Vliv mikrobiálních metabolitů rutinu na buněčné linie Caco-2

Bc. Nikola Součková

Master's thesis

Effect of microbial rutin metabolites to Caco-2 cell lines

Abstract:

Rutin je flavonoid rostlinného původu, který je považován za jednu z nejvýznamnějších fytochemikálií. Avšak jeho využití jakožto terapeutického činidla je limitováno jeho nízkou biodostupností a obtížnou vstřebatelností. Střevní mikrobiota ovlivňuje biologickou aktivitu rutinu a je zodpovědná za jeho potencionální zdravotní účinky. Rutin v tlustém střevě podléhá mikrobiálnímu metabolismu. Je přeměňován na fenolické kyseliny, jako je kyselina 3,4-dihydroxyfenyloctová (3,4-diOHPAA), 3-hydroxyfenyloctová (3-OHPAA), 3-(3-hydroxyfenyl) propionová (3-OHPPA), 4-hydroxyfenyloctová (4-OHPAA) a mnohé další. Každá z těchto sloučenin v organismu vykazuje odlišné biologické aktivity. Praktická část diplomové práce je zaměřena na objasnění, jak rutin a jeho mikrobiální metabolity ovlivňují metabolismus buněk střevního epitelu. V rámci výzkumu byly inkubovány Caco-2 buněčné linie po dobu 24 hodin s rutinem, jeho mikrobiálními metabolity (3,4-diOHPAA, 3-OHPAA, 3-OHPPA, 4-OHPAA a kvercetin) a s jejich strukturně podobnými sloučeninami (kys. kávová a dihydrokávová). Vzorky buněčného média byly podrobeny analýze pomocí nukleární magnetické rezonance, která umožnila identifikovat metabolom buněčného média a stanovit koncentrace identifikovaných látek. Ty byly porovnány vůči kontrolnímu vzorku. Výsledky výzkumu potvrzují, že rutin, mikrobiální metabolity rutinu a jim strukturně podobné látky mají vliv na metabolismus střevního epitelu. Ve vzorcích média Caco-2 buněčných linií bylo kvantinfikováno celkem 31 metabolitů a u 18 z nich byly pozorovány statisticky významné změny v koncentracích v důsledku aplikace příslušných látek. Z mikrobiálních metabolitů rutinu měla největší vliv na metabolismus Caco-2 buněčné linie inkubace s kvercetinem a 3-OHPAA. O něco méně pak inkubace s 3,4-diOHPAA. V přítomnosti 3-OHPPA a 4-OHPAA nebyly zjištěny žádné statisticky významné změny v metabolismu Caco-2 buněk. Ze sloučenin strukturně podobných katabolitům rutinu měla největší účinek inkubace s kyselinou kávovou a o něco méně s kyselinou dihydrokávovou. U rutinu byl pozorován druhý nejnižší účinek v porovnání s ostatními aplikovanými katabolity, pokud nepočítáme 3-OHPPA a 4-OHPAA.

Abstract:

Rutin is a flavonoid of plant origin that is considered one of the most important phytochemicals. However, the use of rutin as a therapeutic agent is limited by its low bioavailability and difficult absorption. The gut microbiota influences the biological activity of rutin and is responsible for its potential health effects. Rutin undergoes microbial metabolism in the colon. It is converted to phenolic acids such as 3,4-dihydroxyphenylacetic acid (3,4-diOHPAA), 3-hydroxyphenylacetic acid (3-OHPAA), 3-(3- hydroxyphenyl) propionic acid (3-OHPPA), 4 hydroxyphenylacetic acid (4-OHPAA) and many others. Each of these compounds exhibits distinct biological activities in the body. The practical part of the thesis aimed at elucidate how rutin and its microbial metabolites affect the metabolism of intestinal epithelial cells. As part of the research, Caco-2 cell lines were incubated for 24 hours with rutin, its microbial metabolites (3,4- diOHPAA, 3-OHPAA, 4-OHPAA and quercetin) and their structurally similar compounds (caffeic and dihydrocavic acids). The cell medium samples were subjected to nuclear magnetic resonance analysis to identify the metabolome of the cell medium and to determine the concentrations of the identified compounds. These were compared against the control sample. Research results confirm that rutin, its microbial metabolites and their structural similarities affect the metabolism of the intestinal epithelium. A total of 31 metabolites were quantified in Caco-2 cell line media samples, and statistically significant changes in concentrations were observed for 18 of them as a result of the application of the respective substances. Of the microbial metabolites of rutin, incubation with quercetin and 3-OHPAA had the greatest effect on the metabolism of the Caco-2 cell line. Incubation with 3,4-diOHPAA was slightly less important. No statistically significant changes in the metabolism of Caco-2 cells were found in the presence of 3-OHPAA and 4-OHPAA. Of the compounds structurally similar to rutin catabolites, incubation with caffeic acid had the greatest effect and slightly less with dihydrocaffeic acid. Rutin was observed to have the second lowest effect compared to other applied, except 3-OHPPA and 4-OHPAA.

Keywords

In vitro, metabolismus, metabolomika, střevní mikrobiom, Caco-2

Keywords

metabolism, metabolomics, gut microbiome, Caco-2, In vitro

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 4. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 23. 5. 2024
• Supervisor: Ing. Veronika Jarošová, Ph.D.
• Reader: Zuzana Hroncová, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Food and Nutrition