Estudo do modo de interação do fármaco cloroquina com o DNA e seu efeito em células

Abstract

O estudo das interações entre a molécula de DNA e fármacos tem sido de extrema rele- vância para se compreender as peculiaridades intrínsecas dessas interações. Apesar dos diversos avanços cientíĄcos e t ecnológicos, o s m ecanismos d e a ção m olecular d e alguns fármacos permanecem desconhecidos, principalmente no que diz respeito às interações in- trínsecas desses compostos com componentes celulares como proteínas e ácidos nucleicos. A cloroquina (CLQ) é um composto amplamente usado no tratamento contra a malária. No início de 2020, alguns estudos mostraram que esse agente antimalarial poderia ser uma alternativa no enfrentamento da pandemia da COVID-19. Contudo, muitos aspectos da interação entre a molécula de DNA e a cloroquina ainda são desconhecidos. Nesta tese o estudo do fármaco cloroquina foi realizado em dois diferentes níveis: (i) nível de molé- cula única usando a técnica de Pinça Óptica (OT) para analisar os modos de interação do complexo DNA-CLQ. Esse tipo de estudo é reconhecido como estado da arte para caracterizar as interações do DNA com ligantes como fármacos ou proteínas, e permite determinar os modos de ligação e os parâmetros físico-químicos das interações; (ii) nível celular através de ensaios de citotoxicidade da cloroquina em três tipos distintos de linhas celulares normais, HEK-293 (células renais humanas), melan-a (células epiteliais murina) e VERO (células renais de primata), que permite avaliar e comparar os efeitos do fár- maco na viabilidade celular. A citotoxicidade é um dos indicadores mais importantes de avaliação biológica em estudos in vitro, sendo que a viabilidade celular é um dos aspectos mais relevantes para compreender os mecanismos de resposta das células após exposição a agentes tóxicos. Os resultados obtidos são intrigantes. Dos ensaios de pinçamento óptico observamos que a CLQ tem forte aĄnidade com a molécula de DNA, mas os detalhes intrínsecos dos mecanismos de interação dependem da força iônica do meio circundante, que pode alterar o modo de ligação entre as duas moléculas. Dos ensaios de citotoxici- dade observamos que a CLQ possui alta toxicidade nas três linhagens celulares testadas, de maneira que a linhagem HEK-293 possui maior sensibilidade ao fármaco, apresentando dois valores de concentração inibitória média (IC 50 ). Esse comportamento apresentado pela linhagem HEK-293 é conhecido como efeito hormético, que é induzido pelo fármaco. Esses resultados contribuem para o melhor entendimento tanto a nível molecular quanto celular da ação da cloroquina e pode auxiliar estudos posteriores. Palavras-chave: Cloroquina. Pinça óptica. Ligantes. Cultura de células.Understanding the details of the interactions between the DNA molecule and ligands is paramount. Despite the many breakthroughs in science and technology, the exact way in which ligands, particularly drugs, interact with cellular components such as proteins and nucleic acids, remains unknown. Chloroquine (CLQ) is an agent commonly used to treat malaria. In early 2020, some studies have shown that this antimalarial drug could be an alternative in the Ąght against the COVID -19 p andemic. Studying the interactions between the DNA molecule and ligands is extremely important to understand the speciĄcs of these interactions. However, many aspects of the interaction between the DNA mole- cule and chloroquine are still unknown. In this work, the study of the drug chloroquine was performed at two different l evels: (i) The single molecule level using the Optical Twe- ezers (OT) technique to analyze the interaction modes of the DNA-CLQ complex. This type of study is considered state-of-the-art for the characterization of DNA interactions with ligands such as drugs or proteins and allows the determination of binding modes and physicochemical parameters of the interactions; (ii) cellular level by chloroquine cytoto- xicity assays in three different types of cell lines, HEK-293 (human kidney cells), melan-a (mouse epithelial cells) and VERO (primate kidney cells), which allow the evaluation and comparison of the effects o f t he d rug o n c ell v i ability. C ytotoxicity i s o ne o f t he most important indicators for biological evaluation in in vitro studies, and cell viability is one of the most important aspects to understand cell response mechanisms after exposure to toxic substances. The results obtained in the optical tweezers assays, we found that CLQ has a strong affinity for the DNA molecule, but the details of the interaction mechanisms depend on the ionic strength of the surrounding medium, which may alter the binding mode between the two molecules. In the cytotoxicity assays, we found that CLQ exhibited high toxicity in the three cell lines tested, with the HEK-293 cell line being more sensitive to the drug with two IC 50 values. This behavior of the HEK-293 strain is known to be a hormetic effect induced by the d rug. These results contribute to a better understanding of the effect of chloroquine at both the molecular and cellular levels and could be useful for further studies. Keywords: Chloroquine. Optical tweezers. Ligands. Cell culture.