ĐẶT VẤN ĐỀ Histon deacetylase (HDAC) và histon acetyltransferase (HAT) là các enzym quan trọng tham gia vào quá trình điều hoà biểu hiện gen. Nhiều nghiên cứu cho thấy sự huy động quá mức các HDAC có khả năng gây nên các sai lệch trong quá trình phiên mã, làm kích thích sự phát triển của các tế bào ung thƣ [23, 53]. Do đó, các HDAC là mục tiêu phân tử hấp dẫn cho nghiên cứu phát triển thuốc điều trị ung thƣ hiện nay [21, 29, 47]. Trong số các loại chất ức chế HDAC đã đƣợc tổng hợp và công bố cho đến nay, các dẫn xuất của acid hydroxamic có hoạt tính tốt, đặc biệt một dẫn xuất acid hydroxamic - acid suberoylanilid hydroxamic (SAHA, Zolinza®), đã đƣợc FDA phê duyệt năm 2006 cho điều trị u lympho da tế bào T (CTCL).
Nhiều nghiên cứu đã tập trung vào các N-hydroxybenzamid, trong số đó có nhiều hợp chất có tác dụng ức chế HDAC mạnh [9, 20, 21, 32, 53]. Các nhà khoa học cũng nhận ra nhiều hợp chất chứa vòng indolin trong tự nhiên hoặc tổng hợp hóa học, mà đặc biệt là các isatin thể hiện tác dụng nổi bật trong điều trị ung thƣ trên lâm sàng [29, 32]. Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu cũng chỉ ra rằng dị vòng 1,2,3-triazol có tác dụng trên nhiều tế bào ung thƣ ở mức độ in vitro [6]. Do đó, với mục đích thiết kế các N-hydroxybenzamid có vòng indolin nhƣ một nhóm khóa hoạt động và cầu nối triazol, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của một số dẫn chất N-hydroxybenzamid mang khung 2-oxoindolin và cầu nối triazol” với 2 mục tiêu chính: 1.
Tổng hợp đƣợc một số dẫn chất N-hydroxybenzamid mang khung 2- oxoindolin và cầu nối triazol. Thử tác dụng ức chế enzym histon deacetylase và tác dụng gây độc tế bào của các dẫn chất tổng hợp đƣợc trên một số dòng tế bào ung thƣ ngƣời. 1 Luan van thac si Chƣơng 1. Khái niệm, phân loại Histon là các protein cơ bản cấu tạo nên nhiễm sắc thể, trong đó bốn cặp histon (H2A, H2B, H3 và H4) tạo nên lõi protein của nucleosom.
Các cặp histon lõi có 2 phần quan trọng: đuôi C nằm bên trong lõi và đầu N nằm bên ngoài nucleosom. Đầu amin này mang nhiều điện tích dƣơng nên tƣơng tác mạnh với phần phosphat mang điện âm trên phân tử ADN tạo nên cấu trúc nucleosom và các cấu trúc bậc cao hơn của nhiễm sắc thể. Việc tích điện dƣơng của histon mạnh hay yếu thông qua quá trình acetyl hóa đầu amin ở phần đuôi của histon. Ở dạng deacetyl hóa, histon tích điện dƣơng lớn, tƣơng tác điện tích với ADN mạnh làm đóng xoắn nhiễm sắc thể gây ức chế quá trình dịch mã và tổng hợp protein, ức chế sự biểu hiện gen.
Ngƣợc lại, khi bị acetyl hóa, điện tích dƣơng bị trung hòa, nhiễm sắc thể đƣợc tháo xoắn, quá trình tổng hợp protein diễn ra và đặc tính của gen đƣợc biểu hiện. Trong tế bào, quá trình acetyl hóa này đƣợc điều hòa bởi 2 enzym: histon acetyltranferase (HAT) và histon deacetylase (HDAC) [2, 17, 26, 43]. Hiện nay ngƣời ta đã biết đến 18 HDAC, chia làm 4 nhóm (bảng 1. Nhóm I, II và IV gồm 11 thành viên, đƣợc coi là những HDAC “kinh điển” là những enzym phụ thuộc Zn2+.
Vị trí xúc tác của chúng có dạng túi với một ion Zn2+ ở đáy nên những enzym này có thể bị ức chế bởi các hợp chất tạo chelate với Zn2+ nhƣ các acid hydroxamic. Ngƣợc lại nhóm III là những sirtuin không bị ức chế bởi những hợp chất nhƣ vậy vì chúng có cơ chế hoạt động khác là phụ thuộc vào NAD+ [34]. 2 Luan van thac si Bảng 1.1: Enzym HDAC: phân loại, số lượng acid amin, vị trí, chức năng sinh lý và cấu trúc tinh thể Phụ thuộc Zn2+ Số lƣợng X-ray Nhóm Thành viên Vị trí Chức năng sinh lý acid amin Crystal HDAC1 483 Nhân TB HDAC2 488 Nhân TB I Sự sống và phát triển của tế bào Có HDAC3 428 Nhân TB HDAC8 377 Nhân TB HDAC4 1084 Nhân TB/ Quy định sự hình thành xƣơng Bào tƣơng và glucose trong cơ thể Có HDAC5 1122 Nhân TB/ Sự phát triển và chức năng tim Bào tƣơng mạch, tổng hợp glucose, chức Không năng của tế bào nội mô IIA HDAC7 912 Nhân TB/ Biệt hóa tế bào miễn dịch, tổng Có Bào tƣơng hợp glucose HDAC9 1069 Nhân TB Biệt hóa tế bào miễn dịch, sự Bào tƣơng phát triển và chức năng tim Không mạch HDAC6 1215 Bào tƣơng Kiểm soát động học quá trình Có IIB phân bào HDAC10 669 Bào tƣơng Tái tổ hợp tƣơng đồng Không IV HDAC11 347 Nhân TB Sao chép AND Không Phụ thuộc NAD + SIRT1 747 Nhân TB/ Điều hòa sự ô xy hóa và hệ Có Bào tƣơng thống tự miễn SIRT2 389 Nhân TB Thực bào Có SIRT3 399 Ty thể Chu trình u rê, quá trình chuyển Có SIRT4 314 Ty thể hóa năng lƣợng, điều chỉnh ATP, Không SIRT5 310 Ty thể sự trao đổi chất, sự chết và III Có truyền tín hiệu tế bào. SIRT6 355 Nhân TB Quá trình chuyển hóa năng Có lƣợng SIRT7 400 Nhân TB Sự chết của tế bào Không 3 Luan van thac si 1.
Cấu trúc của HDAC Bằng phƣơng pháp kết tinh tạo tinh thể và chụp tia X ngƣời ta đã xác định đƣợc cấu trúc 3D của một số HDAC và các trung tâm xúc tác phản ứng deacetyl của chúng. Về cơ bản các HDAC có cấu trúc trung tâm hoạt động khá giống nhau, chúng đều gồm các phần cơ bản sau: - Ion Zn2+ là coenzym của HDAC nằm ở trung tâm xúc tác của chúng. Đây là thành phần tham gia liên kết mạnh nhất với phần đuôi histon bằng liên kết phối trí. Thông thƣờng các chất ức chế HDAC liên kết càng mạnh với Zn2+ thì tác dụng ức chế HDAC và độc tính tế bào càng mạnh [35, 46, 50].
- Kênh enzym là nơi chứa đựng cơ chất và tham gia liên kết Van der Walls với cơ chất. Kênh này có cấu trúc dạng túi hình ống hẹp, đƣợc cấu tạo bởi các acid amin thân dầu đặc biệt là các acid amin có nhân thơm nhƣ: Phe, Tyr, Pro, His. Nó có cấu trúc khá linh động có thể thay đổi kích thƣớc để phù hợp với cơ chất và tham gia phản ứng deacetyl. Trên miệng túi có một vành nhỏ đƣợc tạo nên từ 1 vài vòng xoắn protein (phần vành sẽ tƣơng tác với nhóm nhận diện bề mặt của HDAC).
Đối với các hợp chất acid hydroxamic chiều dài của kênh này là tối ƣu với khoảng 5-6 liên kết carbon [17, 46, 50]. Mối liên quan giữa ung thƣ và sự bất thƣờng hoạt động của HDAC Nhƣ đã trình bày trong phần khái niệm, hoạt động của HDAC ảnh hƣởng tới sự tích điện trên phần đầu amin của histon, từ đó gây tác động lên quá trình phiên mã. Các sai lệch của quá trình phiên mã là một trong những nguyên nhân dẫn tới sự hình thành khối u. Chẳng hạn, mối tƣơng quan giữa hoạt động của HDAC và sự tạo thành khối u đƣợc thể hiện rõ nhất trong bệnh ung thƣ bạch cầu tiền tủy bào cấp tính (APL).
Những nghiên cứu trên phạm vi rộng đã chỉ ra rằng sự ức chế phiên mã không thích hợp của HDAC là cơ chế phổ biến tạo ra các protein gây ung thƣ (oncoprotein). Ngoài ra trong các tế bào ung thƣ ngƣời ta còn thấy sự hoạt động quá mức của HDAC nhƣ ung thƣ buồng trứng (HDAC1-3), ung thƣ dạ dày (HDAC2); ung thƣ phổi (HDAC1) [18, 24]. 4 Luan van thac si Các nghiên cứu có ý nghĩa thống kê đã chỉ ra rằng các HDAC liên quan đến nhiều giai đoạn điều hòa cơ bản của quá trình sinh học trong tế bào ung thƣ nhƣ chu trình tế bào, sự biệt hóa, sự chết tế bào theo chƣơng trình, kể cả sự di chuyển, sự xâm lấn và sự tạo mạch. Vai trò chức năng của các HDAC trong quá trình sinh học của tế bào ung thƣ đƣợc tóm tắt ở hình 1.1: Vai trò sinh học của các HDAC trong hoạt động tế bào ung thư 1.
CÁC CHẤT ỨC CHẾ HDAC 1. Phân loại các chất ức chế HDAC Các chất ức chế HDAC (HDIs) có thể phục hồi lại sự biểu hiện gen, ức chế sự phát triển và sống sót của tế bào ung thƣ. Khả năng chống ung thƣ của các chất ức chế HDAC bắt nguồn từ khả năng tác động lên nhiều chu trình tế bào đã bị biến đổi ở các tế bào ung thƣ. Trong hầu hết các trƣờng hợp, sự hoạt hóa các chƣơng trình biệt hóa, ức chế chu trình tế bào và thúc đẩy sự chết tế bào theo chƣơng trình là chìa khóa cho tác dụng chống ung thƣ của HDIs.
Thêm vào đó, sự hoạt hóa của chuỗi phản ứng miễn dịch và sự ức chế tạo mạch cũng đóng vai trò quan trọng trong tác dụng ức chế khối u in vivo của HDIs [26]. 5 Luan van thac si Một số chất ức chế HDAC đã đƣợc miêu tả là ức chế sự phát triển khối u in vitro và in vivo mà có ít hoặc không có độc tính, và một vài chất đã đƣợc thử nghiệm trong lâm sàng. Tất cả các HDIs đang trong giai đoạn thử nghiệm lâm sàng đều ức chế sự tăng sinh của tế bào bị biến đổi trong nuôi cấy bằng cách làm giảm sự ngắt quãng của chu trình tế bào, sự phân hóa và/hoặc sự gây chết tế bào theo chƣơng trình, và ức chế sự phát triển của khối u ở các động vật mẫu. Bên cạnh đó một chất ức chế tổng hợp là acid suberoylanilid hydroxamic (SAHA) đã đƣợc nghiên cứu và báo cáo cho thấy chúng ức chế sự phát triển của tế bào, dẫn đến kết thúc sự biệt hóa và ngăn ngừa hình thành khối u trên chuột.
Năm 2006, SAHA (Vorinostat, Zolinza) đã đƣợc FDA cấp phép dùng trong điều trị u lympho da tế bào T.2 đề cập đến những chất ức chế enzym HDAC khác cũng đang đƣợc thử nghiệm lâm sàng để sử dụng trong điều trị ung thƣ, bao gồm 4 nhóm chính: các acid béo chuỗi ngắn, các acid hydroxamic, các tetrapeptid vòng, các benzamid [33]. Mỗi nhóm có những hạn chế riêng: các acid hydroxamic bị chuyển hóa nhanh và ức chế không chọn lọc các HDAC; các benzamid và các acid béo có hiệu lực hạn chế; dẫn chất ceton bị khử hóa trong huyết tƣơng; trong khi các peptid vòng có cấu trúc quá phức tạp [1]. 6 Luan van thac si Bảng 1.