Solubilização de membranas biomiméticas por detergentes com diferentes características físico-químicas - Oliveira, Mariana Silva e Silva de [UNIFESP] (2022)
Detergentes são moléculas anfifílicas amplamente usadas em protocolos de solubilização de biomembranas, que possibilitam a extração de componentes presentes nas membranas para diversos estudos. Existe uma ampla gama de detergentes disponíveis, os quais possuem variadas características físico-químicas e podem atuar de diferentes formas na solubilização de membranas biológicas. Da mesma forma, as membranas celulares também são diversas, pois são constituídas por diferentes tipos de lipídios e podem apresentar variadas propriedades como, por exemplo, característica mais fluida, como na fase líquido-desordenada (Ld), ou de caráter mais ordenado, semelhante à fase líquido-ordenada (Lo), que pode ocorrer em microdomínios transientes chamados de rafts lipídicos. O uso de membranas biomiméticas, modelos mais simplificados de bicamadas lipídicas, possibilita uma investigação mais direcionada com resultados interessantes para pesquisas biomédicas. Previamente, nosso grupo estudou em detalhe o processo de solubilização de membranas pelo detergente Triton X-100 (TX-100) e mostrou que ele é capaz de solubilizar membranas na fase Ld, mas não na fase Lo, e que em misturas ternárias ele induz separação de fases Ld/Lo com posterior solubilização apenas da fase Ld. O presente trabalho usa como comparação o TX-100 e estende as investigações para outros detergentes de diferentes características físico-químicas: Triton X-165, C10E5, Tween 20, Dodecil Maltosídeo (DDM), Octil Glicosídeo (OG) (não-iônicos), SDS (aniônico), CHAPS (zwiteriônico) e CTAB (catiônico). As composições das membranas submetidas à solubilização por esses detergentes foram de fase Ld (POPC puro), fase Lo (SM:Col, 7:3) e mistura ternária (POPC:SM:Col, 2:1:2). Dois métodos foram usados para avaliar a interação dos detergentes com essas membranas: medição da turbidez (espalhamento de luz a 90º) apresentada por vesículas unilamelares grandes (LUVs) ao longo da titulação com os detergentes escolhidos e microscopia óptica para observar vesículas unilamelares gigantes (GUVs) na presença dos detergentes em diferentes concentrações. A partir das análises de turbidez com LUVs de POPC, viu-se que a maioria dos detergentes não-iônicos podem aumentar a turbidez da amostra antes de gerar a esperada redução, que é associada à solubilização das bicamadas. Por microscopia óptica, observou-se que esse aumento da turbidez está relacionado com o aumento da área superficial das vesículas, ocasionado pela inserção dos detergentes nas duas monocamadas da membrana. Outros detergentes (os iônicos SDS e CTAB e com a cabeça polar mais volumosa DDM) inserem-se apenas na monocamada mais externa de POPC, levando na maioria dos casos ao rompimento da bicamada e resultando em fragmentos insolúveis que estabelecem uma turbidez residual. Por outro lado, os detergentes OG e CHAPS, apesar de suas cabeças polares também volumosas, também causaram aumento da área superficial das GUVs, embora pequeno para o CHAPS. Supõe-se que o translocamento desses detergentes pelas monocamadas possa ser favorecido pela abertura transiente de poros. Praticamente todos os detergentes foram capazes de solubilizar as membranas de POPC, com exceção do CTAB e SDS que apresentaram valores residuais de turbidez mesmo em relações detergente/lipídio muito altas. Por outro lado, nenhum detergente foi capaz de solubilizar completamente as membranas de SM:Col, na fase Lo, sendo que o C10E5 foi o que causou maior solubilização dessa composição. Quando investigadas as interações com vesículas de composição ternária, o que se constatou foi que os detergentes que promovem a explosão das bicamadas de POPC fazem o mesmo com as membranas ternárias, enquanto que os detergentes que se inserem nas duas monocamadas e aumentam a área superficial da fase Ld, previamente à sua solubilização, também promovem a separação das fases Ld e Lo nas bicamadas de composição ternária, solubilizando na sequência preferencialmente a fase Ld. Dessa forma, pudemos concluir que o caráter e tamanho da cabeça polar, e a habilidade do detergente em realizar uma taxa de flip-flop eficiente após sua inserção, modulam a habilidade dos detergentes em solubilizarem completamente bicamadas de POPC, e que a presença de colesterol diminui consideravelmente a solubilidade da membrana para todos os detergentes.