Simulation studies of the interaction of tauroursodeoxycholic acid, taurochenodeoxycholic acid and ursodeoxycholic acid with a phospholipid bilayer

Bioinformatyka to stosunkowo nowa dziedzina nauki, łącząca nauki biologiczne oraz informatyczne. Dzięki wysokiej mocy obecnych komputerów badacze są w stanie używać ich do prowadzenia rożnego rodzaju badań symulacyjnych, analiz danych oraz, dzięki bazom danych, są w stanie porównywać otrzymane wyniki z danymi historycznymi. Na skutek czego są w stanie odkryć więcej, niż kiedykolwiek wcześniej sobie wyobrażano.W niniejszej pracy przeprowadzono badania symulacyjne oddziaływań trzech wybranych kwasów żółciowych – ursodeoksycholowego (UDCA), tauroursodeoksycholowego (TUDCA) oraz taurochenodeoksycholowego (TCDCA) z dwuwarstwą fosfolipidową. W części teoretycznej przedstawiono dotychczasowe dane literaturowe na temat związków będących przedmiotem części praktycznej niniejszej pracy. W części praktycznej zaś, przy wykorzystaniu metod modelowania molekularnego, przeprowadzono symulacje trzech zbudowanych układów symulacyjnych. Każdy układ symulacyjny składał się z 16 cząsteczek danego kwasu żółciowego umieszczonych w modelu uwodnionej dwuwarstwy fosfolipidowej zbudowanej z 240 cząsteczek 1-palmityno-2-oleino-sn-glicero-3-fosfocholiny (POPC).Wygenerowane trajektorie poddano szeregowi analiz. Przeanalizowano zmiany energii potencjalnej układu symulacyjnego w czasie, zbadano lokalizację kwasów żółciowych, przeprowadzono analizy profili gęstości, obliczono średnią liczbę wiązań wodorowych pomiędzy wybranymi grupami badanych kwasów żółciowych a elementami układu symulacyjnego oraz dokonano analizy parametrów uporządkowania łańcuchów węglowodorowych fosfolipidów. Nie zaobserwowano znaczących różnic pomiędzy kwasami żółciowymiw przeprowadzonych analizach. Na podstawie wykresów energii potencjalnej układów symulacyjnych stwierdzono, że wszystkie układy były w stanie równowagi podczas symulacji. Najwięcej cząsteczek TUDCA przebywało w błonie komórkowej przez cały okres symulacji, otrzymane dane dotyczące parametrów uporządkowania łańcuchów węglowodorowych fosfolipidów mogą wskazywać na destabilizację błony fosfolipidowej przez badane kwasy żółciowe, w stopniu zależnym od badanego związku. Ponadto TCDCA najgłębiej wbudowuje się w błonę fosfolipidową (Tab. 5.3.). Co więcej, na podstawie analizy średniej liczby wiązań wodorowych (Tab 5.1.) wskazujących na większa hydrofilność TCDCA i zależności toksyczności od hydrofilności związku [57] można przypuszczać, iż TCDCA być może wykazuje korzystniejsze działanie niżeli TUDCA. Potrzeba jednak w tym aspekcie dalszych badań.

Bioinformatics is a relatively new field of science, combining biological and information sciences. Thanks to the high power of the current computers, researchers are able to use them to conduct various types of simulation research, data analysis and, thanks to databases, are able to compare the obtained results with historical data. As a result, they are able to discover more than ever before imagined.In this study, simulation studies were carried out on the interactions of three selected bile acids - ursodeoxycholic (UDCA), tauroursodeoxycholic (TUDCA) and taurochenodeoxycholic (TCDCA) with phospholipid bilayer. The theoretical part presents the existing literature data on the relationships that are the subject of the practical part of this work. In the practical part, with the use of molecular modeling methods, simulations of three constructed simulation systems were carried out. Each simulation system consisted of 16 molecules of a given bile acid placed in a model of a hydrated phospholipid bilayer composed of 240 molecules of 1-palmitin-2-olein-sn-glycero-3-phosphocholine (POPC).The generated trajectories were subjected to a series of analyzes. Changes in the potential energy of the simulation system over time were analyzed, the location of bile acids was examined, density profile analyzes were performed, the average number of hydrogen bonds between selected groups of tested bile acids and elements of the simulation system was calculated, and the parameters of the arrangement of phospholipid hydrocarbon chains were analyzed.No significant differences were observed between bile acids in the conducted analyzes. Based on the potential energy diagrams of the simulation systems, it was found that all the systems were in a state of equilibrium during the simulation. The largest number of TUDCA molecules remained in the cell membrane throughout the simulation period, the obtained data on the parameters of the order of the hydrocarbon chains of phospholipids may indicate destabilization of the phospholipid membrane by the tested bile acids, depending on the tested compound. Moreover, TCDCA integrates most deeply into the phospholipid membrane (Tab. 5.3.). Moreover, based on the analysis of the mean number of hydrogen bonds (Tab. 5.1.) Indicating greater hydrophilicity of TCDCA and the relationship between toxicity and hydrophilicity of the compound [57], it can be assumed that TCDCA may have a more favorable effect than TUDCA. However, further research is needed in this issue.