Molekulare Ernährungsforschung, Interdisziplinäres ... · Molekulare Ernährungsforschung, Interdisziplinäres Forschungszentrum Giessen Flavonoide und Kolonkrebs – Flavonoide

Molekulare Ernährungsforschung, Interdisziplinäres Forschungszentrum Giessen

Molekulare Wirkmechanismen von Flavonoiden

Prof. Dr. Uwe Wenzel, Leipzig, Juni 2010

Krebs

Arteriosklerose

Altern

O

OR 5

R 6

R 7

R 8

R3

R 6´

R 5 ´

R 4´

R 3´

R 2´

A C

B


Flavonoide und Kolonkrebs –

Flavonoide hemmen das Wachstum humaner Kolonkarzinomzellen

100 101 102 1030

25

50

75

100

125

Flavon [µM]

Zell

zah

l[%

der

Ko

ntr

oll

e]

Substanz HT-29

EC50-value [µM]

Caco-2

EC50-value [µM]

Flavone 49 54

Baicalein 50 56

Tangeretin 62 57

Biochanin A 86 92

Quercetin 86 96

Didymin 108 93

Luteolin 113 89

Chrysin 126 115

Rutin 136 137

Naringin 141 146

5-OH-Flavon 146 100

7-OH-Flavon 149 105

7,8-(OH)2-Flavon 156 109

Neohesperidin 156 111

Acacetin 187 102

Diosmetin 203 108

Flavon

Kuntz et al., Eur. J. Nutr. 1999; 38: 133-142

Hoechst 33258-FärbungHoechst 33342-FärbungCaspase-3 Aktivität

Flavon induziert Apoptose in HT-29 Zellen

100 101 1020

500

1000

1500

2000

Flavon [µM]

Casp

ase-3

Akti

vit

ät

[% d

er

Ko

ntr

oll

e]

Kontrolle

Flavon

Kontrolle

Flavon


Wenzel et al., Cancer Res. 2000; 60: 3823-31.

Reduktion von bcl-XL

Flavon aktiviert den intrinsischen Apoptoseweg


Kontrolle

Flavon [100 µM]

ROS Mitochondrien

ROS Mitochondrien

GA

P-DH

bcl-x L

GA

P-DH

bcl-x L

GA

P-DH

bcl-x L

GA

P-DH

bcl-x L

Kontr.

Flavon

3h 8h 24h 48h

3h 8h 24h 48h

bp

450

420

Ko

ntr

.

Mr (kDa)

30

43

Fla

vo

n

Aktin

bcl-XL

Wenzel et al., Int. J. Cancer 2003; 106: 666-75.

Nachweis von MCT-1 in Mitochondrien

Flavon aktiviert die mitochondriale Aufnahme von Lactat/Pyruvat


Mitochondrien

Flavon

46 kDa

Cyt

osol

Mit

ochon

dri

en

Cyt

osol

Mit

ochon

dri

en

+ +- -Peptid

Fluoreszein

Kontrolle

Flavon/Lactat Wenzel et al., J. Cell. Physiol. 2005; 202: 379-390

O

O

Wirkungen von Flavon auf die Kolonkarzinogenese in vivo


DMH

Flavon

Winkelmann et al., Mol. Nutr. Food Res 2010; in press

5 weeks 5 weeks 5 weeks

0

5

10

15

***

Mik

road

en

om

e/T

ier Kontrolle

Flavon

0

5

10

15

20

***

% B

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0

5

10

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20

***

Ap

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toti

sch

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ukle

i/m

m K

olo

n

Kontrolle

Flavon

Kontrolle

Flavon

Wirkungen von Flavon auf die Genexpression in vivo



25Hyperglycemia

26Insulinoma

28Hyperinsulinism

30Colorectal Neoplasms, HereditaryNonpolyposis

30Neoplasms by Histologic Type

32Endocrine System Diseases

32Cell Transformation, Neoplastic

33Adenoma, Islet Cell

33Pancreatic Neoplasms

34Diabetes Mellitus, Type 2

34Nutritional and Metabolic Diseases

34Digestive System Neoplasms

38Metabolic Diseases

38Neoplasms by Site

38Hypoglycemia

48Diabetes Mellitus

49Neoplasms

50Diabetes Mellitus

61Glucose Metabolism Disorders

Z-ScoreTerm

2548

20561399

1280

1232

biological process

cellular process

metabolic process

cellular metabolic

process

primary metabolic

process

Wirkungen von Flavon auf die Genexpression in vivo


ß-O

XID

AT

ION

acyl-CoA

glucose

Apoptosis

CytoplasmCytoplasmlong chain fatty acids

NAD +

NADHG

LY

CO

LY

SIS

3-ketothiolase

carnitine carrier

inner membrane

outer membrane

ATPCoA

AMPPPi

acyl-CoAcarnitine

FAD

FADH2

acetyl-CoA

MitochondriumMitochondrium

NAD+

NADH

I

Enoyl-CoA hydratase

ROS

TCA

acetyl-CoA

NAD +

NADH

NAD+

NADH

FA

D

FA

DH

2

fumarate hydratase

succinate-DH

malate-DH

NAD +

NADH

pyruvate

pyruvatePDH

citrate synthase

glutamate DH

L-g

luta

mate

NAD(P)+NAD(P)H

Respiratory chain

-

long-chain acyl-CoA

synthetase

α-KG

very long-chain

acyl-CoA-DH

ETF

II IIIIV

PDH-kinase 4

isocitrate-DH

NADH-DH



Isoflavone und Arteriosklerose –Hemmung der Apoptose

O

OOH

HO

OHGenistein

Kontrolle ox-LDL ox-LDL/Genistein

Membrandesintegration

DNA-Fragmentierung

Kontrolle ox-LDL ox-LDL/Genistein

Fuchs et al., J. Proteome Res. 2005; 4: 369-76.


Effekte eines Sojaextraktes und eines Isoflavongemisches auf das

Proteom ox-LDL gestresster EA.hy 926 Zellen

Sojaextrakt

29 Proteine

Genistein/Daidzein

8 Proteine

3 Prot.

CMP-N-Azetylneuraminsäure-Synthase

Coproporphyrinoxidase

Transketolase

Fuchs et al., J. Proteome Res. Fuchs et al., J. Proteome Res. 2007; 6: 2132-42.


Fuchs et al., J. Proteome Res. 2007; 6: 2132-42.

Sojaextrakt und isolierte Isoflavonoide reduzieren mitochondriale ROS

Kontrolle

ox-LDL

ox-LDL/GenDai

ROS Mito Overlay

ox-LDL/Soja


Bedeutung der Transketolase für die Arterioskleroseprevention

Hammes HP et al., Nat Med. 2003;9:294-9.

Identifizierung von Biomarkern


Flavonoide beeinflussen das Proteom humaner PBMCs in vivo

10 Testpersonen

Analyse 40 individueller Gele

Blutentnahme Isolierung von PBMC Isoliertes Protein 2D-Gelelektrophorese Identifizierung

regulierter Proteine

Proteinidentifikation

mittels Peptidmassen-Fingerabdruck

Isoflavon-haltige Riegel

10 Testpersonen

Person 1 Person 2 Person 3

Person 4 Person5 Person 6

0

100

200

300Kontrolle

Supplemetierung

Auswaschphase

Hsp

-70-M

en

ge

[% d

er

Ko

ntr

oll

e]

Hsp-70-Expression

***

Fuchs et al., Am. J. Clin. Nutr. 2007; 86: 1369-75.


Flavonoide und Alterungsprozesse -Polyphenole verhindern Glukose-induzierte Alterung

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.00

25

50

75

100

Kontrolle

+ Glukose/Quercetin [1 µM]

+ Glukose [10 mM]***

***

Zeit [h]

% l

eben

de N

em

ato

den

HO

OH

OH

Resveratrol

O

O

OH

OH

OH

HO

OH

Quercetin

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.00

25

50

75

100

+ Glukose/Resveratrol [1 µM]

Kontrolle

+ Glukose [10 mM]***

***

time [h]

% lebende N

em

ato

den


Antioxidative Eigenschaften der Polyphenole erklären nicht

die Lebensverlängerung unter Glukosestress

0

50

100

150Kontrolle

Glukose [10 mM]

+ Quercetin [100 µM]

+ Resveratrol [100 µM]

+ Ascorbinsre. [100 µM]

*

******

CM

H2X

Ro

s-F

luo

reszen

z

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Ein

heit

en

/µm

2]

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.50

25

50

75

100Kontrolle

Glukose [10 mM]

+ Ascorbinsre. [100 µM]

time [h]

% lebend

e N

em

ato

den

Kontrolle

+ Glukose [10 mM]


Polyphenole verhindern die Glukosetoxizität durch Aktivierung von sir-2.1

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.00

25

50

75

100


Kontrolle

+ Glukose [10 mM]

Zeit [h]

% lebende N

em

ato

den

+ sir-2.1 siRNA

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.50

25

50

75

100


Kontrolle

+ Glukose [10 mM]

Zeit [h]

% leb

ende N

em

ato

den


Polyphenole reduzieren die Fettakkumulation

0

50

100

150

200Kontrolle

Glukose [10 mM]

+ Quercetin [100 µM]

+ Resveratrol [100 µM]

*

***

***

Nil

eR

ed

-Flu

ore

sze

nz

0

50

100

150

200Kontrolle

pod-2 siRNA

+ Glukose [10 mM]

*** ***Nil

eR

ed

-Flu

ore

sze

nz

Kontrolle Glukose + Quercetin + Resveratrol

Kontrolle pod-2 siRNA + Glukose


Eine reduzierte Fettakkumulation verhindert nicht die Glukosetoxizität

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.00

25

50

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100

***

pod-2 siRNA


+ Glukose [10 mM]

Zeit [h]

% l

ebend

e N

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den

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.00

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50

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***

pod-2 siRNA

+ Glukose [10 mM]


Zeit [h]

% l

eb

end

e N

em

ato

den


Zusammenfassung

Flavonoide/Polyphenole inhibieren Glukose-bedingte Alterungsprozesse (Verminderung der Stressresistenz) in C. elegans durch sir-2.1 Aktivierung.

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-LDLbedingte Apoptose durch die Beeinflussung der Spiegel protektivwirksamer Proteine.


Danke an...

Lehrstuhl der ErnährungsphysiologieTU München

Prof. Dr. Hannelore DanielDr. Alexander Nickel

Dr. Dagmar Fuchs

Helmholtz-Zentrum München Institut für Toxikologie

Prof. Dr. Martin GöttlicherDr. Doris Oesterle

Molekulare ErnährungsforschungJLU Giessen

Elena LöfflerDr. Michael Boll

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