Tổng quan về farnesyltransferase và các chất ức chế farnesyltransferase

BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI



PHẠM THỊ THU TRANG

TỔNG QUAN VỀ
FARNESYLTRANSFERASE
VÀ CÁC CHẤT ỨC CHẾ
FARNESYLTRANSFERASE

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SỸ


HÀ NỘI – 2013


BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI


PHẠM THỊ THU TRANG

TỔNG QUAN VỀ
FARNESYLTRANSFERASE
VÀ CÁC CHẤT ỨC CHẾ
FARNESYLTRANSFERASE

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SỸ

Ngƣời hƣớng dẫn:
PGS.TS. Nguyễn Hải Nam
Nơi thực hiện:
Bộ môn Hóa dƣợc

Hà Nội – 2013


LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành cuốn khóa luận này, cho phép tôi được bày tỏ lòng biết
ơn sâu sắc và kính trọng tới những người đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình
thực hiện đề tài. Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến
PGS. TS. Nguyễn Hải Nam cùng các thầy cô giáo trong bộ môn hóa dược đã tận
tình giúp đỡ chỉ bảo, hướng dẫn, giảng dạy cho tôi nhiều kiến thức quý báu trong
quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn các thầy cô trong Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo và
các thầy cô giáo trường Đại học Dược Hà Nội đã dạy dỗ và giúp đỡ tôi trong suốt
quá trình học tập tại trường.
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã luôn chia sẻ,
động viên, giúp đỡ tôi trong học tập và trong cuộc sống.
Hà nội, ngày 20 tháng 5 năm 2012


Phạm Thị Thu Trang

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
ĐẶT VẤN ĐỀ 1
Chƣơng 1: RAS VÀ FARNESYLTRANSFERASE 3
1.1. Protein RAS 3
1.1.1. Cấu trúc của protein Ras 3
1.1.2. Hoạt động của protein Ras 4
1.1.3. Đột biến Ras 7
1.2. Farnesyltransferase 8
1.2.1. Cấu trúc của Ftase 9
1.2.1.1 . Cấu trúc của nhóm Farnesyl 9
1.2.1.2. Cấu trúc của Farnesyltransferase 9
1.2.2. Vai trò của Farnesyltransferase 10
Chƣơng 2: MỘT SỐ CHẤT ỨC CHẾ FARNESYLTRANSFERASE 12
2.1. Các chất ức chế farnesyltransferase-triển vọng trong nghiên cứu thuốc
điều trị ung thƣ 12
2.2. Cơ sở thiết kế các chất ức chế farnesyltransferase 14
2.3. Phân loại 14
2.3.1. Các FTI có cấu trúc tương tự với FDP 15
2.3.2. Các chất cạnh tranh với CAAX 16
2.3.3. Các FTI tương tự lưỡng cơ chất (bisubtrate) 18
2.3.4. Các FTI khác 19


2.4. Các FTI cụ thể 20
2.4.1. R-115777 20

2.4.1.1. Cấu tạo hóa học 20
2.4.1.2. Nguồn gốc, thiết kế, quá trình nghiên cứu phát triển 20
2.4.1.3. Sơ đồ tổng hợp 24
2.4.1.4. Tác dụng dược lý 25
2.4.2. Sch66336 28
2.4.2.1. Cấu tạo hóa học 28
2.4.2.2. Nguồn gốc, thiết kết, quá trình nghiên cứu phát triển 29
2.4.2.3. Sơ đồ tổng hợp 31
2.4.2.4. Tác dụng dược lý 32
2.4.2.5. Biến đổi Sch6633336 35
2.4.3. L-778,123 35
2.4.3.1. Cấu tạo hóa học 36
2.4.3.2. Nguồn gốc, thiết kế, quá trình nghiên cứu phát triển 36
2.4.3.3. Sơ đồ tổng hợp 36
2.4.3.4. Tác dụng dược lý 37
2.4.4. BMS-214662 39
2.4.4.1. Cấu tạo hóa học 39
2.4.4.2. Nguồn gốc, thiết kết, quá trình nghiên cứu phát triển 40
2.4.4.3. Sơ đồ tổng hợp 42
2.4.4.4. Tác dụng dược lý 42
2.4.5. Các FTI có nguồn gốc tự nhiên 46
KẾT LUẬN 50
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO


CHÚ GIẢI CÁC CHỮ VIẾT TẮT
1. ADME: absorption, distribution, metabolism, excretion - hấp thu, phân bố, chuyển
hóa, thải trừ.
2. AML: acute myeloid leukemia- bệnh bạch cầu cấp dòng tủy
3. AUC: area under curve- diện tích dưới đường cong

4. DLT: độc tính liều tối đa
5. DMSO: Dimethyl sulfoxide
6. DPI: di prenyltransferase inhibitor – chất ức chế hai prenyltransferase
7. FDP: farnesyl diphosphat
8. FTase: farnesyltransferase
9. FTI: farnesyltransferase inhibitor- chất ức chế farnesyltransferase
10. GAP: GTPase-activating potein- potein hoạt hóa GTPase
11. GDP: guanine-diphosphat
12. GEF: guanine nucleotide exchange factor- yếu tố kích thích ngoại bào
13. GGTase: geranylgeranyl transferase
14. GGTI: geranylgeranyl transferase inhibitor- chất ức chế geranylgeranyl transferase
15. GTP: guanine-triphosphat
16. HOBt: 1-Hydroxybenzotriazole
17. IARC: International Agency for Research on Cancer- Tổ chức ung thư thế giới
18. IC
50
: The half maximal inhibitory concentration- Nồng độ ức chế 50% hoạt động
in vitro
19. In vitro: thử nghiệm ngoài cơ thể
20. In vivo: thử nghiệm trong cơ thể
21. Ki: hệ số ức chế
22. MDS: hội chứngmyelodysplastic
23. MTD: maximum tolerated dose– liều tối đa dung nạp được
24. NSCLC: Non-small-cell lung carcinoma- ung
25. SAR: structute activity relationship- mối tương quan cấu trúc, tác dụng.


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Mối quan hệ giữa cấu trúc-tác dụng của các nhóm thế dựa trên khung là hợp
chất 1 trong nghiên cứu SAR của R-115777 22

Bảng 2.2: Hiệu lực tác dụng của các đồng phân quang học của R-115777 24
Bảng 2.3: Sự tương tác của các nhóm thế C-3 và N-4 trong nghiên cứu SAR của BMS-214662
41
Bảng 2.4: Kết quả dữ liệu dược động học của BMS-214662 trên các bệnh nhân 45
Bảng 2.5: Sự chọn lọc của các FTI có nguồn góc tự nhiên với FTase và GGTase 47
Bảng 2.6: Giá trị Ki của một số FTI có nguồn gốc tự nhiên 48





DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Vị trí của H-Ras trên NST 11. H-Ras ở vị trí 15.5, từ cặp base 532.241 đến cặp
base 535.549 trên nhiễm sắc thể 11. 3
Hình 1.2: Vị trí của N-Ras trên NST 1. N-Ras ở vị trí 13.2, từ cặp base 115.247.084 đến
cặp base 115.259.514 4
Hình 1.3: Vị trí của K-Ras trên NST 12. K-Ras ở vị trí 12.2, từ cặp base 25,358,179 đến
cặp base 25,403,853 4
Hình 1.4: Sự biến đổi của Ras 5
Hình 1.5: Sự biến đổi từ dạng hoạt động sang dạng bất hoạt của Ras 6
Hình 1.6: Cấu trúc của protein Ras liên kết với GTP 6
Hình 1.7: Hoạt động của Ras 7
Hình 1.8: Sự prenyl của các protein kết thúc bằng mẩu CAAX, ER: endoplasmic
reticulum (lưới nội chất). 8
Hình 1.9: Cấu trúc hóa học của farnesyl 9
Hình 1.10: Farnesyltransferase, farnesyl diphosphat trong liên kết với ion kẽm 10
Hình 1.11: Phản ứng farnesyl hoá là bước đầu tiên trong quá trình dẫn truyền tín hiệu
của Ras sau phiên mã 10
Hình 1.12: Phản ứng được xúc tác bởi Farnesyltransferase 11
Hình 2.1: Các FTI cạnh tranh với FDP được tổng hợp 15

Hình 2.2: Các FTI cạnh tranh với CAAX 17
Hình 2.3: FTI có cấu trúc lưỡng cơ chất 19
Hình 2.4: Các FTI chưa rõ cơ chế tác dụng 19
Hình 2.5: Công thức cấu tạo của R115777 20
Hình 2.6: Trifluorophenylmethyl-quinolin bị chuyển thành quinolinon 21
Hình 2.7: Cấu trúc hóa học của miconazole và hợp chất 1 22


Hình 2.8: Cố định 2 nhóm clorophenyl ở vị trí A và B, thay một số nhóm thế trên khung
của hợp chất 1 để tìm ra hợp chất hiệu quả nhất 23
Hình 2.9: Mối quan hệ cấu trúc- tác dụng trên khung R115777 23
Hình 2.10: Sự chọn lọc của R115777 với các prenyltransferase 24
Hình 2.11: Sơ đồ tổng hợp R115777 25
Hình 2.12: Tác dụng ức chế sự tăng trưởng tế bào ung thư tuyến tụy của tipifarnib do ức
chế G1, tác dụng phụ thuộc liều sử dụng 27
Hình 2.13: Công thức cấu tạo của lonafanib 28
Hình2. 14:Sch-37370 và một số chất đã thay đổi nhóm thế 29
Hình 2.15: Cấu trúc của 2e, 2f 30
Hình 2. 16: Cấu trúc của 2g-2i và Sch66336 31
Hình 2.17: Sơ đồ tổng hợp SCH66336 32
Hình 2.18: Tác dụng của Lonafarnib và paclitaxel khi sử dụng riêng và khi kết hợp trong
điều trị ung thư buồng trứng 34
Hình 2.19: Công thức cấu tạo của L-778123 35
Hình 2.20: Sơ đồ tổng hợp L-778123 36
Hình 2.21: Sự ức chế FTase trong các bệnh nhân được điều trị bằng L-778,123 38
Hình 2.22: Công thức cấu tạo của BMS-214662 39
Hình 2.23: Mô hình tương tác của các imidazolylmethyltetrahydrobenzodiazepine với
Ftase 40
Hình 2.24: Sơ đồ tổng hợp BMS-214662 42
Hình 2.25: Tác dụng trên khối u khi sử dụng BMS-214662 đường uống trên các mức độ

khối u HCT-116 trong mô hình chuột bị đột biến suy giảm miễn dịch mang tế bào ung thư
người 43
Hình 2.26: Khả năng ức chế FTase các tế bào máu đơn nhân ngoại vi của BMS-214662
44


Hình 2.27: Nồng độ BMS-214662 trong huyết tươngkhi tiêm tĩnh mạch 46
Hình 2.28: Một số FTI 47
Hình 2.29: Sự ức chế FTase của acid chaetomellic A và chất tương tự acid zaragozic A
48

1


ĐẶT VẤN ĐỀ
Ung thư là căn bệnh gây tử vong đứng hàng thứ hai trên thế giới sau bệnh tim
mạch. Đó là tên chung để chỉ một nhóm gồm khoảng 200 bệnh do các tế bào phân chia
một cách bất thường. Để đảm bảo các chức năng cơ thể con người hoạt động bình
thường, mỗi cơ quan phải có một số lượng tế bào nhất định. Trong các bệnh nhân ung
thư, thay vì tạm nghỉ ngơi, tế bào sẽ tiếp tục phân chia và thay vì chết đi, các tế bào sẽ
tiếp tục sống, do đó làm lượng tế bào ở các cơ quan tăng lên đột biến. Theo số liệu điều
tra của tổ chức ung thư thế giới (IARC), năm 2008 đã có khoảng hơn 12,7 triệu ca ung
thư mới mắc và 7,6 triệu ca tử vong vì ung thư [7,94]. Theo số liệu của cục khám chữa
bệnh-bộ y tế, từ 2002 đến 2012 mỗi năm Việt Nam có 100000 đến 150000 người mắc và
75000 người chết do ung thư.
Trong cơ thể có hơn 60 cơ quan khác nhau, bất kỳ cơ quan nào cũng có thể phát
hiện ung thư. Ung thư có thể phát triển từ hầu hết các loại tế bào trong cơ thể, Mỗi cơ
quan thường được cấu tạo bởi một số loại tế bào khác nhau do đó mỗi cơ quan có thể có
một vài loại ung thư. Tuy nhiên có một số loại ung thư sẽ phổ biến hơn các loại khác.
Cho đến nay, ung thư vẫn được coi là một trong các bệnh nan y trên thế giới và là thách

thức của nền y học hiện đại [90]. Các phương pháp điều trị ung thư hiện nay bao gồm:
điều trị tại chỗ: phẫu thuật, xạ trị và điều trị toàn thân: hóa trị. Cho đến nay, có khoảng
200 thuốc đã được cấp phép sử dụng trong lâm sàng và hàng trăm thuốc vẫn đang được
nghiên cứu. Những thuốc này đã đạt được một số thành tựu như cải thiện được tình trạng
bệnh và kéo dài tuổi thọ bệnh nhân tuy nhiên việc sử dụng chúng có nhiều hạn chế do
độc tính cao, thiếu tính chọn lọc trên các khối u và hiệu lực điều trị thấp [1]. Thêm vào
đó, hầu hết các thuốc điều trị ung thư thường dùng đều có chung cơ chế vì vậy độc tính
cao và sự kháng thuốc là một thách thức lớn. Ngày nay nhờ các tiến bộ về sinh học phân
tử, di truyền học, người ta đã có những hiểu biết ngày càng sâu sắc về các tiến trình sinh
học trong ung thư: sự tăng trưởng tế bào, các gen điều hòa chu trình tế bào, sự chết tế bào
theo chương trình, sự tạo mạch… Điều này đã tạo điều kiện thuận lợi để các nhà khoa
2

học phát triển một liệu pháp mới: liệu pháp điều trị nhắm đích (targeted therapy). Phương
pháp này đang ngày càng khẳng định là một bước đi đúng đắn nhờ việc ra đời của nhiều
thuốc mới hiệu quả hơn, ít tác dụng phụ hơn và có tính chọn lọc cao hơn, mang lại hy
vọng cho những bệnh nhân ung thư. Một số mục tiêu phân tử mà các thuốc đang hướng
đến như: protein kinase, sự tạo mạch, telomerase, farnesyltransferase, histon
deacetylase…
Một trong những mục tiêu phân tử đang được chú ý hiện nay là các enzym
farnesyltransferase (FTase). Nghiên cứu về các FTase, người ta đã chứng minh được rằng
hoạt động bất thường của các protein được farnesyl hóa có liên quan đến nhiều bệnh ung
thư. Trong những năm gần đây, các chất ức chế FTase đang trở thành các tác nhân chống
ung thư đầy triển vọng. Trên thế giới, đã có nhiều báo cáo về các chất ức chế FTase, tuy
nhiên ở Việt Nam, vấn đề này còn khá mới mẻ. Vì vậy, chúng tôi tiến hành thực hiện đề
tài “Tổng quan về farnesyltransferase và các chất ức chế farnesyltransferase” với
mong muốn mang lại những hiểu biết tổng quát nhất về các chất ức chế
farnesyltransferase. Đề tài của chúng tôi gồm những mục tiêu sau:
1. Trình bày đƣợc những đặc điểm sinh học cơ bản của FTase đang đƣợc ứng
dụng trong những nghiên cứu và phát triển thuốc điều trị ung thƣ.

2. Trình bày đặc điểm của một số chất ức chế FTase đƣợc nghiên cứu gần
đây.
3

Chƣơng 1: RAS VÀ FARNESYLTRANSFERASE
1.2. Protein RAS
Hoạt động của các tế bào bình thường trong sinh vật đa bào được kiểm soát chặt
chẽ bởi một mạng lưới các tín hiệu phức tạp, đảm bảo cho các tế bào chỉ sinh sản khi cơ
thể yêu cầu, ví dụ như trong quá trình phát triển hay làm lành vết thương. Ung thư xảy ra
khi sự phát triển bình thường đó bị phá vỡ, thường là do các sai sót trong dẫn truyền tín
hiệu.
Protein Ras là nhóm protein liên kết với nucleotid đóng vai trò then chốt trong
kiểm soát sự phát triển của các tế bào bình thường cũng như các tế bào đột biến. Các
nghiên cứu thực nghiệm về cấu trúc, chức năng và sự điều hòa protein Ras đã chỉ ra rằng
chúng là chìa khoá trung gian trong các con đường dẫn truyền tín hiệu điều hòa sự sinh
sản tế bào cũng như tín hiệu từ các receptor kinase, receptor kiểm soát rất nhiều quá trình
của tế bào như: sự phát triển, biệt hóa, sự chết theo chương trình (apoptosis), tổ chức cấu
tạo tế bào và sự vận chuyển qua màng [5,46].
1.1.1. Cấu trúc của protein Ras
Có 3 loại protein Ras bao gồm H-Ras, N-Ras và K-Ras (gồm K-Ras4A và K-
Ras4B). Các protein Ras có 188 hoặc 189 amino acid có trình tự tương đồng: 86 amino
acid đầu giống hệt nhau, 78 amino acid tiếp theo có 79% tương đồng và các amino acid
cuối có trình tự khác nhau [42,46]. Các protein Ras có vai trò khác nhau:
H-Ras: GTPase H-Ras là enzym biến đổi protein p21 của người, được mã hóa
bởi gen H-Ras nằm trên cánh tay ngắn của NST 11 (hình 1.1) [86].

Hình 1.1: Vị trí của H-Ras trên NST 11. H-Ras ở vị trí 15.5, từ cặp base 532.241 đến cặp base
535.549 trên nhiễm sắc thể 11.
4

N-Ras: GTPase N-Ras là một enzym ở người được mã hóa bởi gen N-Ras, nó
là một oncogen (gen có khả năng gây ung thư) mã hóa cho protein màng tế
bào, di chuyển qua lại giữa bộ máy Golgi và màng sinh chất. Gen N-Ras nằm
trên cánh tay ngắn của NST số 1 (hình 1.2) [88].

Hình 1.2: Vị trí của N-Ras trên NST 1. N-Ras ở vị trí 13.2, từ cặp base 115.247.084 đến cặp
base 115.259.514
K-Ras: GTPase K-Ras là enzym ở người được mã hóa bởi gen K-Ras nằm trên
cánh tay ngắn của NST 12. K-Ras tham gia vào điều chỉnh sự phân chia tế bào
bằng cách vận chuyển các tín hiệu từ ngoại bào vào nhân, là một phần của con
đường RAS/MAPK Có 2 loại K-Ras là K-Ras4A và K-Ras4B (hình 1.3) [87].

Hình 1.3: Vị trí của K-Ras trên NST 12. K-Ras ở vị trí 12.2, từ cặp base 25,358,179 đến cặp
base 25,403,853.
1.1.2. Hoạt động của protein Ras
Protein Ras được tổng hợp như protein ưa nước trong các ribosome tự do trong tế
bào chất (Pro-Ras) [75]. Để dẫn truyền các tín hiệu ngoại bào thu được từ các yếu tố sinh
trưởng và các cytokin, Ras phải gắn với mặt trong của màng sinh chất. Việc này được hỗ
trợ bởi một chuỗi các biến đổi hóa học sau phiên mã. Sau khi tạo thành Pro-Ras trong tế
bào chất, Ras tiếp tục được biến đổi qua nhiều quá trình nối tiếp nhau: đầu tiên là phản
ứng farnesyl hóa của phần cystein; tiếp đến là phản ứng thủy phân cắt chuỗi peptid AAX
(A là amino acid béo bất kì, X là amino acid bất kì) bởi protease; và cuối cùng là phản
5

ứng methyl hóa đầu tận cùng C (C-terminal) bởi enzym carboxylmethyl transferase. Phản
ứng farnesyl hóa là phản ứng quan trọng nhất của quá trình này [12,48].

Hình 1.4: Sự biến đổi của Ras: sau khi được tổng hợp ở Ribosome, Ras được gắn thêm nhóm
prenyl ở tế bào chất, sau đó chuyển vào lưới nội chất, ở đây xảy ra quá trình thủy phân cắt chuỗi
AAX, rồi đến phản ứng methyl hóa đầu tận cùng C (C-terminal) bởi enzym carboxylmethyl

transferase, cuối cùng Ras liên kết cộng hóa trị với acid béo và được vận chuyển đến màng tế
bào.
Các protein Ras dẫn truyền tín hiệu ngoại bào từ các receptor ở bề mặt tế bào vào
trong tế bào để bắt đầu quá trình chuyển hóa của protein kinase. Ở điều kiện bình thường,
Ras liên kết với GDP (Ras-GDP) là trạng thái không hoạt động nhanh chóng được
chuyển đổi thành Ras-GTP là trạng thái hoạt động để đáp ứng với các kích thích ngoại
bào, bao gồm: các yếu tố tăng trưởng- kích thích sự tăng trưởng của nguyên bào sợi, các
yếu tố tăng trưởng kích hoạt lympho- kích thích sự gia tăng của tế bào tạo máu, hormon
và các chất dẫn truyền thần kinh (hình 1.5) [26,36].
6


Hình 1.5: Sự biến đổi từ dạng hoạt động sang dạng bất hoạt của Ras. Khi liên kết với GTP, Ras
trở thành dạng hoạt động, GTPase loại 1 nhóm Phosphoryl (Pi) chuyển Ras về dạng không hoạt
động.

Hình 1.6: Cấu trúc của protein Ras liên kết với GTP
Các GTPase Ras điều hòa sự phân chia tế bào thông qua đáp ứng với sự kích thích
của các yếu tố tăng trưởng. Các yếu tố tăng trưởng gắn với receptor ở màng sinh chất, sau
khi được hoạt hóa, các receptor kích thích sự truyền tín hiệu bên trong tế bào, các tín hiệu
truyền tin thứ 2 từ bên ngoài tế bào vào nhân tế bào gây ra đáp ứng, làm tế bào phát triển
hoặc phân chia. GTPase Ras là tín hiệu sớm trong nhiều con đường truyền tin, nó gắn
7

được với màng tế bào là do sự có mặt của nhóm isoprenyl ở đầu tận C. Ví dụ như hoạt
động của H-Ras (hình 1.7).

Hình 1.7: Hoạt động của H-Ras
1.1.3. Đột biến Ras
Trong số khoảng 30% bệnh ung thư, đặc biệt chiếm tỉ lệ lớn là ung thư tụy và ung

thư ruột kết, có sự tạo thành protein Ras đột biến, luôn tồn tại ở trạng thái hoạt động, do
đó không kiểm soát được các tín hiệu tăng trưởng [22].
Ở các tế bào bình thường thì các yếu tố tăng trưởng ngoại bào kích thích liên tục
sẽ duy trì Ras ở trạng thái hoạt động (Ras-GTP), làm vận chuyển tín hiệu tới các protein,
nếu không Ras nhanh chóng chuyển về dạng không hoạt động( Ras-GDP). Trong các tế
bào có đột biến Ras, Ras không quay lại dạng liên kết với GDP mà vẫn ở trạng thái liên
kết với GTP và kích hoạt liên tục sự sinh sản của tế bào mặc dù không có sự kích thích
của yếu tố tăng trưởng [22].
Trong các khối u khác nhau thường có đột biến 1 gen Ras: tỷ lệ đột biến K-Ras là
cao nhất, chủ yếu trong ung thư tuyến tụy (90%), ruột kết (50%) và phổi (30%). Gen N-
ras chủ yếu gây đột biến trong bệnh bạch cầu (30%). Đối với trẻ em, đột biến N-Ras ở
codon 12 hoặc 13 được cho là 1 yếu tố làm tăng nguy cơ tái phát bệnh bạch cầu lympho
8

cấp. Tỷ lệ đột biến gen H-Ras là thấp nhất. Tuy nhiên chỉ đột biến gen Ras là không đủ
cho một biến đổi ác tính, khối u chỉ xuất hiện khi có nhiều sai khác trong di truyền [6].
1.2. Farnesyltransferase
Đa số các phản ứng prenyl hóa được xúc tác bởi các prenyltransferase, chúng gắn
các nhóm isoprenoid: 15-carbon-farnesyl hoặc 20-carbon-geranylgeranyl. 2 trong 3
prenyltransferase: farnesyltransferase và geranylgeranyl transferase-I có thể hoạt động
trên các protein kết thúc bằng mẩu CAAX (C: cystein, A là amino acid béo bất kì, X là
amino acid bất kì) như: Ras, RhoB, RhoE, lamin A và lamin B. Chúng là 2 heterodimer
có 1 tiểu đơn vị α giống nhau và 1 tiểu đơn vị β khác nhau [27].
FTase ưu tiên cho các protein kết thúc là methionin (M) hoặc serin (S) còn
GGTase-I ưu tiên cho các protein kết thúc là một leucin (L). H-Ras chỉ bị biến đổi bởi
FTase còn N-Ras và K-Ras sẽ bị biến đổi bởi GGTase khi FTase bị ức chế (hình 1.8)
[13].

Hình 1.8: Sự prenyl của các protein kết thúc bằng mẩu CAAX, ER: endoplasmic reticulum (lưới
nội chất).

Các nghiên cứu gần đây đã được thực hiện với một lượng lớn các chất ức chế
farnesyltransferase (FTI) để tìm hiểu về phổ tác dụng cũng như để hiểu rõ hơn cơ chế
sinh học của chúng. Kết quả cho thấy các FTI còn có tác dụng trên các khối u không phải
9

do đột biến Ras. Hiện nay, cơ chế tác dụng của FTI rất phức tạp và chưa được hiểu hết
[40].
1.2.1. Cấu trúc của FTase
1.2.1.1. Cấu trúc của nhóm farnesyl
Nhóm farnesyl gồm 3 nhóm isopren, mỗi nhóm có 5 carbon (hình 1.9). Nhóm
farnesyl này sẽ được gắn vào Pro-Ras để biến đổi thành Ras.


Hình 1.9: Cấu trúc hóa học của farnesyl
1.2.1.2. Cấu trúc của farnesyltransferase
Farnesyltransferase là một metalloenzym kẽm, gồm 2 tiểu đơn vị có cấu trúc
tương tự nhau: α và β. Tiểu đơn vị α gồm 378 amino acid [45,63]. Ở đầu tận N, nó có 7
cặp amino acid đối song có cấu trúc xoắn alpha tạo thành hình liềm [68]. Trong vòng
xoắn này, vị trí của asparagin, arginine, tryptophan và glutamat được giữ cố định. Sự bất
biến của tryptophan được cho là có liên quan đến việc liên kết với tiểu đơn vị beta
[57,81]. Trong tiểu đơn vị beta cấu trúc cũng được lặp đi lặp lại nhưng phenylalanin được
giữ cố định. Tiểu đơn vị beta có chứa kẽm và 437 amino acid tạo thành cấu trúc xoắn bất
thường. Ion kẽm cùng các aminoacid ở xung quanh nó tạo thành một điện trường để liên
kết với farnesyldiphosphat (hình 1.10) [42].
10


Hình 1.10: Farnesyltransferase, farnesyl diphosphat trong liên kết với ion kẽm
1.2.2. Vai trò của farnesyltransferase
Farnesyltransferase (FTase) xúc tác cho phản ứng farnesyl hóa bằng cách nhận

dạng mẩu CAAX ở đầu tận cùng C của Ras và chuyển 15-carbon farnesyl isopenoid từ
farnesyl diphosphat (FDP) tới kết hợp với cystein của Ras tạo thành thioete (hình 1.11)
[57,81], sau đó đuôi AAX sẽ bị thủy phân. FTase chọn lọc các protein có X là methionin
(M) hoặc serin (S).
Cys A
1
SH
A
2
X
O
P
O
O
O
P
O
O
O
Ras
Farnesyl diphosphate (FDP)
Cys A
1
S
A
2
X
Ras
FTase

Hình 1.11 : Phản ứng farnesyl hoá là bước đầu tiên trong quá trình dẫn truyền tín hiệu của Ras
sau phiên mã
Ion kẽm
Nhóm
farnesyl
diphosphat
11

Đây là bước quan trọng trong quá trình hoạt hóa Ras

Hình 1.12: Phản ứng được xúc tác bởi farnesyltransferase.
Gen Ras thường bị đột biến trong các khối u hơn các gen khác, do đó các protein
được mã hóa bởi gen này được coi là mục tiêu điều trị nhắm đích từ khi được phát hiện.
Tuy nhiên, sau 30 năm nghiên cứu, không có thuốc điều trị nhắm đích protein Ras nào
được phát triển thành công trong nghiên cứu thuốc điều trị ung thư. Thật vây, các khối u
có đột biến Ras vẫn là các khối u khó điều trị và loại bỏ bằng phương pháp điều trị nhắm
đích [66]. Như đã trình bày ở trên, Ras được tổng hợp ở dạng chưa hoạt động (Pro-Ras).
Để chuyển thành dạng hoạt động nó phải trải qua một chuỗi biến đổi, trong đó phản ứng
farnesyl hóa được xúc tác bởi enzym FTase là phản ứng đầu tiên và quan trọng nhất.
Theo đó, FTase bị ức chế sẽ ngăn sự biến đổi Ras thành dạng hoàn chỉnh, có khả năng
hoạt động. FTase được xem như mục tiêu điều trị tiềm năng cho các bệnh ung thư do đột
biến Ras. Các FTI đang được nghiên cứu, một số hợp chất đã được đưa vào thử nghiệm
lâm sàng và cho kết quả hứa hẹn [62].

12

Chƣơng 2: MỘT SỐ CHẤT ỨC CHẾ
FARNESYLTRANSFERASE
2.5. Các chất ức chế farnesyltransferase-triển vọng trong nghiên cứu thuốc
điều trị ung thƣ

Nghiên cứu trong các khối u có đột biến H-Ras cho thấy các chất ức chế
farnesyltransferase ngăn chặn sự farnesyl của Ras trong các tế bào ung thư của các mô
nuôi cấy [59, 74]. Trong các thử nghiệm tiền lâm sàng, các FTI đã cho thấy hiệu lực đáng
kể trong vai trò 1 thuốc chống ung thư. Giá trị IC
50
của các FTI dạng phân tử nano có
nồng độ rất thấp với các cơ chất là H-Ras hoặc K-Ras. Thêm vào đó, một lượng lớn các
tế bào ung thư rất nhạy cảm với các FTI [21,64].
Các tác nhân này ức chế sự farnesyl hiệu quả hơn sự geranylgeranyl của protein
Ras, nó cũng có khả năng ức chế sự farnesyl của 1 số protein không phải là cơ chất của
FTase, khi đó cần nồng độ FTI cao hơn, đặc biệt là khi ức chế sự farnesyl của lamin B
[24,59]. Khi sử dụng FTI, các tế bào ung thư có đột biến H-Ras thường bị ức chế hoàn
toàn trong khi các tế bào có đột biến N-Ras và K-Ras thường có khả năng sống sót cao
hơn. Nagasu và cộng sự đã so sánh sự ức chế các khối u trong chuột mang tế bào ung thư
người (xenograft) của 3 dòng tế bào: EJ-1 (ung thư bàng quang), HT1080 (fibrosarcoma)
và HCT116 (ung thư ruột kết) tương ứng thế hiện đột biến H-Ras, N-Ras và K-Ras bởi
FTI B956/B1086. Kết quả là độ nhạy cao nhất với các tế bào có đột biến H-Ras, sau đó là
các tế bào có đột biến N-Ras và cuối cùng là các tế bào có đột biến K-Ras [51]. Nguyên
nhân có thể là do khi sự farnesyl bị ức chế, các tế bào có đột biến N-Ras và K-Ras có khả
năng thoát ức chế do chúng chuyển sang bị geranylgeranyl hóa bởi GGTase-I [32,33]. N-
Ras và K-Ras có thể được biến đổi bởi cả FTase và GGTase, sự geranylgeranyl chỉ trở
nên quan trọng khi sự farnesyl bị ức chế. Hoặc có thể do H-Ras có ái lực với FTase cao
hơn K-Ras và N-Ras. Do đó có thể dự đoán là các FTI hiệu quả trong điều trị các khối u
có đột biến H-Ras hơn các khối u có đột biến N-Ras và K-Ras. Tuy nhiên, đáng chú ý là
1 số dòng tế bào không mang đột biến Ras cũng nhạy cảm với các FTI [64].
13

Mijimolle và cộng sự đã sử dụng phương pháp di truyền để nghiên cứu tác dụng
kháng khối u của các FTI bằng cách tạo ra rồi tìm điều kiện để loại tiểu đơn vị β của
FTase trong chuột. Trong mô hình này, có thể thấy sự xuất hiện của FTase quyết định sự

phát triển của khối u mặc dù sự biến đổi của tế bào từ dạng bình thường sang dạng ác tính
không đòi hỏi các protein bị farnesyl hóa, ngoài ra sự cân bằng nội môi của con người
cũng không bị cản trở bởi sự thiếu hụt FTase [49]. Những quan sát này cho thấy các FTI
cón thể dùng như là tác nhân hóa học để phòng và hỗ trợ điều trị ung thư. Tuy nhiên cơ
chế tác dụng của FTI vẫn chưa rõ ràng do chưa xác định được cơ chế ức chế sự phát triển
của khối u.
Các phát hiện cho thấy trong những điều kiện nhất định, các FTI có thể ức chế sự
phát triển của khối u bằng cách thúc đẩy quá trình apoptosis (sự chết theo chương trình),
liệu mục tiêu phân tử chính là Ras hay 1 protein khác cũng trải qua sự farnesyl? Mục tiêu
này có thể là RhoB, protein tham gia vào sự liên kết và cũng trải qua sự farnesyl. Có thể
các FTI ngăn chặn tín hiệu của RhoB, tín hiệu làm các tế bào bị đột biến và tiếp tục sống
[41].
Thậm chí có bằng chứng cho thấy nếu có các đột biến oncogen Ras, các tế bào ác
tính với nhiều bất thường gen có thể nhạy cảm với các FTI. Oncogen H-Ras không được
farnesyl hóa sẽ tạo thành phức hợp với Raf, ngăn cản sự di chuyển của nó từ tế bào chất
đến màng tế bào. Tuy nhiên 1 phi-oncogen Ras được farnesyl hóa nên nó không tương
tác với Raf. Do đó các tế bào với oncogen Ras có thể nhạy cảm với FTI hơn các tế bào
bình thường [50]. Tuy nhiên, sự ức chế không hoàn toàn FTase sẽ tạo ra oncogen Ras
làm ức chế Raf trong các tế bào khối u có đột biến Ras, trong khi hoạt tính của Raf trong
các tế bào bình thường không bị ảnh hưởng.

14

2.6. Cơ sở thiết kế các chất ức chế farnesyltransferase
Như đã đề cập ở trên, Ras được tạo thành ở tế bào chất và để chuyển thành dạng
hoạt động, bước đầu tiên và quan trọng nhất là sự farnesyl của cystein của nhóm CAAX
ở đầu tận C, sau đó nhóm AAX bị phân cắt cắt bởi Ras-converting enzym I còn cysteine
đã được farnesyl hóa và carboxymethyl hóa bởi isoprenylcysteine carboxyl
methyltransferase [60]. Nhờ sự biến đổi này (H-Ras, N-Ras, và K-Ras 4A) hoặc nhờ có
các nguyên tử hydro linh động ( K-Ras 4B), các protein Ras được gắn vào màng tế bào

[29]. Sau đó, Ras liên kết với GTP sẽ chuyển thành dạng hoạt động. Sự farnesyl của
cystein ở đầu tận cùng C bởi enzym FTase là cần thiết cho chức năng của Ras, do đó
FTase có thể là 1 đích tác dụng cho các can thiệp. FTase có 2 vị trí để liên kết: 1 vị trí để
nhận dạng farnesyl pyrophosphat và 1 vị trí cho CAAX của protein [44]. Các nghiên cứu
đã tìm ra cấu trúc tinh thể của FTase người và dự đoán rằng trong các tetrapeptid CAAX
tương tự, chỉ các peptid có valine hoặc isoleucin ở A2 được farnesyl hóa. Việc tìm ra cấu
trúc tinh thể cũng chỉ ra rằng đột biến amino acid 12 (do sự đổi chỗ của glycine) dẫn đầu
trong ảnh hưởng không gian trong thủy phân GTP. Glutamin ở vị trí 61 là 1 vị trí quan
trọng trong xúc tác phản ứng của GTPase. Do đó đột biến ở các vị trí này ảnh hưởng đến
hoạt động của các enzym [37]. Dựa trên những phát hiện này, các chất ức chế
peptidomimetic của FTase đã được thiết kế.
2.7. Phân loại
Dựa vào cấu trúc, cơ chế hoạt động, các FTI được chia thành 4 loại:
Các FTI có cấu trúc tương tự FDP: acid (α-hydroxyfarnesyl) phosphonic, dẫn
xuất của acid β-ketophosphonic, β-hydroxyphosphonic và J-104871
Các FTI có cấu trúc tương tự CAAX: BZA-5B, BZA-2B,L-731,734, L-731,735,
L-739,749, L-739,787,L-739,750, L-744,832 B581, Cys-4-ABA-Met và Cys-
AMBA-Met, FTI-276, FTI-277, B956 và dẫn xuất methyl este B1096, RPR-
115135
15

Các FTI lưỡng cơ chất: các chất tương tự acid phosphonic, các chất ức chế
phosphonat: BMS-185878, BMS-186511 và BMS-184467, dẫn xuất acid
phosphinyl và dẫn xuất của acid hydroxamic.
Các FTI khác có nguồn gốc tự nhiên: acid chaetomellic, acid actinoplanic A và
các chất tương tự manumycin
2.7.1. Các FTI có cấu trúc tƣơng tự với FDP
Các FTI loại này được thiết kế dựa trên phần farnesyl của cơ chất FDP để thiết kế
các FTI có cấu trúc tương tự FDP (hình 2.1). Các FTI loại này sẽ cạnh tranh với FDP để
giảm phản ứng farnesyl hóa của Ras bằng cách gắn với FTase ở vị trí gắn của FDP. α-

hydroxyfarnesylphophat là chất gốc của nhóm này, dựa vào cấu trúc của hợp chất này để
tổng hợp các dẫn xuất mới có khả năng ức chế FTase chọn lọc hơn [42].
O P
O
-
O
O P O
-
O
-
O
P
OH
OH
OHO
O
P
FF
ONa
ONa
O
O P O
O
-
O
P O
-
O
-
O

N
H
P
O
CO
2
Na
ONa
O
ONa
O
H
N
P
O
ONa
ONa
O
O
H
N
P
O
ONa
O
O O
O
FPP
(a -Hydroxyfarnesyl)phosphonic Acid
FPPA 1

Difluorinated b-Ketophosphonic Acid
Compound I
Compound II
Compound III

Hình 2.1: Các FTI cạnh tranh với FDP được tổng hợp
Trong các FTI đầu tiên thể hiện hoạt tính trong hệ thống tế bào nuôi cấy, FDP
không thể bị thủy phân: acid α-hydroxyfarnesyl-phosphonic ức chế FTase với hệ số ức
chế (Ki) = 5 nM/L [42, 34]. Tác nhân này ức chế quá trình Ras trong các nguyên bào sợi
đột biến H-Ras NIH3T3 ở nồng độ thấp 1µM/L [56]. Các chất tương tự FDP thường có
độ chọn lọc cao, ức chế FTase ở nồng độ dưới micromol trong các thử nghiệm in vitro đã
được tổng hợp và cho thấy khả năng ức chế quá trình H-Ras trong các tế bào ở nồng độ