Análise de complexos DNA-ligantes com aplicações na construção de carreadores de fármacos

Abstract

Neste trabalho, fizemos experimentos de estiramentos em moléculas únicas com pinça óptica e apoiamos nossas análises e conclusões nas técnicas de Eletroforese em Gel, Microscopia de Força Atômica e Espalhamento Dinâmico de Luz. Usamos este aparato para estudarmos inte- rações do DNA com alguns ligantes, incluindo proteína, surfactante, fármaco antitumoral (do- xorrubicina) e complexos formados com a união de dois destes ligantes e o DNA. Os ligantes, proteína e surfactante, foram escolhidos devido a suas possíveis funcionalizações como trans- portadores de fármacos ou material genético para o interior celular (carreadores). Estes dois são agentes condensantes do DNA e a condensação é um processo de fundamental importância na formação de carreadores. O fármaco antitumoral foi estudado por ser um material interessante a ser transportado para o interior celular. As propriedades mecânicas dos complexos em função da concentração do ligante foram diretamente determinadas a partir das medidas de estiramento, através do ajuste de curvas de força por extensão, no qual empregamos o modelo da cadeia ver- miforme (WLC) para polímeros semiflexíveis. Além disso, os parâmetros físico-químicos da interação DNA-doxorrubicina foram extraídos a partir de dados do comprimento de contorno, usando o modelo estatístico de ajuste pelo comprimento de contorno, previamente desenvol- vido pelo grupo de Física Biológica da UFV. Este modelo nos permitiu a obtenção da isoterma de ligação e particularmente, detectamos a interação típica de intercalantes para o fármaco do- xorrubicina, desvendando peculiaridades dessa interação a partir da autoagregação da droga em diferentes condições iônicas. Também coletamos dados da interação da proteína C 4 S 10 K 12 com o DNA que ajudam a evidenciar o processo de ação pelo qual a proteína C 4 S 10 K 12 condensa o DNA. Estudamos também a interação do surfactante catiônico DTAB com o DNA, como outro agente condensante do DNA, observando alguns aspectos importantes deste processo de condensação.

In this work, we performed single molecules stretching experiments with optical tweezers, and we supported our analysis and conclusions with the techniques of Gel Electrophoresis, Atomic Force Microscopy and Dynamic Light Scattering. We used these apparatus to study interactions of DNA with various ligands, including: protein, surfactant, an antitumoral drug (doxorubicin) and complexes formed from the link-up of two of these substances and DNA. The binders, pro- tein and surfactant, were chosen because of their possible functionalisations as drug or genetic material carriers for the cellular interior (carriers). These two are DNA-condensing agents and the DNA condensation is a fundamental process in carriers formation. The antitumor drug was studied because it is an interesting material to be transported into cells. The complexes’ mecha- nical properties as a function of ligand concentration were directly determined from stretching measurements by fitting the force extension curves to the worm-like chain model (WLC) of semi-flexible polymers. In addition, the physicochemical parameters of the DNA-doxorubicin interaction were extracted using a statistical model-fitting approaches by the contour length previously developed by the group of Biological Physics of UFV. These models allowed us to obtain the binding isotherms and particularly we detected the typical interaction of intercalators for the doxorubicin drug, unraveling peculiarities of this interaction, from drug self-aggregation, in different ionic conditions. Also, we collected data of the C 4 S 10 K 12 -DN A interaction that help to evidence the action process throughout which the protein C 4 S 10 K 12 condenses DNA. We also have studied the interaction between DNA and the cationic surfactant DTAB, as another DNA condensing agent, in which we observed some important aspects from this condensation process.