Detailansicht

Bioassay guided isolation of compounds with acetylcholinesterase inhibitory activity from selected medicinal plants used in Iranian traditional medicine

Hamid-Reza Adhami

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Liselotte Krenn

Volltext herunterladen
Volltext in Browser öffnen

DOI

10.25365/thesis.22269

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30484.14437.139264-0

Link zu u:search

(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Kognitive Störungen sind eine der Ursachen von mentalem Abbau, der von Symptomen wie Erinnerungsverlust und Gedächnisschwund z.b. im Rahmen der Alzheimer-Krankheit begleitet wird. Die Steigerung von cholinergen Funktionen durch Inhibierung von Acetylcholinesterase (AChE) stellt eine therapeutische Möglichkeit zur Behandlung von neurologischen Störungen wie Alzheimer-Krankheit und Demenz dar. In den letzten zwei Jahrzehnten rückte auch der Einsatz traditioneller Heilpflanzen zur Therapie von Demenz-Krankheiten in den Mittelpunkt des wissenschaftlichen Interesses. Der Iran ist eine der Kulturen mit einer langen und reichen Geschichte der traditionellen Medizin, und speziell der Pflanzenheilkunde. In dieser Studie wurden 40 Heilpflanzen bzw. Pflanzenprodukte wie Harze, die in der Iranischen Traditionellen Medizin zur Behandlung von kognitiven Störungen eingesetzt wurden, untersucht. Zuerst wurden polare methanolische und apolare Dichlormethan-Extrakteaus den selektierten Pflanzen hergestellt. Die Aktivität der Extrakte, AChE zu hemmen, wurde mittels Dünnschichtchromatographie und in einem Microplate Assay analysiert. Die stärkste Inhibierungs wurde für Extrakte aus den Samen von Peganum harmalaund aus Harzen von Semecarpus anacardium, Dorema ammoniacum und Ferula gummosa festgestellt. Diese vier Ausgangsmaterialien wurden für die weiteren Analysen verwendet. Die aktiven Inhaltsstoffe wurden mittels chromatographischer Methoden wie Vakuumflüssigchromatographie, Säulenchromatographie, Gel-Permeations-Chromatographie, Festphasenextraktion, Gegenstromverteilungschromatographie und automatisierter HPTLC isoliert. Die Charakterisierung der isolierten bioaktiven Komponten erfolgte durch ein- und zwei dimensionale 1H and 13C NMR Spektroskopie (COSY, TOCSY, HSQC, HMBC, NOESY) und Massenpektrometrie. Die Hemmwirkung der aktiven Extrakte und isolierten Verbindungen auf AChE wurde durch die Bestimmung der IC50 Werte quantifiziert. Ausserdem wurden die Konzentrationen dieser Wirkkomponenten in den einzelnen Drogen mittels validierter HPLC-Verfahren bestimmt. In Samen von Peganum harmala wurden die Alkaloide Harmine und Harmaline als die aktiven Komponente identifiziert. Die Korrelation zwischen den IC50 Werten der Extrakte und den Konzentrationen der aktiven Komponenten zeigte, dass die Hemmung der AChE durch Peganum harmala überwiegend auf diese zwei Alkaloide zurückzuführen ist. Im Harz der Früchte von Semecarpus anacardium wurden 1’,2’-dihydroxy-3’-pentadec-8-enylbenzene und 1’,2’-dihydroxy-3’-pentadeca-8,11-dienylbenzene als Komponenten mit inhibitorischer Wirkung auf AchE identifiziert. Dieser Effekt konnte zusätzlich durch ein in Silico Experiment bestätigt werden. Weitere Experimente zeigten, dass diese Komponenten nur AChE inhibieren, während sie keine Hemmung der Butyrylcholinesterase (BchE) bewirkten. Zusätzlich konnte eine Korrelation zwischen der AchE Inhibierung und der Konzentration dieser Substanzen im Harz nachgewiesen werden. Diese Resultate deuten erstmalig darauf, dass diese zwei Substanzen für die AChE Inhibierung durch das Harz der Früchte von Semecarpus anacardium hauptverantwortlich sind. Im Harz von Dorema ammoniacum wurden 2 Inhaltstoffe (2'S,5'S)-2'-ethenyl-5'-(3-hydroxy-6-methyl-4-oxohept-5-en-2-yl)-7-methoxy-2'-methyl-4H-spiro[chromene-3,1'-cyclopentane]-2,4-dione und (2'S,5'R)-2'-ethenyl-5'-[(2R,4R)-4-hydroxy-6-methyl-3-oxohept-5-en-2-yl]-7-methoxy-2'-methyl-4H-spiro[chromene-3,1'-cyclopentane]-2,4-dione mit AChE-hemmender Wirkung identifiziert. Der zweite Inhaltstoff ist ein neuer Naturstoff, der zum ersten Mal in dieser Arbeit identifiziert werden konnte. Beide Inhaltstoffe waren in relativ hoher Konzentration im Harz enthalten und die Korrelation zwischen den Konzentrationen und dem Inhibierungseffekt war wiederum ein starkes Indiz dafür, dass diese Inhaltstoffe für die AchE Inhibierung verantwortlich sind. Aus dem Harz von Ferula gummosa wurden die Komponenten 7-{[(2E)-3,7-dimethylocta-2,6-dien-1-yl]oxy}-2H-chromen-2-one und 7-(((1R,4aR,6S,8aS)-6-hydroxy-5,5,8a-trimethyl-2-methylenedecahydronaphthalen-1-yl)methoxy)-2H-chromen-2-one isoliert und charakterisiert. Die relativ hohen Konzentrationen dieser Komponenten in Korrelation mit der AChE-Inhibierung lassen die Anwendung dieses Harzes in der Iranischen traditionellen Medizin plausibel erscheinen. Diese Studie zeigte ausserdem, dass die HPTLC-MS/NMR als eine sehr effiziente Methode zur direkten und schnellen Identifizierung von Inhaltstoffen aus komplexen Pflanzenextrakten herangezogen werden kann, wobei eine optimierte Trennung in der HPTLC eine wichtige Voraussetzung ist. Im Rahmen dieser Dissertation wurde zum ersten Mal die Aktivität der Inhaltstoffe von vier Heilpflanzen bzw. Pflanzenprodukten aus der Iranischen Traditionellen Medizin auf AChE-Hemmung nachgewiesen. Die Isolierung, Charakterisierung und Bestimmung der IC50 Werte dieser Inhaltstoffe wurde erfolgreich durchgeführt. Durch diese Arbeit konnte der Einsatz dieser Heilpflanzen in der Iranischen Traditionellen Medizin zur Behandlung von kognitiven Störungen wissenschaftlich belegt werden.

Abstract

(Englisch)

Cognitive deficits are one of the most common causes of mental deterioration such as learning impairment, delayed amnesia and memory problems e.g. in Alzheimer’s disease. The enhancement of cholinergic function by inhibition of acetylcholinesterase (AChE) is considered as a rational approach for the treatment of neurological disorders such as Alzheimer´s disease and senile dementia. During the last two decades the use of herbal medicinal substances in dementia therapy has been studied well. Iran is among those countries with the longest and richest history in Traditional Medicine and especially in the use of herbal medicinal preparations. In this thesis 40 herbal drugs or plant products that are reported in Iranian traditional medicine (ITM) or ethnomedicine as sources for the treatment of cognitive disorders were examined. In the first step, the bioactivity of polar methanolic and non-polar dichloromethane extracts of all selected herbal samples from ITM was studied on AChE inhibition by TLC bioautography and in a microplate assay. The most active herbal drugs were the seeds from Peganum harmala, the fruit resin from Semecarpus anacardium, the gum-resin from Dorema ammoniacum and the oleo gum-resin from Ferula gummosa. Those were selected for further study. In detailed investigations, the active compounds were identified and isolated using several chromatographic techniques such as thin layer chromatography, vacuum liquid chromatography, column chromatography, size exclusion chromatography, solid phase extraction, high performance liquid chromatography, counter current chromatography and automated high performance thin layer chromatography. The structures of the active components were characterized by one and two-dimensional 1H and 13C NMR spectroscopy (COSY, TOCSY, HSQC, HMBC, NOESY) and mass spectrometry. The IC50 values for active compounds were determined by a quantitative colorimetric assay. Additionally, the concentrations of active components in the four different sources were determined by HPLC analysis. The active compounds in the seeds of Peganum harmala were identified as harmine and harmaline. From the correlation of IC50 values of the extracts in AChE inhibition with the concentrations of harmaline and harmine in the respective extracts can be concluded that these two alkaloids are the major AChE inhibitory compounds in Peganum harmala. The characterization of the active compounds in the fruit resin of Semecarpus anacardium resulted in 1’,2’-dihydroxy-3’-pentadec-8-enylbenzene and 1’,2’-dihydroxy-3’-pentadeca-8,11-dienylbenzene. In addition, an in silico study confirmed their AChE inhibitory effect. Further experiments showed their selective inhibitory activity for AChE versus BChE. The correlation of AChE inhibition with the percentage of the active compounds in the fruit resin, can explain their responsibility for the AChE inhibition of this resin. In the gum-resin of Dorema ammoniacum the active components were identified as (2'S,5'S)-2'-ethenyl-5'-(3-hydroxy-6-methyl-4-oxohept-5-en-2-yl)-7-methoxy-2'-methyl-4H-spiro[chromene-3,1'-cyclopentane]-2,4-dione and (2'S,5'R)-2'-ethenyl-5'-[(2R,4R)-4-hydroxy-6-methyl-3-oxohept-5-en-2-yl]-7-methoxy-2'-methyl-4H spiro[chromene-3,1'-cyclopentane]-2,4-dione. The second compound is a new natural substance. From the high concentration of these two components in this gum-resin can be deduced they are of among the major compounds responsible for the AChE inhibitory activity of this drug. The structure elucidation of the active substances in the oleo gum-resin of Ferula gummosa gave 7-{[(2E)-3,7-dimethylocta-2,6-dien-1-yl]oxy}-2H-chromen-2-one and 7-(((1R,4aR,6S,8aS)-6-hydroxy-5,5,8a-trimethyl-2-methylenedecahydronaphthalen-1-yl)methoxy)-2H-chromen-2-one. This is the first report of these two compounds in F. gummosa and from the result can be concluded that they are of importance for the activity. The study showed that HPTLC-MS/NMR can be considered as a fast method for dereplication of natural compounds, when an optimum separation on HPTLC plate is provided. The AChE inhibition of the isolated compounds from the investigated herbal drugs and their IC50 values were reported for the first time in this thesis. The achieved results confirmed that the compounds considerably contribute to the effects of these drugs and underline the plausibility of their use in the treatment of cognitive deficits in ITM.

Autor*innen

Hamid-Reza Adhami

Haupttitel (Englisch)

Bioassay guided isolation of compounds with acetylcholinesterase inhibitory activity from selected medicinal plants used in Iranian traditional medicine

Paralleltitel (Deutsch)

Aktivitätsgeleitete Isolierung von Verbindungen mit Acetylcholinesterase- inhibierender Wirkung, aus Heilpflanzen der Iranischen Traditionellen Medizin

Publikationsjahr

2012

Umfangsangabe

111 S. : Ill., graf. Darst., Kt.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Hermann Stuppner ,

Robert Verpoorte

Klassifikation

30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein: Allgemeines

AC Nummer

AC09587762

Utheses ID

19890

Studienkennzahl

UA | 091 | 449 | |

Detailansicht

Abstracts

Schlagwörter