Luận án tiến sĩ Dược học: Tổng hợp và thử tác dụng sinh học của một số acid hydroxamic mang khung 2 oxoindolin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

ĐỖ THỊ MAI DUNG

TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG
SINH HỌC CỦA MỘT SỐ ACID
HYDROXAMIC MANG KHUNG
2-OXOINDOLIN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ DƯỢC HỌC

HÀ NỘI, NĂM 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

ĐỖ THỊ MAI DUNG

TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG
SINH HỌC CỦA MỘT SỐ ACID
HYDROXAMIC MANG KHUNG
2-OXOINDOLIN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ DƯỢC HỌC
Chuyên ngành : Hóa dược

Mã số

: 62720403

Người hướng dẫn khoa học:
GS.TS. Nguyễn Hải Nam

HÀ NỘI, NĂM 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các
số liệu được sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng. Các kết quả này
chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác.

Nghiên cứu sinh

Đỗ Thị Mai Dung


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian thực hiện đề tài với nhiều nỗ lực và cố gắng, thời điểm
hoàn thành luận án là lúc tôi xin phép được bày tỏ lòng biết ơn chân thành với
những người đã dạy dỗ, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua.
Trước hết với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tôi xin bày tỏ lời cám
ơn chân thành đến GS.TS. Nguyễn Hải Nam - Bộ môn Hóa Dược - trường Đại học
Dược Hà Nội, người thầy đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình chỉ bảo tôi trong thời
gian thực hiện luận án này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy giáo, cô giáo và các anh chị kỹ
thuật viên của Bộ môn Hóa Dược - trường Đại học Dược Hà Nội, Khoa Hóa - Đại

học Khoa học tự nhiên Hà Nội, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Khoa
Dược - Đại học Quốc gia Chungbuk - Hàn Quốc đã luôn giúp đỡ tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi thực hiện luận án tiến sĩ.
Cuối cùng tôi xin được gửi lời cám ơn sâu sắc đến chồng và gia đình thân
yêu đã luôn động viên khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Hà Nội, ngày 20 tháng 2 năm 2020
Nghiên cứu sinh

Đỗ Thị Mai Dung


MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ......................................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN..................................................................................................... 2
1.1. HISTON DEACETYLASE.........................................................................................2
1.1.1 Khái niệm ................................................................................................................2
1.1.2. Phân loại.................................................................................................................3
1.1.3. Cấu trúc các enzym histon deacetylase nhóm I, II và IV.................................4
1.2. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HISTON DEACETYLASE.................................................8
1.2.1. Các acid hydroxamic ..........................................................................................12
1.2.2. Các benzamid.......................................................................................................32
1.2.3. Các peptid vòng...................................................................................................33
1.2.4. Các ceton ..............................................................................................................34
1.2.5. Các acid carboxylic.............................................................................................34
1.2.6. Các nhóm chất khác ............................................................................................35
1.3. PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VÒNG TRIAZOL ................................................36
1.3.1. Xúc tác..................................................................................................................37
1.3.2. Phối tử...................................................................................................................38
1.4. PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP ACID HYDROXAMIC TỪ ESTER .................39

1.5. ĐỊNH HƯỚNG THIẾT KẾ CẤU TRÚC................................................................41
Chương 2. NGUYÊN LIỆU, TRANG THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................................................43
2.1. NGUYÊN LIỆU..........................................................................................................43
2.2. THIẾT BỊ.....................................................................................................................43
2.3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..............................................44
2.3.1. Nội dung nghiên cứu...........................................................................................44
2.3.2. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................45
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU............................................................................54
3.1. KẾT QUẢ DỰ ĐOÁN TƯƠNG TÁC, TỔNG HỢP VÀ KHẲNG ĐỊNH
CẤU TRÚC CÁC CHẤT..................................................................................................54
3.1.1. Kết quả dự đoán tương tác của các chất với HDAC2.....................................54
3.1.2. Tổng hợp hóa học................................................................................................55
3.1.3. Kết quả phân tích dữ liệu phổ............................................................................80
3.2. KẾT QUẢ THỬ TÁC DỤNG ỨC CHẾ ENZYM, ĐỘC TÍNH TẾ BÀO VÀ DỰ
ĐOÁN MỘT SỐ THÔNG SỐ DƯỢC ĐỘNG HỌC........................................................107
3.2.1. Kết quả thử tác dụng ức chế HDAC...............................................................107
3.2.2 Kết quả thử tác dụng độc tính trên một số dòng tế bào ung thư .................108
3.2.3. Kết quả thử tác dụng độc tính trên tế bào thường .........................................110
3.2.4. Kết quả dự đoán một số thông số dược động học.........................................110


Chương 4. BÀN LUẬN.....................................................................................................111
4.1. TỔNG HỢP HOÁ HỌC VÀ KHẲNG ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA CÁC CHẤT111
4.1.1. Tổng hợp hóa học..............................................................................................111
4.1.2. Khẳng định cấu trúc..........................................................................................115
4.2. HOẠT TÍNH SINH HỌC ........................................................................................125
4.2.1. Bàn luận hoạt tính sinh học của dãy dẫn chất Ia-g và IIa-g........................125
4.2.2. Bàn luận hoạt tính sinh học của dãy chất IIIa-g ...........................................129
4.2.3. Bàn luận hoạt tính sinh học của các dãy dẫn chất IVa-c, Va-g, VIa-g .....132

4.2.4. Bàn luận hoạt tính sinh học của các dãy dẫn chất VIIa-g và VIIIa-g .......136
4.2.5. Bàn luận hoạt tính sinh học của các dãy dẫn chất IXa-g và Xa-c ..............139
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .........................................................................................148
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt
ADME:
ADN:
AR:
Arg:
BBB:
Cys :
C-Myc:
logP:
logD:
CHAP
CuAAC:
CTCL
CTPT
DFT
DMF:
DMSO:
DNMT:
E2F:
EGFR:

ERα:
Gly:
Glu:
HAT:
HDAC:
HIF-1α:
HMBC:
HMPT:
HMT:

Nghĩa của từ (Từ gốc tiếng anh)
Các thông số hấp thu, phân bố, chuyển hóa, thải trừ
(absorption, distribution, metabolism, and excretion)
Acid deoxyribonucleic
Thụ thể androgen (androgen receptor)
Agrinin
Hàng rào máu não (brain blood barier)
Cys tein
Họ gen điều chỉnh và gen tiền ung thư
Hệ số phân bố phụ thuộc pH
Hệ số phân bố không phụ thuộc pH
Peptid vòng chứa acid hydroxamic
(Cyclo hydroxamic acid peptide)
Phản ứng đóng vòng azid - alkyn có xúc tác Cu(I)
(Copper(I)-catalyzed alkyne-azide cycloaddition)
U lympho tế bào T ở da (cutaneous T cell lymphoma)
Công thức phân tử
Lý thuyết phiếm hàm mật độ (density functional theory)
Dimethylformamid
Dimethyl sulfoxid

Enzym ADN methyltransferase (DNA methyltransferase)
Yếu tố phiên mã ở các tế bào nhân thật bậc cao
(Eukaryotes transcription factors)
Thụ thể của yếu tố tăng trưởng biểu bì (epidermal growth factor receptor)
Thụ thể estrogen alpha (estrogen receptor α)
Glycin
Acid glutamic
Enzym histon acetyltransferase (histone acetyltransferase)
Enzym histon deacetylase (histone deacetylase)
Yếu tố cảm ứng sự giảm oxi máu 1- α (hypoxia-inducible factor 1- α)
Gắn kết dị hạt nhân qua nhiều liên kết
(Heteronuclear multiple bond coherence)
Hexamethylphos phoramid
Enzym histon methyl trans ferase (histone methyl transferase)


HSP-90:
HSQC:
KLPT
Ile:
Ku70:
Leu:
Lys :
MDB:
MeCN:
Met:
MSin3:
MW:
N-CoR:
NF-ĸB:

p53:
PB:
PDB:
Phe:
Pro:
TPSA:
Rfx:
RMSD:
RUNX3:
SAHA:
Ser:
SMRT:
Smad7:
TEA:
Tyr:
UDP:
Val:
VD:
VEGFR:

Protein sốc nhiệt - 90 (heat sock protein - 90)
Tương quan lượng tử bội dị hạt nhân
(Heteronuclear multiple quantum coherence)
Khối lượng phân tử
Isoleucin
Protein chỉnh sửa Ku70 (DNA repair protein Ku70)
Leucin
Lys in
Protein gắn methyl (methyl-binding protein)
Acetonitril

Methionin
Protein mSin3
Khối lượng phân tử (molecular weight)
Chất đồng kìm hãm thụ thể trong nhân (nuclear receptor corepressor)
Yếu tố kappa B trong nhân
Kháng thể chống khối u của tế bào p53 (cellular tumor antigen p53)
Tỷ lệ gắn kết protein (protein binding)
Ngân hàng dữ liệu protein (protein data bank)
Phenynalanin
Prolin
Tổng diện tích bề mặt protein (total protein surface area)
Hồi lưu (Reflux)
Độ lệch căn quân bình phương (root mean square difference)
Yếu tố phiên mã RUNX3 (trans cription factor RUNX3)
Acid suberoylanilid hydroxamic
Serin
Thụ thể của hóc môn retinoid hoặc thyroid
(retinoid or thyroid-hormone receptors)
Protein Smad7
Triethylamin
Tyrosin
Enzym glucuronos yltransferase
Valin
Thể tích phân bố (volume of distribution)
Yếu tố tăng trưởng mạch nội mô (vas cular endothelial growth factor)


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Danh mục các hóa chất sử dụng trong luận án ............................................ 43
Bảng 2.2: Bảng tỷ lệ các thành phần trong các dung dịch để định lượng tác dụng ức

chế HDAC2 ........................................................................................................................ 51
Bảng 3.1: Bảng tổng kết năng lượng liên kết dự đoán của các cấu trúc thiết kế với HDAC2
.............................................................................................................................................. 54
Bảng 3.2: Dữ liệu phổ 2D NMR HM BC và HSQC của dẫn chất Ia. ......................... 81
Bảng 3.3: Dữ liệu phổ 2D HMBC và HSQC của dẫn chất VIIa. ............................... 96
Bảng 3.4: Dữ liệu phổ 2D HMBC và HSQC của dẫn chất IXa. ............................... 103
Bảng 4.1: Kết quả thử độc tính tế bào của dãy chất Ia-g và IIa-g ............................ 126
Bảng 4.2: Kết quả thử độc tính tế bào của dãy chất IIIa-g ........................................ 130
Bảng 4.3: Kết quả thử tác dụng ức chế enzym HDAC2 và độc tính tế bào của các
dãy dẫn chất IVa-c, Va-g, VIa-g................................................................................... 132
Bảng 4.4: Kết quả dự đoán về độ tan và các thông số ADME của Va-f và VIc, VId
............................................................................................................................................ 136
Bảng 4.5: Kết quả thử tác dụng ức chế enzym HDAC2 và độc tính tế bào của các
dãy dẫn chất VIIa-g, VIIIa-g ........................................................................................ 137
Bảng 4.6: Kết quả thử tác dụng ức chế HDAC2 và độc tính tế bào của các dãy dẫn
chất IXa-g và Xa-c .......................................................................................................... 139
Bảng 4.7: Kết quả thử tác dụng ức chế các loại enzym HDAC khác nhau của Xc. 140
Bảng 4.8: Kết quả thử tác dụng độc tính trên tế bào thường của một số chất ......... 141
Bảng 4.9: Kết quả nghiên cứu docking của hai chất IXg và Xc với HDAC1, 2, 6 và
8 ......................................................................................................................................... 142
Bảng 4.10: Kết quả dự đoán một số thông số lý hóa và thông số dược động học của
chất IXg và Xc ................................................................................................................. 144


DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 1.1: Sơ đồ phản ứng đóng vòng click có xúc tác Cu(I) ..................................... 36
Sơ đồ 1.2: Sơ đồ tổng hợp acid benzohydroxamic........................................................ 40
Sơ đồ 1.3: Sơ đồ tổng hợp acid hydroxamic sử dụng cột Dowex 50.......................... 40
Sơ đồ 1.4: Sơ đồ tổng hợp acid hydroxamic từ một số ester có khả năng phản ứng mạnh
.............................................................................................................................................. 40

Sơ đồ 1.5: Sơ đồ tổng hợp acid hydroxamic có thêm xúc tác KCN ........................... 41
Sơ đồ 1.6: Sơ đồ tổng hợp acid hydroxamic sử dụng sóng vi sóng ............................ 41
Sơ đồ 3.1. Sơ đồ tổng hợp dãy chất Ia-g ........................................................................ 55
Sơ đồ 3.2. Sơ đồ tổng hợp dãy chất IIa-g ...................................................................... 58
Sơ đồ 3.3. Sơ đồ tổng hợp dãy chất IIIa-g ..................................................................... 61
Sơ đồ 3.4. Sơ đồ tổng hợp các dãy chất IVa-c, Va-g, VIa-g, VIIa-g, VIIIa-g ........ 65
Sơ đồ 3.5. Sơ đồ tổng hợp dãy chất IXa-g ..................................................................... 75
Sơ đồ 3.6. Sơ đồ tổng hợp dãy chất Xa-c ....................................................................... 78
Sơ đồ 4.1. Cơ chế phản ứng alkyl hoá .......................................................................... 111
Sơ đồ 4.2. Cơ chế phản ứng azid hoá............................................................................ 112
Sơ đồ 4.3. Sơ đồ cơ chế phản ứng tạo acid hydroxamic từ ester............................... 114


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Hình biểu diễn cơ chế deacetyl hoá lysin của HDAC ................................... 2
Hình 1.2: Mô hình cấu trúc trung tâm hoạt động của HDAC2...................................... 4
Hình 1.3: Cấu trúc trung tâm hoạt động của HDAC8..................................................... 5
Hình 1.4: Hình ảnh bề mặt của các HDAC1, 2, 3 và 8 ................................................... 6
Hình 1.5: Cấu trúc vùng trung tâm hoạt động của HDAC6 và HDAC10 .................... 7
Hình 1.6: Cấu trúc 3 phần chính của các chất ức chế HDAC........................................ 8
Hình 1.7: Cấu trúc của Apicidin và Azumamid E........................................................... 9
Hình 1.8: Cấu trúc của nhóm gắn kẽm theo Vanommeslaeghe K. và cộng sự.......... 10
Hình 1.9: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Salmi-Smail C. .......... 12
Hình 1.10: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Wang T..................... 13
Hình 1.11: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Fang H. ..................... 13
Hình 1.12: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Piral T. ...................... 14
Hình 1.13: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Jiang S. ..................... 14
Hình 1.14: Cấu trúc các chất ức chế HDAC do Dai Y. tổng hợp................................ 15
Hình 1.15: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Liu H......................... 15
Hình 1.16: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Zhu L. ....................... 16

Hình 1.17: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Chao S.W. ................ 16
Hình 1.18: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Yang F...................... 17
Hình 1.19: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu tiếp theo của Yang F...... 17
Hình 1.20: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Kozikowski A.P. .... 18
Hình 1.21: Cấu trúc của chất ức chế HDAC có vòng cyclodextrin ............................ 18
Hình 1.22: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Sodji Q.H. ................ 19
Hình 1.23: Liên quan cấu trúc tác dụng của các chất tương tự SAHA được gắn thêm
nhóm thế trên cầu nối........................................................................................................ 21
Hình 1.24: Cấu trúc các acid hydroxamic mang khung γ– lactam.............................. 21
Hình 1.25: Cấu trúc các chất mang khung isoxazol hoặc isoxazo lin .......................... 22
Hình 1.26: Cấu trúc các acid hydroxamic mang vòng furan........................................ 22
Hình 1.27: Cấu trúc các acid hydroxamic phát triển từ cấu trúc ADS100380 .......... 23
Hình 1.28: Cấu trúc các 3-(4-benzoyl-1H-2-pyrrolyl)-N-hydroxy-2-propenamid .... 23
Hình 1.29: Cấu trúc hai chất mới được phát triển tiếp từ 24a ..................................... 24
Hình 1.30: Những thay đổi cấu trúc dựa trên công thức của chất 24a ....................... 24
Hình 1.31: Cấu trúc các (aryloxo-propenyl)pyrrolyl hydroxamat............................... 25


Hình 1.32: Cấu trúc và liên quan cấu trúc tác dụng của các chất được phát triển từ
NSC746457 ........................................................................................................................ 25
Hình 1.33: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Jiang Y...................... 26
Hình 1.34: Cấu trúc các acid biphenylacrylohydroxamic ............................................ 27
Hình 1.35: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Fang H. ..................... 27
Hình 1.36: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Lee H.Y. ................... 28
Hình 1.37: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Mehndiratta S. ......... 28
Hình 1.38: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Zhang Y.................... 29
Hình 1.39: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Li X. .......................... 29
Hình 1.40: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Zhou M..................... 30
Hình 1.41: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Choi Y.S................... 30
Hình 1.42: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Micheal S. ................ 31

Hình 1.43: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Gopalan B. ............... 31
Hình 1.44: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Ning C. ..................... 32
Hình 1.45: Cấu trúc các acid hydroxamic do Kim D. tổng hợp .................................. 32
Hình 1.46: Cấu trúc của MS-275 và CI-994 .................................................................. 33
Hình 1.47: Tổng hợp một số hướng nghiên cứu từ chất dẫn đường là MS-275........ 33
Hình 1.48: Cấu trúc của một số peptid vòng.................................................................. 34
Hình 1.49: Cấu trúc của một số ceton ức chế HDAC................................................... 34
Hình 1.50: Cấu trúc của một số muối carboxylic mạch ngắn ...................................... 35
Hình 1.51: Cấu trúc một số nhóm gắn kẽm trong các chất ức chế HDAC ................ 35
Hình 1.52: Một số cấu trúc phần cầu nối trong các chất ức chế HDAC..................... 35
Hình 1.53: Một số cấu trúc của nhóm nhận diện bề mặt của các chất ức chế HDAC
.............................................................................................................................................. 36
Hình 1.54: Cấu trúc một số phối tử thường dùng trong phản ứng CuAAC............... 39
Hình 4.1: Cấu trúc chung của dãy chất Ia-g, IIa-g, IIIa-g ........................................ 117
Hình 4.2: Công thức cấu tạo chung của dãy IVa-c, Va-g, VIa-g, VIIa-g, VIIIa-g
............................................................................................................................................ 121
Hình 4.3: Công thức cấu tạo chung của dãy IXa-g và Xa-c ...................................... 122
Hình 4.4: Kết quả thử tác dụng ức chế HDAC của dãy chất Ia-g, IIa-g.................. 125
Hình 4.5: Hình ảnh docking của chất Ib và IIb........................................................... 128
Hình 4.6: Kết quả thử tác dụng ức chế HDAC của dãy chất IIIa-g ......................... 129
Hình 4.7: Hình ảnh docking của dãy chất IIIa-g......................................................... 131
Hình 4.8: Hình ảnh docking của chất IVb, Va, VIg ................................................... 134


Hình 4.9: Hình ảnh docking của chất VIIg và VIIIf .................................................. 138
Hình 4.10: Hình ảnh docking của chất IXg và Xc ...................................................... 142
Hình 4.11: Các vị trí chuyển hóa quan trọng được dự đoán bằng phương pháp
XenoSite của chất IXg .................................................................................................... 145
Hình 4.12: Các vị trí chuyển hóa quan trọng được dự đoán bằng phương pháp
XenoSite của chất Xc...................................................................................................... 145

ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, enzym histon deacetylase (HDAC) đã được biết đến là một phân tử
mục tiêu quan trọng trong quá trình nghiên cứu phát triển thuốc điều trị ung thư.
Các chất ức chế HDAC được chứng minh có thể tạo ra nhiều tác dụng giúp ngăn
chặn quá trình phát sinh và phát triển của tế bào ung thư [172]. Một số chất ức chế
HDAC đang được dùng làm thuốc điều trị ung thư có thể kể đến như acid
suberoylanilid hydroxamic (Zolinza®, 2006), depsipeptid (Romideps in ®, 2009),
belinostat (Beleodaq ®, 2014), panobinostat (Farydak®, 2015). Bên cạnh đó, rất
nhiều chất khác với tác dụng ức chế enzym HDAC nổi bật, cũng đang được nghiên
cứu thử nghiệm lâm sàng cho những kết quả ban đầu tương đối khả quan. Về mặt
cấu trúc, các chất ức chế HDAC có cấu trúc khá đa dạng và được phân loại thành
một số nhóm chất chính gồm: acid hydroxamic, các benzamid, các peptid vòng, các
ceton, các acid béo mạch ngắn và một số cấu trúc hỗn hợp khác. Trong đó, nhóm
các acid hydroxamic ức chế HDAC là nhóm chất được nghiên cứu nhiều nhất do
khả năng ức chế enzym mạnh. Nhờ sự phát triển của kỹ thuật chụp X-quang tinh
thể, cơ chế tương tác của các chất với trung tâm hoạt động của enzym dần được làm
sáng tỏ. Trên cơ sở đó, các nhà nghiên cứu đã xây dựng những mô hình 3D mô
phỏng trung tâm hoạt động của các HDAC. Những mô hình này có thể được sử
dụng làm dữ liệu cho nghiên cứu docking nhằm dự đoán tương tác của các cấu trúc
mới với enzym. Hội nhập cùng xu hướng chung của thế giới, nhóm nghiên cứu tại
bộ môn Hóa Dược, trường Đại học Dược Hà Nội đã thiết kế và tổng hợp được nhiều
dãy acid hydroxamic mới có tác dụng ức chế HDAC. Trong đó, có thể kể đến các
dẫn chất mang khung benzothiazol với tác dụng ức chế enzym cũng như độc tính tế
bào tương đương với acid suberoylanilid hydroxamic (SAHA) [109]. Các kết quả
nghiên cứu trong nước và trên thế giới đều cho thấy acid hydroxamic mang một hay
nhiều khung cấu trúc giàu electron như phenyl, benzothiazol, indol, indolin... có
tiềm năng tạo ra tác dụng ức chế HDAC tốt. Khung indolin có mặt trong cấu tạo của
nhiều chất mang hoạt tính kháng ung thư nhưng chưa có nhiều cấu trúc mang khung

này được khảo sát về tác dụng ức chế HDAC. Trên cơ sở kế thừa và phát triển
hướng nghiên cứu trong và ngoài nước, luận án “Tổng hợp và thử tác dụng sinh
học của một số acid hydroxamic mang khung 2-oxoindolin” được tiến hành với
2 mục tiêu chính:
1. Tổng hợp được khoảng từ 30 đến 40 acid hydroxamic mới mang khung
2-oxoindolin.
2. Thử tác dụng ức chế enzym histon deacetylase và tác dụng kháng một số
dòng tế bào ung thư của các dẫn chất tổng hợp được.
1


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. HISTON DEACETYLAS E
1.1.1 Khái niệm
Histon deacetylasse (HDAC) là một nhóm các enzym xúc tác cho quá trình
loại bỏ nhóm ε-N-acetyl của lysin ở đầu N tận cùng của protein histon. Histon
acetyltransferase (HAT) có tác dụng đối lập với HDAC và phối hợp hoạt động với
HDAC để điều chỉnh số lượng acetyl histon theo các tín hiệu phiên mã nhận được
[95]. Các HDAC tồn tại cả ở dạng protein đơn lẻ và phức hợp với các protein như
mSin3, N-CoR và SMRT để tạo thành các phức hợp đồng kìm hãm phiên mã [132].
Những phức hợp này sau đó được vận chuyển đến những vùng genom xác định nhờ
tương tác với các yếu tố có vị trí gắn đặc hiệu trên ADN bao gồm các yếu tố phiên
mã, các thụ thể trong nhân, các gen điều chỉnh di truyền biểu sinh, cụ thể như
protein gắn methyl (MDB), enzym ADN methyl transferase (DNMT) và enzym
histon methyl transferase (HMT).
Biến đổi cấu trúc của nhiễm sắc thể bởi hoạt động của enzym histon
deacetylase là một trong những cơ chế của di truyền biểu sinh [161]. Quá trình
acetyl hoá lys in của protein histon được khám phá ra bởi Allfrey V.G. và cộng sự từ
khoảng năm thập kỷ trước [3]. Nhiều nghiên cứu sau đó cũng đã chỉ ra tầm quan
trọng của sự acyl hoá nhóm ε-amino của phân tử lys in ở đầu N tận cùng của histon

trong quá trình biểu hiện gen. Trên cơ sở đó, các nhà khoa học nhận định rằng sự
cân bằng trong hoạt động của enzym HAT và HDAC là yếu tố ảnh hưởng đến sự
hoạt hoá hay bất hoạt quá trình phiên mã [48]. Cơ chế deacetyl hoá lys in xúc tác bởi
HDAC được minh hoạ trong hình dưới đây (Hình 1.1). Nhóm chức N-ε-acetyl trên
lys in được gắn với ion kẽm ở trung tâm hoạt động của enzym. Enzym được hoạt
hoá, nhóm chức acetyl bị tấn bởi một phân tử nước tạo ra sản phẩm là lysin ở dạng
amoni không gắn nhóm acetyl và sản phẩm phụ là acid acetic ở dạng acetat.

Hình 1.1: Hình biểu diễn cơ chế deacetyl hoá lysin của HDAC

2


HDAC được đặt tên theo protein histon do các nhà nghiên cứu khám phá ra
chức năng của nhóm enzym này đầu tiên là loại bỏ nhóm acetyl của histon [46].
Tuy nhiên, sau này các nghiên cứu sâu hơn về hoạt động của nhóm enzym này cho
thấy các enzym HDAC còn có khả năng deacetyl hoá rất nhiều protein không phải
histon khác bao gồm các yếu tố phiên mã như RUNX3 [62], p53 [59], E2F [97], cMyc [112], yếu tố kappa B của nhân (NF-ĸB) [21], yếu tố cảm ứng sự giảm oxi
máu 1-alpha (HIF-1α) [70], thụ thể estrogen alpha (ERα) [41], thụ thể androgen
(AR) [131], chaperon (HSP90) [7], nhân tố điều chỉnh tín hiệu Stat3 [166] và
Smad7 [134], protein chỉnh sửa (Ku70) [26] và một yếu tố phiên mã quan trọng cho
sự phát triển xương cũng được xác định là cơ chất của HDAC [60].
1.1.2. Phân loại
Cho đến nay, 18 loại enzym HDAC đã được xác định và phân chia thành 4
nhóm căn cứ vào sự tương đồng của chúng với HDAC ở nấm men. Trong 4 nhóm
này các enzym nhóm I, II và IV là những enzym phụ thuộc kim loại (metalloenzym), trong quá trình hoạt động cần có sự phối hợp của ion kẽm nằm ở trung tâm
xúc tác của các enzym [106]. Ngược lại, các enzym HDAC nhóm III (các sirtuin)
được xác định là các enzym có hoạt động phụ thuộc NAD+. Và khái niệm các chất
ức chế HDAC thường được đề cập đến là các chất có khả năng ức chế các HDAC
nhóm I, II và IV.

Các HDAC có độ dài chuỗi amino acid không giống nhau, thay đổi từ 347
amino acid (HDAC11) đến 1215 amino acid (HDAC6). Tất cả các HDAC đều có
vùng deacetyl được bảo tồn cao. Sự khác biệt lớn nhất giữa các enzym được tìm
thấy ở vùng cửa vào của trung tâm hoạt động. Ngoài ra, các HDAC nhóm I cho thấy
có thêm một khoang phụ nằm bên trong trung tâm hoạt động, được dự đoán là vị trí
có vai trò đưa phân tử nước vào và loại bỏ sản phẩm phụ là acid acetic. Khoang phụ
này dường như không có mặt ở các HDAC nhóm II. Với các HDAC nhóm III,
không có ion kẽm ở trung tâm hoạt động, các phân tử lys in mang nhóm acetyl được
gắn với ADP-ribose. Vị trí phân bố trong tế bào của các HDAC không giống nhau,
các HDAC nhóm I và IV có ở nhân tế bào, các HDAC nhóm IIb có ở bào tương,
còn các HDAC nhóm IIa được tìm thấy ở cả nhân và bào tương. Chức năng và cơ
chất của từng enzym trong nhóm cũng không hoàn toàn giống nhau. Trong đó, đặc
biệt nhất là nhóm I, tất cả các enzym nhóm này đều có chức năng sinh học liên quan
đến quá trình sinh sản của tế bào [96].
3


1.1.3. Cấu trúc các enzym histon deacetylase nhóm I, II và IV
1.1.3.1. HDAC nhóm I
HDAC1, HDAC2, HDAC3 và HDAC8 là các enzym thuộc nhóm I. HDAC1,
HDAC2 và HDAC3 là hợp phần trong các phức hợp protein có liên quan đến quá trình
ức chế phiên mã. Mô hình cấu trúc được xây dựng dựa trên sự tương đồng của các biến
thể HDAC1 khác nhau, vốn được dùng để giải thích những đột biến trên HDAC, cũng
rất hữu ích cho việc phát triển các chất ức chế HDAC và xây dựng cấu trúc mang hoạt
tính (pharmacophore) cho các chất này. Quá trình phân tách cấu trúc tinh thể bằng tia X
của HDAC1 cho thấy cấu trúc của trung tâm hoạt động được tạo bởi một kênh kỵ nước
kích thước 11Å với một ion kẽm có vai trò xúc tác và một khoang phụ thân nước có
kích thước 14Å nằm ở đáy của kênh enzym. Khi không có phối tử, khoang phụ này
tham gia vào quá trình xúc tác phản ứng deacetylase hoá, giúp cho sản phẩm phụ acetat
được loại ra khỏi phản ứng thông qua những tương tác ưu tiên [37, 153].

Cấu trúc của các HDAC2 bao gồm 8 phiến gấp nếp β (β sheet) và 13 cấu trúc
xoắn α (α helice) trong một domain α/β, với các phiến β kẹp giữa các xoắn α (Hình
1.2). Kênh enzym kết nối bề mặt enzym với ion kẽm cũng có bản chất thân dầu,
kích thước xấp xỉ 11Å, được bao phủ bởi các amino acid là Gly154, Phe155,
Phe210 và His183 có khả năng tạo phức với ion kẽm. Từ vị trí liên kết với kẽm,
khoang phụ có kích thước 14Å và bản chất thân nước có vị trí hướng về phần trung
tâm của enzym. Các amino acid gồm Met35, Phe114 và Leu144 là những amino
acid chính tạo nên khoang phụ [79, 152].

Hình 1.2: Mô hình cấu trúc trung tâm hoạt động của HDAC2
Khoang phụ của HDAC8 được bộc lộ ra bên ngoài cho thấy sự linh động của
kênh enzym trên bề mặt protein (Hình 1.3). Khoang phụ này chứa một số amino
acid Arg được bảo tồn cao và phần cấu trúc quan trọng nhất là arginin trung tâm của
4


chuỗi bên R37. Acid amin này được cho là giúp cải thiện cả hoạt tính xúc tác cùng
với ái lực acetat của HDAC8, và có vai trò bảo vệ kênh enzym khi tham gia vào quá
trình vận chuyển nước và acid acetic ra khỏi trung tâm hoạt động của enzym. Sự
chuyển động của phân tử nước hoặc acid acetic bị ức chế bởi liên kết bền vững giữa
G139 và G303. Do đó cần có sự sắp xếp lại cấu trúc của chuỗi bên R37 và vòng
xoắn (loop) để mở rộng vị trí hoạt động để các phân tử này có thể di chuyển ra
ngoài thông qua kênh enzym [50, 154, 155].

Hình 1.3: Cấu trúc trung tâm hoạt động của HDAC8
Cho đến nay, theo dữ liệu cấu trúc trên Ngân hàng dữ liệu protein (PDB) có 7
enzym gồm HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC4, HDAC6, HDAC7 và HDAC8 ở
người hoặc nấm men đã được công bố cấu trúc tinh thể kết tinh (có hoặc không kèm với
chất ức chế có liên quan). So sánh cấu trúc của các HDAC nhóm I cho thấy cả 4 loại
enzym đều có cấu trúc chuỗi polipeptid xương sống (backbone) gần như giống hệt nhau.

Cấu trúc ống của kênh enzym trong nhóm I được đặc trưng bởi hai phenylalanin tạo ra
một dạng xếp chồng π (π-stacking), và vị trí phối hợp với ion kẽm được bảo tồn cao ở tất
cả các enzym trong nhóm I. Bề mặt ngoài của HDAC8 có sự khác biệt lớn so với
HDAC1, HDAC2 và HDAC3, với các amino acid khác biệt quan trọng là Lys33, Ile34,
Tyr100, Pro205, Pro273, Met274 và Ser276. Cụ thể, Tyr204/209 ở HDAC1/HDAC2
được thay thế bằng Phe199/207 ở HDAC3/HDAC8. Việc mất đi nhóm hydroxyl ở vị trí
này có thể tạo nên sự chọn lọc giữa các đồng phân nhưng đặc điểm này cũng có thể bị
che khuất bởi các amino acid khác. Sự hiện diện thêm của Gly206 và tiếp theo đó là
Pro205 ở vị trí của Asn203/208 ở HDAC1/HDAC2 và Asp197 ở HDAC3. Một sự khác
biệt quan trọng nữa là Lys 33 ở HDAC8 thay thế His33 ở HDAC1, HDAC2, HDAC3 và

5


Tyr100 thay thế cho Glu98/104 của HDAC1/HDAC2 và Asp93 của HDAC3. Ở vị trí
đầu vào của kênh enzym, sự thay đổi của HDAC8 là Ile34 và Pro273 và Met274 thay thế
cho lần lượt là Pro, Arg và Leu ở HDAC1, HDAC2, HDAC3. Phân tử Tyr100 ở
HDAC8 tạo nên một đường viền nhỏ hơn so với các enzym còn lại. Hình biểu trung tâm
hoạt động (Hình 1.4) giúp làm nổi bật hơn sự khác biệt về hình học giữa các enzym, yếu
tố có thể tạo nên tính chọn lọc [125].

Hình 1.4: Hình ảnh bề mặt của các HDAC1, 2, 3 và 8
Nghiên cứu về khoang phụ của các HDAC nhóm I bằng các đột biến gây ra
trên HDAC1 hướng về vùng cấu trúc khoang phụ nhằm tìm hiểu rõ hơn về cách
thức di chuyển của phân tử acid acetic [153]. Danh sách các amino acid tạo nên
khoang phụ của các enzym nhóm I được công bố trước, sau đó các amino acid
tương ứng của các enzym nhóm II và IV cũng được trình bày (mặc dù ở hai nhóm
enzym này không có khoang phụ). Thay thế những amino acid quan trọng của vùng
này có thể dẫn đến sự giảm đáng kể hoạt tính xúc tác. Những amino acid có vai trò
then chốt có thể kể đến Tyr23, Tyr24, Arg34, Cys 151 và đặc biệt là Tyr303 ở

HDAC1. Thêm vào đó, Val19, Met30, Ile35, Phe109 và Leu139 là những amino
acid quyết định hình dạng của khoang phụ chứa ion acetat. Những đột biến của
alanin làm giảm hoạt tính xúc tác mặc dù các alanin không tham gia trực tiếp vào
quá trình gắn ion acetat. Nhìn chung, những nghiên cứu về khoang phụ cũng gợi ý
rằng những chất ức chế có nhóm chức tương đương acetat có thể gắn vào khoang
phụ sẽ có khả năng tăng tính chọn lọc.
1.1.3.2. HDAC nhóm II
HDAC nhóm II là các enzym có nhiều ở mô và có liên quan đến quá trình biệt
hoá cũng như phát triển của mô như mô xương, tim, cơ trơn, hệ miễn dịch, hệ mạch,
6


não thông qua tác dụng ức chế phiên mã [106]. Nhóm II được chia thành hai phân
nhóm nhỏ hơn là phân nhóm IIa gồm HDAC4, HDAC5, HDAC7, HDAC9 và phân
nhóm IIb gồm HDAC6, HDAC10.
Các HDAC nhóm IIa tạo thành một domain deacetylase vĩnh viễn chứa một
đầu N được bảo tồn cao tương đồng với HDAC1 của nấm mem. Domain này điều
chỉnh liên kết ADN thông qua vận chuyển nhân và tế bào chất. Quá trình
phos phoryl hoá phụ thuộc tín hiệu của serin điều chỉnh vùng chứa đầu N tận cùng
quyết định liệu các HDAC IIa sẽ ở lại hay rời nhân tế bào và quyết định khả năng
trở thành đồng yếu tố ức chế phiên mã ở trong nhân. HDAC4 ức chế RunX2 và điều
chỉnh quá trình cứng hoá và phình to của mô xương [141]. HDAC9 ở chuột bị gây
đột biến gen cho thấy sự nhạy cảm với các tín hiệu stress dẫn đến phì đại cơ tim.
Điều đó chứng tỏ vai trò của HDAC9 trong quá trình biệt hoá cơ tim [103]. Trong tế
bào tiền tạo máu, HDAC7 có liên quan đến quá trình điều chỉnh sự chết theo
chương trình. Enzym này thúc đẩy quá trình phiên mã MEF2D và ức chế thụ thể
Nur77. Mặc dù, mức độ HDAC5 rất thấp trong tuyến ức ở người, nhưng enzym này
rất quan trọng cho quá trình kìm chế Nur77. Trong tế bào nội mô, HDAC5 kìm chế
FGF2 và Slit2, những gen chịu trách nhiệm cho quá trình tạo mạch [32].
Phân nhóm IIb bao gồm HDAC6 và HDAC10, hai enzym có sự tương đồng

cao về mặt cấu trúc, đặc biệt là trung tâm hoạt động (Hình 1.5). HDAC6 có hai
vùng xúc tác có tương tác với nhau và cả hai vùng này đều hướng ra mặt ngoài của
protein và luôn sẵn sàng để tương tác với cơ chất. Vùng xúc tác thứ hai CD2 của
HDAC6 không thể thiếu cho các chức năng phụ thuộc enzym của HDAC6, vùng xúc tác
thứ nhất CD1 liên quan đến những hoạt động xúc tác của enzym. CD1 của HDAC6 tham
gia vào xúc tác loại bỏ nhóm acetyl của lysin ở đầu N của cơ chất, trong khi đó CD2 chủ
yếu tham gia vào deacetyl hoá α-tubulin [101].

Hình 1.5: Cấu trúc vùng trung tâm hoạt động của HDAC6 và HDAC10
7


Mặc dù không chỉ giới hạn hoạt động trong nhân, HDAC10 có ít liên quan đến
sự chết tế bào theo chu trình hơn HDAC6. HDAC10 cũng có vùng deacetyl thứ hai
liên kết với những cơ chất khác nhưng chưa được xác định chính xác. HDAC10
điều chỉnh sự thoái hoá thụ thể của yếu tố tăng trưởng mạch nội mô (VEGFR) bởi
các proteas om thông qua acetyl hoá và deacetyl hoá HSP-90 [75].
Nhóm II hiện có 3 enzym đã được nghiên cứu cấu trúc kết tinh gồm HDAC4,
HDAC7 và HDAC6. So sánh các cấu trúc này cho thấy vùng trung tâm hoạt động
của các enzym có cấu hình tương đối giống nhau, sự khác biệt được ghi nhận khi
quan sát bên ngoài kênh enzym chứa ion kẽm. HDAC4 và HDAC7 giống nhau về
trình tự amino acid xung quanh trung tâm hoạt động hơn so với HDAC6. Đặc biệt
amino acid có nhiệm vụ cho proton liên quan đến cơ chế thuỷ phân là Tyr293 ở
HDAC6 được thay thế bởi histidin tương ứng ở HDAC4 và 7. Một khác biệt đáng chú
ý khác là sự có mặt của Gly290 ở HDAC6 thay cho Glu329/840 ở HDAC4/HDAC7.
Thêm vào đó, HDAC4 và HDAC7 có mặt ion kẽm thứ hai, không xuất hiện trong cấu
trúc của HDAC6 [125].
1.1.3.3. HDAC nhóm IV
Không có nhiều nghiên cứu công bố về vai trò của HDAC11 trong bệnh ung
thư. HDAC11 hiện nay được biết đến nhiều trong bệnh u lympho Hodgkin [13].

Nồng độ cao HDAC11 được tìm thấy ở khối u thần kinh mạn tính [135].
1.2. CÁC CHẤT ỨC CHẾ HISTON DEACETYLAS E
Cấu trúc của các chất ức chế HDAC thường có 3 phần chính gồm: nhóm nhận
diện bề mặt, vùng cầu nối và nhóm gắn kẽm (Hình 1.6). Một số chất có thể có thêm
đơn vị kết nối nằm giữa nhóm nhận diện bề mặt và vùng cầu nối.

Hình 1.6: Cấu trúc 3 phần chính của các chất ức chế HDAC
8


- Nhóm nhận diện bề mặt hay còn gọi là nhóm khóa hoạt động: là các vòng
thơm hoặc peptid vòng, thường tham gia vào quá trình nhận diện với bề mặt amino
acid của enzym. Cấu trúc của nhóm nhận diện bề mặt có ảnh hưởng rất nhiều đến hoạt
tính của các chất ức chế HDAC. Những phân tử không có nhóm nhận diện bề mặt kị
nước thì thường có hoạt tính yếu [142]. Trong một nghiên cứu của nhóm tác giả Juvale
D.C. cho thấy, sự có mặt của nhóm phenyl hay thêm một nhóm thế thân nước trên cầu
nối ở vị trí sát với nhóm phenyl trong nhóm nhận diện bề mặt sẽ góp phần làm tăng
hoạt tính. Ngược lại, khi có nhóm thế thân nước sát nhóm acid hydroxamic thì gây bất
lợi cho hoạt tính. Tương tự nhóm phenyl, các nhóm chức và cấu trúc giàu mật độ
electron ở nhóm nhận diện bề mặt đều góp phần làm tăng hoạt tính [65].
Cấu trúc của nhóm nhận diện bề mặt và sự tương ứng cấu trúc miệng túi
enzym HDAC còn tạo nên tính chọn lọc của các chất ức chế HDAC. Nghiên cứu
của Di Micco S. và cộng sự đã chỉ ra rằng các hợp chất cyclopeptid thiên nhiên
mang vòng lớn (azumamid E và apicidin (Hình 1.7)) có khả năng ức chế chọn lọc
HDAC nhóm I. Tính chọn lọc này là do HDAC nhóm I kích thước đường kính
miệng túi lớn nên dễ dàng cho nhóm nhận diện bề mặt cồng kềnh của các
cyclopeptid thâm nhập vào, tương tác, tạo liên kết bền vững với kênh enzym. Còn
với các HDAC nhóm II, do bề mặt enzym chứa các phân tử cồng kềnh, gây khó
khăn cho việc tạo liên kết với các hợp chất vòng lớn [33].
O

O
O

O

N

OH

HN
NH HN

NH HN

O

O

O
O

NH HN

O
O
Azumamid E

N
Apicidin

O

Hình 1.7: Cấu trúc của Apicidin và Azumamid E
Các nhóm thế gắn trên các vòng kỵ nước của nhóm nhận diện bề mặt cũng
có ảnh hưởng nhất định đến hoạt tính sinh học của các chất. Năm 2005, Guo Y.
cùng cộng sự đã tiến hành một khảo sát hoạt tính ức chế của dãy hợp chất indol
amin đối với HDAC1 và nhận định rằng: ở vùng miệng túi nhóm indol amin sẽ
tạo liên kết với protein bề mặt, qua việc hình thành liên kết hydro giữa –COOcủa Asp99 và nhóm –NH-amid của nhân indol. Một số nhóm thế ở vị trí gần
vòng indol tạo ra liên kết hydro, như nhóm –NH- amid sẽ làm cải thiện hoạt tính
ức chế HDAC. Khi thêm vào một nhóm thế có kích thước không gian lớn vào vị
9


trí số 4 trên vòng indol, ví dụ như -OCH3 sẽ làm tăng cao hoạt tính hơn so với
không có nhóm thế [47].
- Vùng cầu nối: thường là các nhóm kỵ nước, gồm các hydrocarbon thân dầu
mạch thẳng hoặc vòng, có thể no hoặc không no, có vai trò tạo liên kết van der
Waals với kênh enzym, tạo nên tương tác với các thành phần amino acid nằm trong
kênh và giúp cho cơ chất cố định trong kênh. Các kết quả nghiên cứu và thống kê
cho thấy khi cầu nối có chiều dài 5 carbon hoặc 6 carbon thì hoạt tính của các chất
có thể đạt được là tối ưu [5]. Di Micco S. và nhóm nghiên cứu của ông đã chứng
minh được trong kênh enzym của các HDAC có hai nhóm phenylalanin tham gia
vào quá trình deacetyl hóa lys in của histon. Nhóm đã nghiên cứu docking nhiều hợp
chất có cầu nối mạch thẳng và cầu nối vòng thơm để xác định cấu trúc cầu nối phù
hợp tạo tương tác với hai nhóm phenylalanin trong HDAC. Kết quả cho thấy các
chất ức chế HDAC có cầu nối vòng thơm cho ái lực mạnh hơn với đích, do vòng
thơm tạo liên kết π-π với hai nhóm phenylalanin trong kênh enzym [33].
- Nhóm kết thúc gắn với kẽm: là nhóm chức tham gia tạo tương tác với ion
Zn 2+ tại trung tâm hoạt động của các HDAC. Năm 2005, khi nghiên cứu cấu trúc

của vùng chứa ion Zn 2+ trong enzym HDAC, Vanommeslaeghe K. và cộng sự
thấy rằng, vùng này chứa 1 gốc Tyr và 2 nhóm His-Asp [150]. Từ đó, tác giả đã
đưa ra cấu trúc của nhóm kết thúc gắn với kẽm trong phân tử chất ức chế HDAC
gồm 5 phần (Hình 1.8):

Hình 1.8: Cấu trúc của nhóm gắn kẽm theo Vanommeslaeghe K. và cộng sự
+ Phần A: mang đôi electron không liên kết, có khả năng tạo liên kết hydro
với nguyên tử H trong nhóm OH của tyrosin, đồng thời tạo liên kết chelat với ion
Zn 2+ . Tuy nhiên A cũng có thể chứa hydro (để nhận electron từ oxy trong nhóm
phenol của Tyr297 tạo liên kết hydro).
+ Phần B: nối nhóm gắn kẽm với vùng cầu nối, do đó B phải tạo ít nhất 3 liên kết.
10


+ Phần C: chứa hydro linh động, tạo liên kết hydro với His132 và cũng cần tạo
được 3 liên kết hoặc hơn.
+ Phần D: là nhóm cho proton, tạo liên kết tĩnh điện với His131 và liên kết
chelat mạnh với Zn2+.
+ Phần L: vùng cầu nối.
Nhóm gắn kẽm trong các phân tử chất ức chế HDAC có thể là acid
hydroxamic, các thiol, nhóm o-aminoanilin của benzamid, mercaptoceton... Trong
đó, nhóm acid hydroxamic được cho là có khả năng gắn kẽm tốt nhất và mang lại
hoạt tính sinh học khả quan cho các chất. Nghiên cứu của Kalyaanamoorthy S. và
cộng sự còn chỉ ra rằng dạng acid của acid hydroxamic ức chế các HDAC tốt hơn so
với dạng muối của hydroxamat vì tạo được nhiều liên kết hydro hơn [66]. Bên cạnh
đó, một số nghiên cứu cho thấy các chất ức chế HDAC thuộc nhóm acid hydroxamic
còn có thể có thêm nhóm liên kết (connecting unit) có nhiệm vụ kết nối nhóm nhận
diện bề mặt với vùng cầu nối kỵ nước, ví dụ như nhóm amid ở SAHA [42].
Ngoài ảnh hưởng của các phần cấu trúc chính lên hoạt tính sinh học, một số yếu
tố khác về cấu trúc cũng làm thay đổi khả năng tương tác giữa các chất và enzym

HDAC. Nếu năng lượng solvat hóa của phân tử tăng lên sẽ làm cho hoạt tính ức chế
HDAC giảm xuống [160]. Các phân tử thân dầu thường có hoạt tính tốt, tuy nhiên
kích thước phân tử quá lớn sẽ bất lợi với hoạt tính [65]. Khi phân tử chất quá thân
dầu hoặc chứa quá nhiều vòng 6 cạnh sẽ tạo hiệu ứng cản trở không gian, do vậy
hoạt tính của chất cũng sẽ giảm [11]. Những chất có tính thân dầu - thân nước cân
bằng thường có lợi cho hoạt tính của các chất ức chế HDAC6 [76]. Phân tử có xu
hướng cầu hóa sẽ làm thu nhỏ vùng cho dung môi thâm nhập do các nhóm thân
nước bị che khuất. Cấu trúc phân tử càng có xu hướng “mở”, hoạt tính ức chế
HDAC sẽ tăng [156]. Phân tử ở dạng gấp khúc là điều kiện tiên quyết cho tác dụng
ức chế chọn lọc HD1-A (tương đồng HDAC nhóm II). Ngược lại, khi phân tử ở
dạng “thẳng” lại cho tác dụng ức chế chọn lọc trên HD1-B của nấm mem (tương
đồng HDAC nhóm I ở người) [121].
Về cấu trúc hoá học, các chất ức chế HDAC có thể chia làm các nhóm chính
gồm: các acid hydroxamic, các benzamid, các peptid vòng, các ceton và các acid béo
mạch ngắn và một số chất có cấu trúc khác. Nội dung tiếp theo sẽ trình bày về mối liên
quan giữa cấu trúc và tác dụng của một số dẫn chất đã được công bố của mỗi nhóm,
đặc biệt chú trọng vào các acid hydroxamic, nhóm chất mục tiêu của luận án.

11


1.2.1. Các acid hydroxamic
Các chất ức chế HDAC có nhóm gắn kẽm là acid hydroxamic có cấu trúc rất
đa dạng. Các tác giả thường thiết kế chất mới dựa trên cấu trúc của các chất ức chế
HDAC mạnh đã được chứng minh như trichos tatin A hay SAHA hoặc các khung
cấu trúc mang hoạt tính được sàng lọc từ thư viện chất. Trên cơ sở đó, các tác giả
tiến hành thay đổi nhóm nhận diện bề mặt, chiều dài cầu nối, mức độ bão hoà, phân
nhánh của cầu nối nhằm đưa ra những đặc điểm được cho là tối ưu với hoạt tính
sinh học tương ứng với khung cấu trúc cụ thể. Không chỉ bản chất của nhóm nhận
diện bề mặt hay cầu nối mà các nhóm thế gắn vào khung cấu trúc chính cũng ảnh

hưởng đáng kể đến tác dụng ức chế enzym, độ bền vững sinh học và độc tính tế bào
của chất. Do số lượng các acid hydroxamic đã được công bố tương đối lớn nên
trong phần này sẽ tập trung vào một số hướng nghiên cứu như sau:
1.2.1.1. Các acid hydroxamic cầu nối là chuỗi carbon mạch thẳng
Chất điển hình của nhóm này là acid suberoyl anilid (SAHA) có cầu nối là
chuỗi 6 carbon no, mạch thẳng. Độ dài 5 carbon hay 6 carbon đã được chứng minh
trong một số nghiên cứu là độ dài thích hợp nhất cho tương tác giữa chất ức chế và
enzym [5].
Nghiên cứu tác dụng sinh học của những dẫn xuất thế trên nhân phenyl của
SAHA hướng đến chọn lọc hoạt tính kháng bệnh bạch cầu đã được thực hiện bởi
Salmi-Smail C. và cộng sự (Cấu trúc 1 - Hình 1.9) [128]. Phương pháp nghiên cứu là
tổng hợp các dẫn xuất khác nhau, thế ở những vị trí khác nhau và thử tác dụng độc
tính tế bào trên nhiều dòng tế bào ung thư máu ở nhiều nồng độ từ 0,12 đến 100 µM.
Kết quả cho thấy, bản chất nhóm thế là nhóm hút electron hay đẩy electron không
ảnh hưởng nhiều đến hoạt tính. Nhưng vị trí nhóm thế có ảnh hưởng rõ rệt, các chất
mang nhóm thế ở vị trí ortho có hoạt tính giảm hơn so với chất mang nhóm thế tương
tự ở vị trí meta và para.
+ Nhóm thế gắn ở vị trí ortho có hoạt
tính yếu hơn vị trí meta và para
+ Bản chất nhóm thế là hút hay đẩy đi ện
tử không ảnh hưởng đến độc tính tế bào
Cầu nối tương tự SAHA

Hình 1.9: Liên quan cấu trúc tác dụng trong nghiên cứu của Salmi-Smail C.
Thay thế hệ vòng đơn của SAHA bằng hệ vòng đôi là cơ sở để Wang T. và
cộng sự [159] tổng hợp một dãy các chất ức chế HDAC mang khung
benzimidazol (Cấu trúc 2 - Hình 1.10). Nghiên cứu sàng lọc cho thấy, các chất
12