Investigação do potencial genotóxico do cocaetileno por dinâmica molecular

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Físico-Química

Autores

Moura de Sousa, B.S. (UFPA) ; Pereira, I.L.G. (UFPA) ; Reis, A.F.V.F. (UFPA) ; Neto, A.F.G. (UFPA) ; Neto, A.M.J.C. (UFPA)

Resumo

O cocaetileno, produto obtido a partir da transesterificação da cocaína pelo etanol, apresenta um potencial tóxico muito maior do que a própria cocaína, além de permanecer por mais tempo no corpo humano. Estudos comprovam essa alta toxicidade do cocaetileno, principalmente o seu grande maleficio ao sistema cardiovascular. Tendo conhecimento dessas informações o presente trabalho tem como objetivo o estudo computacional do efeito genotoxico do cocaetileno, usando o software AmberTools15. Por meio da simulação de dinâmica molecular, foram extraídos dados como ΔG° e RMSD, com os quais é possível analisar a espontaneidade e estabilidade da ancoragem do sistema cocaetileno/DNA. Tais resultados indicaram um possível potencial genotóxico do cocaetileno.

Palavras chaves

Cocaetileno ; Potencial genotóxico; Dinâmica molecular

Introdução

Obtida de arbustos da espécie Erythroxylum coca, a cocaína é um alcaloide que atua no sistema nervoso central (SNC) e apresenta grande potencial anestésico. Considerada uma das drogas mais utilizadas para fins recreativos, segundo dados da UNODOC(WORLD DRUG REPORT, 2015), no Brasil o consumo de cocaína é 4 vezes superior ao da média mundial. O consumo desenfreado desse e outros tipos de drogas é um problema de saúde pública, e buscar entender os malefícios proporcionados pela mesma ao organismo é essencial. Apontado como um dos metabólitos mais tóxicos da cocaína, o cocaetileno (CE) é produzido somente quando o consumo da mesma ocorre concomitante ao de substancias alcoólicas, por meio de uma reação de transesterificação. Pesquisas cientificas já comprovaram que o cocaetileno apresenta toxicidade maior do que a própria cocaína, essa substância é tida como a principal responsável por problemas no sistema cardiovascular(WILSON et al,2011) que acometem usuários de cocaína e derivados. Baseando-se nestas pesquisas o presente trabalho tem por finalidade apresentar o estudo computacional do potencial de interação do CE com o DNA, e assim constatar a sua genotoxicidade. Para realizar tal trabalho foi utilizado o software AMBERTOOLS15 (CASE et al,2015), no qual foi obtido valores de energias e RMSD, possibilitando analisar a espontaneidade das interações no sistema.

Material e métodos

Inicialmente a molécula de cocaetileno foi desenhada utilizando o software HyperChem 6.01 (CHEMPLUS, 2000) , posteriormente, otimizamos essa estrutura através do modelo contínuo polarizável (PCM) utilizando o software Gaussian09W (FRISCH et al, 2009) para otimização foi usado o método DFT através do funcional B3LYP. Na preparação do receptor foi utilizado uma secção de DNA na conformação B-DNA constituído por 12 bases nitrogenadas na sequência d[CGCGAATTCGCG]2 solvatado em água. Obtida a partir do Protein Data Bank (PDB; http://www.rcsb.org/pdb/), a secção de DNA (PDB ID: 1BNA), na forma cristalizada, foi separada dos resíduos de água e em seguida otimizada através do software AmberTools15 (CASE et al,2015) com o campo de força standard AMBER ff14SB force field, com a finalidade de obter a estrutura de menor energia e consequentemente mais estável. O sistema CE-DNA encontra-se hidratado e com presença de íons Na+, com o objetivo de manter o sistema eletricamente neutro. Finalmente, realizaram-se as simulações de dinâmica molecular (DM) com o package AmberTools15(CASE et al,2015). Na qual foram aplicados os campos de força standard AMBER ff14SB force field e General Amber Force Field (GAFF), o tempo de simulação utilizado foi de 20 ns, estando de acordo com o que foi encontrado em alguns estudos de dinâmica molecular para sistemas biológicos similares ao desse estudo(SONG et al, 2015).

Resultado e discussão

Durante a dinâmica molecular, cujo tempo de simulação foi de 20 ns, a molécula de cocaetileno permaneceu aderida a superfície do sulco menor do DNA (Figura 1) apresentando fortes interações do tipo Van Der Waals. O sistema CE-DNA apresentou alta estabilidade no período de simulação, como pode ser observado no gráfico RMSD da Figura 2, no qual obtivemos valores RMSD < 1,6 Ǻ, de acordo com estudos quanto menor a variação em Å do RMSD mais estável é o sistema analisado. Logo após os 15 ns de simulação podem ser observadas poucas variações no gráfico, apresentando uma considerável flutuação após este instante, tal variação está associada a uma reconformação da extremidade do DNA para melhor encaixe da molécula de CE. Por meio do valor de energia de Gibbs obtido ΔG= -96,57 kJ/mol,pode-se estimar a espontaneidade da reação do sistema CE-DNA, sendo que a ΔEVDW = -147,15 kJ/mol, contribuiu significativamente para tal resultado. Os resultados obtidos estimam um possível efeito genotóxico do cocaetileno.

Snapshot da dinâmica Molecular do sistema Cocaetileno-DNA durante 20 ns de simulação.


Gráfico Root-mean-square deviation (RMSD) da dinâmica molecular do sistema CE-DNA

Conclusões

Por meio dos resultados obtidos na simulação de dinâmica molecular foi possível verificar que o cocaetileno pode apresentar potencial genotóxico, indicando que a combinação de cocaína com álcool é capaz de causar danos extremos ao organismo.

Agradecimentos

Agradecemos ao suporte dado por: UFPA, PROEX, PROAD, Capes, CNPq e PROPESP.

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