Estudo da interação de cumarinas e proteína envolvida na doença inflamatória intestinal por ressonância magnética nuclear

Abstract

A Doença Inflamatória Intestinal (DII) é um conjunto de desordens inflamatórias, crônica e, até o momento, sem cura do trato gastrointestinal. Engloba principalmente a doença de Cohn e a retocolite ulcerativa, que podem gerar manifestações extra intestinais. Pacientes com DII apresentam níveis elevados de fator de necrose tumoral-α (TNF-α), um importante mediador inflamatório com papel chave na patogênese dessa doença. A etiologia complexa e incerta da DII é um fator limitante para a descoberta e desenvolvimento de novos tratamentos farmacológicos, já que os atuais medicamentos além de possuírem alto custo e inúmeros efeitos colaterais, uma parcela significativa de pacientes não respondem a nenhuma terapia farmacológica. A cumarina, assim como seus derivados, revelaram potente atividade anti-inflamatória intestinal em modelos experimentais de DII, sugerindo ser um candidato para o tratamento desta doença. O objetivo desse trabalho foi investigar através das técnicas espectroscópicas de STD-RMN, fluorescência e de docking molecular se existe e quais são os mecanismos envolvidos nas interações da cumarina e seus derivados com a proteína TNF-α, além de verificar também, a interação desses ligantes com a albumina sérica humana (HSA). A investigação da interação entre os ligantes e a HSA mostrou que a 4-metilesculetina, cumarina e esculetina interagiram com a HSA através de um processo estático, enquanto que a interação da HSA com a esculina ocorreu por um processo dinâmico. As interações hidrofóbicas e de hidrogênio possuem papel fundamental para a formação dos complexos 4-metilesculetina/HSA, esculetina/HSA, esculina/HSA, já para o complexo cumarina/HSA somente as interações hidrofóbicas. Baseado nos resultados obtidos foi possível estabelecer uma sequência de afinidade de interação da HSA com os ligantes: 4-metilesculetina > esculetina > cumarina > esculina, de forma que tanto os métodos experimentais quanto os computacionais são complementares e corroboraram entre si. Em relação a proteína TNF-α, a investigação da sua interação com os ligantes mostrou que somente a 4-metilesculetina e a cumarina interagiram com o TNF-α, sendo que o complexo 4-metilesculetina/TNF-α ocorreu por um processo estático e o complexo cumarina/TNF-α ocorreu por um processo dinâmico. As interações de hidrogênio contribuíram predominantemente para a formação do complexo 4-metilesculetina/ TNF-α, para o complexo cumarina/TNF-α, a principal interação foi hidrofóbica. Assim como para a HSA, também foi possível determinar a sequência de afinidade dos ligantes perante a proteína TNF-α, 4-metilesculetina > cumarina, sendo que os dados experimentais e computacionais também corroboraram entre si. Mediante os resultados obtidos foi possível elucidar o mecanismo de interação das cumarinas e seus derivados com HSA e o TNF-α, sugerindo a 4-metilesculetina como potencial candidata para atuar na atividade anti-inflamatória intestinal.

Inflammatory bowel disease (IBD) is an inflammatory, chronic and until now, incurable disease of the gastrointestinal tract. IBD consists of two main forms, Crohn's disease and ulcerative colitis, which can generate extra intestinal manifestations. Patients with inflammatory bowel disease have elevated levels of tumor necrosis factor-α (TNF-α), an important inflammatory mediator involved in the pathogenesis of this disease. The complex and unclear etiology of IBD is a limiting factor for the discovery and development of new treatments; whereas the standard treatments used to treat IBD have high-cost, numerous side effects and a significant number of patients do not respond to none pharmacological therapy. Coumarin and their derivatives have shown potent intestinal anti-inflammatory in IBD experimental models, suggesting coumarins and their derivative might be candidates in the treatment of IBD. The aim of this work was to investigate through the spectroscopic techniques of STD-NMR, fluorescence and molecular docking if it exits and which are the mechanisms involved in the interactions of coumarin and its derivatives with TNF-α protein, in addition to also verifying, the interaction with human serum albumin (HSA). Investigation of interactions between ligands and HSA showed 4-methylesculetin, coumarin and esculetin interacted with HSA through a static quenching mechanism, esculin/HSA interaction occurred by a dynamic quenching mechanism. Hydrophobic interactions and hydrogen bonds are essential for the formation of 4-methylesculetin/HSA, coumarin/HSA, esculetina/HSA, on the other hand only hydrophobic interactions are responsible for the interaction between esculin and HSA. Based on the results obtained it was possible to determine the following binding affinity sequence for HSA-ligands interaction: 4-methyllesculetin > esculetin > coumarin > esculin, so that, the experimental and theoretical data corroborate with each other and they are complementary. About TNF-α, its interaction with ligands showed only 4-methylesculetin and coumarin interact with TNF-α, the complex 4-methylesculetin/TNF-α interacts through a static mechanism and coumarins/TNF-α through dynamic mechanism. The hydrogen bonds mainly contributed to the formation of 4-methylesculetin/TNF-α complex, coumarin/ TNF-α complex was the main interaction hydrophobic. As well as for HSA, it was also possible to determine the binding affinity sequence for TNF-α-ligands interaction: 4-methylesculetin > coumarin, and the experimental and computational data also corroborated each other. Therefore, it was possible to possible elucidate the interaction mechanism of coumarins and its derivatives with the proteins HSA and TNF-α, suggesting 4-methylesculetin as a potential candidate on intestinal anti-inflammatory activity.