Xây dựng mô hình toán học giúp nhận biết chất ức chế enzym histon deacetylase 2 có tác dụng chống ung thư

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA Y DƢỢC

NGUYỄN THỊ HIỀN

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC
GIÚP NHẬN BIẾT CHẤT ỨC CHẾ
ENZYM HISTON DEACETYLASE 2
CÓ TÁC DỤNG CHỐNG UNG THƢ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƢỢC HỌC

Hà Nội – 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA Y DƢỢC

Người thực hiện: NGUYỄN THỊ HIỀN

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC
GIÚP NHẬN BIẾT CHẤT ỨC CHẾ
ENZYM HISTON DEACETYLASE 2
CÓ TÁC DỤNG CHỐNG UNG THƢ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƢỢC HỌC

Khóa: QH.2012.Y
Người hướng dẫn: 1. TS. LÊ THỊ THU HƢỜNG
2. TS. PHẠM THẾ HẢI

Hà Nội - 2017


LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc và gửi lời cảm ơn chân thành
tới TS. Lê Thị Thu Hường, công tác tại bộ môn Dược liệu và Dược học cổ
truyền - khoa Y Dược Trường Đại học Quốc gia Hà Nội là người thầy tận
tình 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
học Dược Hà Nội đã chỉ bảo tận tình cho tôi từ những bước đi ban đầu khi
nhận đề tài.
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
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
bạn bè luôn sát cánh, đồng hành, ủng hộ động viên tôi trong quá tình học tập,
nghiên cứu hoàn thành luận văn.
Dù đã rất cố gắng nhưng kiến thức, kỹ năng và thời gian thực hiện còn
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.
Tôi xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, Ngày 8 tháng 6 năm 2017
Sinh Viên
Nguyễn Thị Hiền


DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

Tên viết tắt

Tên Tiếng Anh

Tên Tiếng Việt
Cơ sở dữ liệu

CSDL
FDA

Food and Drug
Administation

HAT

Enzym Histon

Cơ quan Quản lý Thực
phẩm và Dược phẩm
Hoa Kỳ

Acetyltransferase
HDAC

Histon deacetylase

HDAC2

Histon deacetylase 2

IC50

The half maximal
Nồng độ ức chế 50%
inhibitory concentration

MLR

Multiple Linear
Regression

Phương pháp hồi quy
tuyến tính đa biến

Q2

Hệ số tương quan chéo

Q2ext

Hệ số xác định cho tập
kiểm tra

QSAR

Quantitative Structure – Tương quan định lượng
Activity Relationship
cấu trúc – tác dụng

R2

Hệ số xác định

SAHA

Suberoylanilide
hydroxamic acid

Te

Test set

Tập kiểm tra

Tr

Training set

Tập huấn luyện


TSPT

Tham số phân tử

UHDAC

Chất ức chế histon
deacetylase

DANH MỤC HÌNH VẼ

STT Kí hiệu

Tên hình

Trang

1

Hình 1.1

Cấu trúc nhiễm sắc thể điều hòa hoạt động
phiên mã. (a) Sự methyl hóa và deacetyl
hóa histon dẫn tới hình dạng đóng xoắn
nhiễm sắc thể và ức chế phiên mã. (b) Sự
acetyl hóa và demethyl hóa histon làm tháo
xoắn nhiễm sắc thể và cho phép phiên mã.

7

2

Hình 1.2

Cấu tạo trung tâm hoạt động của HDAC
nhóm I, II, IV

8

3

Hình 2.1

Cấu trúc hóa học của 45 dẫn xuất của acid
hydroxamic thu thập được.

19

4

Hình 3.1

Miền ứng dụng của mô hình QSAR xác
định hợp chất có khả năng ức chế HDAC2

28

5

Hình 3.2

Tóm tắt quy trình sàng lọc in silico chất ức
chế HDAC2 từ CSDL PubChem

30


DANH MỤC BẢNG

STT

Ký hiệu

Tên bảng

Trang

1

Bảng 1.1

Các nhóm thuốc chống ung thư

5

2

Bảng 1.2

Các chất ức chế HDAC đang thử nghiệm
lâm sàng.

12

3

Bảng 2.1

Giá trị IC50 thực nghiệm của 45 hợp

chất trong CSDL.

20

4

Bảng 3.1

Kết quả đánh giá nội và đánh ngoại mô
hình QSAR.

28

5

Bảng 3.2

Kết quả sàng lọc ảo từ CSDL Pubchem.

33


MỤC LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
Chƣơng 1- TỔNG QUAN ............................................................................... 3
1.1. Thực trạng ung thư và tử vong do ung thư ............................................. 3

1.1.1. Thực trạng ung thư và tử vong do ung thư trên thế giới .................. 3
1.1.2. Thực trạng ung thư và tử vong do ung thư ở Việt Nam ................... 4
1.2. Thuốc điều trị ung thư............................................................................. 4
1.3. Tổng quan histon deacetylase ................................................................. 6
1.3.1. Khái niệm histon deacetylase ........................................................... 6
1.3.2. Phân loại các HDAC ......................................................................... 7
1.3.3. HDAC2 và vai trò trong ung thư ...................................................... 8
1.3.4. Các chất ức chế HDAC ................................................................... 11
1.3.5. Cơ chế tác dụng của các chất ức chế HDAC .............................. 13
1.4. Tổng quan phương pháp QSAR............................................................ 13
1.4.1. Lịch sử QSAR ................................................................................. 13
1.4.2. Đại cương về QSAR ....................................................................... 14
1.4.3. Quy trình xây dựng mô hình QSAR .............................................. 15
Chƣơng 2 - NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....... 19
2.1. Nguyên liệu .......................................................................................... 19
2.1.1. Cơ sở dữ liệu ................................................................................... 19
2.1.2. Phần mềm sử dụng .......................................................................... 20
2.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................... 20
2.2.1 Tính toán tham số mô tả phân tử ..................................................... 20
2.2.2. Phân chia tập huấn luyện / Tập kiểm tra ........................................ 21
2.2.3. Xây dựng mô hình QSAR ............................................................... 21


2.2.4. Sàng lọc và dự đoán hoạt tính một số dẫn xuất HDAC2 sử dụng mô
hình QSAR đã xây dựng được .................................................................. 21
Chƣơng 3 – KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..................................................... 23
3.1. Kết quả .................................................................................................. 23
3.1.1. Mô hình toán học thu được ............................................................. 23
3.1.2. Đánh giá mô hình theo các tiêu chí của OECD .............................. 27
3.1.3. Sàng lọc ảo đánh giá khả năng ức chế HDAC2 sử dụng mô hình

xây dựng được........................................................................................... 29
3.2. Bàn luận ................................................................................................ 34
3.2.1. Về mô hình QSAR ......................................................................... 34
3.2.2. Về quy trình sàng lọc ảo. ................................................................ 35
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


MỞ ĐẦU
Theo thống kê của tổ chức Y tế giới (WHO), ung thư đã trở thành căn
bệnh giết người hàng đầu thế giới, với khoảng 14 triệu ca mới phát hiện và
8,2 triệu trường hợp tử vong mỗi năm (số liệu tính đến hết năm 2012). So với
thế giới thì Việt Nam thuộc nhóm nước có tỷ lệ mắc bệnh cao nhất đối với
nhiều loại ung thư. ớc tính mỗi năm tại Việt Nam có khoảng 150 - 200
nghìn người phát hiện bị ung thư, trong đó 70.000 trường hợp tử vong.
Trước tình hình đó, việc nghiên cứu và phát triển các thuốc mới chống
lại ung thư luôn là mối quan tâm hàng đầu của ngành công nghiệp dược phẩm
thế giới và Việt Nam. Tuy nhiên, quá trình nghiên cứu phát triển thuốc nói
chung và các thuốc điều trị ung thư nói riêng hiện nay vẫn chủ yếu dựa trên
các phương pháp kinh điển hay phương pháp “thử và lỗi” với nhược điểm là
tốn thời gian, tiền bạc và cho hiệu quả thấp [22]. Ngoài ra, các thuốc điều trị
ung thư hiện đang gặp rất nhiều vấn đề liên quan đến độc tính và tỷ lệ kháng
thuốc cao. Do đó yêu cầu cấp bách đặt ra là phải nghiên cứu và phát triển
thuốc chống ung thư mới, có tác dụng chọn lọc trên đích phân tử nhằm phát
huy tối đa hiệu quả, lâu bị kháng và ít độc hơn.
Histon deacetylase (HDAC) là một trong những đích phân tử được ch
hiện nay, enzym này x c tác cho quá trình deacetyl hoá nhóm -N acetyl
lysine amino acid ở phần đuôi của histon. Người ta đã chứng minh được trong
nhiều tế bào ung thư có sự huy động quá mức các enzym HDAC, gây nên

hiện tượng giảm sự acetyl hoá của histon. Các chất ức chế HDAC có thể ngăn
chặn quá trình này thông qua việc làm thay đổi biểu hiện gen gây ung thư hay
các gen ức chế khối u do gây cường acetyl hóa các protein histone [32]. Hiện
nay người ta đã biết đến 18 loại HDAC khác nhau, chia thành 4 nhóm, trong
đó HDAC2 thuộc nhóm I được đánh giá là một đích phân tử quan trọng do có
vai trò trong quá trình deacetyl hoá của các histon H3K56 và H4K16 xảy ra
trong hầu hết các dòng tế bào ung thư người [7,10].
Quá trình nghiên cứu tìm kiếm chất ức chế HDAC nhằm phát triển
thành thuốc chống ung thư đã kéo dài hơn một thập kỷ [43]. Các mô hình liên


quan mối quan hệ cấu trúc – tác dụng dược lý xuất hiện từ năm 1868, được
biết đến là mô hình toán học định lượng mối liên quan tác dụng dược lý và
cấu trúc hóa học của hợp chất hay còn gọi là QSAR. Xây dựng mô hình
QSAR để dự đoán hoạt tính của những phân tử chưa từng được kiểm tra. Từ
đó gi p tìm kiếm các hợp chất hóa học có tác dụng sinh học, tối ưu hóa cấu
tr c các hợp chất này nhằm tăng hoạt tính sinh học, giảm độc tính, tăng các
tính chất dược động học của thuốc. Phương pháp này nhìn chung nhanh có
tính kinh tế và hỗ trợ rất tốt cho các nghiên cứu thực nghiệm, giúp nâng cao
tỷ lệ thành công của nghiên cứu.
Từ các vấn đề nêu trên, mục tiêu chung của nghiên cứu này là “Xây dựng
mô hình toán học giúp nhận biết chất ức chế enzym histon deacetylase 2 có
tác dụng chống ung thư”. Với mục tiêu cụ thể:
- Xây dựng mô hình QSAR mới sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính
nhằm dự đoán khả năng ức chế HDAC2.
- Đánh giá mô hình xây dựng được theo các tiêu chí của Tổ chức kinh tế
thế giới (OECD).
- Vận dụng mô hình xây dựng được xác định hợp chất dẫn đường tiềm
năng ức chế HDAC2 phát triển thành thuốc chữa ung thư.

Chƣơng 1- TỔNG QUAN
1.1. Thực trạng ung thƣ và tử vong do ung thƣ
1.1.1. Thực trạng ung thư và tử vong do ung thư trên thế giới
Ung thư là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên
toàn thế giới. Trong năm 2012, có khoảng 14 triệu trường hợp ung thư được
phát hiện mới và có đến 8,2 triệu ca tử vong liên quan đến ung thư [40].
Trong đó, số lượng các ca tử vong do các ung thư chủ yếu là: ung thư phổi
(1,59 triệu ca), ung thư gan (745000 ca), ung thư dạ dày (723000 ca), ung thư
đại trực tràng (694000 ca), ung thư v (521000 ca), ung thư thực quản
(400000 ca) [40].
Số lượng các ca ung thư mới được dự đoán sẽ tăng khoảng 70% trong
vòng hai thập kỉ tới. Dự đoán số trường hợp ung thư hàng năm sẽ tăng từ 14
triệu trong 2012 lên 22 triệu trong vòng hai thập kỉ tới [2]. Hơn 60% số các ca
ung thư mới hàng năm trên thế giới xảy ra ở Châu Phi, Châu Á, Trung và
Nam Mỹ, chiếm 70% số các ca tử vong ung thư thế giới [40].
Đối với nam giới, 5 ung thư phổ biến nhất được chẩn đoán trong năm
2012 là ung thư phổi, tuyến tiền liệt, đại trực tràng, dạ dày và gan. Đối với nữ
giới, 5 ung thư phổ biến nhất được chẩn đoán là ung thư v , đại trực tràng,
phổi, cổ tử cung, dạ dày.
Khoảng 30% các trường hợp tử vong liên quan đến ung thư là do 5 yếu
tố nguy cơ hàng đầu về hành vi và chế độ ăn uống: chỉ số khối cơ thể cao (béo
phì), ăn ít rau quả tươi, ít tập thể dục, nghiện thuốc lá hoặc rượu. Thuốc lá là
yếu tố nguy cơ quan trọng nhất đối với ung thư, gây ra hơn 20% các ca tử
vong ung thư và khoảng 70% các ca tử vong do ung thư phổi trên toàn cầu.
Ngoài ra, các bệnh nhiễm virus HBV, HCV và một số type Human Papilloma
Virus (HPV) là nguyên nhân của trên 20% số các ca tử vong ung thư ở các
nước thu nhập thấp và thu nhập trung bình [12].

1.1.2. Thực trạng ung thư và tử vong do ung thư ở Việt Nam
Ở Việt Nam, trong năm 2012, số lượng các ung thư gặp phổ biến ở nam
giới là gan 16.815 ca, phổi 16.082 ca, dạ dày 9.406 ca, đại trực tràng 4.561 ca
và mũi họng 3.301 ca; còn các ung thư gặp phổ biến ở nữ giới là: vú 11.067
ca, phổi 5.783 ca, gan 5.182 ca, cổ tử cung 5.146 ca và dạ dày 4.797 ca [39].
Ở Việt Nam, tổng số ca tử vong do ung thư năm 2012 là 91.600 ca,
trong đó: số nam giới tử vong do ung thư là 58.200 ca: ung thư gan chiếm
26,9%, phổi 24,4%, dạ dày 14,5%, miệng - thực quản 5,8%, đại trực tràng
5,2% và do ung thư khác là 23,2%; số nữ giới tử vong do ung thư là 33.400
ca: ung thư phổi chiếm 14,5%, gan 13,7%, v 12,5%, dạ dày 12,1%, đại trực
tràng 8% và do ung thư khác là 39,3% [39].
1.2. Thuốc điều trị ung thƣ
Ngày nay có nhiều phương pháp điều trị ung thư, gồm có phẫu thuật,
vật lí trị liệu (xạ trị liệu), hóa trị liệu (dùng thuốc điều trị ung thư), nội tiết,
miễn dịch [1]. Tuy nhiên áp dụng phương pháp nào để điều trị có hiệu quả
còn tuỳ thuộc vào giai đoạn, vào sức chịu đựng của cơ thể, vào khả năng của
cơ sở điều trị và một phần vào kinh nghiệm của thầy thuốc chuyên khoa.
Từ khi bắt đầu tiến triển, ung thư đã có thể cho di căn, do đó các
phương pháp điều trị tại chỗ và tại vùng như phẫu thuật và xạ trị thường
không mang lại hiệu quả. Sử dụng các thuốc điều trị ung thư đặc biệt là các
hóa chất chống ung thư có thể ngăn chặn được tiến triển của ung thư. Hóa
chất chống ung thư đều là những chất gây độc tế bào. Ch ng can thiệp vào
phân bào theo các cách khác nhau, ví dụ như sự sao chép DNA hay quá trình
phân chia các nhiễm sắc thể mới được tạo thành [1]. Điều trị hóa chất dựa trên
sự đáp ứng khác biệt nhau giữa tế bào ung thư và tế bào lành. Đặc trưng tăng
trưởng của ung thư có ảnh hưởng rất lớn đến đáp ứng với hóa trị. Các hiểu
biết về động học tế bào, sự tăng trưởng của khối u, sinh học ung thư là căn
bản cho các nguyên tắc hóa trị lâm sàng.

Có khoảng hơn 200 loại thuốc chống ung thư trên lâm sàng [1]. Theo
cơ chế hoạt động, các thuốc chống ung thư được phân loại như bảng 1.1 [1].
Bảng 1.1. Các nhóm thuốc chống ung thư
Nhóm tác nhân

Mục tiêu

Các tác nhân ngăn Liên kết chéo DNA
chặn tổng hợp DNA
bằng alkyl hóa có
nguồn gốc tổng hợp
(các tác nhân alkyl
hóa)

Cấu trúc hóa học
Nitrogen mustard
Ethyle limin
Sulfonic acid ester
Epoxide
Nitrosourea
Halogenated hexitol
Hợp chất platinum

Kháng sinh kháng u Xen giữa DNA làm đứt gãy Anthracyclin,
DNA
Actinomycin D,
Mitomycin C,
Bleomycin
Các kháng chuyển Sinh tổng hợp acid nhân
hóa

Các kháng acid Folic,
kháng Purin, kháng
Pirimidin, các ức chế
tổng hợp protein và acid
amin

Các ức chế giai Ngăn cản hình thức thoi Alkaloid nhóm vinca
đoạn gián phân hình trong kì gián phân
Podophylin
thoi
Colchicin
Hỗn hợp

Không xác định

Alkylamin (HMM,
PMM)*
Dacarbazin
Procarbazin

Các Taxane

Làm đông cứng các vi quản Taxol, Taxotere
nội tế bào


Các camptothecin

Ức chế men topoisomerasa I

Camptothecin, CPT - 11

Các hormone

Androgen

Antiandrogen

Estrogen

Estrogen Antiestrogen

Steroid

Antisteroid

Progestin
Các thuốc tác dụng lên tuyến
yên
* HMM: Hexamethylmelamine
PMM: Pentamethylmelamine
1.3. Tổng quan histon deacetylase
1.3.1. Khái niệm histon deacetylase
Nhiễm sắc thể là phức hợp gồm 3 thành phần: ADN, protein histon và
protein không phải histon [21]. Đơn vị cơ bản của nhiễm sắc thể là
nucleosom. Mỗi nucleosom gồm 146 cặp base ADN được gói trong một
protein histon octame [16] tạo bởi 4 thành phần: H2A, H2B, H3, H4 [13].
Các đầu amino của protein histon thường bị biến đổi bởi các quá trình
methyl hóa, phosphoryl hóa hoặc acetyl hóa sau dịch mã. Quá trình acetyl hoá

là một trong những cơ chế điều hoà chính của biểu thị gen. Kiểm soát quá
trình biểu thị gen này phụ thuộc vào sự cân bằng giữa hoạt động của enzym
histon acetylase và enzym histon deacetylase, nhờ vào sự điều hoà quá trình
acetyl hoá lysin ở phần đuôi histon [6].
Histon acetyltrasferase (HAT) là enzym acetyl hóa nhóm -NH2 trong
gốc lysin (đầu N tận) của histon, làm trung hòa điện tích dương trên lysin, do
đó giảm khả năng tương tác của histon với ADN (tích điện âm) tạo cấu trúc
mở chromatin. Vì vậy, sự acetyl hóa histon tạo điều kiện cho quá trình phiên
mã, dịch mã xảy ra (hình 1.1b) [6,21].
Histon deacetylase (HDAC) là enzym có tác dụng đối lập với HAT.
HDAC loại bỏ nhóm acetyl từ acetyl lysin (Ac-Lys) ở đầu N tận của histon,
làm đóng xoắn chromatin, do đó ức chế quá trình phiên mã (Hình 1.1) [6,21].


Hình 1.1. Cấu trúc nhiễm sắc thể điều hòa hoạt động phiên mã. (a) Sự
methyl hóa và deacetyl hóa histon dẫn tới hình dạng đóng xoắn nhiễm sắc thể
và ức chế phiên mã. (b) Sự acetyl hóa và demethyl hóa histon làm tháo xoắn
nhiễm sắc thể và cho phép phiên mã.
1.3.2. Phân loại các HDAC
Hiện nay người ta đã biết đến 18 loại HDAC khác nhau, được chia
thành 4 nhóm: I, II, III, IV. HDAC nhóm I, II và IV được gọi là các HDAC
“kinh điển” và thường được sử dụng để sàng lọc và thiết kế các chất ức chế
HDAC mới [43].
Nhóm I: HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8. Các enzym này có ở
phần nhân của nhiều loại tế bào.
Nhóm II: gồm nhóm IIa và nhóm IIb. Trong đó nhóm IIa có HDAC4,
HDAC5, HDAC7, HDAC9, nhóm IIb có HDAC6, HDAC10. Các enzym này
biểu thị mô đặc trưng, có khả năng di chuyển giữa bào tương và nhân.
Nhóm III: Các protein điều hoà chuỗi thông tin 2 (SIRT): SIRT 1 – 7,
chúng có ở bào tương, ty thể và nhân.

Nhóm IV: HDAC11, có ở phần nhân của nhiều loại tế bào.
Các enzym nhóm I, II và IV phụ thuộc vào Zn2+. Nhóm III là các
enzym có cấu trúc phụ thuộc NAD+ [11,43].


Trung tâm hoạt động HDAC gồm 2 phần chính (Hình 1.2): ion Zn2+ là
coenzyme của HDAC và kênh enzym dạng túi hình ống. Cấu trúc rất linh
động, có thể biến đổi phù hợp với chiều dài cơ chất khác nhau. Trên miệng túi
có một vành nhỏ được tạo nên từ một vài vòng xoắn protein, phần vành này
sẽ tương tác với nhóm nhận diện bề mặt HDAC [18].

Hình 1.2. Cấu tạo trung tâm hoạt động của HDAC nhóm I, II, IV.
1.3.3. HDAC2 và vai trò trong ung thư
Histon deacetylasa 2 (HDAC2) thuộc HDAC nhóm I. HDAC2 hoạt
động như một chất ức chế phiên mã thông qua loại bỏ nhóm lysine ở đầu N
của protein histon (H2A, H2B, H3 và H4). Tuy nhiên HDAC2 không liên kết
với ADN nên chúng sẽ được chọn lọc bởi các yếu tố phiên mã như YY1,
SP1/SP3, gen ức chế khối u p53 và BRCA1. HDAC2 cũng có thể được gắn
vào ADN như là một phần của phức hợp CoREST, mSin3 và NuRD. Những
phức hợp là mục tiêu với các trình tự gen đặc hiệu bằng các tương tác với các
yếu tố phiên mã trình tự đặc hiệu. Ví dụ, các HDAC2/HDAC1 chứa phức hợp
Sin3-SAP chọn lọc họ E2F của các yếu tố phiên mã để ức chế phiên mã [17].
Phức hợp chứa HDAC2 cũng liên quan đến gen điều chỉnh phiên mã
qua thụ thể trung gian. Những phức hợp chứa gen biến đổi biểu sinh khác,


chẳng hạn như MeCp2 – là một protein có nhóm liên kết methyl. Các enzyme
vận chuyển nhóm methyl DNA DNMT1, DNMT3A và DNMT3B, sự methyl
transferases histone SUVAR39H1 và G9a và histon bị bỏ đi nhóm methyl
(LSD1), cho thấy một cách khác mà HDAC2 quy định biểu hiện gen và sửa

chữa nhiễm sắc.
HDAC2 cũng quy định biểu hiện gen thông qua sự deacetyl của yếu tố
phiên mã cụ thể bao gồm STAT3 và SMAD7. HDAC2 là một chìa khóa quan
trọng của gen điều hòa chu kỳ tế bào, quá trình tế bào tự tiêu diệt, kết dính tế
bào và di cư. Cùng với HDAC1, HDAC2 quy định việc phiên mã của các gen
liên quan đến quá trình tạo máu, biệt hóa tế bào biểu mô, phát triển tim và tế
bào thần kinh [34].
Các đột biến có thể có ở HDAC2 xuất hiện ở tế bào soma. HDAC2 bị
đột biến trong các khối u lẻ tẻ và trong các khối u phát sinh ở người có ung
thư biểu mô đại trực tràng không polyp di truyền. Đột biến này do sự cắt bỏ 9
adenin ở exon1 tạo thành protein không hoạt động. Sự biểu hiện các dạng đột
biến của HDAC2 gây ra sự kháng với tác dụng của các chất ức chế HDAC.
Việc thiếu các biểu hiện và chức năng HDAC2 tạo nên sự tăng điều chỉnh gen
th c đẩy tăng trưởng khối u [5,25].
HDAC2 liên quan đến nhiều bệnh ung thư khác nhau:
Việc điều hòa về biểu hiện hoạt động HDAC2 có liên quan đến sự phát
triển ung thư. HDAC2 biểu hiện quá mức trong các loại ung thư khác nhau
bao gồm cả đại tràng, dạ dày, cổ tử cung, ung thư tuyến tiền liệt, ung thư phổi
không tế bào nhỏ và ung thư biểu mô tế bào gan. HDAC2 biểu hiên quá mức
liên quan đến ung thư một phần thông qua việc chọn lọc sai lầm của nó và sự
im lặng của các gen ức chế khối u. Sự ức chế của gen p21WAF1 ức chế khối
u ở vùng khởi động và có thể được đảo ngược bởi việc điều trị bằng thuốc ức
chế HDAC [31]. Biểu hiện HDAC2 tương quan với tiên lượng xấu khi bệnh ở
giai đoạn tiên triển trong ung thư đại trực tràng, tuyến tiền liệt, dạ dày và biểu
mô tế bào gan.
Ung thư đại tràng: Có một số nghiên cứu cho thấy HDAC2 biểu hiện
quá mức trong ung thư đại tràng. Sự gia tăng các biểu hiện HDAC2 đã được


tìm thấy ở mức độ protein và mRNA chỉ ra rằng HDAC2 quá mức là do hoạt

hóa phiên mã. Các nghiên cứu cho thấy trong loại khối u này sự phiên mã
HDAC2 được điều chỉnh bởi tín hiệu beta-catenin-TCF-myc đã bị xóa bỏ
trong bệnh ung thư đại tràng. HDAC2 biểu hiện quá mức tương quan với tiên
lượng xấu và bệnh ở giai đoạn tiến triển trong ung thư đại trực tràng. Tuy
nhiên, Ropero và các cộng sự tìm thấy một sự đột biến bất hoạt của HDAC2
trong ung thư đại tràng với bất ổn microsatellite [29].
Ung thư v : Các nghiên cứu khác nhau cho thấy vai trò quan trọng của
HDAC2 trong ung thư v . HDAC2 gây lão hóa trong tế bào ung thư v . Hơn
nữa sự mất hoạt tính của HDAC2 kéo theo quá trình chết tế bào (apoptosis)
của tamoxifen trong estrogen/ progesterone tế bào ung thư v dương tính
[27].
Bệnh ung thư tuyến tiền liệt: Theo nghiên cứu của Weichert và các
cộng sự thấy rằng HDAC2 được biểu hiện mạnh mẽ trong hơn 70% các
trường hợp phân tích ung thư tuyến tiền liệt. Sự gia tăng trong biểu hiện
HDAC2 có liên quan với tăng cường tăng sinh tế bào khối u [5].
Ung thư biểu mô tế bào gan: HDAC2 quy định chu kỳ tế bào và sự
phân chia của HDAC2 gây ra ngừng chuyển pha G1/S trong chu kỳ tế bào.
Trong quá trình chuyển đổi G1/S, sự phân chia đích của HDAC2 có tính
chọn lọc gây ra các biểu hiện của p16 (INK4a) và p21 (WAF1/Cip1), và đồng
thời ức chế sự biểu hiện của cyclin D1, CDK4 và CDK2. Do đó, sự ức chế
HDAC2 dẫn đến sự giảm điều chỉnh của gen đích E2F/DP1 thông qua việc
giảm sự phosphoryl hóa protein PRB [5].
Ung thư phổi: HDAC2 được điều chỉnh lên cao trong ung thư phổi.
HDAC2 bất hoạt dẫn đến thoái hoá tăng trưởng tế bào khối u và kích hoạt các
quá trình chết tế bào (apoptosis) qua p53, kích hoạt Bax và ức chế BCL2.
Trong điều chỉnh chu kỳ tế bào, HDAC2 bất hoạt gây ra cảm ứng biểu hiện
p21WAF1/Cip1, đồng thời ức chế sự biểu hiện của cyclin E2, cyclin D1, và
CDK2, tương ứng. Do đó, điều này dẫn đến việc giảm quá trình phosphoryl
hóa của protein PRB trong chuyển pha G1/S và do đó bất hoạt phiên mã gen

đích E2F/DP1 của các tế bào A549. HDAC2 trực tiếp điều chỉnh biểu hiên
p21WAF/Cip1 không phụ thuộc p53 [5].
Bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD): giảm hoạt động và biểu hiện
HDAC2 được tìm thấy trong bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD). Việc
giảm hoạt động của HDAC2 làm tăng điều hòa các gen liên quan đến phản
ứng viêm và kháng corticosteroid trong COPD [5].
1.3.4. Các chất ức chế HDAC
Yoshida và cộng sự (1990), đã phát hiện ra dẫn chất hydroxamat tự
nhiên đầu tiên có tác dụng ức chế trực tiếp HDAC là Trichostatin A (TSA),
vốn là chất có tác dụng chống nấm [41]. Sau đó, dựa trên hiểu biết về mối liên
quan giữa HDAC và ung thư đồng thời xác định được cấu trúc 3D của các
HDAC, một số chất ức chế HDAC đã được nghiên cứu và thử nghiệm trên
lâm sàng để ứng dụng trong điều trị ung thư. Cho đến nay, nhiều chất ức chế
HDAC (UHDAC) đã được công bố. Chúng có thể có nguồn gốc tự nhiên hay
tổng hợp. Trong các nhóm chất ức chế HDAC, các acid hydroxamic là nhóm
chất được quan tâm chú ý và tập trung nghiên cứu nhiều nhất. Do các acid
hydroxamic có cấu tr c đơn giản, dễ tổng hợp và có nhóm -NHOH tạo được
phức bền với Zn+ ở trung tâm hoạt động của HDAC mang lại có hoạt tính ức
chế enzym mạnh. Hiện nay, FDA đã phê duyệt một acid hydroxamic UHDAC
điển hình là vorinostat (suberoylanilide hydroxamic acid, Zolinza) vào năm
2006 sử dụng trong điều trị u lympho da tế bào [cutaneous T-cell lymphoma
(CTCL)]. Một hợp chất UHDAC khác là depsipeptide (romidepsin, Istodax)
cũng được FDA cấp phép lưu hành vào năm 2009 để điều trị CTCL và điều
trị ung thư hạch tế bào T ngoại vi [peripheral T-cell lymphoma (PTCL)]. Đây
chính là nguồn động lực để các nhà nghiên cứu tiếp tục tìm kiếm các chất ức
chế HDAC mới. Nhiều chất ức chế enzym HDAC khác cũng đang được thử
nghiệm lâm sàng nhằm phát triển liệu pháp điều trị ung thư dựa trên đích này,
bao gồm nhóm hydroxamat, benzamid, peptid vòng, acid carboxylic (Bảng
1.2) [4,30].

Bảng 1.2. Các chất ức chế HDAC đang thử nghiệm lâm sàng.
Nhóm
Acid carboxylic

Hợp chất

Loại ung thƣ

Pha

Butyrat

I, II

Ung thư đại tràng

AN-9 (tiền thuốc)

I, II

Thể rắn, NSCLC

Acid valproic

I, II

Thể rắn, ung thư máu, AML,
MDS, CTCL, u trung biểu

mô

Acid hydroxamic

Các benzamid

Phenyl butyrate

I

Thể rắn, AML/MDS

SAHA

Đã c/m

CTCL

I, II

Thể rắn, ung thư máu

PXD101

II

Ung thư máu

NVP-LAQ824

I

Thể rắn, ung thư máu

LBH-589

II, III

Thể rắn, AML, ALL,

ITF-2357

II

MDS

SB-939

I

U lympho Hodgkin

CRA 024781

I

Thể rắn, ung thư máu

JNJ-16241199

I

SNDX-275

I, II

Thể rắn, u lympho, AML, u
hắc sắc tố ác tính di căn tiến

(MS-275)

triển
CI-994

I, II

Thể rắn, NSCLC, tế bào

MGCD-0103

II

thận, tuỵ
Thể rắn, ung thư bạch cầu,
MDS

Peptid vòng

Depsipeptid
(FK228)

I, II

Thể rắn, CLL, AML, CTCL,
u đa tuỷ xương, NHL tế bào
T ngoại vi, RAI kháng
thyroid, ung thư đại tràng
tiến triển


Trong đó:
NSCLC (Non-Small Cell Lung Cancer) : Ung thư phổi không tế bào nhỏ
AML (Acute Myeloid Leukemia): Bệnh bạch cầu myeloid cấp tính
MDS (Myelodysplastic Syndrome ): Hội chứng rối loạn sinh tủy
CTCL (Cutaneous T Cell Lymphoma): U lympho tế bào T da
NHL (non-Hodgkin's lymphoma): Ung thư hạch không Hodgkin
RAI (Radioactive iodine): Iod phóng xạ

Tuy nhiên, mỗi nhóm nêu trên đều có những hạn chế nhất định như:
các acid hydroxamic bị chuyển hoá nhanh, ức chế không chọn lọc lên các loại
enzym HDAC; các benzamid và acid béo có hiệu lực kém; các peptid vòng
khó tạo thành về mặt hoá học và FK-228 có phần gắn kết với ion Zn2+ chứa
thiol [26].
1.3.5. Cơ chế tác dụng của các chất ức chế HDAC
Các chất ức chế HDAC có tác dụng chống ung thư do tác động lên
nhiều giai đoạn quan trọng của chu trình tế bào làm mất sự điều hòa trong
tế bào ác tính. Trong đó, yếu tố then chốt quyết định hoạt tính chống ung
thư của ch ng là th c đẩy sự biệt hóa, ức chế chu trình tế bào và th c đẩy
sự chết tế bào. Ngoài ra, hoạt hóa đáp ứng miễn dịch và ức chế sự tạo
mạch cũng là vai trò rất quan trọng của các UHDA, gián tiếp ức chế sự

phát triển của các khối u. Ngoài ra các chất ức chế HDAC ngăn cản các đuôi
histon có nhóm acetyl tiến đến vị trí xúc tác [7,9].
Vai trò sinh học của HDAC và các nghiên cứu về các chất UHDA cho
thấy nó là một mục tiêu quan trọng cần hướng tới trong điều trị ung thư. Do
đó, việc tìm kiếm các hợp chất mới có tiềm năng ức chế HDAC là một hướng
đi nhằm tìm kiếm các hợp chất mới với khả năng ức chế cao hơn, ít độc tính
hơn đang là một hướng đi được nhiều nhà khoa học quan tâm [21].
1.4. Tổng quan phƣơng pháp QSAR
1.4.1. Lịch sử QSAR
Lịch sử phát triển của phương pháp QSAR có thể nói khởi nguồn từ
những nghiên cứu của Crum-Brown và Frasher (1868) khi nhận xét rằng tác
dụng sinh học là hàm số của cấu trúc hóa học. Đến năm 1893, Richet đã cho


rằng sự khác nhau về tác dụng sinh học là do sự thay đổi về tính chất lí hóa.
Đến năm 1935, một phương trình quan trọng của Hammett được coi là mô
hình đầu tiên biểu diễn mối quan hệt hoạt tính và cấu trúc:
Log 
Với K, Ko là hằng số acid,  là hằng số Hammett, thông số hóa l đặc
trưng cho khả năng h t hoặc đấy điện tử của nhóm thế.
QSAR thực sự được nghiên cứu bởi C.L. Corwin Hansch từ
những năm 60 của thế kỉ 20. Mô hình QSAR Hansch thường sử dụng phương
pháp hồi quy tuyến tính đa biến để biểu thị mối tương quan giữa các tham số
hóa lí và hoạt tính sinh học, ví dụ một phương trình của ông như sau:
Log (1/C) = k1+ k22+ k3
Trong đó: C là nộng độ mol mà tại đó hoạt chất thể hiện hoạt tính sinh
học, : hằng số kỵ nước, : hằng số thế Hammett, k1,k2,k3 là các hệ số hồi
quy.
Kể từ đây, đã có nhiều phương trình QSAR cùng với những phương
pháp xây dựng đa dạng đã ra đời và chiếm một vai trò quan trọng trong

nghiên cứu và phát triển dược phẩm.
1.4.2. Đại cương về QSAR
Về mặt toán học, mô hình QSAR (Quantitative Structure-Activity
Relationships) biểu diễn mối tương quan định lượng giữa cấu trúc phân tử và
hoạt tính thông qua phương trình:
Y = f(x1) + f(x2) + ... + f(xn)

(1.4.2)

Trong đó, Y là biến phụ thuộc, phản ánh hoạt tính sinh học của các hợp
chất. Giá trị của Y được xác định thông qua các nghiên cứu thực nghiệm, ví
dụ như nồng độ ức chế 50% hoạt tính của enzym (IC50), MIC (Minimum
Inhibitory Concentration): nồng độ ức chế tối thiểu, hay nồng độ kìm khuẩn
tối thiểu (dùng trong vi sinh); MBC (Minimum Bactericidal Concentration):
nồng độ diệt khuẩn tối thiểu; EC 50 (Effective Concentration): nồng độ 50%


tác dụng tối đa... Y cũng có thể nhận giá trị rời rạc, ví dụ như có hay không có
hoạt tính, hoạt tính mạnh hay yếu. Các biến x trong mô hình QSAR được gọi
là các tham số phân tử (TSPT), mô tả một đặc điểm cấu tr c nào đó của phân
tử hóa học. Hàm f là một hàm mô tả mối tương quan giữa Y và các biến x. Để
xây dựng được hàm f, cần áp dụng các thuật toán thống kê (statistical) hoặc
học máy (machine learning). Một số kỹ thuật thống kê thường được sử dụng
trong xây dựng mô hình QSAR có thể kể đến như bình phương tối thiểu từng
phần (Partial Least Squares), hồi quy đa biến tuyến tính (Multiple Linear
Regression), phân tích thành phần chính (Principal Component Analysis).
1.4.3. Quy trình xây dựng mô hình QSAR
Các bước để xây dựng mô hình QSAR [19] gồm:
1) Xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL); 2) Tính toán tham số mô tả phân tử đặc
trưng cho cấu trúc; 3) Xây dựng mô hình QSAR: Sử dụng các phương pháp

xác suất thống kê và các kỹ thuật của trí tuệ nhân tạo để xây dựng mối liên hệ
giữa các tham số phân tử (TSPT) và các giá trị đại lượng biểu diễn hoạt tính;
4) Đánh giá mô hình; 5) Giải thích các kết quả và sử dụng mô hình trong quá
trình sàng lọc ảo (nếu có thể).
Xây dựng cơ sở dữ liệu: CSDL thường là cấu trúc của các hợp chất
hoá học đã được chứng minh hoạt tính sinh học in vitro. Để hạn chế các yếu
tố gây sai số cho mô hình, CSDL thường sẽ được làm sạch dựa trên sự tương
đồng về cấu trúc, về protocol,...
Tính toán tham số mô tả phân tử đặc trưng cho cấu trúc:
Tham số mô tả phân tử là một số thu được từ một quá trình toán học và
lôgic chuyển đổi thông tin được mã hóa trong cấu trúc hóa học [37]. Trong
nghiên cứu này, các tham số được tính toán sử dụng phần mềm Dragon [37].
Xây dựng mô hình QSAR: sử dụng các phương pháp xác suất thống kê
và các kỹ thuật của trí tuệ nhân tạo để xây dựng mối liên hệ giữa các TSPT và
giá trị đại lượng biểu diễn hoạt tính.


Đánh giá mô hình: Đánh giá mô hình là giai đoạn quan trọng liên quan
đến khả năng ứng dụng của mô hình. Đánh giá mô hình thường sử dụng 5
nguyên tắc của OECD [28].
-

Nguyên tắc 1: Có đích xác định (defined end-points).

Đích là những giá trị thực nghiệm về hoạt tính sinh học thu được từ
CSDL. Nếu toàn bộ CSDL đều sử dụng một protocol để xác định giá trị của
đích, thì mô hình xây dựng được có độ tin cậy cao, có thể dùng để dự đoán
hoạt tính các hợp chất mới (nếu thực nghiệm dùng theo quy trình này). Còn
nếu CSDL sử dụng nhiều protocol khác nhau thì mô hình sẽ không có độ tin
cậy cao.

-

Nguyên tắc 2: Các thuật toán sử dụng được mô tả rõ ràng.

Các thuật toán sử dụng để xây dựng mô hình cần được mô tả rõ ràng,
có khả năng ứng dụng để xây dựng các mô hình khác.
-

Nguyên tắc 3: Có miền cấu trúc ứng dụng xác định.

Miền cấu trúc ứng dụng là khoảng không gian cấu tr c được xác định
bởi các hợp chất trong tập huấn luyện để xây dựng mô hình. Những hợp chất
thuộc tập huấn luyện nếu có cấu trúc nằm ngoài miền cấu trúc ứng dụng sẽ
ảnh hưởng đến độ chính xác của mô hình. Những hợp chất thuộc tập dự đoán,
nếu có cấu trúc nằm ngoài miền này sẽ cho kết quả dự đoán không chính xác.
Các phương pháp xác định miền ứng dụng thường gặp như: phương pháp đòn
bẩy, phương pháp ba lân cận gần nhất,...
-

Nguyên tắc 4: Có độ khớp, độ ổn định, và khả năng dự đoán tốt.

 Độ khớp hay độ tuyến tính được đánh giá thông qua giá hệ số xác định
R2, R2 càng cao thì mức độ khớp (tuyến tính) của mô hình với các giá trị thực
nghiệm càng tốt. R2> 0,6 thì mô hình mới có nghĩa. Công thức tính hệ số
xác định như sau:
R2 = 1-

^

∑

y i  yi

∑

( yi  y)