Protizánětlivá aktivita přírodních látek

Bc. David Vrkoč

Master's thesis

Anti-inflammatory activity of natural products

Abstract:

Chemické látky přírodního původu vykazují široké spektrum biologicky aktivních účinků, od antioxidačního působení či anti-proliferačních účinků až po protizánětlivé působení. Alkaloidy představují jednu z nejrozmanitějších tříd sekundárních metabolitů, které jsou produkovány různými organismy, a to včetně rostlin, kde slouží především k jejich ochraně před býložravci a patogeny nebo také jako atraktanty pro opylovače. Některé alkaloidy mají schopnost inhibovat produkci oxidu dusnatého a dalších zánětlivých mediátorů v in vitro studiích. Tyto zánětlivé mediátory jsou nezbytné pro rozvoj zánětlivé reakce, avšak jejich nadměrná a ničím neregulovaná produkce může vést k závažným zdravotním obtížím. Zánět představuje nezbytnou obrannou reakci organismu, která je zprostředkována imunitním systémem vůči infekčním patogenům. Akutní zánětlivá reakce je nezbytná pro regeneraci poškozené tkáně a k obnovení homeostázy v organismu. Avšak pokud akutní zánětlivá reakce přetrvává, může přejít do stavu nazývaného jako chronický zánět, který může vést k rozvoji celé řady vážných civilizačních onemocnění. Testováno bylo 11 alkaloidů čeledi Amaryllidaceae na jejich schopnost inhibovat produkci oxidu dusnatého pomocí Griessova činidla na buněčné linii myších makrofágů RAW 264,7. Zároveň se stanovením inhibice produkce oxidu dusnatého byla stanovena jejich toxicita pomocí tetrazol bromidu. Pro stanovení cytotoxicity byly alkaloidy testovány při koncentracích 10; 5; 2,5; 1,25; 1; 0,625; 0,5; 0,3125; 0,25; 0,125; 0,0625; 0,03125 μM. Následně pro testování jejich schopnosti inhibice produkce oxidu dusnatého byly využity testované alkaloidy při koncentracích 10; 5; 2,5; 1,25; 0,625; 0,3125 μM pro alkaloidy homolykorin, masonin, odulin, hippeastrin, norpluvin, haemanthidin a tazettin, při koncentracích 1; 0,5; 0,25; 0,125; 0,0625; 0,03125 μM pro alkaloidy haemanthamin, galanthamin a montanin a při koncentracích 1,25; 0,625; 0,3125 μM pro alkaloid lykorin. Námi testované buněčné linie vykázaly cytotoxicitu na čtyři alkaloidy (lykorin, haemanthidin, haemanthamin a montanin) s hodnotou IC10 pro lykorin 1,41 ± 0,46 μM, respektive 3,65 ± 1,25 μM pro haemanthidin, 2,35 ± 0,84 μM pro haemanthamin a 1,54 ± 0,44 μM pro montanin. Inhibice produkce oxidu dusnatého byla zaznamenána nejvyšší u hippeastrinu a to o 54,3 % při koncentraci 10 μM, dále u haemanthaminu o 52,7 % při koncentraci 1 μM, lykorinu o 49,0 % při koncentraci 1,25 μM, norpluvinu o 43,8 % při koncentraci 10 μM a galanthaminu o 40,6 % při koncentraci 1 μM. Naopak u alkaloidu tazettinu byla zjištěna indukce produkce NO o 128,8 % při koncentraci 5 μM a o 51,0 % při koncentraci 10 μM. Schopnost inhibovat produkci NO nebyla dále zjištěna u alkaloidů homolykorinu, masoninu, odulinu, haemanthidinu a montaninu. Ze zjištěných výsledků vyplývá, že i při nízkých koncentracích jsou některé alkaloidy čeledi Amaryllidaceae schopny částečně inhibovat produkci NO a z tohoto důvodu jsou vhodné pro další podrobné testování jejich protizánětlivého působení.

Abstract:

Chemical products of natural origin show a wide range of biological activities, from antioxidant or anti-proliferative effects to anti-inflammatory effects. Alkaloids represent one of the most diverse classes of secondary metabolites, which are produced by various organisms, including plants, where they serve primarily to protect them from herbivores and pathogens or also as attractants for pollinators. Some alkaloids can inhibit the production of nitric oxide and other inflammatory mediators in in vitro studies. These inflammatory mediators are essential for the development of an inflammatory response, but their excessive and unregulated production can lead to serious health problems. Inflammation is a necessary defense response of the body, which is mediated by the immune system against infectious pathogens. An acute inflammatory reaction is necessary to regenerate damaged tissue and restore homeostasis in the body. However, if the acute inflammatory reaction persists, it can progress to a condition called chronic inflammation, which can lead to the development of several serious diseases of civilization. Eleven alkaloids of the Amaryllidaceae family were tested for their ability to inhibit nitric oxide production by Griess reagent on the RAW 264,7 murine macrophages cell line. Simultaneously with the determination of the inhibition of nitric oxide production, was determined their toxicity using tetrazole bromide. Alkaloids were used for the determination of cytotoxicity at concentrations of 10; 5; 2,5; 1,25; 1; 0,625; 0,5; 0,3125; 0,25; 0,125; 0,0625; 0,03125 μM. The alkaloids were then tested for their ability to inhibit nitric oxide production at concentrations of 10; 5; 2,5; 1,25; 0,625; 0,3125 μM for the alkaloids homolycorine, masonine, oduline, hippeastrine, norpluvine, haemanthidine and tazettine and at concentrations of 1; 0,5; 0,25; 0,125; 0,0625; 0,03125 μM for the alkaloids haemanthamine, galanthamine, montanine and at concentrations of 1,25; 0,625; 0,3125 μM for alkaloid lycorine. The tested cell lines showed cytotoxicity to four alkaloids (lycorine, haemanthidine, haemanthamine and montanine) with IC10 values for lycorine of 1,41 ± 0,46 μM and 3,65 ± 1,25 μM for haemanthidine, 2,35 ± 0,84 μM for haemanthamine and 1,54 ± 0,44 μM for montanine. Inhibition of nitric oxide production was recorded highest in hippeastrine by 54,3 % at a concentration of 10 μM, then by haemanthamine by 52,7 % at a concentration of 1 μM, lycorine by 49,0 % at a concentration of 1,25 μM, norpluvine by 43,8 % at a concentration of 10 μM and galanthamine by 40,6 % at a concentration of 1 μM. In contrast, the alkaloid tazettin induced the production of NO by 128,8 % at 5 μM and by 51,0 % at 10 μM. The ability to inhibit NO production was not detected with the alkaloids homolycorine, masonine, oduline, haemanthidine and montanine. The results show that even at low concentrations, the alkaloids of the Amaryllidaceae family are able to partially inhibit NO production and they are suitable for further detailed testing of their anti-inflammatory activity.

Keywords

Oxid dusnatý, protizánětlivá aktivita, RAW 264, 7, lipopolysacharid, inhibice

Keywords

Nitric oxide, anti-inflammatory activity, RAW 264, 7, lipopolysaccharide, inhibition

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 4. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Ivo Doskočil, Ph.D.
• Reader: Ondřej Ženata, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Food and Nutrition