Sàng Lọc Các Phân Tử Nhỏ Có Khả Năng Ức Chế Hoạt Tính Interleukin-2

Chuyên khảo phân tích Sàng lọc các phân tử nhỏ có khả năng ức chế hoạt tính interleukin 2, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Lê Thanh Duy
• Người hướng dẫn: GS. Thái Khắc Minh
• Trường học: Đại Học Y Dược Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Dược Lý Và Dược Lâm Sàng
• Đề tài: Sàng Lọc Phân Tử Nhỏ Ức Chế Hoạt Tính Interleukin-2
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ INTERLEUKIN
• 1.2. TỔNG QUAN VỀ INTERLEUKIN-2
• 1.3. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SÀNG LỌC ẢO
• 1.4. MÔ HÌNH 3D–PHARMACOPHORE
• 1.5. MÔ HÌNH GẮN KẾT PHÂN TỬ
• 1.6. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC PHÂN TỬ
• 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
• 2.2. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
• 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. MÔ HÌNH 3D-PHARMACOPHORE XÂY DỰNG DỰA TRÊN PHỐI TỬ
• 3.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH DOCKING PHÂN TỬ
• 3.3. KẾT QUẢ SÀNG LỌC IN SILICO TRÊN CÁC THƯ VIỆN
• 3.4. KẾT QUẢ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC PHÂN TỬ
• 3.5. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN NĂNG LƯỢNG GẮN KẾT TỰ DO
• 4. CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN, KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH

Tóm tắt

I. Tổng quan về Sàng Lọc Phân Tử Nhỏ Ức Chế Hoạt Tính Interleukin 2

Interleukin-2 (IL-2) là một cytokine quan trọng trong hệ miễn dịch, có vai trò điều hòa sự phát triển và hoạt động của tế bào T. Việc sàng lọc các phân tử nhỏ có khả năng ức chế hoạt tính của IL-2 đang trở thành một lĩnh vực nghiên cứu hấp dẫn. Nghiên cứu này nhằm tìm kiếm các hợp chất mới có thể ức chế IL-2, từ đó mở ra cơ hội điều trị cho các bệnh lý liên quan đến hệ miễn dịch.

1.1. Khái niệm về Interleukin 2 và vai trò của nó

Interleukin-2 là một cytokine được sản xuất chủ yếu bởi tế bào T. Nó có vai trò quan trọng trong việc kích thích sự phát triển và hoạt động của các tế bào miễn dịch khác. IL-2 không chỉ giúp tăng cường hoạt động của tế bào T mà còn ảnh hưởng đến các tế bào B và tế bào NK.

1.2. Tại sao cần sàng lọc phân tử nhỏ ức chế IL 2

Việc sàng lọc các phân tử nhỏ có khả năng ức chế IL-2 là cần thiết để phát triển các liệu pháp điều trị mới cho các bệnh tự miễn và ung thư. Các thuốc hiện có thường có độc tính cao và hiệu quả không ổn định, do đó, việc tìm kiếm các hợp chất mới là rất quan trọng.

II. Vấn đề và Thách thức trong Nghiên cứu IL 2

Mặc dù IL-2 có vai trò quan trọng trong hệ miễn dịch, nhưng việc phát triển các thuốc ức chế IL-2 vẫn gặp nhiều thách thức. Các thuốc hiện tại thường có tác dụng phụ nghiêm trọng và không hiệu quả trong một số trường hợp. Do đó, việc tìm kiếm các phân tử nhỏ an toàn và hiệu quả là một thách thức lớn.

2.1. Các loại thuốc hiện có và hạn chế của chúng

Hiện tại, có hai nhóm thuốc chính liên quan đến IL-2: thuốc đồng vận và thuốc ức chế thụ thể IL-2. Tuy nhiên, các thuốc này thường có tác dụng phụ nghiêm trọng và không hiệu quả trong một số bệnh lý.

2.2. Thách thức trong việc phát triển thuốc mới

Việc phát triển các thuốc mới ức chế IL-2 gặp khó khăn do tính phức tạp trong cơ chế hoạt động của IL-2 và sự đa dạng trong cấu trúc của các phân tử nhỏ. Cần có các phương pháp sàng lọc hiệu quả để tìm ra các hợp chất tiềm năng.

III. Phương pháp Sàng Lọc Phân Tử Nhỏ Ức Chế IL 2

Nghiên cứu sử dụng các mô hình sàng lọc ảo và mô phỏng động học phân tử để tìm kiếm các phân tử nhỏ có khả năng ức chế hoạt tính của IL-2. Các phương pháp này cho phép đánh giá nhanh chóng và hiệu quả các hợp chất tiềm năng.

3.1. Mô hình 3D Pharmacophore trong sàng lọc

Mô hình 3D-Pharmacophore được xây dựng dựa trên các hợp chất có hoạt tính ức chế IL-2. Mô hình này giúp xác định các đặc điểm cấu trúc cần thiết cho hoạt tính ức chế.

3.2. Docking phân tử và mô phỏng động lực học

Quá trình docking phân tử được thực hiện để đánh giá khả năng gắn kết của các phân tử nhỏ với thụ thể IL-2. Mô phỏng động lực học giúp xác định độ ổn định của các phức hợp này trong thời gian dài.

IV. Kết quả Nghiên cứu và Ứng dụng Thực tiễn

Nghiên cứu đã thu được nhiều hợp chất tiềm năng có khả năng ức chế hoạt tính IL-2. Các hợp chất này không chỉ cho thấy khả năng gắn kết tốt với thụ thể mà còn có tiềm năng ứng dụng trong điều trị các bệnh lý liên quan đến hệ miễn dịch.

4.1. Các hợp chất tiềm năng từ sàng lọc

Quá trình sàng lọc đã xác định được 5 hợp chất có khả năng gắn kết tốt với thụ thể IL-2. Các hợp chất này cần được thử nghiệm thêm để đánh giá hoạt tính sinh học.

4.2. Ứng dụng trong điều trị bệnh lý

Các hợp chất ức chế IL-2 có thể được phát triển thành thuốc điều trị cho các bệnh tự miễn và ung thư. Việc nghiên cứu thêm về các hợp chất này sẽ mở ra cơ hội mới trong điều trị.

V. Kết luận và Tương lai của Nghiên cứu IL 2

Nghiên cứu về sàng lọc các phân tử nhỏ ức chế hoạt tính IL-2 đã mở ra nhiều hướng đi mới trong điều trị các bệnh lý liên quan đến hệ miễn dịch. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại những tiến bộ đáng kể trong y học.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các hợp chất ức chế IL-2 là rất cần thiết để tìm ra các liệu pháp điều trị hiệu quả hơn cho các bệnh lý tự miễn và ung thư.

5.2. Hướng đi mới trong phát triển thuốc

Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc của các hợp chất tiềm năng để nâng cao hiệu quả và giảm thiểu độc tính, từ đó phát triển các thuốc mới an toàn và hiệu quả.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Interleukin-2 (IL-2) là một cytokine quan trọng trong hệ miễn dịch, đóng vai trò điều hòa hoạt động của tế bào T và các tế bào miễn dịch khác. Theo ước tính, IL-2 đã được nghiên cứu hơn 25 năm và được ứng dụng trong điều trị các bệnh ung thư như melanoma di căn, ung thư biểu mô tế bào thận, cũng như các bệnh tự miễn và viêm. Tuy nhiên, các thuốc ức chế IL-2 hiện nay chủ yếu là các kháng thể hoặc protein tái tổ hợp, còn các phân tử nhỏ ức chế IL-2 rất hạn chế và thường đi kèm độc tính cao. Do đó, việc phát triển các phân tử nhỏ có khả năng ức chế hoạt tính IL-2 là một hướng đi mới đầy tiềm năng trong điều trị các bệnh viêm, tự miễn và ung thư.

Mục tiêu của luận văn là xây dựng mô hình in silico để sàng lọc các phân tử nhỏ có khả năng ức chế IL-2 dựa trên tương tác IL-2/IL-2R, từ đó định hướng thiết kế thuốc thế hệ mới. Nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng mô hình 3D-Pharmacophore, mô hình docking phân tử, mô phỏng động lực học phân tử và tính toán năng lượng gắn kết tự do nhằm lựa chọn các phân tử tiềm năng nhất. Phạm vi nghiên cứu sử dụng dữ liệu từ các cơ sở dữ liệu hợp chất lớn như ZINC, Maybridge, DrugBank và cấu trúc tinh thể IL-2 (PDB: 1M48), thực hiện tại Đại học Y Dược Thành phố Hồ Chí Minh trong năm 2021.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc mở rộng kho thuốc ức chế IL-2, góp phần phát triển các liệu pháp điều trị mới với hiệu quả cao và độc tính thấp hơn, đồng thời cung cấp nền tảng khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực dược lý và dược lâm sàng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính trong thiết kế thuốc in silico:

1. Mô hình 3D-Pharmacophore: Đây là mô hình mô tả các đặc tính không gian và hóa học cần thiết để một phân tử có thể tương tác hiệu quả với đích tác động. Mô hình được xây dựng dựa trên các phối tử có hoạt tính ức chế IL-2, bao gồm các đặc tính như khả năng nhận và cho liên kết hydro, tính kỵ nước và vòng thơm. Mô hình này giúp sàng lọc nhanh các phân tử tiềm năng từ cơ sở dữ liệu lớn.

2. Mô hình docking phân tử: Phương pháp này dựa trên cấu trúc 3D của protein IL-2 (PDB: 1M48) để dự đoán vị trí và cách thức gắn kết của các phân tử nhỏ với IL-2. Docking giúp đánh giá điểm số gắn kết và tương tác giữa ligand và các acid amin quan trọng trong khoang gắn kết, từ đó lựa chọn các phân tử có ái lực cao.

3. Mô phỏng động lực học phân tử (Molecular Dynamics Simulation - MDs): Phương pháp này mô phỏng sự chuyển động và ổn định của phức hợp protein-ligand theo thời gian dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất sinh lý. Các chỉ số như RMSD, RMSF, số lượng liên kết hydro và bán kính quay (Rg) được sử dụng để đánh giá độ ổn định của phức hợp.

4. Tính toán năng lượng gắn kết tự do (Free Binding Energy Calculation): Sử dụng phương pháp MMPBSA để tính toán năng lượng tự do gắn kết dựa trên kết quả mô phỏng động lực học, giúp đánh giá chính xác hơn khả năng gắn kết của các phân tử với IL-2.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: IL-2, IL-2Rα, docking, pharmacophore, ADME (hấp thu, phân bố, chuyển hóa, thải trừ), RMSD, RMSF, MMPBSA.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm 21.167 hợp chất từ các cơ sở dữ liệu ZINC Purchasable, Maybridge HitCreator, DrugBank và cấu trúc tinh thể IL-2 (PDB: 1M48) từ Protein Data Bank. Ngoài ra, 42 chất ức chế IL-2 đã được xác định hoạt tính bằng phương pháp Scintillation Proximity Assay (SPA) được sử dụng để xây dựng mô hình pharmacophore.

Quy trình nghiên cứu gồm các bước:

• Xây dựng mô hình 3D-Pharmacophore dựa trên 4 hợp chất có IC50 nhỏ nhất, sử dụng phần mềm MOE 2015.10 và ZINCPharmer để tinh chỉnh và sàng lọc.
• Đánh giá đặc tính dược động học và độc tính (ADMET) bằng phần mềm SwissADME và ADMET PredictorTM 9.5 để loại bỏ các hợp chất không phù hợp.
• Docking phân tử sử dụng phần mềm LeadIT 2.8 với phương pháp FlexX, khoang gắn kết được xác định bao gồm các acid amin Glu62, Arg38, Leu72, Lys35, Met39, Lys76, Phe42, Lys43.
• Mô phỏng động lực học phân tử bằng GROMACS 2020.2 với trường lực CHARMM27, thời gian mô phỏng 50 ns, đánh giá độ ổn định phức hợp qua RMSD, RMSF, số liên kết hydro và bán kính quay Rg.
• Tính toán năng lượng gắn kết tự do bằng g_mmpbsa 5 dựa trên kết quả mô phỏng động lực học.

Cỡ mẫu là 21.167 hợp chất, được chọn lọc qua các bước sàng lọc 3D-Pharmacophore và ADME để còn 678 hợp chất đủ điều kiện docking. Các phân tích được thực hiện trên máy tính cấu hình phù hợp, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô hình 3D-Pharmacophore: Từ 42 hợp chất, xây dựng được 46 mô hình pharmacophore, trong đó hai mô hình A030 và A038 có điểm GH lần lượt 0,59 và 0,57, độ nhạy 0,76 và 0,92, độ đặc hiệu 0,86 và 0,81, cho thấy khả năng sàng lọc chính xác các hợp chất ức chế IL-2. Mô hình bao gồm các đặc tính nhận liên kết hydro, tính kỵ nước và vòng thơm, thể hiện vai trò quan trọng của các tương tác này trong ổn định phức hợp.

2. Sàng lọc in silico: Qua mô hình 3D-Pharmacophore, thu được 10.112 hợp chất tiềm năng. Sau đánh giá ADME, còn 678 hợp chất đủ điều kiện để tiến hành docking. Kết quả docking chọn ra 5 hợp chất có điểm docking âm nhất và tương tác với các acid amin quan trọng gồm DB07813, ZINC24881462, ZINC79907123, ZINC40287043, ZINC58171180.

3. Mô phỏng động lực học phân tử: Trong 5 hợp chất trên, ZINC58171180 thể hiện sự ổn định cao nhất trong suốt 50 ns mô phỏng, duy trì liên kết hydro bền vững với các acid amin trong khoang gắn kết. Các chỉ số RMSD và RMSF cho thấy phức hợp protein-ligand ổn định hơn so với protein không có ligand. Số lượng liên kết hydro trung bình của ZINC58171180 cao hơn các hợp chất còn lại, góp phần vào sự ổn định phức hợp.

4. Năng lượng gắn kết tự do: Tính toán bằng phương pháp MMPBSA cho thấy ZINC58171180 có năng lượng gắn kết tự do thấp nhất, biểu thị khả năng gắn kết mạnh và ổn định với IL-2, vượt trội hơn các hợp chất còn lại.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình 3D-Pharmacophore xây dựng dựa trên các hợp chất có hoạt tính cao giúp sàng lọc hiệu quả các phân tử nhỏ tiềm năng từ cơ sở dữ liệu lớn, tiết kiệm thời gian và chi phí thử nghiệm. Việc kết hợp đánh giá ADME giúp loại bỏ các hợp chất có đặc tính dược động học không phù hợp, nâng cao khả năng thành công trong phát triển thuốc.

Docking phân tử và mô phỏng động lực học phân tử cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ chế gắn kết và độ ổn định của phức hợp protein-ligand, giúp lựa chọn chính xác các hợp chất có tiềm năng ức chế IL-2. So sánh với các nghiên cứu trước đây, việc sử dụng mô hình in silico kết hợp mô phỏng động lực học là bước tiến quan trọng, giúp phát hiện các phân tử nhỏ có hoạt tính sinh học cao và ít độc tính hơn so với các thuốc protein tái tổ hợp hiện có.

Kết quả có thể được trình bày qua biểu đồ điểm docking, biểu đồ RMSD, RMSF, số lượng liên kết hydro theo thời gian và bảng tổng hợp năng lượng gắn kết tự do, giúp minh họa rõ ràng sự ổn định và hiệu quả gắn kết của các phân tử.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tiến hành thử nghiệm in vitro và in vivo với các phân tử tiềm năng, đặc biệt là ZINC58171180, để xác định hoạt tính sinh học và độc tính, nhằm đánh giá khả năng ứng dụng thực tế trong điều trị các bệnh liên quan đến IL-2. Thời gian đề xuất: 12-18 tháng, chủ thể thực hiện: các phòng thí nghiệm dược lý và dược lâm sàng.

2. Phát triển và tối ưu hóa cấu trúc phân tử dựa trên dẫn chất ZINC58171180 để nâng cao hiệu quả ức chế và giảm thiểu tác dụng phụ. Sử dụng các công cụ mô phỏng và tổng hợp hóa học hiện đại. Thời gian: 12 tháng, chủ thể: nhóm nghiên cứu hóa dược.

3. Mở rộng sàng lọc in silico với các cơ sở dữ liệu hợp chất mới và đa dạng hơn, kết hợp các mô hình học máy để tăng độ chính xác và hiệu quả sàng lọc. Thời gian: 6-12 tháng, chủ thể: nhóm tin sinh học và dược lý tính toán.

4. Xây dựng quy trình chuẩn đánh giá ADME-Tox cho các phân tử ức chế IL-2 mới, đảm bảo các hợp chất được lựa chọn có đặc tính dược động học và độc tính phù hợp trước khi đưa vào thử nghiệm tiền lâm sàng. Thời gian: 6 tháng, chủ thể: phòng thí nghiệm dược động học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu dược lý và dược học tính toán: Sử dụng các phương pháp in silico, mô hình pharmacophore, docking và mô phỏng động lực học phân tử để phát triển thuốc mới, đặc biệt trong lĩnh vực cytokine và miễn dịch.

2. Chuyên gia phát triển thuốc và hóa dược: Áp dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế và tối ưu hóa các phân tử nhỏ ức chế IL-2, phục vụ cho việc tổng hợp và thử nghiệm các thuốc thế hệ mới.

3. Bác sĩ và nhà lâm sàng chuyên ngành miễn dịch và ung thư: Hiểu rõ cơ chế tác động của IL-2 và các thuốc ức chế IL-2, từ đó có thể áp dụng các liệu pháp điều trị mới dựa trên các phân tử nhỏ tiềm năng.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành dược lý, dược học lâm sàng: Tham khảo quy trình nghiên cứu khoa học, phương pháp sàng lọc in silico và mô phỏng động lực học phân tử trong phát triển thuốc, nâng cao kiến thức và kỹ năng nghiên cứu.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần phát triển phân tử nhỏ ức chế IL-2 thay vì dùng kháng thể?
   Phân tử nhỏ có ưu điểm về khả năng thẩm thấu tế bào, chi phí sản xuất thấp hơn và khả năng điều chỉnh cấu trúc dễ dàng hơn, giúp giảm độc tính và tăng hiệu quả điều trị so với kháng thể lớn.

2. Mô hình 3D-Pharmacophore có vai trò gì trong nghiên cứu?
   Mô hình giúp xác định các đặc tính không gian và hóa học cần thiết để phân tử có thể gắn kết hiệu quả với IL-2, từ đó sàng lọc nhanh các hợp chất tiềm năng trong cơ sở dữ liệu lớn.

3. Làm thế nào để đánh giá độ ổn định của phức hợp protein-ligand?
   Sử dụng mô phỏng động lực học phân tử để quan sát các chỉ số như RMSD, RMSF, số lượng liên kết hydro và bán kính quay (Rg) trong suốt thời gian mô phỏng, phản ánh sự ổn định và linh động của phức hợp.

4. Điểm docking âm có ý nghĩa gì?
   Điểm docking âm biểu thị năng lượng gắn kết thấp, tức là phân tử có ái lực cao với protein mục tiêu, càng âm càng tốt, giúp lựa chọn các phân tử tiềm năng.

5. Các bước tiếp theo sau khi sàng lọc in silico là gì?
   Tiến hành thử nghiệm in vitro để xác định hoạt tính sinh học, sau đó thử nghiệm in vivo để đánh giá hiệu quả và độc tính, cuối cùng là phát triển tiền lâm sàng và lâm sàng.

Kết luận

• Xây dựng thành công mô hình 3D-Pharmacophore với độ nhạy và đặc hiệu cao, giúp sàng lọc hiệu quả các phân tử nhỏ ức chế IL-2.
• Sàng lọc in silico từ hơn 21.000 hợp chất, chọn ra 5 phân tử tiềm năng có điểm docking âm nhất và tương tác với các acid amin quan trọng.
• Mô phỏng động lực học phân tử cho thấy phân tử ZINC58171180 có độ ổn định cao và năng lượng gắn kết tự do thấp nhất, là ứng viên tiềm năng nhất.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển thuốc ức chế IL-2 mới với cơ chế hoạt động khác biệt, có thể ứng dụng trong điều trị các bệnh viêm, tự miễn và ung thư.
• Đề xuất các bước thử nghiệm tiếp theo nhằm đánh giá hoạt tính sinh học và phát triển thuốc trên nền tảng các kết quả in silico.

Khuyến khích các nhóm nghiên cứu và phòng thí nghiệm liên quan triển khai thử nghiệm in vitro và in vivo với các phân tử tiềm năng, đồng thời mở rộng nghiên cứu sàng lọc và tối ưu hóa cấu trúc phân tử.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. TỔNG QUAN VỀ INTERLEUKIN Interleukin là những cytokin phân tử nhỏ và có hoạt tính cao. Các cytokin được sản xuất bởi những tế bào khác nhau và chỉ với một lượng picomol cytokin cũng có thể gây ra các biến đổi trong chuyển hóa tế bào.

Các IL bao gồm một lượng lớn các phân tử truyền tin thứ hai trong hệ miễn dịch. IL khởi đầu một phản ứng bằng cách gắn với các thụ thể có ái lực cao nằm trên bề mặt tế bào [27]. Cho đến nay, các IL đã biết được chia làm 4 nhóm lớn dựa trên đặc điểm cấu trúc khác nhau. Những nhóm này gồm các gen mã hóa: (i) cytokin giống IL-1, (ii) cytokin có cấu trúc xoắn bậc 1 (giống IL-4, chuỗi γ, giống IL6/12), (iii) cytokin có cấu trúc xoắn bậc 2 (giống IL-10 và giống IL-28), (iv) các cytokin giống IL-17 [27].

Ngoài ra con có một số IL không nằm trong 4 nhóm kể trên do đặc điểm cấu trúc riêng biệt hoặc thiếu thông tin về cấu trúc. IL gồm các họ như sau được trình bày ở Bảng 1.1 Tổng quan về các IL [27]. Họ Các IL trong họ Cấu trúc và chức năng IL-1 IL-1 và chất đối kháng Gập nhiều ở chuỗi β (β-trefoil) thụ thể IL-1, IL-18, IL- 33 Họ cytokin chuỗi γ IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, 4 chuỗi xoắn α, lõi xoắn ngắn, (chuỗi ngắn nhóm IL-15, IL-21, TSPL phức hợp thụ thể bao gồm thụ i) thể γc. Họ cytokin giống IL-3, IL-4, IL-5, IL-13, 4 chuỗi xoắn α, lõi xoắn ngắn IL-4 (chuỗi ngắn CSF2 3.

Luận văn Thạc sĩ Tổng quan tài liệu nhóm i) Họ Các IL trong họ Cấu trúc và chức năng Họ cytokin giống IL-6, IL-11, IL-12, IL- 4 chuỗi xoắn α, lõi xoắn dài IL-6/IL-12 (chuỗi 23, IL-27, IL-31, dài nhóm i) CLCF1, CNTF, CTF1, LIF, OSM, CSF3 Họ cytokin giống IL-10, IL-19, IL-20, IL- Gói xoắn với 6-7 xoắn trôn ốc IL-10 (nhóm ii) 22, IL-24, IL-26. chồng lên nhau Họ cytokin giống IL-28A, IL-28B và IL29. Gói xoắn với 6-7 xoắn trôn ốc IL-28 (nhóm ii) chồng lên nhau Họ cytokin giống IL17A, IL17B, IL17C, Nếp gấp giống neurotrophin IL-17 IL17D, IL25 (aka IL17E), IL17F Khác IL8, TXLNA (aka IL14), IL16, IL32, IL34, CSF1 Hiểu biết về tác động của các IL ngày càng được nâng cao kể từ khi phát hiện ra monocyt IL (còn được gọi là IL-1) và lymphocyt IL (còn được gọi là IL-2). Hiện nay đã có hơn 40 cytokin được phân loại vào gia đình IL.

Vai trò của các IL trong cơ thể cũng như trong các bệnh lý ngày càng được làm rõ [2]. TỔNG QUAN VỀ INTERLEUKIN-2 1. Cấu trúc của Interleukin-2. Cấu trúc tinh thể của IL-2 được xác định vào năm 1987 và được thể hiện trên Hình 1.1: IL-2 là một protein hình cầu bao gồm bốn chuỗi xoắn α (A, B, C, D) theo chiều 4.

Luận văn Thạc sĩ Tổng quan tài liệu xuống-xuống-lên-lên khá phổ biến của nhiều Interleukin và yếu tố tăng trưởng. Liên kết đơn disulfid, liên kết giữa vòng A và acid amin 13 trên vùng kéo dài trước vòng D. Vùng đặc hiệu được xác định là các acid amin bề mặt như Lys35, Arg38, Phe42, Lys43 đóng vai trò quan trọng trong việc liên kết với thụ thể [39].1 Cấu trúc của Interleukin 2 [39]. Cấu trúc thụ thể của Interleukin-2 IL-2 thể hiện hoạt tính hoạt tính khác nhau khi gắn kết với các thụ thể khác nhau trên bề mặt tế bào: IL-2Rα, IL-2Rβ, và γc.

IL-2Rα được gọi là IL-2R ái lực thấp (Kd = 10 nM) và không liên quan đến đường truyền tín hiệu nội bào. Phức hợp IL- 2Rβ và γc gắn kết với IL-2 với ái lực trung bình (Kd = 1 nM) và đây là thụ thể trên tế bào NK, đại thực bào, và tế bào T. Phức hợp của 3 thụ thể gắn kết với IL-2 với ái lực cao (Kd = 10 pM) là thụ thể của tế bào T được kích hoạt.2 cho thấy IL- 2Rα là một protein hình dạng khủy tay với vùng PPI ở acid amin 20 của IL-2 và 21 của IL-2Rα, vùng hotspot kỵ nước của IL-2Rα là vùng bên của IL-2 (Phe42 và Leu72) tương ứng với khoang được tạo thành bởi Leu42, Tyr43 và Met25 trên bề mặt IL-2Rα và cầu muối giữa Gl62 và Arg36 của thụ thể [39]. Luận văn Thạc sĩ Tổng quan tài liệu Hình 1.2 a) Cấu trúc của Interleukin-2 kết hợp với IL-2Rα; b) vùng hotspot của IL- 2Rα [39].

Cấu trúc của IL-2 tương tác với bộ ba thụ thể ái lực cao cho thấy rằng: tương tác của IL-2 và IL-2Rα không khác so với nhị phối tử, và IL-2Rα không tương tác với IL-2Rβ hay γc, chức năng của IL-2Rα là giúp cho IL-2 trình diện với IL-2Rβ và γc để bắt đầu chuỗi đường truyền tín hiệu. Sự tương tác giữa Interleukin-2 và thụ thể IL-2Rαβγ: Tương tác của IL-2/IL-2Rα là tương tác ái lực thấp với bề mặt tương tác giữa vòng A’, B’ với một phần của vòng A, B của IL-2; vòng G, C với D thuộc D1, vùng A thuộc D2 trên IL-2Rα. Hai liên kết kỵ nước giữa Phe42 và Tyr45 thuộc IL-2 với rãnh giữa chuỗi β của IL-2Rα [6]. Tương tác của IL-2/IL-2Rβ là tương tác của vòng A và C của IL-2 với các vòng CC’1, EF1, BC2 và FG2 của IL-2Rβ.

Bề mặt tương tác rất phân cực với 8 liên kết hydro, trong đó có 7 phân tử nước được hình thành khi IL-2 tương tác với IL-2Rβ. Luận văn Thạc sĩ Tổng quan tài liệu Thụ thể γc bao gồm 2 bề mặt tương tác: bề mặt nhỏ với IL-2 và lớn hơn với IL-2Rβ. Tương tác IL-2/ γc vùng A, D của IL-2 với CC’1, EF1, BC2, FG2 và liên kết giữa G1, A2 trên γc. Tương tác giữa IL-2 Rβ/ γc trên một vùng rộng ở D2/ IL-2Rβ và D2/ γc bao gồm 21 acid amin của IL-2Rβ và 19 acidmin của γc (C2, C’2, E2, C’E2) rất phân cực với 17 liên kết hydro.

Tương tác giữa Interleukin-2 và thụ thể IL- 2Rαβγ thể hiện trên Hình 1.3 Liên kết của IL-2/ IL-2Rαβγ [6] 1. Con đường dẩn truyền tín hiệu của Interleukin-2 IL-2 hoạt động chủ yếu 3 con đường tín hiệu, bao gồm JAK-STAT (chủ yếu JAK1, STAT5A và STAT5B), RAS-MAP kinase và PI 3-kinase/AKT. IL-2 tương tác đầu tiên thụ thể IL-2Rα sau đó là IL-2Rβ, γc. Thụ thể cytokin týp 1 thường thiếu miền protein kinase (ngoài trừ c-Kit, thụ thể của tế bào gốc SCF và thụ thể CSF1, M- sCSF) thay vào đó thì có miền Janus familly tyrosine kinase (JAKs) để khởi tạo tín hiệu sinh học.4 cho thấy IL-2 được tiết ra từ tế bào T CD4+ hoạt hóa từ đó tác động đến các tế bào miễn dịch khác như tế bào Tregs (cũng sản xuất 1 ít IL-2) 7.

Luận văn Thạc sĩ Tổng quan tài liệu cũng biểu hiện thụ thể IL-2. Những tế bào miễn dịch khác như CD8+, NK, tế bào gai cũng có khả năng tiết IL-2 tuy nhiên ít hơn nhiều so với CD4+. Tế bào gai có biểu hiện thụ thể α có thể gắn với IL-2 và kết hợp với các thụ thể β, γc trên các tế bào khác. Tế bào T thường có biểu hiện thấp PTEN- một phosphatidulinositol 3,4,5 triphosphat 3-phosphatase được mã hóa bởi gen có trong các tế bào ung thư đột biến và có thể xem xét để ức chế khối u.

Tế bào Tregs có biểu hiện cao PTEN làm giảm dòng tín hiệu PI 3-kinase mà không ức chế tín hiệu JAK/STAT5. Thiếu PTEN làm giảm IL-2Rα và tế bào Tregs thiếu vùng phiên mã đặc hiệu là FoxP3 [11]. IL-2 cũng đóng góp vào việc biệt hòa tế bào T thành tế bào Th1, Th2, Th9 trong khi lại ức chế tạo thành Th17 và Th (Tfh). IL-2 thông qua con đường STAT5 có thể tăng biểu hiện thụ thể IL-12R β2, IL-4Rα qua đó tằng cường biệt hóa tế bào T thành tế bào Th2 [11].4 Vai trò của IL-2 đối với các tế bào khác trong phản hồi miễn dịch [11].

Vai trò của Interleukin-2 Thụ thể của IL-2 bao gồm 3 thành phần: IL-2Rα, IL-2Rβ, γc. IL-2Rα hiện diện thấp trên tế bào T phụ thuộc vào tình trạng kích hoạt thụ thể tế bào T. IL-2Rβ thì được 8. Luận văn Thạc sĩ Tổng quan tài liệu biểu hiện trên tế bào T đang nghỉ ngơi và cũng là một thành phần của thụ thể của IL-15.

Thụ thể γc biểu hiện rộng rãi trên các tế bào miễn dịch và trên thụ thể của các interleukin khác như IL-4, IL-7, IL-7, IL-9, IL-15, IL-21. Chỉ có IL-2Rβ và γc là tiếp tục con đường dẫn truyền tín hiệu nội bào thông qua việc kích hoạt con đường JAK (Janus kinase) như JAK1 (IL-2Rβ) và JAK3 (γc). Việc gắn kết của IL-2 và bộ 3 thụ thể ái lực cao làm kích hoạt con đường MAP, STAT5 [12]. Trong đáp ứng miễn dịch tổng thể đối vời kháng nguyên, IL-2 và IL-2Rα cùng hiện diện khi tế bào T kích hoạt.

Việc gia tăng IL-2 phụ thuộc vào nồng độ IL-2Rα trên bề mặt tế bào. IL-2 gắn kết với thụ thể IL-2 Rα trước rồi phức hợp này gắn kết với thụ thể β và γc (trên cùng tế bào hay các tế bào liền kề nhau) sau đó kích hoạt tín hiệu nội bào dẫn đến quá trình phiên mã, thụ thể IL-2 được kích hoạt dẫn đến việc giảm biểu hiện của IL-2, hạn chế kích thích việc tự tác động, trong khi nồng độ IL- 2Rα cao thì duy trì con đường tác động lên các tế bào kế cận. Tùy thuộc vào thụ thể nào được hoạt hóa, tế bào T kích hoạt được tăng sinh (chủ yếu là CD4+ hoặc CD8+). Mức độ tín hiệu IL-2 cũng được chứng minh là cho ảnh hưởng tới sự phát triển đến các tế bào CD4+, CD8+ ghi nhớ (tế bào cần thiết cho hiệu quả của việc chống tái nhiễm).

Các tế bào Tregs phụ thuộc vào nồng độ IL-2 để tồn tại và biểu hiện số lượng lớn thụ thể IL-2Rα tuy nhiên lại không tự sản xuất được IL-2. Các tế bào này được gọi là tế bào trung gian hoạt động nhưng ức chế miễn dịch tự động và đóng vai trò quan trọng trong duy trì tự miễn [12]. Vai trò của IL-2 liều cao trong ung thư: với khả năng kích thích tế bào T tăng trưởng in vitro, IL-2 được mở rộng trong in vivo và được sử dụng để điều trị cho bệnh nhân ung thư biểu mô tế bào thận di căn. Năm 1992, IL-2 được FDA chấp thuận trong điều trị melanoma và ung thư biểu mô tế bào thận, và sử dụng kết hợp với histamin di-hydroclorids được chấp thuận ở Châu Âu để ngăn chặn bệnh bạch cầu mạn dòng tủy tái phát.

IL-2 liều thấp cho bệnh miễn dịch và kháng viêm: với khả năng tác động lên tế bào Tregs, IL-2 liều thấp được nghiên cứu để sử dụng trên các bệnh tự miễn và viêm 9. Luận văn Thạc sĩ Tổng quan tài liệu như: đái tháo đường týp 1, lupus ban đỏ, viêm gan C, bệnh thải ghép.