The study of the effect of 10-gingerol with anticancer properties on the molecular organization of model cell membranes

W dzisiejszych czasach ludzkości przyszło się zmierzyć z tzw. „epidemią” nowotworów. Pomimo postępu w medycynie nowotwory nadal stanowią główną przyczynę zgonów na całym świecie. W ostatnim czasie naukowcy swoimi badaniami zaczęli wracać do naturalnych produktów jako lepszych substytutów konwencjonalnego leczenia nowotworów. Wśród nich szczególną uwagę zwraca się na gingerole stanowiące ostre składniki korzenia imbiru. Wykazują one szerokie spektrum działania biologicznego, w tym posiadają właściwości antynowotworowe. W niniejszej pracy zbadano więc wpływ wybranego gingerolu: 10-gingerolu (10-G) na organizację molekularną modelowych błon komórkowych. Badania obejmowały analizę interakcji 10-G z głównymi składnikami raftów lipidowych (sfingomieliną SM i cholesterolem). Ponadto określono wpływ 10-gingerolu na złożony układ SM/Chol który swoim składem imitował modelową tratwę lipidową. Uzyskane wyniki pokazały, że 10-G ma zdolność do wbudowywania się w błony lipidowe prowadząc do znaczących zmian w ich właściwościach. Oddziaływania 10-G z SM i cholesterolem prowadzą do zmian w upakowaniu molekularnym i płynności błony. Co więcej, uzyskane wyniki wskazują, że inkorporacja 10-G w strukturę modelowego raftu prowadzi do wzrostu jego przepuszczalności wynikający z osłabienia silnych oddziaływań między SM a sterolem. Zatem, uzyskane wyniki mogą sugerować, że mechanizm działania przeciwnowotworowego10-G może opierać się na zmianie stopnia przepuszczalności i płynności błon komórkowych, co z kolei doprowadzić może do zaburzeń w funkcjonowaniu białek błonowych oraz homeostazy całej komórki.

Currently, people are struggling with the ’cancer epidemic’. Despite medical advances, cancer continues to be one of the leading causes of mortality worldwide. Recently, scientists have begun to return to natural products as a potential alternative to conventional cancer therapy. Among them, gingerols, pungent components of ginger root, exhibit many beneficial biological properties for human health, including anticancer activity. Therefore, in this work, the impact of 10-gingerol (10-G) on the molecular organization of the model cell membrane was investigated. The studies included an analysis of the interaction of 10-G with the main components of lipid raft, namely sphingomyelin (SM) and cholesterol. The influence of 10-gingerol on the SM/Chol=2:1 multicomponent system in which lipid composition imitated a lipid raft was also determined. The obtained results showed that the incorporation of 10-G into the model lipid membranes leads to significant changes in their physicochemical properties. The interactions of 10-G with SM and cholesterol cause changes in the molecular packing and fluidity of the model membranes. The received findings also indicate that the incorporation of 10-gingerol into the structure of the model lipid raft increases its permeability resulting from the weakening of the strong interactions between SM and sterol. The obtained results suggest that the mechanism of the anticancer action of 10-G may be based on the changes in the degree of permeability and fluidity of cell membranes. This, in turn, may lead to disturbances in the functioning of membrane proteins and the homeostasis of the entire cell.