Holy powder’ ingredient makes membranes behave for better health

ANN ARBOR: Revered in India as “holy powder,” the marigold-colored spice known as turmeric has been used for centuries to treat wounds, infections and other health problems.

In recent years, research into the healing powers of turmeric’s main ingredient, curcumin, has burgeoned, as its astonishing array of antioxidant, anti-cancer, antibiotic, antiviral and other properties has been revealed. Yet little has been known about exactly how curcumin works inside the body.

Now, University of Michigan researchers led by Ayyalusamy Ramamoorthy have discovered that curcumin acts as a disciplinarian, inserting itself into cell membranes and making them more orderly, a move that improves cells’ resistance to infection and malignancy.

“The membrane goes from being crazy and floppy to being more disciplined and ordered, so that information flow through it can be controlled," said Ramamoorthy, a professor of chemistry and biophysics. The findings are reported in the recent issue of the Journal of the American Chemical Society.

The research project melds Ramamoorthy’s past with his current scientific interests. As a child in India, he was given turmeric-laced milk to drink when he had a cold, and instead of VapoRub, he breathed steam infused with turmeric to relieve congestion.

Now, as researcher, he is fascinated with proteins that are associated with biological membranes, and he uses a technique called solid-state NMR spectroscopy to reveal atom-level details of these important molecules and the membranous milieu in which they operate.

“Probing high-resolution intermolecular interactions in the messy membrane environment has been a major challenge to commonly-used biophysical techniques,” Ramamoorthy said. His research group recently
developed the two-dimensional solid-state NMR technique that they used to probe curcumin-membrane communication in this study.

Scientists have speculated that curcumin does its health-promoting work by interacting directly with membrane proteins, but the U-M findings challenge that notion. Instead, the researchers found that
curcumin regulates the action of membrane proteins indirectly, by changing the physical properties of the membrane.

Ramamoorthy’s group now is collaborating with chemistry professor Masato Koreeda and U-M Life Sciences Institute researcher Jason Gestwicki to study a variety of curcumin derivatives, some of which
have enhanced potency.

“We want to see how these various derivatives interact with the membrane, to see if the interactions are the same as what we have observed in the current study,” Ramamoorthy said. “Such a comparative study could lead to the development of potent compounds to treat infection and other diseases.”

In a related line of research, Ramamoorthy’s team is using the same methods to investigate the effects of curcumin on the formation of amyloids—clumps of fibrous protein believed to be involved in type 2
diabetes, Alzheimer's disease, Parkinson's disease, and a number of other maladies.

The researchers are looking to see whether other natural products, such as polyphenols (compounds found
in many plant foods that are known to have antioxidant properties) and capsaicin (a pain reliever derived from hot peppers), interact with membranes in the same way as curcumin.

Along with Ramamoorthy, the paper’s authors are undergraduates Jeffrey Barry and Michelle Fritz, post-doctoral fellow Jeffrey Brender, graduate student Pieter Smith and a visiting Professor from South Korea, Dong-Kuk Lee.

This research was supported by funding from the National Institutes of Health. [Visit: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja809217u?prevSearch=Ayyalusamy+
Ramamoorthy&searchHistoryKey=]

 

Los ingredientes del “polvo santo” hace que las membranas contribuyan a una mejor salud

ANN ARBOR: Considerado en India como un “polvo santo”, la especia de color amarillo conocida como curcumina se ha usado durante siglos para el tratamiento de heridas, infecciones y otros problemas de salud.

En años recientes se ha intensificado la investigación de los poderes curativos del ingrediente principal de la Curcuma longa, conocido como curcumina, y se ha descubierto su gama asombrosa de propiedades antioxidantes, antibióticas, anticáncer, antivirales y otras. Pero poco se ha sabido acerca de cómo trabaja, exactamente, la curcumina en el cuerpo.

Ahora un grupo de investigadores de la Universidad de Michigan, encabezado por Ayyalusamy Ramamoorthy ha descubierto que la curcumina funciona como un sargento de disciplina, que se mete en células de las membranas y las pone en orden, un efecto que mejora la resistencia de las células a la infección y la malignidad.

“La membrana pasa del desorden y el descuido a una mayor disciplina y se ordena, de manera que el flujo de información a través de ella puede controlarse”, dijo Ramamoorthy, un profesor de química y
biofísica. Las conclusiones se publican en la edición de la revista Journal of the American Chemical Society.

El proyecto de investigación funde el pasado de Ramamoorthy con sus actuales intereses científicos. Como niño en India, a Ramamoorthy le daban leche con Cúrcuma cuando tenía un resfrío, y en lugar de VapoRub, respiraba el vapor de infusión de curcumina para aliviar la congestión.

Ahora, como investigador, le fascinan las proteínas asociadas con las membranas biológicas, y usa una técnica denominada espectroscopia de estado sólido por resonancia magnética nuclear (NMR por su sigla en inglés), para descubrir los detalles a nivel de átomo de estas importantes moléculas y el medio membranoso en el cual operan.

“El estudio mediante la alta resolución de las acciones intermoleculares en el entreverado ambiente de las membranas ha sido un problema grande para las técnicas biofísicas que se usan comúnmente”, dijo Ramamoorthy. Su grupo investigador desarrolló recientemente la técnica  bidimensional de NMR de estado sólido y la usó para analizar la comunicación de curcumina y membrana en este estudio.

Los científicos han especulado que la curcumina realiza su trabajo beneficioso para la salud mediante una interacción directa con las proteínas de las membranas, pero las conclusiones del estudio en la UM ponen en cuestionamiento esa noción. En cambio los investigadores encontraron que la curcumina indirectamente la acción de las proteínas de la membrana mediante cambios en las propiedades físicas de la membrana.

El grupo de Ramamoorthy colabora ahora con el profesor de química masato Koreeda y el investigador Jason Geswicki, del Instituto de ciencias de la UM, en el estudio de una variedad de derivados de la curcumina, algunos de los cuales tienen una potencia realzada. “Queremos observar cómo estos diferentes derivados interactúan con la membrana, para ver si las interacciones son las mismas que las observadas en el estudio actual”, dijo Ramamoorthy. “Tal studio comparativo podría conducir al desarrollo de compuestos potentes para el tratamiento de la infección y de otras enfermedades”.

En una línea de investigación relacionada el equipo de Ramamoorthyl usa los mismos métodos para  investigar los efectos de la curcumina en la formación de los amiloides —grumos de proteína fibrosa a los que se cree involucrados en la diabetes Tipo 2, el mal de Alzheimer, el mal de Parkinson, y otras numerosas enfermedades.

Además los investigadores procuran determinar si otros productos naturales, tales como los polifenoles (compuestos que se encuentran en muchas plantas que se sabe que tienen propiedades antioxidantes) y la capsaicina (un analgésico derivado de los pimientos picantes) interactúan con las membranas de la misma manera que la curcumina.

Junto con Ramamoorthy los autores del artículo son los estudiantes Jeffrey Barry y Michelle Fritz, el doctorado Jeffrey Brender, el estudiante graduado Pieter Smith y el profesor, visitante de Corea del
Sur, Dong-Kuk Lee.

La investigación tuvo apoyo financiero de los Institutos Nacionales de Salud.