Молекулярно-динамічне моделювання взаємодії поліфенолів з модельними мембранами

Abstract

У роботі проведено комплексне дослідження взаємодії низки поліфенольних сполук (кверцетин, саліцилова кислота, ресвератрол, куркумін, сезамін, галова кислота) з модельними ліпідними мембранами різного складу. Методом молекулярної динаміки (МД) тривалістю 100 нс вивчено взаємодію з бішарами чистого POPC та з домішками холестерину (Chol30) або кардіоліпіну (CL11). Додатково було використано веб-сервіс PerMM для оцінки термодинамічних параметрів зв’язування та коефіцієнтів проникності. Встановлено, що більшість досліджених поліфенолів спонтанно проникають та стабільно вбудовуються у структуру ліпідних бішарів. Показано, що склад мембрани суттєво впливає на локалізацію поліфенолів: присутність холестерину викликає більш поверхневе розташування, тоді як кардіоліпін може стабілізувати зв’язування та сприяти глибшому проникненню деяких сполук. Розрахунки за допомогою PerMM виявили найвищу спорідненість до мембрани для ресвератролу та енольної форми куркуміну, та значні енергетичні бар’єри для транслокації кверцетину та галової кислоти, що корелює з їх низькими коефіцієнтами проникності. Отримані результати демонструють, що як структура поліфенолу, так і склад ліпідного бішару визначають характер їх взаємодії.

This work presents a comprehensive study of the interaction between a series of polyphenolic compounds (quercetin, salicylic acid, resveratrol, curcumin, sesamin, and gallic acid) and model lipid membranes of various compositions. Using 100 ns molecular dynamics (MD) simulations, the interactions with pure POPC bilayers, as well as those containing cholesterol (Chol30) or cardiolipin (CL11), were investigated. Additionally, the PerMM web service was employed to evaluate binding thermodynamics and permeability coefficients. It was established that most of the studied polyphenols spontaneously penetrate and stably embed into the lipid bilayer structure. The results demonstrate that membrane composition significantly influences the localization of polyphenols: the presence of cholesterol leads to a more superficial positioning, whereas cardiolipin can stabilize their binding and promote deeper penetration for certain compounds. The PerMM calculations revealed the highest membrane affinity for resveratrol and the enol form of curcumin, and significant energy barriers for the translocation of quercetin and gallic acid, which correlates with their low permeability coefficients. The obtained results demonstrate that both the polyphenol structure and the lipid composition of the bilayer critically determine the nature of their interaction.