 [11].
IL-2 cũng đóng góp vào việc biệt hòa tế bào T thành tế bào Th1, Th2, Th9 trong khi
lại ức chế tạo thành Th17 và Th (Tfh). IL-2 thơng qua con đường STAT5 có thể
tăng biểu hiện thụ thể IL-12R β2, IL-4Rα qua đó tằng cường biệt hóa tế bào T thành

tế bào Th2 [11].

Hình 1.4 Vai trị của IL-2 đối với các tế bào khác trong phản hồi miễn dịch [11].
1.2.5. Vai trò của Interleukin-2
Thụ thể của IL-2 bao gồm 3 thành phần: IL-2Rα, IL-2Rβ, γc. IL-2Rα hiện diện thấp
trên tế bào T phụ thuộc vào tình trạng kích hoạt thụ thể tế bào T. IL-2Rβ thì được
8
.


.

Luận văn Thạc sĩ

Tổng quan tài liệu

biểu hiện trên tế bào T đang nghỉ ngơi và cũng là một thành phần của thụ thể của
IL-15. Thụ thể γc biểu hiện rộng rãi trên các tế bào miễn dịch và trên thụ thể của
các interleukin khác như IL-4, IL-7, IL-7, IL-9, IL-15, IL-21. Chỉ có IL-2Rβ và γc
là tiếp tục con đường dẫn truyền tín hiệu nội bào thơng qua việc kích hoạt con
đường JAK (Janus kinase) như JAK1 (IL-2Rβ) và JAK3 (γc). Việc gắn kết của IL-2
và bộ 3 thụ thể ái lực cao làm kích hoạt con đường MAP, STAT5 [12].
Trong đáp ứng miễn dịch tổng thể đối vời kháng nguyên, IL-2 và IL-2Rα cùng hiện
diện khi tế bào T kích hoạt. Việc gia tăng IL-2 phụ thuộc vào nồng độ IL-2Rα trên
bề mặt tế bào. IL-2 gắn kết với thụ thể IL-2 Rα trước rồi phức hợp này gắn kết với
thụ thể β và γc (trên cùng tế bào hay các tế bào liền kề nhau) sau đó kích hoạt tín
hiệu nội bào dẫn đến q trình phiên mã, thụ thể IL-2 được kích hoạt dẫn đến việc
giảm biểu hiện của IL-2, hạn chế kích thích việc tự tác động, trong khi nồng độ IL2Rα cao thì duy trì con đường tác động lên các tế bào kế cận. Tùy thuộc vào thụ thể
nào được hoạt hóa, tế bào T kích hoạt được tăng sinh (chủ yếu là CD4+ hoặc
CD8+). Mức độ tín hiệu IL-2 cũng được chứng minh là cho ảnh hưởng tới sự phát

triển đến các tế bào CD4+, CD8+ ghi nhớ (tế bào cần thiết cho hiệu quả của việc
chống tái nhiễm). Các tế bào Tregs phụ thuộc vào nồng độ IL-2 để tồn tại và biểu
hiện số lượng lớn thụ thể IL-2Rα tuy nhiên lại không tự sản xuất được IL-2. Các tế
bào này được gọi là tế bào trung gian hoạt động nhưng ức chế miễn dịch tự động và
đóng vai trị quan trọng trong duy trì tự miễn [12].
Vai trị của IL-2 liều cao trong ung thư: với khả năng kích thích tế bào T tăng
trưởng in vitro, IL-2 được mở rộng trong in vivo và được sử dụng để điều trị cho
bệnh nhân ung thư biểu mô tế bào thận di căn. Năm 1992, IL-2 được FDA chấp
thuận trong điều trị melanoma và ung thư biểu mô tế bào thận, và sử dụng kết hợp
với histamin di-hydroclorids được chấp thuận ở Châu Âu để ngăn chặn bệnh bạch
cầu mạn dòng tủy tái phát.
IL-2 liều thấp cho bệnh miễn dịch và kháng viêm: với khả năng tác động lên tế bào
Tregs, IL-2 liều thấp được nghiên cứu để sử dụng trên các bệnh tự miễn và viêm
9
.


.

Luận văn Thạc sĩ

Tổng quan tài liệu

như: đái tháo đường týp 1, lupus ban đỏ, viêm gan C, bệnh thải ghép. Tuy nhiên do
có thể áp dụng trên nhiều loại bệnh khác nhau nên liều lượng và thời gian sử dụng
cần được nghiên cứu thêm.
Phức hợp của IL-2 và kháng thể kháng IL-2: có thể điều chỉnh được hoạt động IL-2
đồng thời kích thích cơ chế gây độc tế bào của tế bào lympho và tế bào Tregs để
điều trị các bệnh ung thư, bệnh tự miễn với thời gian bán hủy kéo dài và ít độc tính
hơn việc dùng riêng lẻ IL-2, tùy theo IL-2 được phối hợp với kháng thể nào để tạo

ra phức hợp có hoạt tính khác nhau.
Chất đồng vận IL-2 như Aldesleukin (Proleukin; Chiron) là IL-2 tái tổ hợp được sử
dụng trong ung thư thận, Denileukin diftitox (Ontak; Eisai) là IL-12 tái tổ hợp với
độc tố diphtheria điều trị bệnh nhân có biểu hiện quá mức IL-2R trên tế bào T
lymphoma.
Thuốc đối kháng thụ thể IL-2Rα nổi bật trong phòng ngừa chống thải ghép bao
gồm: Dadizumab (Zenapax; Hoffmann-La Roche) và basiliximab (Simulect;
Novartis) hoạt động bằng cách kết hợp trực tiếp: phong tỏa thụ thể, điều hịa giảm
thụ thể (kích hoạt loại bỏ IL-2Rα khỏi bề mặt tế bào mà không báo hiệu) và gây độc
tế bào qua trung gian kháng thể (ADCC) thơng qua kích hoạt và nhận biết bởi các tế
bào NK [39].
1.2.6. Các phân tử nhỏ ức chế Interleukin-2 hiện nay
IL-2 được khám phá vào năm 1975 và là 1 trong số các cytokin được nghiên cứu
nhiều nhất. IL-2 đóng vai trị rất quan trọng trong hệ thống miễn dịch và cân bằng
nội mơi. Hiện nay, IL-2 được nghiên cứu chính trong liệu pháp ức chế khối u ở thận
và melanoma, đồng thời là liệu pháp miễn dịch cho bệnh nhân HIV. Sản phẩm đang
lưu hành Aldesluekin là protein tái tổ hợp với sự thay đổi 1 acid amin ở vị trí 125 và
khơng có đầu NH2 ở acid amin alanin. Về cơ chế chống khối u của IL-2 hiện nay
vẫn chưa rõ ràng nhưng có giả thiết cho rằng IL-2 ngoại sinh thúc đẩy phản ứng
chống khối u qua trung gian CTL. Với bệnh nhân HIV, IL-2 làm gia tăng số lượng
tế bào T CD4+ và qua những nghiên cứu gần đây cho thấy có sự mở rộng liên quan
10
.


.

Luận văn Thạc sĩ

Tổng quan tài liệu

đến tế bào CD4/CD25T [4]. Ro26-4550 (Hình 1.5) là chất ức chế IL-2/IL-2R đầu
tiên được tìm thấy. Hợp chất này là một cấu trúc phân tử nhỏ được thiết kế dựa trên
cấu trúc một peptid của IL-2 nên được dự đoán là sẽ gắn kết với thụ thể IL-2R. Tuy
nhiên, các nghiên cứu tiến hành trên Ro26-4550 lại cho thấy chất này gắn kết với
chính IL-2 tại vùng tương tác với thụ thể IL-2R, với IC50 = 3 µM. Việc gắn kết
giữa Ro26-4550 và IL-2 làm cứng cấu trúc IL-2 tại vùng vốn có tính linh động để
gắn kết với IL-2R dẫn đến IL-2 khơng cịn khả năng gắn kết với thụ thể IL-2R [7].

a)

b)

Hình 1.5 Cấu trúc của a) Ro26-4550 và b) SP4206
SP4206 là chất ức chế IL-2 đầy triển vọng trong nổ lực nghiên cứu khả năng gắn
kết của nó với IL-2 như Hình 1.5b, SP4206 là chất ức chế quá trình phosphoryl hóa
nội bào của STST5 qua trung gian IL-2 với EC50 = 3µM, IC50= 0.06 µM với PK rất
hứa hẹn là 2,1h ở trên chuột và hệ số thanh thải 13,6 ml/phút/ kg, D = 1,1 l/kg.
1.3. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SÀNG LỌC ẢO
Sàng lọc ảo (Virtual screening: VS) bao gồm một loạt các mơ hình tin học được
khởi chạy tuần tự để lựa chọn và dự đoán những chất có hoạt tính tốt nhất [23].
11
.


.

Luận văn Thạc sĩ

Tổng quan tài liệu

Sàng lọc ảo đã trở thành một công cụ tiêu chuẩn để khám phá nên thuốc mới và xác
định các hợp chất gắn với hợp chất mục tiêu nhất định. Sau khi được xác định, các
hợp chất này có thể mang đi thử nghiệm sinh học tiếp theo. Ngoài ra kỹ thuật sàng
lọc ảo có thể đốn được các hợp chất có đặc tính dược lực, dược động học, độc tính
dựa trên cấu trúc và tính chất lý hóa của chúng [1].
Sàng lọc ảo có hai phương pháp chủ yếu là sàng lọc dựa vào cấu trúc mục tiêu và
sàng lọc dựa vào các chất có hoạt tính hay phối tử (ligand). Sàng lọc ảo dựa trên
cấu trúc mục tiêu (Structure based − SB) nhằm tìm kiếm vị trí gắn kết tiềm năng
giữa ligand và mục tiêu tác động (protein). Docking là phương pháp được áp dụng
rộng rãi để sàng lọc ảo dựa trên cấu trúc mục tiêu. Phương pháp này được áp dụng
khi đã xác định được cấu trúc 3D của đích tác động bằng nhiễu xạ tia X, phổ cộng
hưởng từ hạt nhân (NMR) hoặc bằng mơ hình tương đồng (homology). Sau đó
phương pháp gắn kết này sẽ tiến hành định vị và tính điểm gắn kết giữa protein và
ligand để tính toán năng lượng tương tác của mỗi cấu trúc [9].
Sàng lọc dựa vào ligand (Ligand based − LB) là cách tiếp cận gián tiếp thường
được sử dụng trong trường hợp thiếu cấu trúc protein thực nghiệm cũng như gặp
khó khăn trong việc thiết kế một mơ hình tin cậy. Ligand based bắt đầu từ những
cấu trúc phân tử có hoạt tính đã biết thơng qua các thử nghiệm và áp dụng các mơ
hình tính tốn để tìm ra các chỉ số tương đồng. Sau khi các mơ hình được xây dựng,
một ligand mới có thể được áp dụng lên mơ hình để dự đốn tác động của nó trên
cấu trúc mục tiêu [23]. Hai yếu tố quan trọng trong phương pháp này đó chính là
cách đo lường tương tự hiệu quả và tính điểm đáng tin cậy. Ngồi ra phương pháp
tính tốn có thể sàng lọc một số lượng lớn các phối tử tiềm năng với độ chính xác
và tốc độ hợp lý [9].
1.4. MƠ HÌNH 3D–PHARMACOPHORE
1.4.1. Định nghĩa

12
.