Vliv přírodních látek z ostropestřce mariánského a jejich semi-syntetických derivátů na angiogenezi a apoptosu

Mgr. Daniel KARAS

Doctoral thesis

Abstract:

Dysregulace angiogeneze a apoptosy může být spojena s rozvojem nádorového onemocnění. K léčbě nádorů jsou využívána chemoterapeutika, která jsou však limitována řadou vedlejších účinků. Silnými protinádorovými účinky se však vyznačuje mnoho přírodních látek a proto je v dnešní době testováno velké množství těchto látek pro jejich schopnost potlačit růst a metastázování tumorů. Předložená disertační práce se zabývá působením flavonolignanu 2,3-dehydrosilybinu (DHS), minoritní složky extraktu plodu ostropestřce mariánského /Silybum marianum/ (silymarinu) a jeho semi-syntetických derivátů na důležité biologické děje, kterými angiogeneze a apoptosa jsou. První část disertační práce je zaměřena na in vitro testování cytotoxicity a schopnosti potlačovat buněčnou proliferaci a migraci pomocí 2,3-dehydrosilybinu a jeho čtyř semi-synteticky připravených galloyl esterů (3-, 7-, 20- a 23-O-galloyl-2,3-dehydrosilybinu(3-, 7-, 20- a 23-G-D)). Jako in vitro model byly využity primární endotelové buňky lidské pupečníkové žíly (HUVEC). Bylo zjištěno, že největší schopnost potlačit proliferaci a migraci HUVEC měl 7-G-D, který zároveň vykazoval nejvyšší cytotoxicitu. Další část disertační práce je věnována hodnocení vlivu výše zmíněných látek na angiogenezi. Na buněčné linii lidských mikrovaskulárních endoteliálních buněk HMEC-1 byly studovány buněčná proliferace, diferenciace, průběh buněčného cyklu a fosforylace proteinů Akt a ERK1/2. Naše výsledky ukázaly, že ze všech testovaných látek jevil nejlepší antiangiogenní aktivitu 20-G-D. Navíc bylo prokázáno, že 20-G-D inhibuje angiogenezi přes dráhu PI3K/Akt. Poslední část disertační práce byla zaměřena na schopnost látek (DHS, 3-, 7-, 20- a 23-G-D) vyvolat apoptosu rakovinných buněčných linií. Jako in vitro model byly vybrány linie lidského maligního pluripotentního embryonálního karcinomu NTERA-2 a linie lidské akutní monocytické leukémie THP-1. Z důvodu zjištění, zda látky specificky cílí pouze na rakovinné buňky a neovlivňují buňky zdravé, byla také použita linie normálních lidských fibroblastů BJ. Kromě DHS a jeho galloylderivátů byla schopnost vyvolat apoptosu sledována také u flavonolignanu silybinu (SB), čistých stereoisomerů SB a DHS a také u kyseliny gallové (GA), výchozí molekuly pro derivatizaci DHS. Bylo zjištěno, že téměř všechny látky byly schopny vyvolat apoptosu vybraných rakovinných linií. Apoptosu u zdravých buněk vyvolala pouze kyselina gallová.

Abstract:

Dysregulation of angiogenesis and apoptosis can be connected with tumor disease development. Chemotherapeutics are used for cancer treatment, but they are limited by number of side effects. Many natural substances are characterized by antitumor properties and therefore, a large number of natural substances are beaing tested nowadays for their ability to suppress tumor growth and metastasis. This dissertation is concerned with functioning of flavonolignan 2,3-dehydrosilybin (DHS), a minor component of a Silybum marianum extract (silymarin) and its semi-synthetic derivatives on significant biological processes, where angiogenesis and apoptosis belong. The first part of this work is focused on in vitro testing of cytotoxicity and the ability to suppress cell proliferation and migration of 2,3-dehydrosilybin (DHS) and its four semi-synthetically prepared galloyl esters (3-, 7-, 20- and 23-O-galloyl-2,3-dehydrosilybin (3-, 7-, 20- and 23-G-D)). Primary endothelial cells from human umbilical vein (HUVEC)as an in vitro model were used. It was found that 7-G-D possess the highest ability to suppress proliferation and migration of HUVECs. 7-G-D was the most cytotoxic compound at the same time. The next part of this dissertation is dedicated to evaluation of an effect of above-mentioned compounds on angiogenesis. Cell proliferation, differentation, cell cycle progression and phosphorylation of Akt and ERK1/2 proteins on human microvascular endothelial cell line (HMEC-1) were studied. Our results showed that from all of compounds tested, 20-G-D displayed the greatest antiangiogenic activity. In addition, it was revealed that 20-G-D inhibits angiogenesis through PI3K/Akt pathway. The last part of the work is focused on the ability of compounds (DHS, 3-, 7-, 20- and 23-G-DHS) to induce apoptosis of cancer cell lines. Human malignant pluripotent embryonal carcinoma cell line NTERA-2 and human acute monocytic leukemia cell line THP-1 as an in vitro model were chosen. Normal human fibroblasts cell line BJ was used by reason of finding, if the compounds specifically target only cancer cells and do not affect healthy cells. Next to DHS and its galloylderivatives the ability to cause apoptosis also in the case of flavonolignan silybin (SB), pure stereoisomers of SB and DHS and also gallic acid (GA), starting compound for DHS derivatization, was observed. It was found that almost all compounds were able to cause apoptosis of chosen cancer cell lines. Apoptosis of healthy cells was evocated only by gallic acid.

Keywords

angiogeneze, apoptosa, in vitro testování, flavonolignany, semi-syntetické galloylderiváty

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 8. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 29. 8. 2019
• Supervisor: prof. RNDr. Jitka Ulrichová, CSc.

Palacký University Olomouc

Faculty of Medicine and Dentistry

Doctoral programme / field:
Medical Chemistry and Clinical Biochemistry / Medical Chemistry and Clinical Biochemistry