Estudo computacional da interação da curcumina com bicamadas de fosfatidilcolina (POPC): Efeitos da variação da razão curcumina/lipídios
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Data
2022-07-28
Autores
Orientador
de Araujo, Alexandre Suman 
Ruggiero, José Roberto
Coorientador
Pós-graduação
Biofísica Molecular - IBILCE
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso restrito
Resumo
Resumo (português)
A curcumina é um composto ativo da Curcuma longa, amplamente utilizada na culinária e medicina asiáticas. Seu espectro de ação terapêutica abrange efeitos antioxidantes, atividades anticancerígenas e antimicrobiana, sendo associada também a processos de apoptose celular. O mecanismo de ação molecular entretanto é pouco conhecido, sendo proposto desde a interação superficial com a região hidratada da membrana celular, até o enterramento de suas moléculas no núcleo hidrofóbico, produzindo alterações nas propriedades da estrutura lipídica. Utilizando simulações por dinâmica molecular de bicamadas fosfolipídicas, este trabalho avalia a interação entre moléculas de curcumina e bicamadas compostas por palmitoiloleilfosfatidilcolina (POPC). As simulações, à volume de água constante, revelam que as moléculas de curcumina, inicialmente inseridas dispersas na fase aquosa, a partir de certa razão curcumina/lipídio, se agregam e absorvem na bicamada, avançando sobre o núcleo hidrofóbico e estabelecendo uma estrutura transmembrânica. Numa longa dinâmica de interação, o cluster perde moléculas, resultando na dispersão da estrutura para a região definida pelo glicerol dos fosfolipídios, com a estabilização da curcumina ocorrendo na interface entre as regiões hidrofóbica e hidrofílica. Este processo resulta na redistribuição das moléculas de curcumina entre as duas monocamadas da estrutura lipídica. Utilizando um método de construção alternativo, com inserção progressiva e gradual de moléculas, é observado que a adsorção e estabilização da curcumina de fato se dá na condição dispersa, mas a continuação do processo com a inserção de cada vez mais moléculas também leva à formação de uma estrutura transmembrânica. Os dois estados de interação são, portanto, possíveis e a transição entre eles depende da razão curcumina/lipídio e do tamanho do cluster que as moléculas de curcumina estabelecem, seja na fase aquosa, antes da adsorção, ou a partir da agregação de moléculas já adsorvidas na membrana com novas moléculas sendo internalizadas do meio. Em ambos os estados, a ação da curcumina resulta na perturbação local da estrutura, com diminuição da espessura da bicamada, alterações no ordenamento das caudas dos fosfolipídios, e aumento da permeabilidade da bicamada à moléculas de água. Tais alterações indicam que a curcumina aumenta a fluidez da bicamada, apresentando uma ação muito mais efetiva enquanto estrutura transmembrânica. A saturação temporária de moléculas na bicamada resulta portanto na formação de um microdomínio onde a curcumina assume uma estruturação transmembrânica que consiste também num mecanismo para redistribuição de moléculas entre as duas monocamadas da membrana.
Resumo (inglês)
Curcumin is an active compound from Curcuma longa, an ingredient widely used in Asian cuisine and medicine. Its therapeutic action spectrum includes antioxidant effects, anticancer and antimicrobial activities, and is also associated with cellular apoptosis processes. However, its molecular mechanism of action is poorly known. It has been proposed that curcumin adsorbs onto the hydrated surface of the cytoplasmatic membrane and penetrates its hydrophobic core, causing structural changes. By using molecular dynamics simulations of phospholipid bilayers, in this work, we evaluate the interactions between curcumin and 1-palmitoyl-2-oleoyl-glycero-3-phosphocholine (POPC) bilayers. The simulations reveal that curcumin molecules initially dispersed in the aqueous phase, from a certain curcumin/lipid ratio, form aggregates that adsorb onto the bilayer, then advances through the hydrophobic core to establish a transmembrane structure. Curcumin aggregates reach a stable arrangement at the hydrophobic core and interact with the hydrophilic interface of the bilayer. This process results in the redistribution of the curcumin ratio between the two leaflets of the bilayer. Using an alternative method, with progressive and gradual insertion of molecules, it is observed that the adsorption and stabilization of curcumin aggregate actually take place in the dispersed condition, but the extension of the process with the insertion of additional molecules also induces a transmembrane structure formation. The two structural arrangement are therefore possible and the transition between them depends on the curcumin/lipid ratio, and on the size of the cluster established, either in the aqueous phase, before the adsorption process, but also by the aggregation of molecules already adsorbed with new molecules being internalized from the aqueous phase. In both states, the action of curcumin results in the local disturbance of the bilayer structure, with thinning of the bilayer, changes in the ordering of the phospholipid tails, and the increase in the permeability of the bilayer. Such changes indicate that curcumin increases the fluidity of the bilayer, showing a more effective action as a transmembrane structure. The temporary saturation of molecules in the leaflet, therefore, induces the formation of a microdomain where the curcumin molecules assume a transmembrane orientation which also consists of a mechanism for redistribution of molecules between the membrane leaflets.
Descrição
Palavras-chave
Idioma
Português