Luận án Tiến sĩ Dược học: Thiết kế và tổng hợp các acid hydroxamic mang khung quinazolin hướng tác dụng kháng tế bào ung thư

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:365

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Dược học "Thiết kế và tổng hợp các acid hydroxamic mang khung quinazolin hướng tác dụng kháng tế bào ung thư" trình bày các nội dung chính sau: Thiết kế và tổng hợp được khoảng 50 acid hydroxamic mới mang khung quinazolin hướng ức chế enzym HDAC và tác dụng kháng tế bào ung thư; Đánh giá tác dụng ức chế enzym HDAC và tác dụng kháng tế bào ung thư của các chất tổng hợp được.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Dược học: Thiết kế và tổng hợp các acid hydroxamic mang khung quinazolin hướng tác dụng kháng tế bào ung thư

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI ĐOÀN THANH HIẾU THIẾT KẾ VÀ TỔNG HỢP CÁC ACID HYDROXAMIC MANG KHUNG QUINAZOLIN HƯỚNG TÁC DỤNG KHÁNG TẾ BÀO UNG THƯ LUẬN ÁN TIẾN SĨ DƯỢC HỌC HÀ NỘI, NĂM 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI ĐOÀN THANH HIẾU THIẾT KẾ VÀ TỔNG HỢP CÁC ACID HYDROXAMIC MANG KHUNG QUINAZOLIN HƯỚNG TÁC DỤNG KHÁNG TẾ BÀO UNG THƯ LUẬN ÁN TIẾN SĨ DƯỢC HỌC CHUYÊN NGÀNH: HÓA DƯỢC MÃ SỐ : 62720403 Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Phạm Thế Hải GS. TS. Sang-Bae Han HÀ NỘI, NĂM 2023
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được công bố trong bất kì công trình nào khác. Tác giả luận án Đoàn Thanh Hiếu
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Phạm Thế Hải, GS. TS. Sang-Bae Han và GS. TS. Nguyễn Hải Nam, những người thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, truyền cảm hứng, mang đến cho tôi những bài học quí giá về sự tận tâm, đồng thời tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành tốt nhất luận án này. Trong thời gian thực hiện luận án, tôi cũng nhận được sự phối hợp, giúp đỡ của Khoa Hóa học - Trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Khoa Dược - Đại học Chungbuk, Hàn Quốc, cùng toàn thể các thầy cô, cán bộ và nghiên cứu viên của Bộ môn Hóa dược - Trường Đại học Dược Hà Nội. Tôi xin trân trọng cảm ơn. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo – bộ phận sau đại học, các phòng chức năng của Trường Đại học Dược Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập và hoàn thành luận án. Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới Đảng ủy, Ban giám hiệu, các phòng chức năng, Ban lãnh đạo Khoa Dược, cùng toàn thể các đồng nghiệp của tôi tại Bộ môn Hóa dược và Khoa Dược - Trường Đại học Y - Dược, Đại học Thái Nguyên đã luôn động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt cả hai nhiệm vụ học tập và công tác. Cuối cùng, xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới bố, mẹ, chồng và các con cùng gia đình, người thân, bạn bè của tôi, đã luôn là những người động viên, là động lực giúp tôi phấn đấu để hoàn thành tốt luận án. Hà Nội, ngày 20 tháng 4 năm 2023 Nghiên cứu sinh Đoàn Thanh Hiếu
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ĐẶT VẤN ĐỀ 1 Chương 1. TỔNG QUAN 2 1.1. HISTON DEACETYLASE VÀ CÁC CHẤT ỨC CHẾ HISTON DEACETYLASE 2 1.1.1. Histon deacetylase và vai trò đối với ung thư 2 1.1.2. Các chất ức chế histon deacetylase 8 1.2. QUINAZOLIN VÀ DẪN CHẤT 19 1.2.1. Cấu trúc, tính chất 19 1.2.2. Hoạt tính sinh học 20 1.2.3. Các phương pháp tổng hợp 25 1.3. PROTEIN DOCKING VÀ ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ THUỐC 41 1.3.1. Giới thiệu về protein docking và ứng dụng trong thiết kế thuốc 41 1.3.2. Qui trình docking 42 Chương 2. NGUYÊN LIỆU, TRANG THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43 2.1. NGUYÊN LIỆU 43 2.1.1. Nguyên liệu cho nghiên cứu docking, dự đoán dược động học - độc 43 tính 2.1.2. Nguyên liệu sử dụng cho tổng hợp hóa học 43 2.1.3. Nguyên liệu sử dụng cho thử hoạt tính sinh học 44 2.2. TRANG THIẾT BỊ 44 2.2.1. Trang thiết bị cho nghiên cứu docking, dự đoán dược động học – 44 độc tính 2.2.2. Trang thiết bị cho tổng hợp hóa học và xác định cấu trúc 44 2.2.3. Trang thiết bị cho thử hoạt tính sinh học 45
2.3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45 2.3.1. Nội dung nghiên cứu 45 2.3.2. Phương pháp nghiên cứu 46 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 55 3.1. KẾT QUẢ THIẾT KẾ CẤU TRÚC, DỰ ĐOÁN TƯƠNG TÁC, TỔNG HỢP HÓA HỌC VÀ KHẲNG ĐỊNH CẤU TRÚC 55 3.1.1. Kết quả thiết kế cấu trúc và dự đoán tương tác của các chất với HDAC2 55 3.1.2. Kết quả tổng hợp hóa học 60 3.1.3. Kết quả phân tích dữ liệu phổ 83 3.2. KẾT QUẢ THỬ TÁC DỤNG ỨC CHẾ ENZYM, ĐỘC TÍNH TẾ BÀO VÀ DỰ ĐOÁN MỘT SỐ THÔNG SỐ DƯỢC ĐỘNG HỌC – ĐỘC TÍNH 102 3.2.1. Kết quả thử tác dụng ức chế enzym và gây độc tế bào 102 3.2.2. Kết quả dự đoán một số thông số dược động học và độc tính 104 Chương 4. BÀN LUẬN 105 4.1. BÀN LUẬN VỀ TỔNG HỢP HÓA HỌC VÀ KHẲNG ĐỊNH CẤU TRÚC 105 4.1.1. Tổng hợp hóa học 105 4.1.2. Khẳng định cấu trúc 111 4.2. BÀN LUẬN VỀ LIÊN QUAN CẤU TRÚC – TÁC DỤNG 121 4.2.1. Hoạt tính sinh học của các dãy chất Ia-h, IIa-d và IIIa-d 121 4.2.2. Hoạt tính sinh học của các dãy chất IVa-i, Va-i và VIa-c 126 4.2.3. Hoạt tính sinh học của các dãy chất VIIa-i và VIIIa-i 130 4.2.4. Liên quan cấu trúc – tác dụng của các dẫn chất 133 4.3. BÀN LUẬN VỀ CÁC HỢP CHẤT TIỀM NĂNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 142 4.3.1. Bàn luận về các hợp chất tiềm năng 142 4.3.2. Bàn luận về phương pháp nghiên cứu 145 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 148 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 13 C-NMR : Carbon - 13 magnetic resonance spectroscopy (Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13) 1 H-NMR : Proton magnetic resonance spectroscopy (Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton) Ac2O : Anhydrit acetic ACC : Adrenocortical carcinoma (Ung thư biểu mô vỏ thượng thận) AcOH : Acid acetic ADN : Acid deoxyribonucleic ALL : Acute lymphatic leukemia (Ung thư bạch cầu cấp tính) AML : Acute myelogenous leukemia (Ung thư bạch cầu tuỷ bào cấp tính) ARN : Acid ribonucleic Asp : Acid aspartic BLCA : Bladder urothelial carcinoma (Ung thư biểu mô bàng quang) BRCA : Breast invasive carcinoma (Ung thư biểu mô xâm lấn vú) CD : Catalytic domain (Vùng xúc tác) CESC : Cervical squamous cell carcinoma and endocervical adenocarcinoma (Ung thư biểu mô tế bào vảy cổ tử cung và ung thư biểu mô tuyến trong cổ tử cung) CLL : Chronic lymphatic leukemia (Ung thư bạch cầu mãn tính) CREB : cAMP response element-binding protein (Protein liên kết với phần tử đáp ứng cAMP) CTCL : Cutaneous T-cell lymphoma (U lympho tế bào T dưới da) Cys : Cystein DBU : 1,8-Diazabicyclo(5.4.0)undec-7-en DCM : Dicloromethan DHFR : Dihydrofolat reductase (Enzym khử dihydrofolat) DLBC : Lymphoid neoplasm diffuse large B-cell lymphoma (Ung thư hạch bạch huyết khuếch tán u lympho tế bào B lớn) DMF : Dimethylformamid DMSO : Dimethyl sulfoxid EGFR : The epidermal growth factor receptor (Receptor của yếu tố tăng trưởng biểu bì) FDA : U.S. Food and Drug Administration (Cơ quan quản lý thực phẩm và dược phẩm Mỹ)
GBM : Glioblastoma multiforme (U nguyên bào xốp đa dạng) Glu : Acid glutamic Gly : Glycin HAT : Histone acetyltransferase (Enzym histon acetyltransferase) HCC : Hepatocellular carcinoma (Ung thư biểu mô tế bào gan) HDAC : Histone deacetylase (Enzym histon deacetylase) HDACi : Histone deacetylase inhibitors (Các chất có tác dụng ức chế HDAC) His : Histidin HL : Hodgkin lymphoma (Ung thư hạch Hodgkin) HR-MS : High resolutioan mass spectroscopy (Phổ khối lượng có độ phân giải cao) IC50 : Half-maximal inhibitory concentration (Nồng độ ức chế 50 %, nồng độ ức chế tối đa một nửa) IR : Infrared spectroscopy (Phổ hồng ngoại) Isozym : Isoforms of HDAC (Dạng enzym HDAC) J : Hằng số tương tác (Hz) Leu : Leucin LGG : Brain lower grade glioma (U thần kinh đệm cấp dưới não) LUAD : Lung adenocarcinoma (Ung thư biểu mô tuyến phổi) LUSC : Lung squamous cell carcinoma (Ung thư biểu mô tế bào vảy phổi) Lys : Lysin MDS : Myelodysplasia syndrome (Hội chứng loạn sản tuỷ) MeCN : Acetonitril MeOH : Methanol Met : Methionin MM : Multiple myeloma (Bệnh đa u tủy) MS : Mass spectroscopy (Phổ khối lượng) NCI-H23 : Dòng tế bào ung thư phổi người thể tế bào không nhỏ NSCLC : Non-small cell lung carcinoma (Ung thư biểu mô phổi không phải tế bào nhỏ) PC3 : Dòng tế bào ung thư tiền liệt tuyến người PDB : Protein data bank (Ngân hàng dữ liệu protein) Phe : Phenylalanin Pro : Prolin PyBOP : Benzotriazol-1-yloxytripyrrolidinophospho hexafluorophosphat
Reflux : Hồi lưu SAHA : Acid suberoylanilid hydroxamic Ser : Serin SIRTs : Sirtuins (Các protein điều hoà chuỗi thông tin 2) STAD : Stomach adenocarcinoma (Ung thư biểu mô tuyến dạ dày ) SW620 : Dòng tế bào ung thư đại tràng người TGCT : Testicular germ cell tumors (U tế bào mầm tinh hoàn) THF : Tetrahydrofuran Thr : Threonin TMS : Tetramethylsilan Try : Tryptophan TSA : Trichostatin A Tyr : Tyrosin UCEC : Uterine corpus endometrial carcinoma (Ung thư biểu mô nội mạc tử cung) UCS : Uterine carcinosarcoma (Ung thư biểu mô sợi tử cung) Val : Valin  (ppm) : Độ chuyển dịch hóa học (phần triệu)
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Các nguyên liệu sử dụng trong tổng hợp hóa học. 43 Bảng 2.2. Tỷ lệ các thành phần trong dung dịch định lượng tác dụng ức chế HDAC. 51 Bảng 3.1. Năng lượng liên kết với HDAC2 của các chất Ia-h, IIa-d và IIIa-d. 57 Bảng 3.2. Năng lượng liên kết với HDAC2 của các chất IVa-i, Va-i và VIa-c. 59 Bảng 3.3. Năng lượng liên kết với HDAC2 của các chất VIIa-i và VIIIa-i. 60 Bảng 3.4. Tác dụng ức chế HDAC và gây độc tế bào của các dẫn chất. 102 Bảng 4.1. Kết quả ức chế HDAC và gây độc tế bào của các chất Ia-h, IIa-d và IIIa-d. 122 Bảng 4.2. Kết quả ức chế HDAC và gây độc tế bào của IVa-i, Va-i và VIa-c. 127 Bảng 4.3. Kết quả ức chế HDAC và gây độc tế bào của các chất VIIa-i và VIIIa-i. 131 Bảng 4.4. Năng lượng liên kết với HDAC6 của các chất Ia-h, IIa-d, IIIa-d và VIIIa-i. 140 Bảng 4.5. Tóm tắt liên quan cấu trúc – tác dụng của các dẫn chất. 142 Bảng 4.6. Kết quả dự đoán một số thông số lý hóa, thông số dược động học và độc tính của các chất VIIc, VIIg, VIIIc và VIIIh. 143
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1. Phản ứng oxy hóa quinazolin (a) và phản ứng khử hóa quinazolin (b). 20 Sơ đồ 1.2. Phản ứng thế ái nhân/thế ái điện tử của quinazolin. 20 Sơ đồ 1.3. Phản ứng alkyl hóa quinazolin. 20 Sơ đồ 1.4. Phản ứng Niementowski. 26 Sơ đồ 1.5. Phản ứng Niementowski dùng vi sóng (theo Besson T.). 26 Sơ đồ 1.6. Phản ứng Niementowski dùng vi sóng (theo Vanelle P.). 26 Sơ đồ 1.7. Phản ứng Niementowski dùng ion lỏng (theo Kathiravan M. K.). 27 Sơ đồ 1.8. Tổng hợp piriqualon (theo El-Bayouki K. A. M.). 27 Sơ đồ 1.9. Tổng hợp quinazolinon-PBD (theo Farag A.A.). 28 Sơ đồ 1.10. Tổng hợp dẫn chất quinazolinon có sử dụng vi sóng (theo Liu J. F.). 28 Sơ đồ 1.11. Tổng hợp dẫn chất 2,3-diaryl-4(3H)-quinazolinon (theo Giridhar R.). 29 Sơ đồ 1.12. Tổng hợp dẫn chất thế ở C4 của quinazolinon (theo Boyapati S.). 29 Sơ đồ 1.13. Tổng hợp dẫn chất thế ở N3 của quinazolinon (theo Gupta D.). 29 Sơ đồ 1.14. Tổng hợp dẫn chất thế 2,3 của quinazolin-4(3H)-on. 30 Sơ đồ 1.15. Phản ứng ngưng tụ đóng vòng từ acid anthranilic, ortho ester (hoặc acid formic) và amin. 30 Sơ đồ 1.16. Phản ứng oxy hóa đóng vòng tạo quinazolinon (theo Bakavoli M.). 31 Sơ đồ 1.17. Tổng hợp deoxyvasicinon và rutaecarpin. 31 Sơ đồ 1.18. Phản ứng oxy hóa đóng vòng có xúc tác Darko KB. 32 Sơ đồ 1.19. Tổng hợp 5-arylpyrazolo[4,3-d]pyrimidin-7(6H)-on có xúc tác InCl3. 32 Sơ đồ 1.20. Tổng hợp dẫn chất quinazolinon (theo Shariff M.). 32 Sơ đồ 1.21. Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Ir (theo Zhou J.). 33 Sơ đồ 1.22. Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Pd (theo YokoyamaY.). 33 Sơ đồ 1.23. Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Fe (theo Deng G. J.). 33 Sơ đồ 1.24. Tổng hợp (-)-benzomalvin A bằng phản ứng aza-Wittig. 34 Sơ đồ 1.25. Phản ứng aza-Wittig có xúc tác Cu(I) (theo Molina P.). 34 Sơ đồ 1.26. Phản ứng aza-Wittig tạo dẫn chất amin của quinazolinon (theo Wu M. H.). 35 Sơ đồ 1.27. Phản ứng aza-Wittig sử dụng kỹ thuật tổng hợp pha rắn (theo Ding M.W.). 35 Sơ đồ 1.28. Tổng hợp toàn phần luotonin A (theo Malacria M.). 35 Sơ đồ 1.29. Tổng hợp quinazolinon bằng chuỗi phản ứng gốc (theo Chiba S.). 36 Sơ đồ 1.30. Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Cu (theo Fu H.). 36 Sơ đồ 1.31. Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Cu (theo Ma D.). 37 Sơ đồ 1.32. Tổng hợp quinazolinon không có xúc tác kim loại (theo Iqbal M. A.). 37 Sơ đồ 1.33. Tổng hợp quinazolinon có xúc tác Pd (theo Li B.). 37
Sơ đồ 1.34. Carbonyl hóa có xúc tác Pd để tổng hợp quinazolinon (theo Alper H.). 38 Sơ đồ 1.35. Carboxamid hóa có xúc tác Pd để tổng hợp quinazolinon (theo Zhu Q.). 38 Sơ đồ 1.36. Carboxamid hóa có xúc tác Pd để tổng hợp quinazolinon (theo Willis M.C.). 38 Sơ đồ 1.37. Phản ứng carbonyl hóa 3 cấu tử có xúc tác Pd (theo Wu X.F.). 39 Sơ đồ 1.38. Phản ứng carbonyl hóa 4 cấu tử có xúc tác Pd (theo Wu X.F.). 39 Sơ đồ 1.39. Tổng hợp quinazolinon qua chất trung gian Vilsmeier (theo Soghra). 39 Sơ đồ 1.40. Tổng hợp quinazolinon qua chất trung gian Vilsmeier (theo Shireen) 40 Sơ đồ 1.41. Cơ chế phản ứng tổng hợp quinazolinon qua trung gian Vilsmeier. 40 Sơ đồ 1.42. Tổng hợp quinazolinon từ anhydrid isatoic. 40 Sơ đồ 2.1. Tóm tắt qui trình tổng hợp dãy I. 48 Sơ đồ 2.2. Tóm tắt qui trình tổng hợp dãy II. 48 Sơ đồ 2.3. Tóm tắt qui trình tổng hợp dãy VII. 49 Sơ đồ 3.1. Qui trình tổng hợp dãy chất Ia-h. 61 Sơ đồ 3.2. Qui trình tổng hợp dãy chất IIa-d. 64 Sơ đồ 3.3. Qui trình tổng hợp dãy chất IIIa-d. 67 Sơ đồ 3.4. Qui trình tổng hợp dãy chất IVa-i và Va-i. 69 Sơ đồ 3.5. Qui trình tổng hợp dãy chất VIa-c. 75 Sơ đồ 3.6. Qui trình tổng hợp dãy chất VIIa-i. 76 Sơ đồ 3.7. Qui trình tổng hợp dãy chất VIIIa-i. 80 Sơ đồ 4.1. Cơ chế phản ứng Niementowski ngưng tụ tạo vòng quinazolin-4(3H)-on. 105 Sơ đồ 4.2. Cơ chế phản ứng tạo vòng 2-methylquinazolin-4(3H)-on qua trung gian benzoxazinon. 106 Sơ đồ 4.3. Cơ chế phản ứng N-alkyl hóa dẫn chất quinazolin-4(3H)-on. 107 Sơ đồ 4.4. Cơ chế phản ứng C4-amin hóa khung quinazolin-4(3H)-on. 109 Sơ đồ 4.5. Cơ chế phản ứng N-acyl hóa tạo acid hydroxamic. 110
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Cấu trúc vi tinh thể của các HDAC nhóm I và HDAC6. 3 Hình 1.2. Cơ chế xúc tác phản ứng thủy phân acetyl-Lysin của HDAC. 5 Hình 1.3. Ảnh hưởng của các HDAC đến chu trình phát triển của tế bào ung thư. 8 Hình 1.4. Cấu trúc ba phần chính của các chất ức chế HDAC. 9 Hình 1.5. Cấu trúc của một số chất ức chế HDAC đã được phê duyệt cho điều trị hoặc đang thử nghiệm lâm sàng. 10 Hình 1.6.A. Các chất ức chế chọn lọc HDAC1-2 cấu trúc benzamid. 12 Hình 1.6. B. Các chất ức chế chọn lọc HDAC3 cấu trúc benzamid. 12 Hình 1.7. Tương tác của SAHA với HDAC8 (A-C) và vùng xúc tác của HDAC3 (D). 13 Hình 1.8. Cấu trúc và tương tác của 20 (PCI34051) với HDAC8. 13 Hình 1.9. Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc tetrahydroisoquinolin. 14 Hình 1.10. Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc tripeptidomimetic và sulfur. 14 Hình 1.11. Chất ức chế HDAC8 cấu trúc pyrazol. 15 Hình 1.12. Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc vòng thơm và dị vòng thơm. 15 Hình 1.13. Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc triazol (theo Suzuki T. và Ingham O. J.). 16 Hình 1.14. Các chất ức chế HDAC8 cấu trúc O-aryl N-hydroxycinnamid. 17 Hình 1.15. Cấu trúc của một số chất ức chế HDAC6. 18 Hình 1.16. Cấu trúc của một số khung quinazolin và quinazolinon. 19 Hình 1.17 Cấu trúc của raltitrexed (35) và 2-(cinnamylthio)-6-(methyl/nitro)- 3-phenyl-2,3-dihydroquinazolin-4(1H)-on (36). 21 Hình 1.18. Cấu trúc của 2-((2-aminothiazol-5-yl)thio)-6-methyl-3- phenylquinazolin-4(3H)-on (37). 21 Hình 1.19. Cấu trúc của các dẫn chất pyrrolo[1,2-a]quinazolin-5(4H)-on. 21 Hình 1.20. Cấu trúc của 2-(3-(4-(4-fluorophenyl)-3,6-dihydropyridin-1(2H)- yl)propyl)-8-methylquinazolin-4(3H)-on (40). 22 Hình 1.21. Cấu trúc của các dẫn chất 4-aminoquinazolin ức chế EGFR. 22 Hình 1.22. Cấu trúc của dẫn chất thế ở 4- của 6-alkoxy-4-aminoquinazolin. 22 Hình 1.23. Cấu trúc của dẫn chất -halopropionamid ở vị trí 6 của quinazolinon. 23 Hình 1.24. Cấu trúc của dẫn chất 2-(thiophen-2-yl)quinazolin-4(3H)-on. 23 Hình 1.25. Cấu trúc của (E)-6-chloro-3-(pyrimidin-2-yl)-2-styrylquinazolin-4(3H)-on. 23 Hình 1.26. Cấu trúc của 2-(3-methoxyphenyl)quinazolin-4(3H)-on. 24 Hình 1.27. Cấu trúc của dẫn 2-phenyl-6-(pyrrolidin-1-yl)quinazolin-4(3H)-on. 24 Hình 1.28. Cấu trúc của 2-(naphthalen-1-yl)-6-(pyrrolidin-1-yl)quinazolin-4(3H)-on. 24 Hình 1.29. Cấu trúc của albaconazol. 25
Hình 1.30. Cấu trúc chung của các quinazolinon có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm. 25 Hình 2.1. Cấu trúc dự kiến của các dẫn chất dãy I-VIII. 48 Hình 3.1. Khung cấu trúc dự kiến của các dẫn chất. 55 Hình 3.2 Kết quả thiết kế cấu trúc của các dẫn chất dãy I, II và III. 56 Hình 3.3. Mô phỏng docking SAHA, Ia-h, IIa-d và IIIa-d vào HDAC2. 57 Hình 3.4. Kết quả thiết kế cấu trúc của các dẫn chất dãy IV, V và VI. 58 Hình 3.5. Mô phỏng docking SAHA (A) và IVa-i, Va-i, VIa-c (B) vào HDAC2. 58 Hình 3.6. Kết quả thiết kế cấu trúc của các dẫn chất dãy VII và VIII. 60 Hình 4.1. Cấu trúc của các dẫn chất dãy Ia-h, IIa-d và IIIa-d. 113 Hình 4.2. Cấu trúc của các dẫn chất dãy IVa-i, Va-i và VIa-c. 116 Hình 4.3. Cấu trúc của các dẫn chất dãy VIIa-i và VIIIa-i. 118 Hình 4.4. Mô phỏng docking các chất Ie, IIb và IIIc vào HDAC2. 125 Hình 4.5. Mô phỏng docking các chất IVb, Vh và VIb vào HDAC2. 129 Hình 4.6. Mô phỏng docking các chất VIIb, VIIc, VIIg và VIIh vào HDAC2. 132 Hình 4.7. Mô phỏng docking các chất VIIIc và VIIIh vào HDAC2. 133 Hình 4.8. Đồ thị so sánh nồng độ ức chế HDAC của các dẫn chất. 134 Hình 4.9. Đồ thị so sánh nồng độ gây độc tế bào SW620 của các dẫn chất. 134 Hình 4.10. Đồ thị so sánh nồng độ gây độc tế bào PC3 của các dẫn chất. 135 Hình 4.11. Đồ thị so sánh nồng độ gây độc tế bào NCI-H23 của các dẫn chất. 135 Hình 4.12. Tương tác với bề mặt HDAC2 của các chất Ic và VIIIc. 136 Hình 4.13. Tương tác với HDAC2 của các chất Ic, IIc, IVc và VIb. 137 Hình 4.14. Tóm tắt ảnh hưởng của các nhóm thế trên khung quinazolin trong phần nhận diện bề mặt của các dẫn chất. 139 Hình 4.15. Tương tác với HDAC6 của các chất SAHA, Ie, IIb, IIIc và VIIIh. 141 Hình 4.16. Đồ thị tương quan giữa các giá trị IC50 thực nghiệm và điểm docking của các dẫn chất Ia-h, IIa-d, IIIa-d và SAHA. 146
ĐẶT VẤN ĐỀ Thiết kế cấu trúc dựa trên mục tiêu phân tử đang trở thành hướng đi chủ yếu trong nghiên cứu thuốc điều trị ung thư. Trong số các mục tiêu phân tử tiềm năng, enzym histon deacetylase (HDAC) thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học do chúng có vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình hình thành và phát triển tế bào ung thư. Nhiều hợp chất mới đã được phát hiện và nghiên cứu hoạt tính ức chế HDAC, trong đó nổi bật nhất là nhóm các dẫn xuất của acid hydroxamic, với bốn thuốc đã được cấp phép điều trị gồm vorinostat, belinostat, panobinostat và givinostat. Các dẫn chất hydroxamic có chung cấu trúc khung, bao gồm ba phần: (1) nhóm acid hydroxamic gắn kết với ion kẽm tại trung tâm hoạt động của các enzym HDAC, (2) cầu nối là mạch hydrocarbon thân dầu, và (3) nhóm nhận diện bề mặt là nhân phenyl và/ hoặc dị vòng, gắn với cầu nối qua liên kết amid hoặc amin, có khả năng tương tác với các acid amin tại bề mặt của enzym. Các kết quả nghiên cứu đã công bố cho thấy phần nhận diện bề mặt là các cấu trúc dị vòng thơm giàu electron như benzothiazol, arylthiadiazol, indolin, oxoindolin, ... có tiềm năng mang lại hiệu quả ức chế HDAC và độc tính cao đối với tế bào ung thư. Quinazolin là một cấu trúc dị vòng như vậy. Khung quinazolin có đặc điểm giàu điện tử, rất phù hợp với vai trò là nhóm nhận diện bề mặt. Nó có mặt trong nhiều hợp chất mang hoạt tính sinh học đa dạng, như ức chế vi nấm (albaconazol), virus (luotonin A), kháng ung thư (raltitrexed) và chống viêm (rutaecarpin). Cấu trúc này đã được ứng dụng trong thiết kế kháng sinh mới, các thuốc chống viêm, giảm đau, thuốc tác động lên hệ thần kinh hoặc tế bào ung thư. Nhiều dẫn chất quinazolin đã được chứng minh là có tác dụng kháng tế bào ung thư theo các cơ chế khác nhau thông qua ức chế tổng hợp thymidylat, hệ enzym chỉnh sửa ADN, thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì, tubulin polymerase hay tyrosin kinase. Tuy nhiên, hiện chưa có nhiều nghiên cứu khai thác khung quinazolin trong thiết kế chất ức chế HDAC mới. Từ những phân tích nêu trên, luận án “Thiết kế và tổng hợp các acid hydroxamic mang khung quinazolin hướng tác dụng kháng tế bào ung thư” đã được thực hiện với hai mục tiêu chính như sau: (1) Thiết kế và tổng hợp được khoảng 50 acid hydroxamic mới mang khung quinazolin hướng ức chế enzym HDAC và tác dụng kháng tế bào ung thư. (2) Đánh giá tác dụng ức chế enzym HDAC và tác dụng kháng tế bào ung thư của các chất tổng hợp được. 1
Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. HISTON DEACETYLASE VÀ CÁC CHẤT ỨC CHẾ HISTON DEACETYLASE Các quá trình biệt hóa tế bào ung thư được điều hòa bởi trạng thái acetyl hóa của histon, thông qua hai nhóm enzym có vai trò đối ngược nhau là các histon deacetylase (HDAC) và histon acetyltransferase (HAT). HDAC là một nhóm các enzym xúc tác quá trình loại bỏ nhóm acetyl từ -N-acetyl lysin của phần histon có trong nucleosom. HDAC được xem là một trong những đích tác dụng phân tử được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất trong những năm gần đây. Trong phần này, thông tin về HDAC và các chất ức chế HDAC sẽ được hệ thống hóa, trong đó chủ yếu đề cập đến các HDAC nhóm I, HDAC6 và các chất ức chế chọn lọc các mục tiêu phân tử này. 1.1.1. Histon deacetylase và vai trò đối với ung thư 1.1.1.1. Cấu trúc, phân loại Các HDAC ở người được xác định có 18 loại và chia thành bốn nhóm, gồm có: nhóm I (HDAC1, 2, 3 và 8), nhóm IIa (HDAC4, 5, 7, 9), nhóm IIb (HDAC6, 10), nhóm III (SIRT1-7), và nhóm IV (HDAC11). Việc phân loại các HDAC dựa vào cấu trúc của vùng xúc tác, các cofactor và sự tương đồng của chúng với cấu trúc HDAC của nấm men. Các HDAC có độ dài chuỗi acid amin không giống nhau, từ 347 đến 1215 acid amin, nhưng đều mang vùng xúc tác tương đồng và được bảo tồn cao, riêng HDAC6 có hai vùng xúc tác. Các HDAC nhóm I, II và IV đều có cơ chế hoạt động phụ thuộc vào ion kẽm ở vị trí trung tâm xúc tác của enzym, do đó có thể bị ức chế bởi các hợp chất tạo chelat với ion kẽm như acid hydroxamic. Các HDAC nhóm III là các protein điều hòa chuỗi thông tin (sirtuin), có hoạt động phụ thuộc vào NAD+. Vị trí phân bố trong tế bào của các HDAC cũng không giống nhau. Các HDAC nhóm I và IV có trong nhân của nhiều loại tế bào, các HDAC phân nhóm IIa có ở cả nhân và bào tương, phân nhóm IIb có chủ yếu ở bào tương nhưng có khả năng di chuyển giữa nhân và bào tương, các sirtuin (HDAC nhóm III) được tìm thấy ở ti thể, nhân và bào tương [144], [174]. Kỹ thuật nhiễu xạ tia X giúp xác định cấu trúc vi tinh thể của các HDAC. Cấu trúc vi tinh thể kết tinh (có hoặc không kèm với các chất ức chế liên quan) của các enzym HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC4, HDAC6, HDAC7, HDAC8 và HDAC10 đã được công bố trên Ngân hàng dữ liệu protein (PDB). Hình 1.1 minh họa cấu trúc vi tinh thể protein của các HDAC nhóm I và HDAC6 [98]. 2