Interaction of curcumin with cardiolipin in a liposomal model of mitochondrial membrane

Kurkumina, aktywny składnik kurkumy i naturalny polifenol, ze względu na szereg właściwości terapeutycznych jest jedną z najczęściej badanych substancji pochodzenia roślinnego. Niestety, dokładny mechanizm jej działania jest wciąż niepoznany. Z uwagi na silne właściwości hydrofobowe kurkuminy, jej interakcje z lipidami błonowymi mogą w znaczący sposób zmieniać właściwości błon komórkowych i ingerować w funkcjonowanie białek błonowych. W szczególności tyczy się to błon mitochondrialnych, gdyż kurkumina w znaczącym stopniu wpływa na metabolizm komórki. Celem niniejszej pracy magisterskiej było zbadanie oddziaływania kurkuminy z kardiolipiną, lipidem występującym w komórkach eukariotycznych wyłącznie w wewnętrznej błonie mitochondrium, i scharakteryzowanie wpływu kurkuminy na liposomowe modele błon. Dodatkowo sprawdzono, czy kurkumina może wpływać na stopień peroksydacji lipidów, którą indukowano światłem niebieskim.Eksperymenty wykonane z użyciem spektroskopii EPR wykazały, że kurkumina, wbudowując się w błony lipidowe, zmienia ich strukturę i właściwości, m.in zwiększając parametr uporządkowania S i odległość między głowami lipidów. Wyniki uzyskane z pomiarów konsumpcji tlenu metodą tlenometrii EPR, testu jodometrycznego oraz pułapkowania spinowego sugerują, że kurkumina może mieć prooksydacyjny wpływ na lipidy i w jej obecności mogą być produkowane rodniki. Jednak wyniki uzyskane dla liposomalnych modeli błon mitochondrialnych – z kardiolipiną – są sprzeczne z przypuszczeniami. Kardiolipina nie wpływała w znaczącym stopniu na większą efektywność działania kurkuminy. Co więcej, wyznaczona na podstawie pomiarów fluorescencji, stała wiązania kurkuminy do liposomalnych modeli błon z kardiolipiną była niższa niż w przypadku błon bez kardiolipiny.

Curcumin, an active component of turmeric and natural polyphenol, is one of the most often studied substances of plant origin due to its broad therapeutic potential. Unfortunately, the exact mechanism of its action is still unknown. On account of curcumin’s strong hydrophobic properties, its interactions with membrane lipids may significantly modulate cell membrane properties and activity of membrane proteins. Especially, it applies to mitochondria membranes because of the fact that curcumin mainly affects cell metabolism. The aim of this study was to examine the interaction of curcumin with cardiolipin, a lipid found in eukaryotes exclusively in inner membrane of mitochondria, and to characterize the influence of curcumin on liposomal models of membranes. Additionally, an attempt was made to verify whether curcumin may influence lipid peroxidation induced by blue light. The experiments carried out with EPR spectroscopy demonstrated that curcumin, when binding to lipid membranes, modulate their structure and properties, i.a. by increasing the value of an order parameter S and the distance between the polar heads of lipids. The results obtained from EPR oximetry, iodometric test and spin trapping experiments suggest that curcumin may have a prooxidative effect on lipids and that free radicals may be produced in its presence. Nevertheless, the data obtained from mitochondrial membrane models with cardiolipin are contradictory to the assumptions. No noticeable effect of cardiolipin on curcumin binding and activity was observed. Moreover, the fluorescence data suggest that binding constant of curcumin to liposomal models with cardiolipin was lower than to models without cardiolipin.