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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.43.1993.tde-05082013-154656
Documento
Autor
Nome completo
Cláudio Saburo Shida
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 1993
Orientador
Banca examinadora
Lamy, Maria Teresa Moura (Presidente)
Alario, Adelaide Faljoni
Nascimento, Otaciro Rangel
Título em português
Estudo da interação de melatonina com membranas lipídicas.
Palavras-chave em português
Matéria condensada
Ressonância paramagnética eletrônica
Resumo em português
A melatonina (N-acetil 5-metoxi-triptamina) é um hormônio derivado do amino-ácido triptofano, secretado pela glândula pineal, estando relacionado com importantes processos biológicos e farmacológicos. O seu mecanismo de ação não é bem conhecido, entretanto é sabido que a melatonina não tem uma ação específica, podendo interagir com diversos tipos de células (Reitel, 1992, Bioessays, 14: 169-175), sugerindo que possa não existir um tecido ou célula-alvo específica, na qual a melatonina exerça a sua ação hormonal. Assim, é possível que a melatonina não interaja através de um receptor proteico específico de membrana e possa interagir com a célula via a fase lipídica membranar. O presente trabalho estuda a interação de melatonina com membranas lipídicas por espectroscopia de RPE (ressonância paramagnética eletrônica), utilizando o método do marcador de spin (Swartz, Bolton e Borg editores, Biological Applications of Electron Spin Resonance, 1972, Willey-Interscience, New York; Berliner, L.J. editor, Spin Labeling, 1976 (vol. 1) e 1979 (vol. 2), Academic Press, New York); e espectroscopia de fluorescência estática, pois a melatonina é uma molécula fluorescente. Os fosfolipídios utilizados nos sistemas modelo de membrana (lipossomos e vesículas unilamelares) foram principalmente o DMPG (dimiristoil fosfatidil glicerol) e DMPC (dimiristoil fosfatidil colina). Os sistemas estudados por RPE foram analisados por meio de medidas dos tempos de correlação rotacional perpendicular (R) e paralelo (R) ao eixo principal de rotação do radical nitróxido (Marsh, em Biological Magnetic Resonance, 255-303, e Bales, em Biological Magnetic Resonance, 77-130, editores Berliner e Reuben, 1989, vol. 8, Plenum Publishing, New York), parâmetro de ordem efetivo (Sef) e do parâmetro 2Amáx (Griffth e Jost, em Spin Labeling, 454- 523,editor Berliner, 1976, vol. 1, Academic Press, New York). Os resultados experimentais mostram que a melatonina: a) é solúvel em meio aquoso até a concentração de 5mM, ao contrário do que está na literatura, tendo sido desenvolvido um novo método para solubilizá-la; b) interage com membranas lipídicas provocando mudanças estruturais nas membranas. Esta interação ocorre próxima à região da cabeça polar, detectada pelos marcadores de spin utilizados, que monitoram diferentes regiões da bicamada lipídica; e pela fluorescência, que mostra que a melatonina não apresenta um deslocamento do máximo de emissão na presença de vesículas de DMPG ou DMPC; c) interage mais fortemente com membranas lipídicas de fosfolipídio com cabeça polar carregada negativamente (DMPG), do que de fosfolipídio com carga líquida igual a zero (DMPC). Este resultado mostrado tanto por RPE quanto por fluorescência. Essa diferença é discutida em termos da estrutura das membranas, através dos parâmetros R, Sef e 2Amáx, que descrevem descreve o grau de "fluidez" da bicamada; d) em membranas de DMPG, torna mais "fluida" na região da cabeça polar dos fosfolipídios da bicamada lipídica, tanto abaixo como acima da temperatura de transição de fase (Tf) das mesmas. A alteração da "fluidez" ocorre nesta região da bicamada, pois os marcadores de spin utilizados mostram que: i) O SSL (4-estereamida-1-oxil-2,2,6,6-tetrametil piperidina), que monitora a região da cabeça polar, acima da Tf , mostra que a presença de melatonina em DMPG provoca a diminuição de R; e abaixo da Tf, não é possível o cálculo do tempo de correlação rotacional, entretanto o efeito da melatonina é observado através da diminuição das larguras de linha do espectro. ii) O 5-SASL (5-doxil ácido esteárico) e 6-DPPC (1-palmitioil-2-(6-doxil ácido esteárico) fosfatidil colina), que monitoram uma região da cadeia de hidrocarbonetos ainda próxima à região da cabeça polar, mostram que nesta região, acima da Tf, a presença de melatonina não provoca alterações significativas na estrutura de bicamadas de DMPG ou DMPC; e abaixo da Tf, a presença da melatonina "fluidifica" a membrana provocando uma diminuição do parâmetro 2Amáx, somente em DMPG. iii) O 12-SASL (12-doxil ácido esteárico) que monitora principalmente uma região próxima ao final da cadeia, não mostra alterações em seu espectro com a presença da melatonina; e) por interagir com membranas lipídicas, pôde ter o seu coeficiente de partição determinado por medidas de RPE e fluorescência. Os coeficientes foram determinados por métodos diferentes. Por RPE foi baseado em Lissi e col. (1990, Biochem. Biophys. Acta, 1021: 46-50) e o por fluorescência foi baseado em Tabak e Borisevith (1992, Biochem. Biophys. Acta, 1116: 241-249). Os coeficientes determinados apresentaram uma grande discrepância, sendo baixo para RPE (P=30) e alto para fluorescência (P=1090), provavelmente devido à técnica utilizada, assunto que é discutido no trabalho. Os resultados de RPE e fluorescência, citados acima, confirmando que a melatonina interage com membranas lipidíca, associado ao fato de que a melatonina é bastante solúvel em meio aquoso, têm algumas implicações de cunho biológico que abrem a discussão sobre questões como a necessidade de um carregador do hormônio no plasma sanguíneo ou o mecanismo que leva o hormônio a atravessar a membrana plasmática e interagir no núcleo da célula (Tan e col, 1993, Cancer Letters, 70: 65-71).
Título em inglês
Study of the melatonin interaction with lipid membranes
Palavras-chave em inglês
Condensed matter
Electron paramagnetic resonance
Resumo em inglês
Melatonin (N-acetyl 5-methoxy-tryptamine), a tryptophan derivative hormone, is the main product of secretion by pineal gland. It has been related with important biological and pharmacological processes, although its mechanism of action is not well known. Melatonin is known to interact with different types of cells, playing different roles (Reitel, 1992, Bioessays, 14: 169-175), suggesting that the molecule does not interact through a specific membrane protein receptor in a specific cell, and could possibly interact with the cell through its membrane lipid phase. The present work studies the melatonin interaction with model lipid membrane using EPR (Eletronic Paramagnetic Resonance) spectroscopy, using the spin label method (Swartz, Bolton e Borg editors, Biological Applications of Electron Spin Resonance, 1972, Willey-Interscience, New York; Berliner, L.J. editor, Spin Labeling, 1976, vol. 1 e 1979, vol. 2, Academic Press, New York); and steady state fluorescence spectroscopy, as melatonin is a fluorescence molecule. The phospholipids used (in liposomes and unilamelars vesicles) were mainly DMPG (dimiristoyl phosphatidyl choline) and DMPC (dimiristoyil phosphatidyl choline). The EPR signals were analized through the calculations of rotational correlation times prependicular (R) and paralel (R) to the molecule principal axis of rotation (Marsh, in Biological Magnetic Resonance, 255-303, and Bales, in Biological Magnetic Resonance, 77-130, Berliner & Reuben editors, 1989, vol. 8, Plenum Publishing, New York), efective order parameter (Sef) and 2Amáx parameter (Griffth e Jost, in Spin Labeling, 454-523, Berliner, L.J. editor, 1976, vol. 1, Academic Press, New York). The experimental results show that the melatonin: a) contrarily to the literature beliefs, is soluble in aqueous medium up to the concentration of 5mM, and a new solubility method is presented; b) interacts with lipid membranes, near the polar head group, changing bilayer structure. The hormone displays a stronger interaction with the negatively charged phospholipid (DMPG) than with the zwitterionic one (DMPC), as detected by both EPR and fluorescence techniques. As melatonin is a non charged molecule, that difference is discussed in terms of the lipids different packing (or degree of "fluidity"). c) increases DMPG membrane "fluidity", both above and below the lipid phase transition temperature (Tf). The changes on the packing of the lipids are mainly seen by the spin label SSL (4-stereamine-1 oxyl-2,2,2,6,6-tetrametyl piperidine), which monitors the lipid polar head region. Above Tf, melatonin decrease SSL R ; and below Tf, the decrease in "fluidity" is monitored via a decrease in the SSL EPR spectrum line width. The spin labels 5-SASL (5-doxyl stearic acid) and 6-DPPC (1-palmitoyl-2-(6-doxyl-stearic acid) phosphatidyl choline), which monitor the hydrocarbon chain region close to the membrane polar head group, show no change in the spectra parameters for temperatures above Tf. Below Tf, a decrease on 2Amax with the presence of melatonin is an indication of the hormone effect. The center of the bilayer is apparently not affected by the hormone as no change in the EPR spectrum of 12-SASL (12-doxyl-stearic acid) is detected, both above and below the lipid phase temperature. The melatonin partition coefficiente in lipid membranes was determined through EPR (Lissi et al., 1990, Biochem. Biophys. Acta, 1021: 46-50) and fluorescence (Tabak and Borisevith, 1992, Biochem. Biophys. Acta, 1116: 241-249) data, and found to be 30 and 1090, respectively. The different values obtained with the distinct methods are discussed. The results presented here, showing that melatonin is highly soluble in aqueous medium, through it can interact with lipid membranes, will certainly have consequences on the current biological discussions on the need of a melatonin-carrier in the blood stream or the mechanism that makes the hormone to cross the cell membrane and interact at the nucleus (Tan e col, 1993, Cancer Letters, 70: 65- 71).
 
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Data de Publicação
2013-08-06
 
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