A cafeína como catalisador de fármacos à base de platina: um estudo de espectroscopia de força de molécula única

Abstract

Embora muitos avanços tenham ocorrido ao longo dos anos nas quimioterapias, os efeitos colaterais, muitas vezes relacionados à falta de seletividade dos fármacos, continuam sendo um grande problema clínico. Assim, uma compreensão da interação dos medicamentos com a molécula de DNA (ácido desoxirribonucleico) pode ajudar a modular a resposta a tratamento de tumores. É bem relatado na literatura que a cafeína, o alcaloide mais con- sumido em todo o mundo, potencializa os efeitos anticancerígenos do fármaco cisplatina ao inibir o reparo do DNA pela maquinaria celular. Aqui, realizamos ensaios de espectros- copia de força em molécula única, com pinças ópticas, para mostrar que a cafeína aumenta a toxicidade não apenas da cisplatina, mas também de vários fármacos à base de platina (transplatina, carboplatina e oxaliplatina) já em nível molecular, usando amostras con- tendo apenas DNA de Ąta dupla, fármacos de platina e o alcaloide em um tampão fosfato simples, ou seja, completamente fora do ambiente complexo encontrado dentro das células vivas reais. De fato, ao extrair parâmetros mecânicos, como comprimento de contorno e persistência desses complexos, nossos resultados mostram que a cafeína atua como um catalisador alostérico que aumenta a constante de associação efetiva entre a molécula de DNA e os fármacos de platina em torno de ∼7,5× (para carboplatina) até ∼24-29× (para os outros três fármacos). Além disto, a presença de cafeína suprimiu qualquer cooperati- vidade que ocorre nas reações de ligação de alguns dos fármacos de platina (cisplatina e carboplatina) com a molécula de DNA quando o alcaloide está ausente. Até onde sabemos, esta é a primeira vez que tal propriedade da cafeína foi demonstrada em nível molecular fora do ambiente celular. Além disso, também mostramos que tal propriedade parece ser geral para fármacos à base de platina porque as mesmas conclusões foram alcançadas para quatros exemplos clássicos desses compostos: cisplatina, carboplatina, oxaliplatina e transplatina. Portanto, o presente trabalho fornece novas informações sobre o mecanismo de ação envolvendo a combinação de compostos para aplicações quimioterápicas. Palavras-chave: DNA.Pinça óptica. Fármacos de platina. Espectroscopia de força.

Although many advances have occurred over the years in chemotherapies, side effects of- ten related to the lack of selectivity of drugs remain a major clinical problem. Thus, an understanding of the drugs interaction with the DNA molecule (deoxyribonucleic acid) can help modulate the tumor response. It is well reported in the literature that caf- feine, the most consumed alkaloid worldwide, potentiates the anticancer effects of the drug cisplatin by inhibiting DNA repair by the cellular machinery. Single-molecule force spectroscopy assays were performed with optical tweezers to show that caffeine increases the toxicity not only of cisplatin but also of several platinum-based drugs (transplatin, carboplatin and oxaliplatin), at the molecular level, using samples containing only double- stranded DNA, platinum drugs and the alkaloid in a single phosphate buffer, in the other words, completely outside the complex environment found inside real living cells. Indeed, by extracting mechanical parameters such as persistence and contour lengths of these complexes, our results show that caffeine acts as an allosteric catalyst that increases the effective association constant between the DNA molecule and the platinum drugs around ∼7,5× (for carboplatin) to ∼24-29× (for the other three drugs). Furthermore, the pre- sence of caffeine suppressed any cooperativity that occurs in the binding reactions of some of the platinum drugs (cisplatin and carboplatin) with the DNA molecule when the alka- loid is absent. This is the Ąrst time such a property of caffeine has been demonstrated at a molecular level outside the cellular environment. In addition, we also show that this pro- perty appears to be general for platinum-based drugs because the same conclusions were reached for four classic examples of these compounds: cisplatin, carboplatin, oxaliplatin and transplatin. Therefore, the present work provides new information on the mechanism of action involving the combination of compounds for chemotherapy applications. Keywords: DNA. Optical Tweezers. Platinum drugs. Force spectroscopy.