Modulation of the lipid mediator class switch in inflammation by phytomedical natural products

Professionelle Zellen des angeborenen Immunsystems kontrollieren die Entstehung, Erhaltung und Auflösung von Entzündungsreaktionen. Eine entscheidende Rolle spielen dabei durch Lipoxygenasen (LOX) und Cyclooxygenasen gebildete Lipidmediatoren, die sowohl entzündungsfördernd als auch -auflösend wirken können und somit während der Entzündung einen Klassenwechsel eingehen. Die klassische antientzündliche Behandlung basiert auf der Reduktion entzündungsfördernder (Lipid-)Mediatoren, jedoch mit unerwünschten Nebenwirkungen. Der Einsatz von Boswelliasäuren aus Weihrauch, welcher seit der Antike zur Behandlung entzündlicher Krankheiten eingesetzt wird, könnte neue pharmakologische Werkzeuge zur Behandlung chronisch-entzündlicher Erkrankungen eröffnen. Die antientzündliche Wirkung frei verkäuflicher Weihrauchpräparate konnte mit der enthaltenen Menge an Boswelliasäuren, insbesondere AKBA, korreliert werden. Durch Kristallstrukturanalyse konnten wir die differenzielle Inhibitionsmechanismen von AKBA und NDGA auf humane 5-LOX aufklären. Dabei wurde eine neue allosterische Bindeseite, die durch 3-Acetyl-11-keto-beta-boswelliasäure (AKBA) ausgefüllt wird, entdeckt und so die Regiospezifität der Oxygenierungsreaktion verändert, womit ein Wechsel von entzündungsfördernden zu -auflösenden Lipidmediatoren erfolgt. Außerdem könnten wir durch AKBA eine gesteigerte Bildung von anti-entzündlichen „specialized pro-resolving mediators“ (SPM) beobachten, welche auf der Aktivierung von 15-LOX-1 beruht. AKBA induziert die 15-LOX-Oxygenierung auf Grund direkter allosterischer Bindung, die mittels in silico Modellen sowie ortsspezifischer Mutagenese nachgewiesen werden konnte. Die Modulation des Lipidmediatorprofiels durch AKBA erfolgt demnach durch die Interaktion mit verschiedenen entzündungsassoziierten Lipoxygenasen. Diese Erkenntnisse können für neue Konzepte zur Behandlung von Entzündungen genutzt werden

Elucidation of role of 3-O-Acetyl-11-Keto-β-Boswellic Acid (AKBA) on Peroxisome proliferator-activated receptor-γ in scopolamine induced cognitive impairment model in rats

Background Boswellia serrata have been proved for its role in memory.According to traditional medicine documents, Frankincense has been used for increasing memory. It has been reported to possess cognitive improving properties that may aid in the treatment of common neurodegenerative disorders, such as dementia. Aim & Objective To Elucidate the of role of 3-O-Acetyl-11-Keto-β Boswellic Acid (AKBA) on PPAR-γ in scopolamine induced cognitive impairment model in rats. Methodology Totally 6 groups of rats were used for the study. control, scopolamine (2mg/kg), donepezil (2.5mg/kg) and 3 test groups ( AKBA at 1,3 and 5 mg/kg).Behavioral studies such as, Open field test,Y-maze, Novel object recognition test and Morris water maze and biochemical studies like plasma AchE level, glutamate and GABA level in brain estimation were performed. Moreover, gene expression MMP2, MMP9 and PPAR-γ were studied along with brain histology. Results The administration of AKBA (1,3 & 5 mg/kg) reversed the changes in behavioral, biochemical and gene expression levels in scopolamine induced rats. Histopathological analysis were demonstrated the changes in the brain tissue on AKBA administration when compared to control and negative control group. Conclusion Study concludes that, AKBA can be a potent drug to treat cognitive impairment induced by scopolamine in rats through the regulation of PPAR-γ receptor

Targeting Inflammatory Pathways by Triterpenoids for Prevention and Treatment of Cancer

Traditional medicine and diet has served mankind through the ages for prevention and treatment of most chronic diseases. Mounting evidence suggests that chronic inflammation mediates most chronic diseases, including cancer. More than other transcription factors, nuclear factor-kappaB (NF-κB) and STAT3 have emerged as major regulators of inflammation, cellular transformation, and tumor cell survival, proliferation, invasion, angiogenesis, and metastasis. Thus, agents that can inhibit NF-κB and STAT3 activation pathways have the potential to both prevent and treat cancer. In this review, we examine the potential of one group of compounds called triterpenes, derived from traditional medicine and diet for their ability to suppress inflammatory pathways linked to tumorigenesis. These triterpenes include avicins, betulinic acid, boswellic acid, celastrol, diosgenin, madecassic acid, maslinic acid, momordin, saikosaponins, platycodon, pristimerin, ursolic acid, and withanolide. This review thus supports the famous adage of Hippocrates, “Let food be thy medicine and medicine be thy food”

Pharmakologische Wirkmechanismen und Zielstrukturen von Boswelliasäuren in humanen Leukozyten und Thrombozyten

Boswellia serrata gum resin extracts (frankincense) have been used for centuries in folk medicine in Asia and Africa. They have shown beneficial therapeutic effects, particularly in the treatment of chronic inflammatory diseases. Clinical studies on humans confirmed an anti-inflammatory and anti-cancer potential of Frankincense preparations. Boswellic acids (BAs) are the major ingredients, responsible for the pharmacological action of the extracts. Molecular and cellular studies with BAs revealed a number of targets including 5-lipoxygenase (LO), topoisomerases and the NF-κB pathway. Since there is little information on the modulation of cellular physiology by BAs, this work was designed to provide a detailed investigation of the cellular and molecular effects of BAs in several cell types related to inflammation. We report that 11-keto-BAs are potent activators of functional responses in human neutrophils, a type of leukocytes mediating acute inflammatory processes. Neutrophil activation by 11-keto-BAs is reflected by enhanced generation of oxygen radicals, release of arachidonic acid (AA) and the subsequent transformation of AA to pro-inflammatory eicosanoids. Investigation of the participating signalling pathways identified Ca2+, phosphoinositide-3 kinase, and members of the MAP kinase family (ERKs) as mediators. Second, we present a detailed study of the modulation of human platelet physiology and intracellular signalling events by BAs. Intriguingly, we discovered an inverse structure-activity relationship of BAs regarding platelet activation, with 11-methylene-BAs being superior over 11-keto-BAs. Thus, 11-methylene-BAs stimulated platelet Ca2+ mobilisation, MAP kinase and Akt activation, AA release, 12-LO and cyclooxygenase product formation, and thrombin generation. Novel Ca2+-independent activation pathways of platelet lipid metabolism were discovered. In contrast, 11-keto-BAs were inactive but found to inhibit platelet (p)12-LO directly. Interaction with p12-LO was confirmed in a pulldown assay using immobilised BAs as bait. Finally, BAs were shown to attenuate the activation of monocytes, a cell type responsible for the maintenance of chronic inflammatory states. Impairment of Ca2+ homeostasis is likely conferred by inhibition of Ca2+ influx channels. Taken together, our results shed light on the modulation of intracellular physiology of inflammatory cells by BAs, contributing to a better understanding of the anti-inflammatory effects exerted by frankincense preparations.Extrakte aus dem Harz von Boswellia serrata (Weihrauch) werden seit Jahrhunderten erfolgreich in der asiatischen und afrikanischen Naturmedizin zur Behandlung von chronisch entzündlichen Erkrankungen eingesetzt. Klinische Studien am Menschen bestätigen ein Potenzial von Weihrauchpräparaten in Entzündungs- und Krebserkrankungen. Boswelliasäuren (BAs) sind die Hauptinhaltsstoffe der Extrakte und verantwortlich für ihre pharmakologische Wirkung. Molekulare und zelluläre Studien mit BAs führten zur Entdeckung mehrerer Targets von BAs, darunter die 5-Lipoxygenase (LO), Topoisomerasen, und die NF-kappaB-Route. In der vorliegenden Arbeit wurden die zellulären und molekularen Effekte von BAs detailliert untersucht. 11-Keto-BAs wurden als potente Aktivatoren von humanen Neutrophilen identifiziert. Dies spiegelt sich in der verstärkten Bildung von Sauerstoffradikalen, Freisetzung von Arachidonsäure (AA) und nachfolgender Umwandlung zu pro-entzündlichen Eikosanoiden wider. Ca2+, Phosphoinositid-3-Kinase und Mitglieder der MAP-Kinase-Familie (ERKs) sind Mediatoren dieser Signale. Weiterhin wurde die Modulierung der Physiologie und der intrazellulären Signalwege in humanen Thrombozyten eingehend beleuchtet. 11-Methylen-BAs stimulierten in Blutplättchen die Ca2+-Mobilisierung, MAP-Kinase- und Akt-Aktivierung, AA-Freisetzung, p12-LO- und Cyclooxygenase-Produktbildung sowie die Thrombin-Generierung. Neue, Ca2+-unabhängige Aktivierungswege für den Lipidmetabolismus wurden entdeckt. Dagegen waren 11-Keto-BAs eher inaktiv, zeichneten sich aber durch direkte Hemmung der p12-LO von Thrombozyten aus. Diese Wechselwirkung wurde in einem Pulldown-Experiment bestätigt, in dem immobilisierte BAs als „Köder“ dienten. Im letzten Abschnitt wird die Hemmung der Monozyten-Aktivierung durch BAs beschrieben. Monozyten/ Makrophagen sind an der Aufrechterhaltung von chronischen Entzündungen beteiligt. Die Beeinträchtigung der Ca2+-Homöostase kommt vermutlich durch die Hemmung von Ca2+-Einstrom-Kanälen zustande. Insgesamt werfen diese Ergebnisse ein neues Licht auf die Modulierung der intrazellulären Physiologie entzündungsrelevanter Zellen durch BAs, die zu einem erweiterten Verständnis der anti-entzündlichen Effekte von Weihrauchextrakten beitragen

Novel mechanisms in the regulation of 5-lipoxygenase gene expression by 1,25-dihydroxyvitamin D3 and transforming growth factor ß

Die 5 Lipoxygenase (5 LO) ist das Schlüsselenzym in der Synthese von Leukotrienen. Sie wird auf transkriptioneller und posttranskriptioneller Ebene reguliert. Die Differenzierung myeloider Zelllinien mit 1,25-Dihydroxyvitamin D3 (1,25(OH)2D3) und transformierendem Wachstumsfaktor beta (TGFbeta) führt zu einer Erhöhung der 5 LO mRNA-, Protein-Bildung und der zellulären Enzymaktivität. Hier wurde gezeigt, dass dabei reife, nicht jedoch prä-mRNA der 5 LO im Zytosol und im Zellkern stark angereichert wird und dass beide Agentien in die mRNA-Prozessierung eigreifen. Obwohl die Bindung von VDR-Retinoid-X-Rezeptor (RXR)-Heterodimeren an Bindungsstellen im 5 LO-Promotor mittels DNAseI-Footprinting und EMSAs nachgewiesen wurde, konnten Reportergene unter der Kontrolle des 5 LO-Promotors in transienten und stabilen Transfektionen durch 1,25(OH)2D3/TGFbeta nicht stimuliert werden. Offensichtlich wird die Induktion der Expression der 5 LO durch 1,25(OH)2D3/TGFbeta durch Elemente außerhalb des Promotors vermittelt. In transienten Transfektionen führte der Einbau der kodierenden Sequenz der 5 LO in Luziferase-Plasmide bei Cotransfektion von VDR/RXR zu einer 5 fachen Induktion der Reportergen-Aktivität durch 1,25(OH)2D3/TGFbeta, was durch zusätzlichen Einbau der letzten vier Introns auf eine 13-fache Erhöhung gesteigert wurde. Der VDR zeigte einen Ligand-unabhängigen Effekt. Diese Reportergen-Effekte waren promotorunabhängig und von der kodierenden Sequenz gesteuert. RT-PCR-Analyse wies auf eine Deletion von Teilen der kodierenden Sequenz im Laufe der mRNA-Prozessierung hin, was durch 1,25(OH)2D3/TGFbeta verhindert wird. Auch Cotransfektion der TGFbeta-Effektoren Smads 3/4 führte in Abhängigkeit von der kodierenden Sequenz und in geringerem Maße von der 3'-UTR und den Introns J M, aber unabhängig vom Promotor, zu einer starken Erhöhung der Reportergenaktivität. Die 5 LO-Expression wird in den untersuchten Zellen vermutlich durch posttranskriptionelle Prozesse (Splicing, mRNA-Reifung) herunterreguliert, während 1,25(OH)2D3/TGFbeta die Expression der 5 LO durch eine Gegenregulation zu erhöhen, an der Komplexe beteiligt sind, die vermutlich Smads, VDR-RXR-Dimere, andere Transkriptionsfaktoren, Coaktivatoren, RNA-Polymerase II und Splicing-Faktoren enthalten. Hyperacetylierung des 5 LO-Promoters durch Inkubation mit mit dem Histondeacetylase-Inhibitor TsA führte zu einer transkriptionellen Aktivierung. Die kodierende Sequenz (und die Introns) wirkt diesem Effekt vermutlich durch die Rekrutierung von HDACs an VDR oder Smads, die direkt oder indirekt an die kodierende Region binden, entgegen

Modulation of lipid mediator biosynthesis by Tripterygium wilfordii Glycosides and its bioactive compound celastrol in human macrophages

Zusammenfassend konnte in dieser Dissertation gezeigt werden, dass (Tripterygium wilfordii Hook F-Glycoside) TWG und (Celastrol) CS die Biosynthesewege von entzündungsbezogenen Lipidmediatoren in menschlichen Makrophagen unterschiedlich regulieren. TWG förderte einen LM-Klassenwechsel von pro-inflammatorischen LM hin zu entzündungsauflösenden SPM in polarisierten MDMs, ohne die Fähigkeit, SPM während der M2-MDM-Polarisierung zu erzeugen, zu beeinträchtigen. In Kurzzeitexperimenten zeigte CS ein ähnliches LM-Profil wie TWG, jedoch mit dem Schwerpunkt einer stark reduzierten 5-LOX-Aktivität in vitro und in vivo. Bei Langzeitinkubationen unterdrückte CS hauptsächlich COX-abgeleitete LM und verwandte biosynthetische Enzyme, wahrscheinlich durch Hemmung der Phosphorylierung von NF-κB und p38 MAPK im Zuge der M1-MDM-Polarisierung, während SPM-steigernde Effekte im Rahmen der M2-MDM-Polarisierung nur schwach ausgeprägt waren

Fitoquímica no tratamento da artrite reumatoide

A artrite reumatoide é uma doença autoimune sistémica crónica, caracterizada por inflamação sinovial, o que se traduz na destruição progressiva da cartilagem articular e dos ossos, e se não tratada, resulta em dor forte, edema, rigidez, perda de função articular, deformidade e incapacidade. Apresenta uma prevalência de 0,5 a 1% nos países Europeus e nos Estados Unidos da América, sendo mais prevalente no sexo feminino. A etiologia e a fisiopatologia exatas desta doença ainda não são totalmente compreendidas, todavia acredita-se que interações complexas entre o sistema imunológico, fatores ambientais, genética e fatores epigenéticos estejam envolvidos na patogénese da mesma. Segundo a Sociedade Portuguesa de Reumatologia, o diagnóstico deve ser realizado o mais precoce possível, o qual se baseia, principalmente, em manifestações clínicas, exames laboratoriais e radiográficos, por forma a iniciar rapidamente o tratamento, que tem como objetivo principal atingir a remissão da doença . Atualmente existe uma ampla gama de medicamentos disponível para o tratamento da artrite reumatoide, porém estes estão associados a uma diversidade de efeitos colaterais indesejáveis, como distúrbios gastrointestinais, cardiovasculares e imunodeficiência, além de que alguns deles são bastante caros. Assim sendo, os pesquisadores procuram terapias alternativas ou auxiliares, como os produtos obtidos a partir de plantas com atividade anti-inflamatória/antioxidante, porque estas contêm substâncias biologicamente ativas, que apresentam um grande potencial como agentes terapêuticos para a artrite reumatoide, quer sejam isolados, quer em combinação com certos fármacos antiartríticos convencionais.Rheumatoid arthritis is a chronic systemic autoimmune disease, characterized by synovial inflammation, which translates into the progressive destruction of joint cartilage and bones, and if left untreated, results in severe pain, swelling, stiffness, loss of joint function, deformity and inability. It has a prevalence of 0.5 to 1% in European countries and the United States of America, being more prevalent in females. The exact etiology and pathophysiology of this disease are not yet fully understood, however it is believed that complex interactions between the immune system, environmental factors, genetics, and epigenetic factors are involved in its pathogenesis. According to Portuguese Society of Rheumatology, the diagnosis should be made as early as possible, which is based, mainly, on clinical manifestations, laboratory and radiographic exams, in order to quickly start the treatment, whose main objective is to achieve remission of the disease. Actually, there is a wide range of drugs available for the treatment of rheumatoid arthritis, but these are associated with a variety of undesirable side effects, such as gastrointestinal disorders, cardiovascular and immunodeficiency, and some of them are quite expensive. Therefore, researchers are looking for alternative or auxiliary therapies, such as products obtained from plants with anti-inflammatory/antioxidant activity, because they contain biologically active substances, which have great potential as therapeutic agents for rheumatoid arthritis, whether isolated, or in combination with certain conventional antiarthritic drug

A genetic screening identifies a component of the SWI/SNF complex, Arid1b as a senescence regulator

Senescence is an important tumour suppressor mechanism, which prevents the proliferation of stressed or damaged cells. The use of RNA interference to identify genes with a role in senescence is an important tool in the discovery of novel cancer genes. In this work, a protocol was established for conducting bypass of senescence screenings, using shRNA libraries together with next-generation sequencing. Using this approach, the SWI/SNF subunit Arid1b was identified as a regulator of cellular lifespan in MEFs. SWI/SNF is a large multi-subunit complex that remodels chromatin. Mutations in SWI/SNF proteins are frequently associated with cancer, suggesting that SWI/SNF components are tumour suppressors. Here the role of ARID1B during senescence was investigated. Depletion of ARID1B extends the proliferative capacity of primary mouse and human fibroblasts. Furthermore, in cells expressing mutant RASG12V and PIK3CAH1047R, ARID1B is necessary for the maintenance of oncogene-induced senescence (OIS). Knockdown of ARID1B during OIS results in reduced expression of the CKIs p21Cip1 and p16INK4a. Many SWI/SNF proteins are post-transcriptionally induced during both replicative senescence and OIS, suggesting a broader role for the SWI/SNF complex in senescence. Ectopic expression of components of the SWI/SNF complex induced premature senescence associated with an increase in p21Cip1 and p16INK4a protein levels. SILAC analysis of global changes in protein levels identified enrichment of mitochondrial proteins and depletion of mitotic proteins upon ARID1B expression. Mitochondrial dysfunction and ROS production are important in ARID1B expressing cells as growth arrest was rescued using antioxidant N-acetyl-cysteine. Finally, analysis of cancer genome sequencing data has identified ARID1B as a mutational-driver gene in some cancers. In these tumours, ARID1B mutations are often associated with mutations in TP53 and PTEN. Altogether the present evidence suggests that regulation of senescence by different mechanisms contributes to explain the tumour suppressive properties of the SWI/SNF complex.Open Acces