CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về enzym Lyn kinase và các chất ức chế Lyn kinase 1. Tổng quan về enzym Lyn kinase Kinase là một nhóm enzym có chức năng chuyển nhóm phosphat từ các phân tử cao năng lượng (ATP) tới một phân tử đích là protein đặc hiệu. Quá trình này gọi là sự phosphoryl hóa protein.
Enzym kinase đặc hiệu cho việc chuyển nhóm phosphat của các phân tử cao năng lượng tới các amino acid tyrosin được gọi là tyrosin kinase. Kinase ngoài việc phosphoryl hóa các protein có tyrosin, còn phosphoryl hóa các phân tử protein có các amino acid khác như serin và threonin. Phosphoryl hóa protein bởi kinase là một cơ chế quan trọng trong việc truyền tín hiệu và điều chỉnh hoạt động của tế bào, chẳng hạn như phân chia và tăng trưởng [12]. Lyn kinase là một loại tyrosin kinase thuộc họ Src.
Lyn kinase được biểu hiện trong nhiều loại tế bào, bao gồm tế bào tạo máu [15], tế bào thần kinh và tế bào mỡ. Nó đóng một vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh học như sự phát triển và phân chia tế bào, sự miễn dịch, sự phát triển thần kinh và sự phát triển của khối u [29]. Cụ thể, Lyn kinase có thể kích hoạt nhiều con đường tín hiệu nội bào quan trọng, như con đường PI3K/Akt và MAPK/ERK, thúc đẩy sự phát triển và sống sót của tế bào ung thư. Lyn kinase cũng có thể tương tác trực tiếp với EGFR và góp phần vào quá trình phosphoryl hóa của EGFR.
Điều này rất quan trọng cho sự phát triển và tồn tại của tế bào ung thư [15]. Sự hoạt động quá mức của Lyn kinase có thể dẫn đến việc kích hoạt liên tục các con đường này, khiến tế bào phân chia không kiểm soát và tránh được apoptosis (chết tế bào theo chương trình), góp phần vào sự phát triển khối u. Các chất ức chế Lyn kinase có thể ngăn chặn quá trình phosphoryl hóa của các protein trong con đường MAPK/ERK, giảm khả năng sống sót và tăng trưởng của tế bào ung thư. Ngoài ra, ức chế Lyn kinase còn làm giảm hoạt động của PI3K/Akt, ngăn chặn sự truyền tín hiệu đến các protein như Akt.
Điều này dẫn đến việc giảm phân chia tế bào và thúc đẩy quá trình apoptosis. Bên cạnh EGFR, Lyn kinase còn có thể tương tác và kích hoạt hàng loạt các thụ thể tyrosine kinase khác như HER2, và BCR-ABL. Các thụ thể này khi bị kích hoạt quá mức cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành và tiến triển của khối u [29]. Bên cạnh đó Lyn kinase cũng có vai trò quan trọng trong việc điều hòa hệ miễn dịch, liên quan đến hoạt động của tế bào B và tế bào mast [36].
Sự hoạt động bất 3 thường của Lyn kinase có thể dẫn đến việc điều hòa sai lệch hệ miễn dịch, góp phần vào sự phát triển ung thư thông qua việc tránh né sự giám sát miễn dịch. Ngoài ra, Lyn kinase có thể thúc đẩy quá trình bài tiết cytokin và chemokin, tạo điều kiện thuận lợi cho môi trường vi mô của khối u. Điều này có thể thúc đẩy sự xâm lấn và di căn của tế bào ung thư cụ thể, trong bệnh bạch cầu mãn tính dòng lympho (chronic lymphocytic leukemia - CLL). Sự hoạt động quá mức của Lyn kinase đã được báo cáo trên một số bệnh nhân leukemia với sự tăng sinh của các tế bào bạch cầu ác tính [15].
Ngoài ra, Lyn kinase còn đóng vai trò quan trọng trong cơ chế bệnh sinh của một số bệnh lý thần kinh, trong đó có bệnh Alzheimer (Alzheimer disease - AD). Đáng chú ý, tỷ lệ mắc AD trên thế giới ngày càng tăng. Ước tính đến năm 2050, cứ 85 người trên toàn thế giới sẽ có 1 người sống chung với căn bệnh này và 43% số người mắc bệnh cần được chăm sóc ở mức độ cao [4]. Cho đến nay, một lượng lớn nghiên cứu đã chỉ ra những bất thường về ty thể trên diện rộng trong não của bệnh nhân Alzheimer [38].
Phù hợp với quan sát cho thấy sự suy giảm chuyển hóa năng lượng luôn xuất hiện trước khi khởi phát bệnh Alzheimer trên lâm sàng, rối loạn chức năng ty thể đã được coi là một đặc điểm sớm và nổi bật của bệnh [38], qua đó cho thấy ty thể đóng vai trò quan trọng trong cơ chế bệnh sinh của Alzheimer. Một số yếu tố tác động đến chức năng ty thể bao gồm amyloid-beta (Aβ) và protein Tau bằng cách gây suy giảm chức năng và gián đoạn vận chuyển nội bào. Những tác động này góp phần vào thúc đẩy quá trình thoái hóa tế bào thần kinh và tiến triển của bệnh Alzheimer. Tau là một protein liên kết vi ống chính (MAP) của tế bào thần kinh trưởng thành bình thường [16].
Protein Tau khi bị phosphoryl hóa một cách bất thường sẽ tập hợp thành các bó sợi, tạo thành các đám rối thần kinh, góp phần vào sự thoái hóa thần kinh trong bệnh Alzheimer [31]. Bên cạnh đó, amyloid beta (Aβ) có thể tích tụ trong ty thể, làm giảm khả năng sản xuất năng lượng của ty thể. Điều này dẫn đến giảm mức ATP, ảnh hưởng đến năng lượng cần thiết cho các hoạt động tế bào. Sự hoạt hóa quá mức của Lyn kinase có thể góp phần vào thúc đẩy sự tích tụ amyloid beta.
Do có khả năng tương tác với cả amyloid-beta (Aβ) và Tau, Lyn kinase hiện đang là mục tiêu điều trị tiềm năng nhằm giải quyết hai “nguyên nhân” chính của Alzheimer. Chất ức chế Lyn kinase Việc phát triển các chất ức chế Lyn kinase đang thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên toàn thế giới. Một số hợp chất ức chế Lyn kinase tiêu biểu đã 4 được công bố bao gồm: Dasatinib (BMS-354825) là một chất ức chế Lyn kinase mới, mạnh, đa mục tiêu và là một tác nhân điều trị ung thư đầy hứa hẹn. Dasatinib (BMS-354825) ức chế trực tiếp hoạt động của Lyn kinase theo cơ chế cạnh tranh.
Các thử nghiệm in vitro cho thấy dasatinib có khả năng ức chế Lyn kinase với giá trị IC50 là 8,5 nmol/L [30]. Tuy nhiên, những bệnh nhân ung thư ban đầu đáp ứng với dasatinib và sau đó tái phát đã được chứng minh là có đột biến, cho thấy khả năng kháng thuốc trên lâm sàng có thể đã xuất hiện [19], [23]. Bosutinib đã được chứng minh có hoạt tính chống loại các đột biến mà dasatinib gặp phải. Bosutinib ức chế Lyn kinase bằng cách liên kết với vị trí liên kết ATP của protein, tương tự như cơ chế của nhiều chất ức chế tyrosine kinase khác.
Sự liên kết này ngăn cản ATP tiếp cận protein, từ đó ức chế hoạt động Lyn kinase [19], [23]. Cấu trúc hóa học của dasatinib và bosutinib được trình bày ở hình 1. Cấ u trúc hóa ho ̣c của dasatinib và bosutinib [19], [30]. Tổ ng quan về mố i quan hệ đinh ̣ lươ ̣ng cấ u trúc - tác du ̣ng (QSAR) của các hơ ̣p chấ t 1.
Lịch sử ra đời của QSAR Phương pháp QSAR (Quantitative Structure-Activity Relationship) được ra đời từ rất sớm. Khoảng từ những năm 1960, các nhà khoa học đã nhận ra rằng có mối liên hệ giữa cấu trúc hóa học của một hợp chất và hoạt tính sinh học của nó. Từ đó, họ bắt đầu phát triển các mô hình toán học để dự đoán hoạt tính sinh học của một hợp chất dựa trên cấu trúc hóa học. Fujita công bố một bài báo với tiêu đề "π-σ-π Analysis: A Method for the Correlation of Biological Activity and Chemical Structure" [13].
Trong nghiên cứu này, các tác giả đã giới thiệu một số khái 5 niệm quan trọng, bao gồm sự ảnh hưởng của các nhóm chức (π) và các hiệu ứng (σ) đối với hoạt tính sinh học của hợp chất. Trong những thập kỷ tiếp theo, QSAR phát triển mạnh mẽ và được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong thiết kế dược phẩm, hóa dược và hóa học môi trường. Các bước xây dựng mô hình QSAR Mô hình QSAR biểu thị mối quan hệ định lượng giữa cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học của hợp chất. Mô hình QSAR cổ điển có da ̣ng: Y = a1(x1) + a2(x2) +.
Trong đó, Y là biế n đáp ứng (biểu thị hoạt tính sinh học); x1, x2., xn là các tham số phân tử đặc trưng cho cấ u trúc; a1, .an là các hằ ng số thể hiện tro ̣ng số của từng tham số phân tử xi đố i với tác du ̣ng sinh ho ̣c [1]. Các bước xây dựng mô hình QSAR được tóm tắt ở hình 1. Chuẩn bị cơ sở dữ liệu Tính toán tham số phân tử Phân chia dữ liệu (Huấn luyện- Kiểm tra) Xây dựng mô hình Đánh giá mô hình Xác định miền ứng dụng của mô hình Hình 1. Các bước xây dựng mô hình QSAR Chuẩn bị cơ sở dữ liệu: Cơ sở dữ liệu để xây dựng mô hình QSAR có thể thu thập từ các nghiên cứu đã công bố trước đó hoặc một số cơ sở dữ liệu khác như ZINC, 6 ChemDB.
Một số nguồn cơ sở dữ liệu để xây dựng mô hình QSAR được trình bày ở Bảng 1. Một số nguồn cơ sở dữ liệu để xây dựng mô hình QSAR Cơ sở dữ liệu Số hợp chất Website ZINC 13 triệu http://zinc.org eMolecules 7 triệu https://www.com ChemSpider 26 triệu http://www.com PubChem 30 triệu https://pubchem.500 DrugBank https://go.com đích sinh học ChemBL 1 triệu https://www.uk/chembl WOMBAT 263.com Tính toán các tham số phân tử: Tham số phân tử là kế t quả của quá trình chuyể n đổ i thông tin đươ ̣c mã hóa trong cấ u trúc hóa ho ̣c thành dữ liệu dưới dạng số. Tham số phân tử có thể chia thành 4 nhóm dựa trên chiều thông tin (dimension) mô tả cấu trúc: (i) Tham số 0D mô tả thành phần cấu tạo nên cấu trúc, còn được gọi là các tham số đếm nguyên tử, như số lượng C, N. (ii) Tham số 1D mô tả cấu trúc dưới dạng chuỗi, như vân tay cấu trúc (fingerprint), hay số lượng các mảnh cấu trúc, như số lượng nhân thơm, nhóm carboxylic.
(iii) Tham số 2D (2D Descriptors) mô tả cấu trúc hóa học của các phân tử dưới dạng biểu đồ hai chiều (2D) bao gồm các chỉ số topological, LogP, trọng lượng phân tử, diện tích bề mặt phân cực, và nhiều tham số khác dựa trên cấu trúc phân tử. (iv) Tham số 3D (3D Descriptors) bao gồm các tham số về hình dạng và không gian của phân tử như kích thước, hình dạng, góc liên kết, và khoảng cách giữa các nguyên tử.