Molekulare Wirkmechanismen von Flavonoiden

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1 Molekulare Wirkmechanismen von Flavonoiden R 2 R 3 R 4 R 7 R 8 A R 6 R 5 O C O B R 3 R 6 R 5 Krebs Arteriosklerose Altern Prof. Dr. Uwe Wenzel, Leipzig, Juni 21

2 Flavonoide und Kolonkrebs Flavonoide hemmen das Wachstum humaner Kolonkarzinomzellen Zellzahl [% der ] Flavon Flavon [µm] Substanz HT-29 EC 5 -value [µm] Caco-2 EC 5 -value [µm] Flavone Baicalein 5 56 Tangeretin Biochanin A Quercetin Didymin Luteolin Chrysin Rutin Naringin OH-Flavon OH-Flavon ,8-(OH) 2 -Flavon Neohesperidin Acacetin Diosmetin Kuntz et al., Eur. J. Nutr. 1999; 38:

3 Flavon induziert Apoptose in HT-29 Zellen Caspase-3 Aktivität Hoechst Färbung Hoechst Färbung 2 Caspase-3 Aktivität [% der ] Flavon Flavon Flavon [µm] Wenzel et al., Cancer Res. 2; 6:

4 Flavon aktiviert den intrinsischen Apoptoseweg ROS Mitochondrien Flavon [1 µm] ROS Mitochondrien bp Reduktion von bcl-x L GAP-DH bcl-x L GAP-DH bcl-x L GAP-DH bcl-x L GAP-DH bcl-x L 3h 8h 24h 48h 3h 8h 24h 48h M r (kda) 3 Kontr. Flavon bcl-x L Kontr. Flavon 43 Aktin Wenzel et al., Int. J. Cancer 23; 16:

5 Flavon aktiviert die mitochondriale Aufnahme von Lactat/Pyruvat Fluoreszein Mitochondrien Nachweis von MCT-1 in Mitochondrien Flavon 46 kda - - Cytosol Mitochondrien + + Cytosol Peptid Mitochondrien Flavon/Lactat Wenzel et al., J. Cell. Physiol. 25; 22:

6 Wirkungen von Flavon auf die Kolonkarzinogenese in vivo O Flavon DMH O 5 weeks 5 weeks 5 weeks Mikroadenome/Tier Flavon % BrdU positive Nuklei Flavon Apoptotische Nuklei/ mm Kolon Flavon Winkelmann et al., Mol. Nutr. Food Res 21; in press

7 Wirkungen von Flavon auf die Genexpression in vivo Diabetes Mellitus Neoplasms Diabetes Mellitus Hypoglycemia Neoplasms by Site Metabolic Diseases Adenoma, Islet Cell Cell Transformation, Neoplastic Endocrine System Diseases Neoplasms by Histologic Type Colorectal Neoplasms, Hereditary Nonpolyposis Hyperinsulinism Insulinoma Hyperglycemia Term Glucose Metabolism Disorders Digestive System Neoplasms Nutritional and Metabolic Diseases Diabetes Mellitus, Type 2 Pancreatic Neoplasms Z-Score biological process cellular process metabolic process cellular metabolic process primary metabolic process 25 Winkelmann et al., Mol. Nutr. Food Res 21; in press

8 Wirkungen von Flavon auf die Genexpression in vivo glucose pyruvate pyruvate NADH NAD + malate-dh 2 GLYCOLYSIS PDH fumarate hydratase succinate-dh FADH FAD - NAD + NADH acetyl-coa TCA PDH-kinase 4 citrate synthase isocitrate-dh α-kg NAD + NADH Cytoplasm Mitochondrium NADH-DH NAD + NADH glutamate DH NAD(P)H I carnitine L-glutamate NAD(P) + Winkelmann et al., Mol. Nutr. Food Res 21; in press ETF II long chain fatty acids ATP CoA long-chain acyl-coa AMP synthetase PP i acyl-coa FAD FADH 2 NAD + NADH III Respiratory chain acyl-coa acetyl-coa IV carnitine carrier very long-chain acyl-coa-dh Enoyl-CoA hydratase 3-ketothiolase ROS Apoptosis outer membrane inner membrane ß-OXIDATION

9 Isoflavone und Arteriosklerose Hemmung der Apoptose HO O OH Genistein O OH Membrandesintegration ox-ldl ox-ldl/genistein DNA-Fragmentierung ox-ldl ox-ldl/genistein Fuchs et al., J. Proteome Res. 25; 4:

10 Effekte eines Sojaextraktes und eines Isoflavongemisches auf das Proteom ox-ldl gestresster EA.hy 926 Zellen CMP-N-Azetylneuraminsäure-Synthase Sojaextrakt 3 Prot. Genistein/Daidzein 29 Proteine 8 Proteine Coproporphyrinoxidase Transketolase Fuchs et al., J. Proteome Res. 27; 6:

11 Sojaextrakt und isolierte Isoflavonoide reduzieren mitochondriale ROS ROS Mito Overlay ox-ldl ox-ldl/soja ox-ldl/gendai Fuchs et al., J. Proteome Res. 27; 6:

12 Bedeutung der Transketolase für die Arterioskleroseprevention Hammes HP et al., Nat Med. 23;9:294-9.

13 Flavonoide beeinflussen das Proteom humaner PBMCs in vivo Isoflavon-haltige Riegel Blutentnahme Isolierung von PBMC Isoliertes Protein 2D-Gelelektrophorese Identifizierung regulierter Proteine Proteinidentifikation mittels Peptidmassen- Fingerabdruck 1 Testpersonen 1 Testpersonen Analyse 4 individueller Gele Person 1 Person 2 Person 3 Person 4 Person5 Person 6 Hsp-7-Menge [% der ] Identifizierung von Biomarkern Hsp-7-Expression Supplemetierung Auswaschphase Fuchs et al., Am. J. Clin. Nutr. 27; 86:

14 Flavonoide und Alterungsprozesse - Polyphenole verhindern Glukose-induzierte Alterung OH OH OH HO HO O Quercetin OH O OH OH Resveratrol % lebende Nematoden Zeit [h] + Glukose [1 mm] + Glukose/Quercetin [1 µm] % lebende Nematoden time [h] + Glukose [1 mm] + Glukose/Resveratrol [1 µm]

15 Antioxidative Eigenschaften der Polyphenole erklären nicht die Lebensverlängerung unter Glukosestress CMH2XRos-Fluoreszenz [willk. Einheiten/µm 2 ] * Glukose [1 mm] + Quercetin [1 µm] + Resveratrol [1 µm] + Ascorbinsre. [1 µm] + Glukose [1 mm] % lebende Nematoden Glukose [1 mm] + Ascorbinsre. [1 µm] time [h]

16 Polyphenole verhindern die Glukosetoxizität durch Aktivierung von sir sir-2.1 sirna % lebende Nematoden Zeit [h] + Glukose [1 mm] + Glukose/Quercetin [1 µm] % lebende Nematoden Zeit [h] + Glukose [1 mm] + Glukose/Resveratrol [1 µm]

17 Polyphenole reduzieren die Fettakkumulation NileRed-Fluoreszenz * Glukose [1 mm] + Quercetin [1 µm] + Resveratrol [1 µm] Glukose + Quercetin + Resveratrol NileRed-Fluoreszenz pod-2 sirna + Glukose [1 mm] pod-2 sirna + Glukose

18 Eine reduzierte Fettakkumulation verhindert nicht die Glukosetoxizität % lebende Nematoden Zeit [h] pod-2 sirna + Glukose [1 mm] + Glukose/Quercetin [1 µm] % lebende Nematoden Zeit [h] pod-2 sirna + Glukose [1 mm] + Glukose/Resveratrol [1 µm]

19 Zusammenfassung Flavon induziert potent Apoptose in transformierten Kolonozyten durch die erhöhte mitochondriale ROS-Bildung als Folge eines veränderten Intermediärstoffwechsels. Die Isoflavone Genistein und Daidzein reduzieren die durch ox-ldl bedingte Apoptose durch die Beeinflussung der Spiegel protektiv wirksamer Proteine. Flavonoide/Polyphenole inhibieren Glukose-bedingte Alterungsprozesse (Verminderung der Stressresistenz) in C. elegans durch sir-2.1 Aktivierung.

20 Danke an... Lehrstuhl der Ernährungsphysiologie TU München Prof. Dr. Hannelore Daniel Dr. Alexander Nickel Dr. Dagmar Fuchs Helmholtz-Zentrum München Institut für Toxikologie Prof. Dr. Martin Göttlicher Dr. Doris Oesterle Molekulare Ernährungsforschung JLU Giessen Elena Löffler Dr. Michael Boll