Oddziaływania statyn z modelowymi błonami biologicznymi w nieobecności i obecności enzymu odpowiedzialnego za syntezę cholesterolu

Model tratw lipidowych błony biologicznej został wprowadzony przez Simonsa i Gerrita van Meera. Charakteryzuje się ściślejszym upakowaniem lipidów dzięki wzbogaceniu błony w sfingomielinę i cholesterol. Oba składniki tworzą ciekłą uporządkowaną (lo) strukturę, która jest oddzielona od ciekłej nieuporządkowanej (ld) fazy złożonej głównie z fosfolipidów. Mikrodomeny mają zdolność do kotwiczenia białek i odpowiadają za prawidłowe funkcjonowanie komórek. 3-hydroksy-3-metyloglutarylo-koenzym A (HMG-CoA) jest jednym z białek transbłonowych odpowiedzialnych za produkcję cholesterolu, a jego reduktaza (reduktaza HMG-CoA) jest zdolna do regulacji cyklu produkcji cholesterolu w hepatocytach. Reduktaza HMG-CoA to enzym wątrobowy zlokalizowany w błonach retikulum endoplazmatycznego (ER), którego charakterystyka odpowiada tratwom lipidowym. Właściwa praca tego enzymu zmniejsza ryzyko hipercholesterolemii i chorób układu krążenia, które są obecnie główną przyczyną zgonów na świecie. W celu przeciwdziałania zwiększonej produkcji cholesterolu stosuje się leki z grupy statyn. Obniżają poziom cholesterolu we krwi poprzez inhibitowanie miejsca katalitycznego reduktazy HMG-CoA, a ich skuteczność zależy od ich właściwości fizykochemicznych oraz oddziaływań z błoną komórkową. Przedstawione badania pokazują zależność między stopniem hydrofobowości trzech wybranych statyn (prawastatyny, fluwastatyny i ceriwastatyny) a ich oddziaływaniami z różnymi modelami błon biologicznych. Pierwszy z nich to model błon komórkowych nabłonka jelita cienkiego (DMPC:DMPE:DMPS) użyty jako pierwsza bariera dla wchłaniania statyn w organizmie oraz model tratw lipidowych (DOPC:Chol:SM) jako miejsca kotwiczenia reduktazy HMG-CoA. Do przygotowania i scharakteryzowania monowarstw fosfolipidowych na granicy faz powietrze-woda wykorzystano metodę Langmuira. Metodę odbiciowej spektroskopii absorpcyjnej w podczerwieni z modulowaną polaryzacją na granicy faz powietrze-woda (PM-IRRAS) użyto do określenia lokalizacji leku w membranach na granicy faz powietrze-woda. Organizację modeli tratw lipidowych pod wpływem statyn zobrazowano metodą mikroskopii kąta Brewstera (BAM) i potwierdzono w pomiarach przy użyciu metody rozpraszania promieniowania rentgenowskiego padającego pod małymi kątami (GIXD). Wykazano, że właściwości powierzchniowe tratw lipidowych zmieniają się pod wpływem statyn, a zmiany są tym większe, im bardziej lipofilowe są wybrane do badań statyny. Dodatkowo, im bardziej lipofilowa statyna, tym bardziej skuteczna jako lek obniżający poziom cholesterolu. Wyniki przedstawionych badań ujawniają specyficzne oddziaływania ceriwastatyny z modelowymi błonami lipidowymi, co może tłumaczyć stwierdzane często u pacjentów poważne skutki uboczne terapii tym lekiem, które w efekcie doprowadziły do jego wycofania z rynku farmaceutycznego. Reduktazę wbudowano w model tratw lipidowych (DOPC:Chol:SM 1:1:1) wykorzystując metodę tworzenia proteoliposomów. Wyniki pomiarów metodami Langmuira, dynamicznego rozpraszania światła i mikroskopii fluorescencyjnej potwierdziły obecność reduktazy HMG-CoA w biomimetycznych tratwach lipidowych. Jednak w prezentowanych badaniach najważniejszym aspektem było wykazanie, że w wybranym modelu błony reduktaza HMG-CoA zachowuje swoją aktywność. Wykorzystując metody spektrofotometrii UV-Vis i woltamperometrii cyklicznej opartej na reakcji utleniania NADPH do NADP+, udowodniono, że reduktaza nie traci swoich właściwości w wyniku wbudowania białka w błonę lipidową. Opracowano optymalną metodę rekonstytucji reduktazy HMG-CoA w modelowych tratwach lipidowych. Wyjaśniono specyfikę oddziaływania poszczególnych statyn z modelowymi błonami lipidowymi oraz udało się wykazać, że zrekonstytuowany w modelowej błonie enzym podlega inhibicji pod wpływem wybranych statyn. Otwiera to możliwości wykorzystania tego modelu błony w badaniach innych białek membranowych i ich inhibitorów.