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Estrogenic activity of isoflavone metabolites
Dimitra Bella-Velidou
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Lebensmittelchemie
Betreuer*in
Doris Marko
Mitbetreuer*in
Elisabeth Varga
DOI
10.25365/thesis.73068
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-31182.45007.153860-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Isoflavone sind natürliche, nichtsteroidale, phenolische sekundäre Pflanzenmetaboliten, die hauptsächlich in Nahrungsquellen wie Sojabohnen und Rotklee vorkommen. Von Interesse sind mögliche chemopräventive Eigenschaften dieser Phytoöstrogene sowie ihre Beziehung zur kardiovaskulären und skelettalen Gesundheit, zur kognitiven Funktion und zur Verminderung von Wechseljahresbeschwerden. Diese Rollen bleiben jedoch aufgrund der strukturellen Ähnlichkeit der Isoflavonen mit dem weiblichen Sexualhormon 17β-Östradiol umstritten. Da diese biologische Aktivität durch die Biotransformation beeinflusst werden kann, war unser Ziel, Phase II Metaboliten, nämlich Glukuronide, Sulfate, Diglukuronide, Disulfate und Sulfoglukuronide, hinsichtlich möglicher östrogener Wirkungen zu untersuchen und diese mit ihren Aglyka, den wichtigsten Isoflavonen Genistein, Daidzein und dem Darmmetaboliten Equol zu vergleichen. Zu diesem Zweck wurde der alkalische Phosphatase-Assay (ALP) mit der humanen endometrialen Adenokarzinomzelllinie Ishikawa verwendet. Zusätzlich waren CellTiter-Blue- und Sulforhodamin-B-Assays erforderlich, um zytotoxische Einflüsse aufgrund einer veränderten Zellviabilität auszuschließen. Es wurden physiologisch relevante Konzentrationen von 0,001 bis 10 µM gewählt. Schließlich wurde für die einzelne Verbindungen das Metabolitenprofil nach 48 h Inkubation mit einem Ultrahochleistungs-Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometriesystem bestimmt. Die Konzentrationen wurden basierend auf den Östrogenitätsergebnissen ausgewählt. Sinn und Zweck dieser Untersuchung war festzustellen, ob die beobachteten Wirkungen den Metaboliten selbst, einer Dekonjugation oder einer weiteren Metabolisierung zugeschrieben werden sollten. Am biologisch aktivsten waren die Isoflavone selbst, mit der Reihenfolge GEN>EQ>DAI. Die höchste ALP-Induktion wurde bei Konzentrationen von 0,1 μM für GEN und 1 μM für EQ und DAI beobachtet. Interessanterweise wurde festgestellt, dass bei 1 μM die Mehrheit der Aglyka nach 48 h Inkubation hauptsächlich mit Sulfaten konjugiert war. Bei einer höheren Konzentration wurde diese Menge deutlich reduziert. Bei den Metaboliten wurde eine ALP-Induktion nur bei 10 μM in der Reihenfolge D4’S>G7G≈E4’S>G7S≈G4’,7dG beobachtet. Alle Sulfate, sowie ein GEN-Glukuronid (G7G) und das GEN-Diglukuronid, induzierten eine östrogene Aktivität mit unterschiedliche Effizienz. D4’S war der einzige Fall, in dem eine ALP-Induktion etwas höher war als die seines Vorläufers, während der Rest der Metaboliten eine verminderte Wirkung im Vergleich zum Aglykon aufwies. Keiner der Metaboliten schien dekonjugiert oder signifikant weiter metabolisiert zu werden. Die Sulfoglukuronide, Glukuronide von EQ und DAI, Disulfate und Diglukuronid von DAI zeigten bei keiner getesteten Konzentration östrogene Eigenschaften. Darüber hinaus wurden keine zytotoxischen Wirkungen beobachtet, mit der geringfügigen Ausnahme von einer dosisabhängigen proliferativen Wirkung von EQ. Zusammenfassend zeigten die Aglyka der Isoflavone wie bereits literaturbekannt östrogene Wirkung. Obwohl festgestellt wurde, dass die Mehrzahl der Metaboliten biologisch inaktiv ist, sollte der Fokus auf die Sulfate und die Komplexität der Sulfatierung auf die biologische Aktivität von Phytoöstrogenen gelegt werden.
Abstract
(Englisch)
Isoflavones are natural, non-steroidal, phenolic secondary plant metabolites primarily found in dietary sources such as soybeans and red clover. Possible chemo-preventive properties of these phytoestrogens have been of interest, as well as their relation to cardiovascular and skeletal health, cognitive function and alleviation of menopausal symptoms. However, such roles remain controversial due to the structural similarity between isoflavones and the female sexual hormone 17β-estradiol. Since this biological activity is affected by biotransformation, our aim was to investigate phase II metabolites, namely glucuronides, sulfates, diglucuronides, disulfates and sulfoglucuronides, for any possible estrogenic effects and compare those to their aglycones, the major isoflavones genistein, daidzein and the gut metabolite equol. For this purpose, the alkaline phosphatase assay (ALP) was utilized with the human endometrial adenocarcinoma Ishikawa cell line. Additionally, CellTiter-Blue and sulforhodamine B assays were necessary to exclude cytotoxic influences because of altered cell viability. Physiologically relevant concentrations of 0.001 to 10 μM were chosen. Lastly, the content profile of the individual compounds was determined with a hyphenated ultra-high performance liquid chromatography tandem mass spectrometry system on selected concentrations based on the estrogenicity results to further determine whether the observed effects should be attributed to the metabolites themselves or whether a deconjugation or further metabolization took place. Most biologically active were the isoflavones themselves, with the order GEN>EQ>DAI. The highest ALP induction was observed at concentrations of 0.1 μM for GEN and 1 μM for EQ and DAI. Interestingly enough, at 1 μM the majority of the aglycones were found to be mainly conjugated with sulfates after 48 hours of incubation. At a higher concentration this amount was reduced significantly. For the metabolites, ALP induction was observed only at 10 μM following the order of D4’S>G7G≈E4’S>G7S≈G4’,7dG. All sulfates induced an estrogenic activity with varying percentages as well as one GEN glucuronide (G7G) and the GEN diglucuronide. D4’S was the only case where an ALP induction was slightly higher than the one of its precursor, while the rest of the metabolites were less potent. None of the metabolites appeared to be deconjugated or further metabolized in a significant amount after 48 hours of incubation. The sulfoglucuronides, glucuronides of EQ and DAI, disulfates and diglucuronide of DAI exhibited no estrogenicity at any of the tested concentrations. Furthermore, no cytotoxic effects were observed with the minor exception of dose-dependent proliferative effects for EQ. In conclusion, the isoflavones exhibited already established estrogenic actions. Although the majority of the metabolites were found to be biologically inactive, focus should be given on the sulfates and the complexity of sulfation on the biological activity of phytoestrogens.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Isoflavone Östrogenität Metabolismus
Schlagwörter
(Englisch)
Isoflavones Estrogenicity Metabolism
Autor*innen
Dimitra Bella-Velidou
Haupttitel (Englisch)
Estrogenic activity of isoflavone metabolites
Paralleltitel (Deutsch)
Östrogene Aktivität von Metaboliten der Isoflavone
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
140 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Doris Marko
AC Nummer
AC16768682
Utheses ID
65955
Studienkennzahl
UA | 066 | 659 | |