Khảo sát khả năng gắn kết in silico của các chất trên virus variola

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019 Nghiên cứu Y học Chuyên Đề Dược 551 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG GẮN KẾT IN SILICO CỦA CÁC CHẤT TRÊN VIRUS VARIOLA Lưu Vĩnh Phong*, Đinh Thị Oanh*, Nguyễn Thụy Việt Phương* TÓM TẮT Mở đầu và mục tiêu: Đậu mùa là bệnh truyền nhiễm trên người, do virus Variola gây ra. Trong những năm gần đây, đậu mùa xuất hiện trở lại và đã được xem như một vũ khí sinh học nguy hiểm nhất. Tuy nhiên, hiện chưa có thuốc điều trị đặc hiệu cho virus và phải phụ thuộc vào vaccin đậu mùa. Nghiên cứu này khảo sát khả năng gắn kết in silico của các chất trên các đích tác động của virus Variola nhằm hướng đến việc tìm ra thuốc mới có tiềm năng ức chế virus Variola. Đối tượng - Phương pháp nghiên cứu: Đích tác động là protein H1 phosphatase và thymidylate kinase (VarTMK) của virus Variola. Ligand khảo sát là các thuốc kháng virus được lấy từ cơ sở dữ liệu thuốc. Cấu trúc của H1 phosphatase (PDB id: 2P4D) được tải từ ngân hàng dữ liệu protein. Cấu trúc của VarTMK chưa có nên được xây dựng mô hình tương đồng với protein mẫu là thymidylat kinase của virus Vaccinia sử dụng Swiss-Model. Tất cả các ligand được khảo sát khả năng gắn kết thông qua docking trên 2 protein mục tiêu bằng phần mềm Autodock Vina. Kết quả: Các chất khảo sát đều gắn tốt trên protein mục tiêu, với năng lượng gắn kết khoảng -2,5 đến - 8,8 kcal.mol-1 (protein H1 phosphatase) và -3,5 đến -10,6 kcal.mol-1 (VarTMK với mô hình tương đồng được xây dựng đạt). Kết hợp phân tích tương tác giữa ligand và protein đích chọn ra được thuốc kháng virus Variola tiềm năng là Raltegravir (-10,6 kcal.mol-1). Kết luận: Nghiên cứu cung cấp thông tin hữu ích cho khám phá thuốc mới điều trị bệnh đậu mùa. Từ khóa: bệnh đậu mùa, virus Variola, molecular docking, H1 phosphatase, thymidylate kinase. ABSTRACT IN SILICO LIGAND BINDING AFFINITY AS INHIBITORS FOR VARIOLA VIRUS Luu Vinh Phong, Dinh Thi Oanh, Nguyen Thuy Viet Phuong * Ho Chi Minh City Journal of Medicine * Supplement of Vol. 23 - No 2- 2019: 551 – 559 Background and Objectives: Smallpox is a contagious disease in humans, caused by Variola virus. In recent years, smallpox is re-emerged and considered as the most serious bioterrorist threat. However, there is currently no specific drug available for the treatment of this virus, and medication only depends on the vaccine. This study was conducted to investigate in silico ligand binding affinity as potential inhibitors for Variola virus from existing therapeutic drugs. Method: Target proteins were the H1 phosphatase protein (2P4D) and thymidylate kinase protein (VarTMK). Ligands included tested compounds for Variola antiviral activity and other antiviral drugs, were downloaded from the PubChem and the Drugbank databases. The structure of protein H1 phosphatase (PDB id: 2P4D) was retrieved from the protein data bank. The structure of VarTMK was unknown, so homology model of VarTMK was constructed from the vacTMK by Swiss-Model workspace. Molecular docking on these 2 target proteins for all the compounds was analyzed in terms of their affinity and the *Khoa Dược, Đại học Y Dược Thành phố Hồ Chí Minh Tác giả liên lạc: TS. Nguyễn Thụy Việt Phương ĐT: 0919 52 0708 Email: ntvphuong@ump.edu.vn Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019 Chuyên Đề Dược 552 protein-ligand interactions by using Autodock Vina. Results: All of the ligands fitted well into the binding sites of 2 target proteins with the binding energies from -2.5 to -8.8 kcal.mol-1for H1 phosphatase and -3.5 to -10.6 kcal.mol-1 for VarTMK. According to docking scores and interaction analsysis, the best compound is Raltegravir with a docking score of -10.6 kcal.mol-1 for VarTMK. Conclusion: This study provided helpful information to considerably assist in drug discovery of antiviral agents for Variola virus. Key words: smallpox, Variola virus, molecular docking, H1 phosphatase, thymidylate kinase. MỞ ĐẦU Virus Variola là tác nhân gây ra bệnh đậu mùa và thành viên nguy hiểm nhất trong họ Orthopoxvirus(15). Virus Variola có hai dạng: Variola major gây tử vong gần 30% bệnh nhân và Variola minor gây tử vong với tần số ít hơn(15). Virus Variola là virus ADN, có dạng hình khối chữ nhật, kích thước khoảng 280 - 320 nm x 200 - 250 nm với sợi ADN thẳng, kép chứa khoảng 190 kbps và một vòng kẹp tóc ở mỗi đầu tận(2). Những năm gần đây, bệnh đậu mùa xuất hiện trở lại và được xem như một vũ khí sinh học(13,14). Trong nước và trên thế giới hiện nay có rất ít bài báo nghiên cứu về virus Variola và phần lớn đánh giá thấp khả năng quay trở lại của nó(1,2,4,6-8,11,18). Hiện tại, bệnh đậu mùa vẫn chưa có thuốc đặc hiệu cho điều trị, phần lớn bệnh đã được ngăn ngừa nhờ vào vaccine đậu mùa(14). Gần đây, chỉ duy nhất cidofovir [CDV; (S)-1- (3-hydroxy-2-phosphonylmethoxypropyl)cytosin Vistide], một thuốc được chứng nhận trong điều trị viêm võng mạc do cytomegalovirus ở bệnh nhân AIDS, được phép sử dụng để điều trị khẩn cấp trong trường hợp bùng phát bệnh đậu mùa(1,4,18). Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, Tecovirimat đã được chứng minh là có hiệu quả chống lại virus gây bệnh đậu mùa và an toàn trên người(2). Tecovirimat ức chế protein p37, một protein có tính bảo tồn cao ở các loài orthopoxvirus, với liều hiệu quả EC50 trong khoảng 0,010 đến 0,068 µM/l (2). Cidofovir ức chế ADN polymerase của virus dẫn đến ức chế quá trình nhân đôi của virus, với giá trị IC50 là 5,5 ± 0,95 µg/ml trong thử nghiệm hấp thu màu đỏ trung tính (1). Cidofovir không độc trên tế bào, nhưng điều trị chủ yếu là tiêm tĩnh mạch, có thể gây tích lũy thuốc nhanh gây độc trên thận(4). Nỗ lực thực hiện hướng đến biến đổi cidofovir thành thuốc uống hay chuyển dạng phân phối thuốc(4). Hướng mới trong nghiên cứu và phát triển thuốc ngày nay là lựa chọn giữa các phân tử thuốc được FDA chấp thuận sử dụng và khảo sát thuốc đối với đích tác động mới(19). Việc tìm ra các tác dụng mới cho các loại thuốc đã được sử dụng trên lâm sàng đã giúp giảm chi phí và rút ngắn thời gian phát triển thuốc vì hầu hết các hợp chất được phê duyệt đã biết sinh khả dụng và hồ sơ an toàn, có thể đi vào các giai đoạn lâm sàng nhanh hơn(19). Cùng với việc lựa chọn các protein, lựa chọn các hợp chất có tiềm năng gắn kết tốt với protein mục tiêu cũng là việc cần thiết. Do đó, mục tiêu của nghiên cứu là khám phá các thuốc có khả năng kháng virus Variola thông qua docking để khảo sát khả năng gắn kết in silico của các thuốc trên hai đích tác động là protein H1 phosphatase và thymidylat kinase của virus Variola (VarTMK). Thymidylat kinase là enzym xúc tác cho phản ứng phosphoryl hóa trong cơ thể sống của mọi sinh vật, và đồng thời là một trong những enzym quan trọng trong quá trình tổng hợp ADN (6,7); Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019 Nghiên cứu Y học Chuyên Đề Dược 553 trong khi đó H1 phosphatase rất cần thiết cho việc sản xuất các hạt virus trưởng thành(8,11,16). ĐỐI TƯỢNG - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hai protein được chọn làm đích tác động: protein H1 phosphatase và protein VarTMK cùng với những ligand là các chất thuộc nhóm thuốc đang thử nghiệm kháng virus Variola và nhóm các thuốc kháng virus khác lấy từ cơ sở dữ liệu DrugBank. Đề tài chọn ra 65 ligand để tiến hành khảo sát trên các protein đích, 65 ligand này bao gồm Nhóm 1 là 3 thuốc đang được thử nghiệm kháng virus Variola (Hình 1), trong đó có Cidofovir(4), Imatinib(12) hiện đang ở giai đoạn thử nghiệm in vitro và Tecovirimat đang ở giai đoạn thử nghiệm pha 1(2) và nhóm 2 là 62 thuốc kháng virus khác lấy từ ngân hàng dữ liệu DrugBank, đã được chứng minh có khả năng kháng nhiều loại virus như herpes, influenza, HIV, ...(9). Hình 1: Công thức cấu tạo của các thuốc (Cidofovir, Imatinib và Tecovirimat) đang được thử nghiệm kháng virus Variola. Phần mềm máy tính AutoDock Vina 1.5.7rc1: Cho phép thực hiện quá trình gắn kết phân tử (molecular docking)(17). BIOVIA Discovery Studio 4.5: Phần mềm cho phép quan sát protein, ligand trong không gian ba chiều, phân tích tương tác giữa protein với ligand và dự đoán vị trí gắn kết trên protein (tải về từ trang web OpenBabel 2.4.1: Phần mềm cho phép tìm kiếm, chuyển đổi, phân tích hoặc lưu trữ dữ liệu từ mô hình phân tử, hóa học, sinh học hoặc các lĩnh vực liên quan (tải về từ SWISS-MODEL workspace: Với một protein mục tiêu được cung cấp, một thư viện các cấu trúc protein thực nghiệm được tìm kiếm để xác định các protein mẫu thích hợp (https://swissmodel.expasy.org)(3). Cơ sở dữ liệu Cấu trúc không gian ba chiều của các protein đích của virus Variola được tải xuống từ ngân hàng cơ sở dữ liệu protein (Protein Data Bank: Cấu trúc protein H1 phosphatase (PDB id: 2P4D) với độ phân giải là 1,8 Å được lựa chọn làm protein đích. VarTMK chưa có cấu trúc nên đề tài thực hiện xây dựng mô hình tương đồng VarTMK dựa trên cấu trúc protein thymidylate kinase của virus Vaccinia (VacTMK) – một virus cùng thuộc họ Orthopoxvirus (PDB id: 2V54, độ phân giải là 2,4 Å). Dữ liệu các ligand bao gồm hai nhóm: nhóm các thuốc đang được thử nghiệm kháng virus Variola và nhóm các thuốc kháng vius Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019 Chuyên Đề Dược 554 khác được lấy từ cơ sở dữ liệu DrugBank. Tổng cộng 65 ligand được chuẩn bị, các ligand được tải về từ cơ sở dữ liệu PubChem (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov). Xây dựng mô hình tương đồng Các giai đoạn xây dựng mô hình tương đồng Đầu tiên chuỗi đơn của VarTMK được tải xuống từ Expasy (https://www.expasy.org) sử dụng cơ sở dữ liệu UniProtKB ( Sau đó, tìm kiếm protein mẫu dưới dạng cấu trúc ba chiều bằng công cụ BLAST (Basic Local Alignment Search Tool). VacTMK là protein xuất hiện có độ tương hợp cao nhất với VarTMK, do đó VacTMK được chọn là protein mẫu để xây dựng mô hình tương đồng cho VarTMK. Chuỗi đơn của VarTMK dưới dạng FASTA (*.fa) cùng với mô hình của VacTMK dưới dạng *.PDB được gửi lên máy chủ SWISS- MODEL workspace để bắt đầu quá trình mô hình hóa với chức năng User Template Model. Đánh giá chất lượng mô hình thu được qua các giá trị Clash Score, biểu đồ Ramachandran dựa trên các residues. Gắn kết phân tử cho protein và các ligand Các giai đoạn chuẩn bị protein, chuẩn bị ligand và docking, sau đó là đánh giá kết quả. Cấu trúc của protein được tải về từ ngân hàng dữ liệu protein, thêm hydro bằng AutoDock Tools và loại bỏ nước bằng BIOVA Discovery Studio và được lưu dưới dạng đuôi *.pdbqt. Các ligand cho docking: dùng AutoDock Tools thêm hydro và lưu dưới dạng đuôi *.pdbqt để phục vụ cho quá trình docking (để thuận tiện cho quá trình khảo sát vị trí gắn, các torsion hay còn gọi là các liên kết xoay được giữ cố định). Quá trình docking được thực hiện vào vị trí gắn kết của protein, vị trí gắn kết của protein VarTMK cũng chính là vị trí của ligand đồng kết tinh thymidine-5’- diphosphate (TDP) gắn vào, và protein H1 phosphatase thực hiện docking mù – nghĩa là phạm vi docking bao phủ toàn bộ protein để cho ligand lựa chọn vị trí gắn kết tốt nhất trên toàn bộ protein. Sau khi cài đặt các thông số về tọa độ và phạm vi cho hộp lưới (Grid box) sao cho đảm bảo bao phủ hoàn toàn vị trí gắn kết và phải cách các acid amin xung quanh ligand một khoảng 5 Å. Thông số tọa độ vị trí gắn kết với từng protein được trình bày trong Bảng 1. Bảng 1: Thông số tọa độ và phạm vi vùng gắn kết cho protein H1 phosphatase và VarTMK. Thông số Tọa độ (Å) H1 phosphatase VarTMK center_x 71,636 8,224 center_y -0,083 22,592 center_z 27,665 0,352 size_x 20 40 size_y 20 40 size_z 20 40 Spacing 1,00 1,00 Đánh giá kết quả docking bao gồm các cấu dạng gắn kết của ligand với protein đích và ái lực gắn kết (kcal.mol-1) của từng cấu dạng với protein. Chọn ra cấu dạng có ái lực gắn kết tốt nhất để tiếp tục phân tích tương tác giữa ligand và các acid amin của protein đích. KẾT QUẢ Mô hình tương đồng cho cấu trúc VarTMK Vì cấu trúc của VarTMK chưa có nên đề tài thực hiện xây dựng mô hình tương đồng VarTMK dựa trên cấu trúc protein thymidylate kinase của virus Vaccinia (VacTMK) – một virus cùng thuộc họ Orthopoxvirus (PDB id: 2V54, phân giải là 2,4 Å, với 204 acid amin). Sự chồng thẳng hàng hai chuỗi protein của VarTMK và VacTMK lên nhau cho thấy hai protein này đồng nhất với nhau về acid amin đến 98,5% (Hình 2). Protein VarTMK có số acid amin là 204, vùng gắn kết được tạo thành từ các acid amin Asp13, Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019 Nghiên cứu Y học Chuyên Đề Dược 555 Lys17, Thr18, Asn37, Phe38, Pro39, Arg41, Leu53, Phe68, Arg72, Asp92, Gly98, Tyr101, Glu142, Tyr144. Sự khác biệt nhỏ giữa 2 cấu trúc là 4 acid amin (Thr30, Thr103, Ala148, Glu165) ở chuỗi của protein VarTMK là khác với VacTMK và không có acid amin nào trong đó thuộc vùng gắn kết. Như vậy so với mô hình mẫu, mô hình tương đồng VarTMK thu được đạt độ tin cậy cao, có thể sử dụng như một đích tác động trong việc thiết kế thuốc cũng như tìm ra chất ức chế tiềm năng lên protein này. Về đánh giá chất lượng mô hình thu được, so sánh kết quả giữa mô hình trình bày trong bảng 2. Hình 2: Sự chồng lên hai chuỗi protein của VarTMK và VacTMK (Acid amin không phù hợp 1 giữa 2 chuỗi được tô màu xám nhạt). Bảng 2: So sánh kết quả giữa mô hình tương đồng xây dựng được và protein mẫu của VacTMK Cấu trúc Số lượng residues trong vùng quan tâm (%) Số lượng residues ngoài vùng (%) Clash Score Mô hình xây dựng 97,78 0,48 0,91 Protein mẫu (template, 2V54) 93,05 1,49 12,1 Nhóm các thuốc đang thử nghiệm kháng virus Variola (nhóm 1) Với protein H1 phosphatase, năng lượng gắn kết của ba chất trong nhóm dao động từ -4,3 đến -6,5 kcal.mol-1: Cidofovir (-4,3 kcal.mol-1), Imatinib (-7,7 kcal.mol-1), và Tecovirimat (-6,5 kcal.mol-1). Với protein VarTMK, năng lượng gắn kết trong nhóm dao động tốt hơn từ -6,2 đến -9,4 kcal.mol-1 là Cidofovir (-6,2 kcal.mol-1), Imatinib (-7,7 kcal.mol-1), và Tecovirimat (-9,4 kcal.mol-1). Dựa vào kết quả, chất có khả năng gắn kết tốt nhất với protein H1 phosphatase là Imatinib (-7,7 kcal.mol-1). Phân tích cho thấy mặc dù Imatinib không thực sự nằm trong khoang gắn kết nhưng tạo liên kết hydro với acid amin Arg13, hình thành tương tác vòng thơm - với Lys8, Tyr9 và tương tác kỵ nước với Leu6, Lys8, Tyr9, Leu12. Chất có khả năng gắn kết tốt nhất với protein VarTMK là Tecovirimat (-9,4 kcal.mol-1). Tecovirimat nằm gần như trọn vào khoang gắn kết, và tạo liên kết hydro với Lys17, Arg41, Arg93, hình thành tương tác vòng thơm - với Phe68, Tyr101 và tương tác kỵ nước với Phe68, Tyr101. Nhóm các thuốc kháng virus khác (nhóm 2) Với protein H1 phosphatase điểm số docking của các chất dao động từ -2,5 đến - 8,8 kcal.mol-1, và với protein VarTMK điểm số từ -3,5 đến -10,6 kcal.mol-1. Bảng phân loại các vùng với năng lượng gắn kết và số chất trong vùng được trình bày: ở protein H1 phosphatase (Bảng 3) và VarTMK (Bảng 4). Bảng 3: Bảng phân loại các vùng theo năng lượng gắn kết của các chất và số chất trong từng vùng ở protein H1 phosphatase. Năng lượng gắn kết) Số chất -2,5 đến -4,9 kcal.mol -1 24 -5,0 đến -6,9 kcal.mol -1 34 < -7,0 kcal.mol -1 4 Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019 Chuyên Đề Dược 556 Bảng 4: Bảng phân loại các vùng theo năng lượng gắn kết của các chất và số chất trong vùng ở protein VarTMK. Năng lượng gắn kết Số chất -3,5 đến -6,9 kcal.mol -1 33 -7,0 đến -9,3 kcal.mol -1 26 < -9,4 kcal.mol -1 3 Bảng 3 cho thấy điểm số docking của các chất tập trung ở vùng từ -5,0 đến -6,9 kcal.mol-1 nhiều hơn. Điểm số docking của các chất ở vùng này thuộc mức độ trung bình. Vùng từ - 2,5 đến -4,9 kcal.mol-1 gồm những chất phân tử nhỏ nên không tạo được nhiều liên kết với protein mục tiêu do đó sự tương tác cũng ít. Ngoài ra, mặc dù đa số các chất thuộc vùng - 5,0 đến -6,9 kcal.mol-1 có cấu trúc phân tử phức tạp hơn, tuy nhiên lại tận dụng không tốt sự tương tác với protein mục tiêu. Các chất nằm rải rác khắp bề mặt protein mục tiêu chứng tỏ protein không có vị trí gắn nào là tối ưu cho các chất này. Những chất thuộc vùng có điểm số docking tốt (< -7,0 kcal.mol-1) tận dụng rất tốt mô hình của protein cũng như tương tác tốt với protein này. Chất có điểm số docking tốt nhất trong nhóm các thuốc kháng virus ở Hypericin (-8,8 kcal.mol-1). Hypericin có tương tác vòng thơm - với Tyr9 của H1 phosphatase và tương tác kỵ nước với Leu6, Tyr9, Leu148 của H1 phosphatse. Ngoài ra trong nhóm các thuốc kháng virus khác còn có 3 chất có điểm số docking được đánh giá là tốt (< -7,0 kcal.mol-1) là Etravirin, Maraviroc, Tipranivir. Các liên kết hydro, tương tác vòng thơm - , tương tác kỵ nước, của 3 chất này với H1 phosphatase. Quan sát nhận thấy các chất Etravirin, Hypericin, Tipranavir đều tập trung ở cùng một vị trí gắn kết. Hypericin cho điểm số docking tốt nhất, có thể là do cấu trúc đa vòng thơm của Hypericin tạo đến 6 liên kết tương tác vòng thơm - với Tyr9 và 4 liên kết kỵ nước với các acid amin của H1 phosphatase. Ở Bảng 4, nhìn chung các chất ở 3 vùng năng lượng gắn kết đều thể hiện khả năng gắn với protein mục tiêu ở vị trí gắn kết cố định (vị trí của ligand đồng kết tinh), nên so với phương pháp docking mù ở protein H1 phosphatase thì với VarTMK các chất cho điểm số docking tốt hơn. Bảng 4 cho thấy sự tập trung ở vùng -3,5 đến -6,9 kcal.mol-1 nhiều hơn, và lý giải là vì các chất là những phân tử nhỏ nên tương tác ít cũng như tạo được ít liên kết với protein mục tiêu nên điểm số docking thuộc mức độ thấp. Các chất ở vùng -7,0 đến - 9,3 kcal.mol-1, tuy là phân tử lớn nhưng tương tác không tốt với protein mục tiêu hoặc chỉ tận dụng được một vài điểm lồi lõm của protein hoặc không tương tác với acid amin quan trọng. Do đó, điểm số docking của các chất ở vùng này thuộc mức độ trung bình. Những chất thuộc vùng < -9,4 kcal.mol-1 có điểm số docking tốt và tương tác tốt với protein này. Xét những chất thuộc vùng này: chất có điểm số docking tốt nhất trong nhóm các thuốc kháng virus khác là Raltegravir (-10,6 kcal.mol-1). Raltegravir tạo liên kết hydro với Lys14, Lys17, Thr18, Asn37, Phe38, Arg72 của VarTMK và có tương tác vòng thơm - với Phe68 của VarTMK, tương tác kỵ nước với Lys17của VarTMK được thể hiện ở Hình 3. Quan sát cho thấy hầu như phân tử Raltegravir khớp với các chỗ lồi lõm ở khoang gắn kết của VarTMK. Như vậy, cả 2 nhóm, các chất có điểm số docking tốt được trình bày trong Bảng 5, với Raltegravir là chất tốt nhất được chọn. Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019 Nghiên cứu Y học Chuyên Đề Dược 557 Hình 3: Vị trí - tương tác của Raltegravir trên protein VarTMK. Bảng 5: Các chất có điểm số docking tốt trên protein VarTMK và H1 phosphatase TT Tên thuốc Cấu trúc Điểm số docking (kcal.mol-1) 1 Dolutegravir -9,5 2 Raltegravir -10,6 3 Rilpivirin -9,6 Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019 Chuyên Đề Dược 558 BÀN LUẬN Kết quả của mô hình tương đồng xây dựng đạt độ tin cậy với sự tương đồng về trình tự các acid amin cao, do đó mô hình cấu trúc của Variola thymidylat kinase đạt chất lượng cao. Như vậy, vị trí gắn kết của cấu trúc VarTMK được xác định nhờ vào vị trí đồng kết tinh của ligand trong cấu trúc của VacTMK. Quá trình docking được thực hiện trên 2 đích tác động cho 65 ligand trong đó, Cidofovir là thuốc đã được sử dụng trong điều trị làm đối chiếu. Kết quả cho thấy trên cả hai protein cấu trúc, các thuốc khác đều có khả năng gắn kết vào 2 cấu trúc so với Cidofovir. Tuy nhiên, tương tác vòng thơm - với Tyr9 của H1 phosphatase và tương tác kỵ nước với Leu6, Tyr9, Leu148 của H1 phosphatse hay với VarTMK, tương tác vòng thơm - với Phe68, Tyr101 và tương tác kỵ nước cũng với Phe68, Tyr101 đóng vai trò quan trọng. Do đó so với Cidofovir, các chất như Imatinib và Tecovirimat cho điểm số docking cao, tạo được sự gắn kết tốt hơn, nên được xem như các chất tiềm năng. Điều này phù hợp với thực tế là các thuốc này đã được thử nghiệm tác dụng kháng virus Variola cho giá trị IC50 của Imatinib là 10 µM(10) và Tecovirimat với EC50 là 0,01 µM(18). Ngoài ra, nghiên cứu cũng đề xuất thử nghiệm ức chế virus Variola cho các thuốc tiềm năng là Raltegravir, Dolutegravir và Rilpivirin. KẾT LUẬN Đề tài đã xác định được các protein là đích tác động cho quá trình khám phá thuốc kháng virus Variola dựa trên vai trò quan trọng của những protein này trong quá trình bệnh sinh của virus. Các protein này là protein H1 phosphatase (PDB id: 2P4D) và protein thymidylat kinase của virus Variola (VarTMK) đã thu được nhờ xây dựng thành công mô hình tương đồng từ protein thymidylat kinase của virus Vaccinia (VacTMK). 65 chất thuộc 2 nhóm: nhóm các thuốc đang thử nghiệm kháng virus Variola và nhóm các thuốc kháng virus khác đã sử dụng cho quá trình docking trên cả 2 protein mục tiêu. Với H1 phosphatase, Hypericin cho năng lượng gắn kết thấp nhất (-8.8 kcal/mol) và ở VarTMK, Raltegravir cho năng lượng gắn kết thấp nhất (-10.6 kcal/mol). Hai chất này đều thuộc nhóm các thuốc kháng virus khác, tuy nhiên ở nhóm các thuốc đang thử nghiệm kháng virus, đối với mỗi loại protein mục tiêu, đều có một thuốc cho kết quả khá tốt đó là Imatinib (-7.7 kcal/mol) đối với H1 phosphatase và Tecovirimat (-9.4 kcal/mol) đối với VarTMK. Ngoài ra ở nhóm các thuốc kháng virus khác còn có một số thuốc có kết quả được đánh giá là tốt. Từ kết quả trên, đề tài khẳng định việc dùng các thuốc hiện có để làm cơ sở dữ liệu các ligand từ đó khảo sát khám phá chất ức chế tiềm năng trên các đích tác động hướng đến là một hướng nghiên cứu nên được quan tâm; và cũng đề nghị tiến hành khảo sát sâu thêm về sự gắn kết của Hypericin và Raltegravir trên H1 phosphatase và VarTMK, và hướng tới mục tiêu đưa hai thuốc này thử nghiệm kháng virus Variola. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Baker RO, Bray M, Huggins JW, (2003). Potential antiviral therapeutics for smallpox, monkey pox and other orthopoxvirus infections. Antiviral Research, 57(1-2): pp.13-23. 2. Bolken TC, Hruby DE (2010). Tecovirimat for smallpox infections, Drugs Today, 46 (2): pp.109 3. Bordoli L, Kiefer F, Arnold K, Benkert P, Battey J, and Schwede T, (2009). Protein structure homology modeling using SWISS-MODEL workspace. Nature Protocols, 4(1): pp.1-13. 4. Bray M, Roy CJ, (2004). Antiviral prophylaxis of smallpox. Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 54(1): pp.1-5. 5. Esposito JJ, Sammons SA, Frace AM, Osborne JD, Olsen- Rasmussen M, Zhang M, Govil D, Damon I K, Kline R, Laker M, Li Y, Smith G L, Meyer H, Leduc JW, Wohlhueter RM, (2006). Genome sequence diversity and clues to the evolution of variola (smallpox) virus. Science, 313(5788): pp.807-812. 6. Guimaraes AP, Ramalho TC and Fransa TCC (2014). Preventing the return of smallpox: molecular modeling studies on thymidylate kinase from Variola virus. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics, 32 (10): pp.1601-12. 7. Guimaraes AP, Souza FR de, Oliveira AA, Gonsalves AS, Alencastro RB de, Ramalho TC, Fransa TCC (2015). Design of inhibitors of thymidylate kinase from Variola virus as new selective drugs against smallpox. European Journal of Medicinal Chemistry, 91: pp.72-90. Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019 Nghiên cứu Y học Chuyên Đề Dược 559 8. Harrison SC, Alberts Bruce, Ehrenfeld E, Enquist L, Fineberg H, McKnight SL, Moss B, O’Donnell M, Ploegh H, Schmid S L, Wlater KP and Theriot J (2004). Discovery of antivirals against smallpox. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 101 (31): pp.11178-11192. 9. https://www.drugbank.ca/categories/DBCAT000066#drugs 10. Patrick MR, Smith SK, Victoria AO, Steve HT, et al. (2011). Varioa and monkeypox viruses utilize conserved mechanisms of virion motility and release that depend on Abl and Src family tyrosine kinases. Journal of Virology, 85(1): pp.21-31. 11. Phan J, Tropea JE and Waugh DS (2007). Structure-assisted discovery of Variola major H1 phosphatase inhibitors. Acta Crystallographica Section D: Biological Crystallography, 63(6): pp.698-704. 12. Reeves PM, Bommarius B, Lebeis S, McNulty S, Christensen J, Swimm A, Chahroudi A, Chavan R, Feinberg MB, Veach D, Bornmann W, Sherman M, and Kalman D (2005). Disabling poxvirus pathogenesis by inhibition of Abl-family tyrosine kinases. Nature medicine, 11(7): pp.731-739. 13. Sergei NS (2011). Emergence and reemergence of smallpox: The need for development of a new generation smallpox vaccine. Vaccine, 29: pp. D49-D53. 14. Sharon M, Tomer I, Nir P (2018). Challenges and achievements in prevention and treatment of smallpox. Vaccines, 6(8): pp.1-20. 15. Theves C, Biagini P, Crubnezy, (2014). The rediscovery of smallpox. Clinical Microbiology and Infection, 20(3): pp.210-218. 16. Tropea JE, Phan J, Waugh DS (2006). Overproduction, purification and biochemical characterization of the dual specificity H1 protein phosphatase encoded by variola major virus. Protein Expression and Purification, 50: pp.31-36. 17. Trott O, Olson AJ (2010). AutoDock Vina: improving the speed and accuracy of docking with a new scoring function, efficient optimization and multithreading. Journal of Computational Chemistry, 31(2): pp.455–461. 18. Yang G, Dniel CP, Marc HD, Marc SC, Bailey T, et al. (2005). An orally bioavailable antipoxvirus compound (ST- 246) inhibits extracellular virus formation and protects mice from lethal Orthopoxvirus challenge. Journal of Virology, 79(20): pp.13139-13149. 19. Yella JK, Yaddanapudi S, Wang Y and Jegga AG, (2018). Changing trends in computational drug repositioning. Pharmaceuticals, 11 (57): pp.1-21. Ngày nhận bài báo: 18/10/2018 Ngày phản biện nhận xét bài báo: 01/11/2018 Ngày bài báo được đăng: 15/03/2019