(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu tạo cơ chất peptide đặc hiệu cho protease của HIV 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Trầ n Thi Thu
Huyề n
̣

NGHIÊN CỨU TẠO CƠ CHẤT PEPTIDE ĐẶC HIỆU
CHO PROTEASE CỦA HIV-1

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Trầ n Thi Thu
Huyề n
̣

NGHIÊN CỨU TẠO CƠ CHẤT PEPTIDE ĐẶC HIỆU
CHO PROTEASE CỦA HIV-1

Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
Mã số: 60420114

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Thị Hồng Loan

GS.TS. Phan Tuấn Nghĩa

Hà Nội – 2016


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên , tôi xin đƣợc bày tỏ lịng cảm ơn và kính trọng sâu sắc đối với
GS.TS. Phan Tuấn Nghĩa và TS . Nguyễn Thị Hồng Loan đã tận tình hƣớng dẫn và
tạo điều kiện thuận lợi nhấ t cho tơi trong suốt q trình học tập , nghiên cứu và thực
hiện luận văn này.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhấ t đến các thầy giáo , cô giáo
của Khoa Sinh học cũng nhƣ các thầy , cô thuộc Bộ môn Sinh lý Thực vật và Hóa
sinh, Khoa Sinh học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên đã truyền đạt cho tôi
nhiều kiến thức nền tảng bổ ích.
Lời cảm ơn tiếp theo tôi xin gửi tới các cán bộ, học viên sau đại học và sinh
viên Phòng Protein tái tổ hợp, Phòng thí nghiệm trọng điểm Cơng nghệ Enzyme và
Protein, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên đã chia sẻ và tạo những điều kiện tốt
nhất để tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đin
̀ h và ba ̣n bè đã ln dành tình cảm

, động

viên và khích lệ tơi trong suố t quá trình ho ̣c tâ ̣p và hoàn thành luâ ̣n văn.
Luận văn đƣợc thực hiện trong phạm vi nội dung và kinh phí của đề tài
KLEPT-14-03.
Hà Nội, 15 tháng 12 năm 2016
Học viên,

Trầ n Thi Thu

Huyề n
̣


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................................... 2
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HIV VÀ PROTEASE CỦ A HIV-1 ................................ 3
1.1.1. HIV-1 nguyên nhân của bệnh AIDS .................................................................. 3
1.1.2. Cấ u trúc và chƣ́c năng của protease HIV-1 ....................................................... 3
1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ CỦA PROTEASE HIV
-1 ................. 7
1.2.1. Phƣơng pháp quang phổ kế ................................................................................ 7
1.2.2. Phƣơng pháp sắc ký lỏng cao áp pha đảo .......................................................... 9
1.2.3. Phƣơng pháp miễn dich
̣ ELISA ....................................................................... 10
1.2.4. Phƣơng pháp xác đinh
̣ hoa ̣t đô ̣ của protease không đánh dấ u theo thời gian
(real time label free) bằ ng phân tić h nanopore ........................................................... 10
1.3. ĐẶC TÍNH CƠ CHẤT PEPTIDE CỦA PROTEASE HIV-1 ................................. 11
1.3.1. Trình tự amino acid trong cơ chất của protease HIV-1.................................... 11
1.3.2. Các nghiên cứu về cơ chất đă ̣c hiê ̣u của protease HIV-1................................. 15
1.4. CÁC CHẤT ỨC CHẾ PROTEASE HIV -1 VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU TRỊ
HIV/AIDS .................................................................................................................. 18
1.4.1. Các chấ t ƣ́c chế protease HIV-1....................................................................... 18
1.4.2. Ứng dụng chất ức chế protease HIV-1 trong điề u tri ̣HIV/AIDS .................... 20
Chƣơng 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢ́U ................................... 23
2.1. NGUYÊN LIỆU ....................................................................................................... 23
2.2. MÁY MÓC VÀ TRANG THIẾT BỊ........................................................................ 23

2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢ́U ............................................................................ 23
2.3.1. Xác định hoạt độ của protease HIV -1 sƣ̉ du ̣ng cơ chấ t peptide cải biế n trên
máy quang phổ khả kiến ............................................................................................. 23
2.3.2. Xác định hoạt độ của protease HIV

-1 bằ ng cơ chấ t huỳnh quang trên máy

quang phổ kế huỳnh quang ......................................................................................... 25
2.3.3. Xác định các hằng số động học của protease HIV-1 ........................................ 26


Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................... 28
3.1. THIẾT KẾ TRÌNH TỰ AMINO ACID CỦA CƠ CHẤT PEPTIDE CHO XÁC
ĐINH
̣ HOA ̣T TÍNH PROTEASE HIV-1 ................................................................... 28
3.1.1. Trình tự amino acid của cơ chất protease HIV-1 ............................................. 28
3.1.2. Xác định một số đặc tính của cơ chất Peptide CH............................................. 29
3.1.3. So sánh ái lƣ̣c của protease với Peptide CH và mô ̣t số cơ chấ t khác ............... 34
3.2. THƢ̉ NGHIỆM DÙ NG CƠ CHẤT PEPTIDE THIẾT KẾ TRONG PHẢN Ƣ́NG
SÀNG LỌC CHẤT ỨC CHẾ CỦA PROTEASE HIV-1 ........................................... 37
3.2.1. Sàng lọc chất ức chế tiềm năng của protease HIV-1 ........................................ 37
3.2.2. Khả năng ức chế protease HIV-1 của acid 24(E)-3,4-seco-9βH-lanost4(28),7,24-trien-3,26-dioic ......................................................................................... 41
3.2.3. Xác đinh kiểu ức chế protease HIV -1 của acid 24(E)-3,4-seco-9βH-lanosta4(28),7,24-triene-3,26-dioic ....................................................................................... 42
KẾT LUẬN .......................................................................................................................... 45
KIẾN NGHI .........................................................................................................................
46
̣
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 47

BẢNG VIẾT TẮT
AIDS

BSA

Hội chứng suy giảm miễn dịch mắc phải
(Acquired Immunodeficiency Syndrome)
Liệu pháp dùng thuốc chống retrovirus
(Antiretroviral Drug Therapy)
Albunin huyết thanh bò (Bovine Serum Albumin)

DABCYL

4-(4-Dimethylaminophenylazo) Benzoic Acid

DMSO

Dimethyl sulphoxide

DTT

Dithiothreitol

EDANS

5-[(2-Aminoethyl) amino] naphthalene-1-sulfonic acid

EDTA

Ethylene Diamine Tetraacetic Acid

ELISA

Kỹ thuật phân tích hấp thụ miễn dịch gắn enzyme
(Enzyme-linked immunosorbant assay)
Chuyển năng lƣợng cộng hƣởng huỳnh quang
(Fluorescence resonance energy transfer)
Virus gây suy giảm miễn dịch ở ngƣời
(Human Immunodeficiency Virus)

ART

FRET
HIV
HPLC
MES

Sắc kí lỏng hiệu năng cao
(High-Performance Liquid Chromatography)
2-(N-morpholino) ethanesulphonic acid

MOPS

3-(N-orpholino) propanesulphonic acid

Nle

Norleucine

Nph

Nitrophenylalanine

PI

Chất ức chế protease (Protease Inhibitor)

TCA

Trichloroacetic acid

CH

Chromogenic

HF

Hilyte fluor

IC50

Nồng độ chất ức chế tại đó 50% hoạt tính của enzyme bị ƣ́c
chế


DANH MỤC HÌ NH
Hình 1: Mơ hình cấu trúc khơng gian của protease HIV-1 ......................................... 5
Hình 2: Cấu trúc kẹp trong trung tâm hoạt động của protease HIV-1 ........................ 5
Hình 3: Các vị trí cắt của protease HIV-1 trên polyprotein gag, gag-pol ................... 7
Hình 4: Cơng thƣ́c cấ u ta ̣o của norleucine (A) và nitrophenylalanine (B) ................... 8

Hình 5: Nguyên tắc xác định hoạt độ của protease HIV-1 sử dụng cơ chất huỳnh
quang Peptide HF ...................................................................................................... 25
Hình 6: Ảnh hƣởng nồ ng đô ̣ protease HIV -1 đến tốc độ phản ứng sử dụng cơ chất
Peptide CH ................................................................................................................ 30
Hình 7: Ảnh hƣởng nồng độ cơ chất Peptide CH đến phản ƣ́ng thủy phân bởi
protease HIV-1 .......................................................................................................... 31
Hình 8: Ảnh hƣởng của đệm 1 và 2 tới phản ƣ́ng phân cắ t Peptide CH ................... 33
Hình 9: Ảnh hƣởng của pH tới tốc độ phân cắt Peptide CH bởi protease HIV-1..... 34
Hình 10: So sánh tớ c đơ ̣ thủy phân cơ chấ t Peptide CH (A), L6525 (B) và Peptide HF
(C) bởi protease HIV-1 ...................................................................................................... 36
Hình 11: Hoạt tính ức chế protease HIV-1 của 20 hơ ̣p chấ t thƣ̣c vâ ̣t thƣ́ sinh ......... 41
Hình 12: Khả năng ứ c chế protease HIV -1 của acid 24(E)-3,4-seco-9βH-lanosta4(28),7,24-triene-3,26-dioic (A), acid maslinic (B), acid ursolic (C) ....................... 42
Hình 13: Tớ c đô ̣ phản ƣ́ng thủy phân cơ chấ t bởi protease HIV

-1 khi có mă ̣t acid

24(E)-3,4-seco-9βH-lanosta-4(28),7,24-triene-3,26-dioic ở các nồ ng đô ̣ khác nhau ..
................................................................................................................................... 43


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Trình tự các vị trí cắt của protease HIV-1 trên protein gag và gag-pol ...... 12
Bảng 2: Tầ n số xuấ t hiê ̣n của các amino acid (P4-P4’) của 11 cơ chấ t hi ệu quả của
protease HIV-1.................................................................................................................... 14
Bảng 3: Thành phần của phản ứng đo hoạt đô ̣ protease HIV -1 sƣ̉ du ̣ng cơ chấ t
Peptide đặc hiệu cải biế n ........................................................................................... 24
Bảng 4: Thành phần của phản ứng đo hoạt đô ̣ protease HIV -1 sƣ̉ du ̣ng cơ chấ t đặc
hiệu huỳnh quang Peptide HF ................................................................................... 26
Bảng 5: Các hằ ng số đô ̣ng ho ̣c của protease HIV -1 đố i với cơ chấ t Peptide CH (A),
Cơ chấ t L6525 (B) và cơ chất HF (C) ....................................................................... 36

MỞ ĐẦU
Virus type 1 gây suy giảm viễn dich
̣ ở ngƣời (HIV-1) là tác nhân chính gây
nên hơ ̣i chƣ́ng suy giảm miễn dich
̣ mắ c phải

(AIDS) ở ngƣời . Trong chu trình tái

bản của HIV-1, protease có vai trò quan tro ̣ng phân cắt các polyprotein tiền thân
gag và gag-pol thành những protein cấu trúc và chức năng cần thiết cho quá trình
trƣởng thành của virus [19]. Vì vậy , protease của HIV -1 (protease HIV-1) đƣợc
xem nhƣ một trong các đích quan trọng nhất cho liệu pháp dùng thuốc ức chế
protease (PI) chống HIV-1 [18].
Cho đế n hiê ̣n nay , phƣơng thƣ́c điề u tri ̣phổ biế n cho ngƣời nhiễm HIV-1 là sử
dụng liệu pháp dùng thuốc kháng retrovirus (ART). Tuy nhiên, kháng thuốc và tác
dụng phụ vẫn đang là vấn đề lớn đối với các thuốc PI nói riêng và các thuốc điều trị
HIV nói chung. Vì vậy, các nghiên cứu điều tra, phát triển chất ức chế mới của HIV
vẫn đang đƣợc tiến hành [72] và các phƣơng pháp phù hợp cho xác định hoạt độ của
protease là cần thiế t .
Khác với các protease khác , protease HIV -1 có tính đă ̣c hiê ̣u cao trong nhận
biết và phân cắt các cơ chất , enzyme chỉ thủy phân các cơ chấ t c ó liên kết đặc hiệu
tƣơng tự nhƣ các vị trí cắt của nó trong cấu trúc của protein gag và gag

-pol trong

HIV-1. Vì vậy, phần lớn cơ chất của protease HIV -1 là các chuỗi peptide gồm tƣ̀ 7
amino acid P4-P3’có trình tự giống với một trong các vị trí cắt đặc hiệu của
protease HIV-1 trên các chuỗi polyprotein này [29].

Mặt khác, các nghiên cứu cũng cho thấy kích thƣớc, trình tự và đặc tính của các
amino acid đều ảnh hƣởng đến cấu hình của cơ chất với trung tâm hoạt động của
protease HIV-1, qua đó ảnh hƣởng đến ái lực của cơ chất với enzyme [66]. Hiện
nay, có nhiều loại cơ chất huỳnh quang hoặc cơ chấ t cải biế n tại vi ̣trí phân cắ t khác
nhau cho xác định hoat độ của protease HIV-1 đã đƣợc thƣơng mại hóa. Tuy nhiên,
trình tự amino acid của các cơ chất này thƣờng không đƣợc công bố . Ngoài ra, giá
thành của các cơ chất này khá cao và cần có trang thiế t bi ma
̣ ́ y móc phù hơ ̣p .

1


Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên , chúng tôi tiế n hành nghiên cƣ́u thiết kế cơ
chất đặc hiệu có ái lực cao với protease HIV-1 sử dụng trong phân tích hoạt độ của
enzyme, đờ ng thời sàng lo ̣c và phát hiê ̣n mô ̣t số chấ t ƣ́c chế protease HIV

-1, góp

phầ n tạo cơ sở cho các nghiên cứu phát triển các thuốc ức chế protease HIV-1 trong
nƣớc.

2


Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HIV VÀ PROTEASE CỦ A HIV-1
1.1.1. HIV-1 nguyên nhân của bệnh AIDS
Năm 1983, virus HIV với tên go ̣i ban đầ u là virus liên quan tới viêm ha ̣ch
(LAV) lần đầu tiên đƣơ ̣c phân lâ ̣p thành công bởi Montagnier và tập thể ở viện
Pasteur. Virus này đƣợc Uỷ ban Quốc tế thống nhất gọi tên là HIV (type 1) vào năm

1986 [27]. Cùng thời điểm này, ngƣời ta đã phân lập đƣợc HIV- type 2 ở Tây Phi,
đây là virus gốc của HIV-type 1. HIV-type 2 tƣơng tự nhƣ HIV-type 1 về cách thức
truyền bệnh, các hình thức nhiễm bệnh cơ hội và phƣơng pháp điều trị nhƣng ít phát
sinh bệnh hơn type 1. Vì vậy, HIV-type 1 (HIV-1) đƣợc xem là nguyên nhân chính
gây bệnh AIDS.
HIV thuộc họ Retroviridae, là họ có các virus gây ung thƣ cho ngƣời và động
vật. HIV-1 có 4 nhóm chính là M (main), O (outlier), hai nhóm mới N (non-M/non
O) và P, có tới 90% sự lây nhiễm HIV-1 thuộc nhóm M; nhóm này có 9 phân nhóm
đƣợc ký hiệu bằng các chữ cái A-D, F-H, J, K và các dạng tái tổ hợp khác đƣợc gọi
tắt là các phân nhóm CRF (circulating recombinant forms). Chính sự đa dạng hay
biến đổi với nhiều phân type khác nhau nhƣ vậy đã làm cho HIV chống lại đƣợc các
phƣơng thức bảo vệ của hệ miễn dịch vật chủ và do đó, việc chữa HIV/AIDS bằng
thuốc hay can thiệp bằng vaccine đều gặp nhiều khó khăn.
1.1.2. Cấ u trúc và chƣ́c năng của protease HIV-1
Về cấu trúc , protease của HIV -1 (protease HIV-1) đƣợc mã hóa bởi hệ gen
của HIV-1 và là một protease aspartyl (có chứa gốc Asp trong trung tâm hoạt động),
họ retropepsin A2, đƣợc tạo ra khi HIV nhiễm vào tế bào chủ, có chức năng quan
trọng trong chu trình sống của HIV-1 [66].
Năm 1989, cấu trúc tinh thể của protease HIV -1 đã đƣơ ̣c mô tả bởi Navia và
tập thể [43] từ phịng thí nghiệm của Merck. Trong cùng năm đó, một cấu trúc chính
xác hơn đã đƣợc báo cáo [8]. Đến năm 2010, với sự đóng góp đáng kể của phƣơng
pháp nhiễu xạ tia X, hơn 400 cấu trúc của protease HIV-1 (kiểu dại và dạng đột
biến) trong phức hệ với các chất ức chế khác nhau đã đƣợc làm sáng tỏ. Những dẫn
liệu này giúp các nhà nghiên cứu có đƣợc hiểu biết sâu sắc về các kiểu liên kết của
enzyme với chất ức chế và cơ sở phân tử của kháng thuốc.

3


Protease HIV-1 là một homodimer , mỗi monomer có KLPT 11 kDa gồm 99

amino acid, đƣợc sắp xếp gần nhƣ theo kiểu đối xứng . Mỗi monomer đề u chƣ́a các
phiến gấp nếp β với một đoạn xoắn α ngắn gần đầu C [66].
Cấu tạo của protease HIV-1 có thể chia thành ba vùng (domain) chính: vùng
dimer hóa, vùng lõi và vùng mũ (Hình 1). Vùng dimer hóa bao gồm 4 phần cuối của
phiến β (các gốc amino acid 1-4 và 95-99 của mỗi monomer), vòng quay quanh
amino acid 4-9 và chuỗi xoắn (amino acid 86-94 của mỗi monomer). Vùng này có
vai trị thiết yếu trong hình thành cấu trúc dimer và ổn định hoạt tính protease HIV1. Cấu trúc dimer sẽ đƣợc hình thành nhờ tƣơng tác khơng tích điện giữa 4 sợi của
phiến β từ các gốc amino acid 1-4 (vùng N đầu cùng), 96-99 (vùng C tận cùng) và
các gốc amino acid trong trung tâm hoạt động 24-29. Tƣơng tác giữa các gốc Ile50
và Gly51’; Asp29, Arg87 và Arg88’ cũng ảnh hƣởng đến sự ổn định của cấu trúc
dimer. Khi enzyme gắn thêm chất ức chế hoặc cơ chất, sự ổn định của cấu trúc
dimer đƣợc tăng cƣờng. Vùng lõi gồm 4 đầu N sợi β (các gớ c amino acid 10-32 và
63-85 của mỗi monomer) có vai trò quan trọng trong sự ổn định cấu trúc dimer và
hoạt tính xúc tác của enzyme. Bộ ba xúc tác Asp25-Thr26-Gly27 có tính bảo thủ
trên mỗi monomer cũng nằm trong cấu trúc của vùng lõi . Vùng mũ bao gồm các
amino acid từ 33-43 và 44-63 bao quanh trung tâm hoạt động . Đầu tâ ̣n N của vùng
này giàu Gly tạo nên tính mềm dẻo của vùng cần thiết cho việc gắn cơ chất, giải
phóng sản phẩm có vai trị quan trọng đối với hoạt tính của enzyme. Nếu đột biến
xuất hiện ở vị trí mũ có thể làm giảm mạnh hoạt tính của enzyme [66, 75].
Trung tâm hoạt động của enzyme nằm trong vùng lõi và bao gồm ba gớ c
amino acid có tính chất bảo thủ: Asp25-Thr26-Gly27 nằm tại mặt phân giới của
dimer, đƣợc làm ổn định nhờ mạng lƣới các liên kết hydro khá vững chắc tạo nên
sự ổn định của trung tâm hoạt động cũng nhƣ dimer. Mỗi monomer đều có một bộ
ba Asp-Thr-Gly với vị trí amino acid tƣơng ứng nhƣ sau: 25 (25’)-26 (26’)-27 (27’)
và phân tử Asp cần thiết cho cả cấu trúc và hoạt tính xúc tác của protease HIV
-1
(Hình 2). Vai trò quan trọng của Asp25 đƣợc làm rõ khi thay thế Asp bằng các
amino acid khác dẫn đến enzyme bị bất hoạt [21].

4

A

B

A

B

Hình 1: Mơ hình cấu trúc khơng gian của protease HIV-1

A. Cấu trúc không gian của protease HIV-1
B. Cấu trúc khơng gian của protease HIV-1 khi có chất ức chế [48]

Hình 2: Cấu trúc kẹp trong trung tâm hoạt động của protease HIV-1 [66]

Bên cạnh đó, bộ ba Gly86-Arg87-Asn88 của protease HIV-1 cũng là một vùng
bảo thủ cao khác đóng vai trị trong việc hình thành cấu trúc dimer. Các vị trí liên kết
cơ chất gồm S3 đến S4’ chủ yếu hình thành bởi các amino acid 8, 23-30, 32, 45-50, 53,
56, 76, 80-82 và 84. Các vị trí 1-3, 5-9, 23-27, 29, 47-52, 54, 67, 81, 87 và 90-99 góp
phần liên hệ giữa bề mặt dimer. Nếu có đột biến ở vị trí hoạt động hoặc ngăn chặn sự
hình thành cấu trúc dimer của các đơn phân protease HIV-1 sẽ làm mất hoạt tính xúc
tác của protease và do đó ngăn chặn hoạt động của virus [66, 75].

5


Về chức năng, protease HIV-1 có vai trị quan trọng trong quá trình nhân lên
của HIV. Sau khi đƣợc giải phóng khỏi màng tế bào vật chủ, HIV-1 tồn tại nhƣ một

hạt virus khơng có khả năng lây nhiễm đƣợc gọi là virion. Để trở thành một hạt
virus hoàn chỉnh, virion phải trải qua quá trình sắp xếp lại cấu trúc một cách mạnh
mẽ. Sự chuyển đổi trạng thái này là nhờ khả năng phân cắt các chuỗi polyprotein
(gag, gag-pol) của protease để tạo thành các protein cấu trúc và chức năng cần thiết
cho sự hình thành virus hoàn chỉnh (Hình 3). Cụ thể, protease HIV-1 phân cắt các
polyprotein tiền thân: gag (gagPr55) thành các protein cấu trúc: matrix p17 (MA),
capsid p24 (CA), nucleocapsid p7 (NC) có vai trị trong quá trình lắp ráp và xác
định hình thái của lớp vỏ virus trƣởng thành cùng với 3 protein nhỏ (p6, p2 và p1)
chƣa rõ chức năng; thủy phân polypeptide gag-pol để tạo thành 3 enzyme: protease,
reverse transcriptase và integrase cần thiết cho quá trình sao chép của HIV [8, 19].
Các thí nghiệm in vitro với protease HIV-1 tinh sạch cũng khẳng định enzyme có
khả năng cắt polypeptide gag tiền thân.
Mặc dù, các tế bào ở động vật có vú cũng có protease aspartyl nhƣng chúng
khơng có khả năng cắt các polyprotein gag, gag-pol. Cơ chất đặc hiệu của protease
HIV-1 là gag, gag-pol và khơng phải là đích tác động của các protease ở động vật
có vú. Ngƣợc lại, protease HIV-1 khơng những cắt các polyprotein của chính nó mà
cịn thủy phân rất nhiều protein của vật chủ nhƣ actin, Bcl2 (B-cell lymphoma 2protein điều hòa apoptosis), procaspase 8. Việc xác định cơ chất đặc hiệu của
protease HIV-1 cho phép đo hoạt độ của enzyme [53].
Khi ức chế hoạt tính của protease HIV-1 hoặc gây đột biến trên gen mã hóa
protease HIV-1, virus khơng thể đóng gói để tạo thành thể virion hoàn chỉnh; vì
vậy, chúng khơng có khả năng xâm nhiễm vào tế bào vật chủ [19].
Ngoài quá trình lây nhiễm, protease HIV-1 cịn đóng vai trị trong q trình
phát sinh bệnh. Khi vào tế bào ngƣời, protease gây độc và cắt nhiều protein của vật
chủ. Cụ thể, protease HIV-1 cắt procaspase 8 khơng hoạt hóa thành caspase 8 hoạt
hóa dẫn đến cắt Bid thành tBid làm rối loạn quá trình thủy phân, tạo ra những rối

6


loạn trong ty thể và kích thích khả năng thấm qua màng ty thể phụ thuộc Bax/Bak.

Kết quả làm ty thể giải phóng cytochrome c và phân mảnh nhân. Hiện tƣợng này
chỉ phát hiện thấy ở các tế bào lympho T CD4 và dẫn đến chết theo chƣơng trình
(apoptosis) phụ thuộc vào kích thích của caspase 8. Các nghiên cứu cũng khẳng
định rằng sử dụng các chất ức chế protease có thể ngăn chặn hiện tƣợng chết theo
chƣơng trình do protease HIV-1 gây nên [53].

Hình 3: Các vị trí cắt của protease HIV-1 trên polyprotein gag, gag-pol [8]

1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỢ CỦA PROTEASE HIV
-1
Protease HIV-1 khơng phân cắt các protein thông thƣờng nên việc xác định
hoạt độ của enzyme phải dựa trên các cơ chất tổ ng hơ ̣p đặc hiệu đƣơ ̣c thiế t kế với
trình tự cắt giớ ng triǹ h tƣ̣ trên protein gag và gag

-pol. Phƣơng pháp đo hoa ̣t đô ̣

protease HIV -1 tùy thuộ c vào đă ̣c trƣng của cơ chấ t sƣ̉ du ̣ng . Dƣới đây là một số
phƣơng pháp xác định hoạt độ của protease HIV-1.
1.2.1. Phƣơng pháp quang phở kế
Đây là phƣơng pháp phân tích liên tục , sử dụng cơ chất peptide khơng hoặc
có gắn cặp huỳnh quang có mang t rình tự cắt đặc hiệu của protease HIV -1. Đối với
cơ chất không gắ n thêm că ̣p huỳnh quang , liên kết tại P 1-P1' thƣờng đƣợc cải biến
để có khả năng hấp thụ cực đại tại bƣớc sóng nhất định trong vùng tử ngoại

7

. Dƣới


tác dụng của protease, liên kết bị phân cắt và làm cho độ hấp thụ ánh sáng giảm dần

tại bƣớc sóng đó theo thời gian. Dựa trên nguyên tắc này, Richards và tập thể [60]
đã tổng hợp 11 peptide bắt chƣớc trình tự 7 amino acid tƣơng ứng với vị trí phân cắt
giữa p17 và p24 trên polyprotein gag để làm cơ chất cho phân tích hoạt độ protease
HIV-1. 11 cơ chất này có gốc P 1 là norleucine (Nle- có cơng thức phân tử giống
Leu nhƣng khơng phân nhánh ) (Hình 4A); Met, Phe, Ala hoặc Tyr ở gốc P1’ đƣợc
thay thế bằng nitrophenylalanine (Nph) (Hình 4B) [66]. Liên kết cải biến P1-P1’ hấp
thụ cực đại trong dải bƣớc sóng 284 – 324 nm, khi bị phân cắt sẽ mất khả năng hấp
thụ ánh sáng, do đó độ hấp thụ của hỗn hợp phản ứng sẽ giảm dần theo thời gian.
Phƣơng pháp đƣợc thực hiện nhanh, sử dụng máy quang phổ thông thƣờng, không
tốn nhiều thời gian, liên tục và cho số liệu chính xác.
B

A

Hình 4: Cơng thƣ́c cấ u ta ̣o của norleucine (A) và nitrophenylalanine (B)

Phƣơng pháp quang phổ huỳnh quang sử dụng cho các cơ chất peptide có
gắn cặp chất phát và thu tín hiệu huỳnh quang

. Trong đó , vùng bƣớc sóng phát

huỳnh quang của chất huỳnh quang phải trùng khớp với bƣớc sóng kích thích của
chất thu tín hiệu, qua đó đảm bảo sự phát huỳnh quang đƣợc dập tắt thông qua
truyền năng lƣợng cộng hƣởng huỳnh quang (Fluorescent resonance energy
transfer-FRET). Vị trí các chất phát và thu tín hiệu huỳnh quang trên chuỗi peptide
phải nằm cách nhau một khoảng nhất định, thƣờng 10-100 Å. Mức độ phát huỳnh
quang tùy thuộc vào khả năng phân giải cơ chấ t của enzyme . Phƣơng pháp này tiến
hành nhanh, dễ thao tác và có độ nhạy, độ đặc hiệu cao hơn khi sử dụng quang phổ
thông thƣờng. Tuy nhiên, u cầu bắt buộc là phịng thí nghiệm phải có máy quang

8


phổ kế huỳnh quang với ánh sáng kích thích và thu tín hiê ̣u huỳnh quang phù hợp

.

Dựa trên nguyên tắc này, nhiều cơ chất huỳnh quang của protease HIV-1 với trình
tự amino acid và cặp huỳnh quang khác nhau đã đƣợc phát triển [68].
Ngoài ra, hoạt độ của protease HIV -1 cịn có thể đƣợc xác định trên ngun
tắ c truyề n năng lƣơ ̣ng cô ̣ng hƣởng phát quang sinh ho ̣c thế hê ̣ thƣ́

2 (BRET2-

Bioluminescence resonance energy transfer second generation ) xảy ra giữa một đầu
phát là hRLc và một đầu thu là phân tử hGFP 2. Că ̣p truyề n năng lƣơ ̣ng cô ̣ng hƣởng
này bắt đầu bằng việc bổ sung Deep Blue C Coelenterazine là chất bị oxi hóa bởi
hRLuc, kế t quả dẫn đế n phát ra ánh sáng ở bƣớc sóng 395 nm kích thích hGFP 2
làm phát ra ánh sáng ở bƣớc sóng 510 nm. Sƣ̣ phát quang đƣơ ̣c đinh
̣ lƣơ ̣ng bởi trin
̀ h
tƣ̣ đo ̣c sƣ̉ du ̣ng luminometer kế t hơ ̣p với điã đo ̣c huỳnh quang và khố i phổ phát
quang đủ khác biê ̣t để phân tić h chuyể n tiế p tỷ lê ̣ đầ u ra và đầ

u vào của tin
́ hiê ̣u

hGFP2 và hRLuc nhằm đánh giá tƣơng tác phân tử giữa hGFP

2 và hRLuc . Nế u

hRLuc và hGFP 2 có khoảng cách ngoài khoảng 10-100Å năng lƣơ ̣ng không đƣơ ̣c
bƣ́c xa ̣ tƣ̀ hRLuc tới hGFP 2. BRET là công nghê ̣ cao và có thể đo

đƣơ ̣c trong tế

bào, hiê ̣n đang đƣơ ̣c phát triể n và có thể đƣợc sử dụng thay thế các phƣơng pháp
trong ố ng nghiê ̣m [32].
1.2.2. Phƣơng pháp sắc ký lỏng cao áp pha đảo
Định lƣợng sản phẩm phân cắt từ cơ chất peptide đă ̣c hiê ̣u

: Trong phƣơng

pháp này, cơ chấ t là các peptide đƣơ ̣c tổ ng hơ ̣p bằ ng hóa ho ̣c dƣ̣a trên trin
̀ h tƣ̣ cắ t đă ̣c
hiê ̣u trên gag và gag -pol của protease HIV-1. Protease HIV-1 đƣơ ̣c bổ sung vào hỗn
hơ ̣p cùng đê ̣m và cơ chấ t , phản ứng đƣợc tiến hành ở 37ºC, sau thời gian nhấ t đinh
̣
đƣơ ̣c làm ngừng bằng TCA 0,05%. Sản phẩm cắt đƣợc phân tích bằng HPLC pha đảo
trên cột Nova-Pak C18 3,9 × 150 mm, rửa chiết với nồng độ tăng dần của acetonitrile
từ 0-100% trong nƣớc. Phƣơng pháp có độ nhạy cao nhƣng nhƣợc điểm là: tiêu tốn
nhiều thời gian, khơng thích hợp làm nhiều mẫu và không liên tục. Những hạn chế
này của HPLC đã dần đƣợc khắc phục bằng cách sử dụng phƣơng pháp sắc ký lỏng
siêu hiệu năng UPLC (Ultra performance liquid chromatography) đƣợc cải tiến từ

9


HPLC để tăng độ phân giải, độ nhạy và số lƣợng. So với HPLC, UPLC có q trình
chuẩn bị mẫu đơn giản, thời gian phân tích ngắn và có tính chọn lọc cao cho phép

đánh giá đồng thời nhiều chất ức chế. Phƣơng pháp này có thể hữu ích trong việc
xác định nồng độ của các chất ức chế protease trong huyết tƣơng để theo dõi, điều
trị thuốc và trong các nghiên cứu lâm sàng [50].
1.2.3. Phƣơng pháp miễn dich
̣ ELISA
Trong phƣơng pháp miễn dich
̣ ELISA , cơ chấ t thƣờng là các phân tƣ̉ protein
dung hơ ̣p với gag trong cấ u trúc HIV -1, ví dụ nhƣ protein dung hơ ̣p gp 41-p24 chƣ́a
vị trí cắt đặc hiệu p 17/p24 [49]. Cơ chất đƣợc ủ với protease HIV -1 trong vòng từ
30 phút đến 3 giờ ở 37ºC. Sản phẩm cắt sau đó đƣợc phát hiện bằng kháng thể đơn
dòng kháng p24 và kháng thể thứ hai gắn với peroxidase củ cải ngƣ̣a (Horseradish
peroxidase). Kết quả đƣợc xác định thơng qua tín hiệu giảm dần của hỗn hợp phản
ứng ở bƣớc sóng 492 nm theo thời gian. Kỹ thuật này khá nhạy và đơn giản, rất
thích hợp cho các thí nghiệm sàng lọc số lƣợng lớn các chất ức chế protease HIV-1.
Tuy nhiên, phƣơng pháp này lại tiêu tốn khá nhiều thời gian .
1.2.4. Phƣơng pháp xác đinh
̣ hoa ̣t đô ̣ của protease không đánh dấ u theo thời
gian (real time label free) bằ ng phân tích nanopore
Theo Wang và tâ ̣p thể hoa ̣t đô ̣ của prote ase HIV-1 đƣơ ̣c xác đinh
̣ bằ ng cách
theo dõi thời gian thƣ̣c biế n thiên của dòng ion phát sinh tƣ̀ tƣơng tác giƣ̃a cơ chấ t protease. Khi không có mă ̣t protease , cơ chấ t peptide chỉ ta ̣o ra mô ̣t loa ̣i dòng điê ̣n
điề u biế n trong lỗ nanopore . Khi có protease , cơ chấ t bi ̣cắ t thành hai đoa ̣n peptide
ngắ n, tạo ra hai loại dịng điều biến mới có biên độ và thời gian cƣ trú ngắn hơn so
với cơ chấ t . Hơn nƣ̃a với nồ ng đô ̣ cơ chấ t và thời gian ghi là ổ n đinh
̣ , tầ n số biế n cố
của sản phẩm cắt cơ chất đƣợc tạo ra hoặc cơ chất còn lại phụ thuộc vào hoạt tính
của protease HIV -1. Các yếu tố cảm biến đƣợc sử dụng là một protein

αHL đô ̣t

biế n, (M113F)7 và cơ chất peptide FFSQNYPIVQ có trình tự gi ống với trình tự cắt
MC/CA trên gag nhƣng đƣơ ̣c bở sung thêm 2 amino acid Phe nhằ m ta ̣o ra các đoa ̣n
peptide có chiề u dài khác nhau , hoạt độ của enzyme trong lỗ nanopore cảm ứng

10


đƣơ ̣c đo dƣ̣a vào tín hiê ̣u tăng lên của sản phẩ m cơ ch ất bị phân hủy [73]. Phản ứng
thủy phân của enzyme đƣợc thực hiện trong hiệu điện thế

-40 mV trong dung dich
̣

điê ̣n phân gồ m NaH2PO4 10 mM, pH 4,7, NaCl 1M và EDTA 1 mM.
Phƣơng pháp này có mô ̣t số ƣu điể m nhƣ : tiế t kiê ̣m thời gian so vớ i ELISA,
hay có đô ̣ nha ̣y hơn cơ chấ t huỳnh quang hoă ̣c gắ n chấ t phóng xa ̣ do có khả năng
phát hiện đƣợc nồng độ protease HIV -1 ở picomolar trong thời gian 10 phút, có khả
năng phân biê ̣t dƣơng tính giả do các lỡ nanopore khơng cho c

ác protease có kích

thƣớc lớn đi qua. Phƣơng pháp cũng có giá tri ̣lâm sàng đố i với chẩ n đoán , tiên đoán
bê ̣nh và có tiề m năng đố i với dƣơ ̣c phẩ m mơ.́ i
1.3. ĐẶC TÍNH CƠ CHẤT PEPTIDE CỦA PROTEASE HIV-1
1.3.1. Trình tự amino acid trong cơ chất của protease HIV-1
Protease HIV-1 có tính đặc hiệu cao nên khơng thể dùng các cơ chấ t protein
thông thƣờng cho viê ̣c xác đinh
̣ hoa ̣t đô ̣ của enzyme

. Nhiều cơ chất peptide của

protease HIV-1 đã đƣơ ̣c thiế t kế cho mu ̣c đích phân tích hoa ̣t đô ̣ củ a protease HIV-1
và chúng thƣờng có chứa trình tự giống nhƣ 11 vị trí cắt của enzyme trong 2 chuỗi
polyprotein gag và gag-pol của HIV-1. Trình tự amino acid này thƣờng khá đa dạng
và đặc hiệu cao gồm tƣ̀ 7 gốc amino acid ký hiệu P4-P3-P2-P1*P1'-P2'-P3', trong đó
enzyme sẽ cắ t liên kế t (*) giƣ̃a P1*P1'. Vai trị, đặc tính của từng gốc amino acid cũng
nhƣ các trình tự ƣa thích của protease HIV -1 cũng đã đƣợc làm rõ . Về phân loại, có
thể chia cơ chất của protease HIV -1 thành hai nhóm; nhóm 1 tại P1 và P1' là các
amino acid thơm và Pro (Aro-P), trong khi nhóm 2 là các amino acid kỵ nƣớc (HφHφ) [11, 14, 15]. Trình tự các vị trí cắt của protease HIV-1 trên protein gag và gagpol đƣợc nêu ở Bảng 1 [66].

11


Bảng 1: Trình tự các vị trí cắt của protease HIV-1 trên protein gag và gag-pol [66]
Các vị trí cắt

P4

P3

P2

P1

P1’

P2’

P3’

MA-CA

Ser

Gln

Asn

Tyr

Pro

CA-p2

Ala

Arg

Val

Leu

Ala

Glu

Ala

p2-NC

Ala

Thr

Ile

Met

Met

Gln

Arg

NC-p1

Arg

Gln

Ala

Asn

Phe

Leu

Gly

p1-p6gag

Pro

Gln

Asn

Phe

Leu

Gln

Ser

Trên p6gag

Lys

Glu

Leu

Tyr

Pro

Leu

Thr

TFP-p6pol

Asp

Leu

Ala

Phe

Leu

Gln

Gly

p6pol- PR

Ser

Phe

Asn

Phe

Pro

Gln

Ile

PR-RTp51

Thr

Leu

Asn

Phe

Pro

Ile

Ser

RTp51-RTp66

Ala

Glu

Thr

Phe

Tyr

Val

Asp

RTp66-INT

Arg

Lys

Ile

Leu

Phe

Leu

Asp

Trên protein gag
Ile

Val

Trên protein pol

Theo đó, yêu cầu cụ thể với từng gốc amino acid tạo nên cơ chất peptide của

protease HIV-1 nhƣ sau:
P4: cơ chất peptide của protease HIV-1 có P4 là Ser sẽ hiệu quả cắt gấp 2,6
lần so với peptide có chứa bất kỳ các amino acid khác. Ngƣợc lại P4 không phù hợp
với Val [69].

12


P3: dựa trên trình tự các cơ chất peptide thƣơng mại của protease HIV -1,
amino acid ở vị trí P3 thƣờng là Gly. Tuy nhiên, các nghiên cứu cũng cho thấy P 3 là
Met, Thr, Phe hoặc Tyr sẽ cho hiệu quả phân cắt cao gấp

5 lần so với cơ chất có

chứa Gly ở vi ̣trí này [12].
P2: thƣờng rất đặc hiệu và hạn chế các amino acid. Các nghiên cứu cũng chỉ ra
mối quan hệ chặt chẽ giữa P1 và P2 trong trình tự amino acid của cơ chất protease
HIV-1 [28]. Theo đó, nếu P2 là Asn thì P1 phải là Pro. Vị trí cắt của protease HIV-1
có dạng amino acid kỵ nƣớc cải biến liên kết với amino acid kỵ nƣớc và hiệu quả
phân cắt cơ chấ t giảm dần với P2 lần lƣợt là Ile hoặc Val hoặc Asn [23].
P1: tƣơng tự nhƣ P 2, vị trí P 1 cũng đòi hỏi rất đặc hiệu với các amino acid ,
P1 là các amino acid kị nƣớc và không phân nhánh ở cacbon β, thƣờng là Phe hoặc
Tyr. 2 amino acid này có cấu trúc tƣơng tự nhau , chỉ khác nhau 1 nhóm hydroxyl tại
vị trí para của vòng benzyl và cho hiệu quả cắt tƣơng tự nhau.
P1’: trong trình tự cơ chất peptide của protease HIV-1, 3 vị trí amino acid có
vai trị quan trọng và đặc hiệu nhất là P1, P2 và P1’. Theo đó, P1’ cũng khá lựa chọn
các amino acid . Nghiên cứu hiệu quả cắt của 6 cơ chất khác nhau về trình tự , kích
thƣớc amino acid và tính chất hóa học tại P1’ cho thấy trong 5 cơ chất cắt hiệu quả
nhất: 3 cơ chất là Leu và 2 cơ chất còn lại là Val [11].
P2’: cũng lựa chọn hạn chế các amino acid. 3 trong 5 cơ chất cắt hiệu quả nhất

của protease HIV-1 đều có P2’ là Glu. Tuy nhiên, khi thay đổi pH từ 5,6 lên 6,7, thì tỷ
số Kcat/Km của cơ chất có P2’ là Glu giảm 9 lần, trong khi peptide có trình tự cắt tại vị
trí RT/IN, với P2’ là Leu và Val lại tƣơng ứng giảm 2 lần và tăng gần 2 lần tại pH 6,7
[11].
P3’: thƣờng ƣu tiên đối với Thr và Ser, mặc dù nhiều gớ c amino acid khác có
thể đƣợc chấp nhận. 7 trong 11 cơ chất cắt hiệu quả có chứa Thr và Ser ở vị trí P3’ và
có 4 trong 5 cơ chất cắt hiệu quả nhất có Thr ở vị trí P3’ [11].
P4’: thƣờng lựa chọn các amino acid ƣa nƣớc với mạch bên R nhỏ. Có 3
trong số 5 cơ chất cắt hiệu quả nhất có chứa Ser ở vị trí P4’ [11].

13


Tần số xuất hiện của các amino acid từ P

4-P4’ của cơ chấ t đặc hiệu cho

protease HIV-1 đƣợc thể hiện ở Bảng 2 [11]. Bagossi và tâ ̣p thể [14] đƣa ra 12 cơ
chấ t dƣ̣a trên trình tƣ̣ cắ t p17/p24 của gag, bằ ng cách thay đổ i 1 amino acid ở trong
các vị trí P4, P3, P2’, P3’. Kế t quả cho thấ y trình tƣ̣ cắ t giố ng p17/p24 vẫn cắ t hiê ̣u
quả nhất so với các trình tự bị biến đổi , với các giá tri ̣K m, Kcat, Kcat/Km tƣơng tƣ̣ là
0,15 mM, 6,8 (giây)-1, 45,32 (mM*giây)-1. Kế t quả tƣơng tƣ̣ đố i với 9 cơ chấ t đƣơ ̣c
tổ ng hơ ̣p dƣ̣a trên triǹ h tƣ̣ cắ t p24/p2 thì trình tự cắt giống với p24/p2 vẫn cho ái lƣ̣c
cao và hiê ̣u quả cắ t tố t nhấ t . Nhƣ vậy , sự khác nhau về trình tự và bản chất các
amino acid tƣ̀ P4 tới P4’ đã ảnh hƣởng tới ái lƣ̣c của protease HIV-1 với cơ chấ t.
Bảng 2: Tầ n số xuấ t hiêṇ của các amino acid(P4-P4’) của 11 cơ chấ t hiêụ quả của
protease HIV-1 [15]
P4

P3

P2

P1

P1’

P2’

P3’
T-4

S-11

G-11

V-5

Y-5

I-3

F-4

N-3

M-2

F-4

V-5

S-3

V-3

E-4

M-1

L-3

A-1

E-1

H-1

Q-1

N-1
Q-1

P4’
S-3
T-2
G-2
P-1
N-1
D-1

A-1

Chaudury và tâ ̣p thể [15] đã sƣ̉ du ̣ng phƣơng pháp docking và dƣ̣ đoán đƣợc
cấ u trúc phƣ́c hê ̣ cơ chấ t - protease HIV-1 ở mức độ nguyên tử và hầu hết các tƣơng
tác quan trọng. Tƣ̀ đó dƣ̣ đoán cấ u trúc của các peptide cắ t và không bi ̣cắ t , tính tốn
mơ ̣t năng lƣơ ̣ng gầ n đúng của phƣ́c hơ ̣p , tìm ra năng lƣợng thuận lợi đối với các
peptide cắ t so với các peptide khơng cắ t. Trên cơ sở đó, sắ p xế p các peptide dƣ̣a vào
mức năng lƣơ ̣ng và xu hƣớng phu ̣c hồ i của các gố c R tƣ̀ P 3-P3’, đây đƣơ ̣c coi là mơ
hình chính xác để lựa chọn một cơ chất đặc hiệu

. Bên ca ̣nh đó , mô ̣t số trin
̀ h tƣ̣

amino acid trên Gag -Pol (TKALTEVI, SQVTNSAT) không bi ̣thủy phân bởi
protease HIV -1 trong cấu trúc HIV -1 nhƣng vẫn có ái lƣ̣c cao với trung tâm hoa ̣t
đô ̣ng của enzyme , thâ ̣m chí cao hơn cơ chấ t đă ̣c hiê ̣u . Mô ̣t trong các nguyên nhân

14


có thể do sự cuộn gập của chuỗi polyprotein dẫn đến hạn chế sự tiếp cận của cơ chất
với trung tâm hoa ̣t đô ̣ng của protease , hay nói cách khác peptide bi ̣che khuấ t bên
trong các polyprotein và bi ̣ẩ n khỏi protease [59].
Nhƣ vâ ̣y , ái lực của protease vớ i peptide không chỉ bi ̣chi phớ i bởi kích
thƣớc, trình tự amino acid và đặc tính của mỗi amino acid , mà cịn phụ thuộc vào
tƣơng tác không gian của peptide và protease.
1.3.2. Các nghiên cứu về cơ chất đặc hiệu của protease HIV-1
Nhiề u cơ chấ t với triǹ h tƣ̣ amino acid gắ n các nhóm chấ t hóa ho ̣c khác nhau
đã đƣơ ̣c dùng cho xác đinh
̣ hoa ̣t đô ̣ của protease HIV -1. Trong đó, phầ n lớn là các

chuỗi peptide có trình tƣ̣ giố ng với mô ̣t trong các vi ̣trí cắ t đă ̣c h

iê ̣u của protease

HIV-1 trên chuỗi polyprotein gag và gag -pol. Các loại cơ chất chính thƣờng sử
dụng trong phân tích hoạt tính của protease HIV-1 bao gờ m:
i) Cơ chất protein gag p55 tái tổ hợp của HIV-1 thƣờng phải sử dụng phƣơng
pháp thẩm tách miễn dịch (Western blotting) với kháng thể đơn dòng kháng lại p24
hoặc p17 (sản phẩm cắt gag p55 bằng protease HIV-1) để xác định hoạt tính của
protease HIV-1 [44]. Phƣơng pháp dễ tiến hành ở các phịng thí nghiệm thơng
thƣờng nhƣng nhƣợc điểm là tiêu tốn nhiều thời gian và không xác định đƣợc mức
độ hoạt động cũng nhƣ động học của protease HIV-1.
ii) Cơ chấ t pept ide cải biế n ta ̣i vi ̣trí P 1-P1’ ta ̣o liên kế t có khả năng hấ p thu ̣
cƣ̣c đa ̣i trong vùng tƣ̉ ngoa ̣i , thƣờng đƣơ ̣c thiế t kế dƣ̣a trên các trình tƣ̣ cắ t đă ̣c hiê ̣u
tại p17/p24 hoă ̣c p24/p2 trên gag và gag -pol [44, 58]. Trong đó , các cơ chất phổ
biế n nhấ t ta ̣i vi ̣trí P 1’ thƣờng đƣơ ̣c thay thế bằ ng Nph có khả năng hấ p thu ̣ cƣ̣c đa ̣i
trong dải bƣớc sóng 284-324 nm. Theo nguyên tắ c này , cơ chấ t peptide cải biế n với
trình tự His-Lys-Ala-Arg-Val-Leu-Nph-Glu-Ala-Nle-Ser bắ t chƣớc vi ̣trí cắ t ta ̣i
p24/p6 đã đƣơ ̣c thiế t kế , trong đó P 1’ là Nph t hay cho Ala dƣới tác du ̣ng của
protease liên kế t bi ̣phân cắ t cho đô ̣ hấ p thu ̣ giảm dầ n theo thời gian [44]. Tƣơng tƣ̣,
dƣ̣a trên vi ̣trí cắ t của p24/p2 và p24/p17, 2 cơ chấ t đă ̣c hiê ̣u của protease HIV -1 đã
đƣơ ̣c tổ ng hơ ̣p, trong đó cơ chấ t 1 bắ t chƣớc trình tƣ̣ p24/p2 có P1 là Tyr thay thế cho

15


Leu còn P 1’ là Nph thay thế cho Ala , và cơ chất thứ 2 bắt chƣớc trình tƣ̣ c ắt tại
p17/p24 trên gag. Khi bi ̣thủy phân, tỷ lệ cơ chất/sản phẩm huỳnh quang của cơ chấ t
1 và 2 tƣơng ứng là 1:1000 và 1:1,7. Nhƣ vâ ̣y, cơ chấ t có P1’ là Nph có đô ̣ nha ̣y cao
hơn so với các amino acid khác ở cùng vi ̣trí khi hấ p thu ̣ ở bƣớc sóng 300 nm [58].

Dƣ̣a trên triǹ h tƣ̣ p24/p2 và cải biến vị trí P 1-P1’, cơ chấ t peptide thƣơng ma ̣ i cho
protease HIV-1 của hãng Sigma -Aldrich đã đƣơ ̣c tổ ng hơ ̣p với trình tƣ̣ là Lys -AlaArg-Val-NLe*Nph-Glu-Ala-Met, trong đó, ngoài P1’ đƣơ ̣c biế n đổ i thành Nph và P 1
cũng đƣợc cải biến thành Nle nhằm tăng khả năng phân cắt của cơ ch ất với enzyme
[69]. Bên ca ̣nh các vi ̣trí p17/p24 và p17/p2 trên gag, cơ chấ t peptide với vi ̣trí cắ t
RT/IN (p66/p32) trên pol có trin
̀ h tƣ̣ Ac -Arg-Lys-Ile-Leu-Nph-Leu-Asp-Gly-NH2
cũng đã đƣợc tổng hợp bởi hãng Anaspec (Mỹ) [78]. Tóm lại, sƣ̉ du ̣ng các cơ chấ t
peptide cải biế n , hoạt tính của protease HIV -1 đƣơ ̣c xác đinh
̣ trên máy quang phổ ,
phƣơng pháp này phổ biế n và có thể tiế n hành ở hầ u hế t các phòng thí nghiê ̣m . Tuy
nhiên, nhƣơ ̣c điể m là không thích hơ ̣p khi làm với nhiề u mẫu và đô ̣ nha ̣y chƣa cao.
iii) Cơ chất peptide huỳnh quang gồm từ 7 amino acid mang hai gốc phát và
thu tín hiệu huỳnh quang tại đầu N và C chuỗi peptide đƣơ ̣c tổ ng hơ ̣p dƣ̣a

theo

nguyên tắc FRET , là sự truyền năng lƣợng giữa đầ u phát và đầ u thu tín hiê ̣u huỳnh
quang. Các cơ chất này thƣờng đƣợc thiết kế dựa trên trình tự

p17/p24 và có gắ n

các cặp huỳnh quang khác nhau . Theo nghiên cƣ́ u của Kornelyuk và tâ ̣p thể sƣ̉ du ̣ng
că ̣p huỳnh quang Trp và DANSYL (4-(4-Dimethylaminophenylazo) Benzoic Acid),
hoạt tính protease HIV -1 đƣơ ̣c đo bằ ng sƣ̣ tăng và giảm tin
́ hiê ̣u huỳnh quang của
tƣơng ứng Trp tại bƣớc sóng

350 nm và DANSYL tại 500 nm [40]. Tuy nhiên ,

nhƣợc điểm của că ̣p huỳnh quang là gây ra sƣ̣ n hiễu về tín hiê ̣u khi thu nhâ ̣n , làm

ảnh hƣởng tới kết quả phân tích hoạt độ. Vì vậy, mô ̣t cặp khác đã đƣợc tổ ng hơ ̣p với
đầ u thu không phát quang (dark quencher) là DABCYL (acid 4-[4'-(dimetylamino)
phenyl] azo-benzoic) và đầu phát EDANS (acid 5-[(2'aminoethyl)-amino]
naphtalenesulfonic). Khi cơ chấ t chƣa bi ̣thủy phân bởi hoa ̣t tin
́ h của protease HIV 1, EDANS bi ̣dâ ̣p tắ t bởi DABCYL do chúng gầ n nhau

; khi có hoạt tính của

enzyme, DABCYL tách ra khỏi EDANS , nhờ đó EDANS phá t huỳnh quang và tin
́

16


hiê ̣u đƣợc máy quang phổ huỳnh quang thu lại. Tuy nhiên, că ̣p EDANS /DABCYL
có nhƣợc điểm là tín hiệu và độ ổn định thấp , DABCYL ki ̣nƣớc, vì vậy ảnh hƣởng
tới tính tan của cơ chấ t , có xu hƣớng làm giảm ái lực của cơ chất với enzyme . Ngoài
ra, một số cặp huỳnh quang khác cũng thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ Abz/Nph [68]
hoặc Fluorecein/rhodamine [43]. Tuy nhiên , các că ̣p huỳnh quang này có nhƣơ ̣c
điể m là tín hiê ̣u phát quang thấ p , đô ̣ nha ̣y kém và không bề n ta ̣i pH thấ p . Để khắ c
phục những hạn chế này , gần đây, mô ̣t số că ̣p huỳnh quang với hệ số hấp thu cao
hơn là FAM /QXL 520 hoặc Hilyte fluor 488/QXL 520 đã đƣơ ̣c tổ ng hơ ̣p và sƣ̉
dụng. Trong đó , Hilyte fluor 488 hiê ̣u quả hơn do hệ số phát quang cao và phổ pH
ổn định rộng từ pH 3,5-7,5 [80]. Mă ̣t khác, các cặp huỳnh quang có bƣớc sóng ngắn
thƣờng bi ̣ảnh hƣởng bởi các chấ t gây nhiễm hê ̣ số hấ p thu ̣ thấ p hoă ̣c ta ̣o tín hiê ̣u
nề n cao. Vì vậy, gầ n đây, că ̣p huỳnh qua ng với bƣớc sóng dài thƣờng hay đƣơ ̣c ƣu
tiên sƣ̉ du ̣ng hơn có thể kể đế n că ̣p huỳnh q uang IRdyr 800CW-VSQNYPIVQNKQC1 (Ex/Em=780/820) có bƣớc sóng dài hạn chế tối đa ảnh hƣởng của chất gây
nhiễu và tiń hiê ̣u huỳnh quang nề n

[57]. Bên ca ̣nh các cơ chấ t đƣơ ̣c sƣ̉ du ̣ng

(cơ

chấ t cải biế n hoă ̣c huỳnh quang ) mô ̣t số cơ chấ t dƣ̣a trên các nguyên lý khác cũng
đã đƣơ ̣c thiế t kế và tổ ng hơ ̣p

. Wang và tâ ̣p thể

[73] đã thiế t kế cơ chấ t

FFSQNYPIVQ dƣ̣a vào triǹ h tƣ̣ p17/p24 của protein gag nhƣng có bổ sung thêm 2
gớ c Phe tại đầu N và có gắ n các biomarker

(M113F)7 đóng vai trò là yế u tố cảm

ứng lỗ nano . Cơ chấ t có đô ̣ nha ̣y cao và có khả năng phát hiê ̣n hoa ̣t tin
́ h của
protease HIV-1 ở nồng độ thấp từ pM. Tuy nhiên, sƣ̉ du ̣ng các biomarker đã bi ̣giới
hạn do thời điểm xác định phụ thuộc vào bản chất của cộng hƣởng Plasmon bề mặt
(surface Plasmon resonance) hoă ̣c vi cân tinh thể tha ̣ch anh của thiế t bi ̣và dễ xảy ra
hiê ̣n t ƣợng dƣơng tính giả . Hầ u hế t các cơ chấ t của protease HIV -1 thƣờng đƣơ ̣c
thiế t kế bắ t chƣớc các triǹ h tƣ̣ cắ t đă ̣c hiê ̣u của enzyme trong cấ u trúc HIV
nhiên, mô ̣t số cơ chất lại đƣơ ̣c thiế t kế dƣ̣a trên trình tự của các pept

-1. Tuy

ide của thƣ̣c

khuẩ n thể nên có ái lƣ̣c cao với protease HIV -1 [37]. Cơ chấ t thƣờng là da ̣ng cảm
ứng và cũng dựa trên nguyên tắc FRET . Cụ thể, cơ chấ t gồ m 2 đoa ̣n peptide ngắ n ,

peptide 1 (Reporter) gắ n chấ t phát quang có trình tƣ̣ W SRVGYW-AF647, peptide 2

17