Caffeine derivatives as moderators of oxidative stress induced by iron overload

O ferro é um elemento químico abundante e importante para os organismos. No ser humano, as reações redox do ferro são essenciais para a grande maioria das suas funções enzimáticas, mas fora dos compartimentos bioquímicos adequados pode se tornar uma toxina potencial para o organismo, já que pode catalisar a formação de espécies reativas de oxigênio (ROS). A sobrecarga de ferro pode se dar no sistema nervoso central. Várias evidências indicam que o estresse oxidativo é um dos fatores determinantes nas doenças neurodegenerativas como a Doença de Alzheimer (AD). AD é caracterizada pela acumulação de agregados de proteína β-amilóide (Aβ). Tem-se evidência de que o Fe participaria ativamente no processo de agregação dos Aβ\'s e como gerador de radicais livres. A terapia de quelação é um tratamento convencional na sobrecarga do metal usando ligantes como a desferrioxamina (DFO). A cafeína por outro lado é uma xantina com atividade antioxidante. Estudos em modelos animais de AD indicam que a cafeína pode diminuir a produção de placas amilóides, bem como melhoria de aprendizagem e memória. Neste trabalho se sintetizou um ligante para o Fe baseado na DFO, a desferrioxamina-cafeína (DFCAF), que poderia ajudar a manter a homeostase normal do ferro cerebral. O DFCAF foi caracterizado por análise elementar, termogravimetria e métodos espectroscópicos (RMN, IR, Raman e UV/Vis). Foram avaliadas as propriedades de ligação do DFCAF com íons metálicos (Fe(III), Cu(II) e Mn(II)),onde a estequiometria metal:ligante sempre se manteve em 1:1. A atividade antioxidante do DFCAF foi avaliada frente ao sistema ferro/ascorbato, pelo método ORAC modificado, e por redução do radical DPPH. O DFCAF mostrou elevada afinidade por ferro em condições fisiológicas. Nos modelos pró-oxidantes dependentes de ferro,o DFCAF apresentou atividade antioxidante idêntica à do DFO. Tanto o ligante DFCAF livre quanto o complexo Fe(DFCAF) apresentaram permeabilidade em células HeLa, ao contrário do que se observou para DFO ou Fe(DFO). Foi possível observar que a conjugação da cafeína ao DFO produziu uma molécula nova, que preserva tanto as características de ligação do DFO quanto a estrutura da cafeína. Além disso, a presença de cafeína auxilia na permeabilidade celular de DFCAF, o que pode também ser um acréscimo de função na terapia de AD.Iron is an abundant and important chemical element for organisms. In human beings, redox reactions of iron is essential to the vast majority of their enzymatic functions. However, outside suited biochemical compartments, iron may behave as a toxin, since it may catalyze the formation of reactive oxygen species (ROS). Iron overload may affect the central nervous system. Several evidences point to the role of iron in neurodegenerative conditions such as Alzheimer Disease (AD). AD is characterized by the accumulation of insoluble aggregates of the β-amiloid protein (Aβ), and iron may both actively induce the aggregation of Aβ and generate free radicals. Chelation therapy is the frontline treatment for iron overload, employing ligands such as desferrioxamine (DFO). Caffeine is a xanthine with antioxidant activity. Studies with animal models of AD indicate that caffeine may decrease the rate of formation of Aβ, as well as improve learning and memory. In this work, a ligand was synthesized incorporating the chelator moiety of DFO and the caffeine environment (DFCAF), which could help to maintain normal cerebral iron homeostasis. DFCAF was characterized by elemental analysis, thermal analysis and spectroscopic techniques. Binding of DFCAF with metal ions (Fe(III), Cu(II) and Mn(II)) occurred with a 1:1 metal:ligand stoichiometry. Antioxidant activity of DFCAF was assayed in the iron/ascorbate system, modified ORAC and reduction of DPPH radical. Whenever oxidation was iron-dependent, DFCAF displayed identical antioxidant activity as the parent DFO. Both free DFCAF and Fe(DFCAF) were permeable to HeLa cells. as opposed to the observed by DFO or Fe(DFO). It was possible to show that conjugation of caffeine to DFO lead to a new molecule which preserves both DFO binding properties and caffeine structure. The presence of the xanthine environment in DFCAF assists on its cell permeability, which can be of interest as an adjuvant on the therapy of AD