Chemical composition and antimicrobial activity of the essential oils of three closely related hypericum species growing wild on the island of Crete, Greece

The volatile compositions of three closely related Hypericum species growing wild on the island of Crete were studied, all belonging to the section Coridium. Hydro-distillation in a modified Clevenger-type apparatus was performed according to the Hellenic Pharmacopoeia in order to obtain the essential oils, which were analyzed by GC-MS. Identification of the compounds was carried out by comparison of MS spectra and retention indices with literature data, as well as by co-chromatography with authentic samples. In total, 123 different compounds were identified and the main compounds were by order of their abundance as follows: H. empetrifolium: α-pinene, germacrene D, β-pinene, E-caryophyllene; H. amblycalyx: β-elemene, β-selinene, α-pinene, E-caryophyllene, α-selinene; H. jovis: trans-calamenene, α-selinene, β-elemene. The chemical results revealed the differences and similarities (qualitative and quantitative) between the studied oils, supporting the hypothesis that essential oils from Hypericum spp. do not serve as chemotaxonomic markers. Moreover, the essential oils were subjected to antimicrobial screening. According to the given results, the essential oils possessed better antifungal and anticandidal activities than antibacterial activities

Molecular dynamics study of the structural basis of dysfunction and the modulation of reactive oxygen species generation by pathogenic mutants of human dihydrolipoamide dehydrogenase

Human dihydrolipoamide dehydrogenase (LADH, E3) is a component in the pyruvate-, alpha-ketoglutarate- and branched-chain ketoacid dehydrogenase complexes and in the glycine cleavage system. The pathogenic mutations of LADH cause severe metabolic disturbances, called E3 deficiency that often involve cardiological and neurological symptoms and premature death. Our laboratory has recently shown that some of the known pathogenic mutations augment the reactive oxygen species (ROS) generation capacity of LADH, which may contribute to the clinical presentations. A recent report concluded that elevated oxidative stress generated by the above mutants turns the lipoic acid cofactor on the E2 subunits dysfunctional. In the present contribution we generated by molecular dynamics (MD) simulation the conformation of LADH that is proposed to be compatible with ROS generation. We propose here for the first time the structural changes, which are likely to turn the physiological LADH conformation to its ROS-generating conformation. We also created nine of the pathogenic mutants of the ROS-generating conformation and again used MD simulation to detect structural changes that the mutations induced in this LADH conformation. We propose the structural changes that may lead to the modulation in ROS generation of LADH by the pathogenic mutations. © 2013 Elsevier Inc. All rights reserved

Undiagnosed Phenylketonuria Can Exist Everywhere: Results From an International Survey

peer reviewedMany countries do not have a newborn screening (NBS) program, and immigrants from such countries are at risk for late diagnosis of phenylketonuria (PKU). In this international survey, 52 of 259 patients (20%) with late diagnosed PKU were immigrants, and 145 of the 259 (55%) were born before NBS or in a location without NBS. © 2021 The Author

Χημική ανάλυση και έλεγχος βιολογικών ιδιοτήτων από: Calea sp. από τον Παναμά, Centaurea sp. από την Αλγερία, Hypericum sp. από την Κρήτη, Euphorbia sp. από την Αττική.

Plant-derived drugs play an important role in both traditional and modern medicine due to nature’s high potential of yielding therapeutically relevant bioactive compounds, and natural products are emerging as new lead structures for the development of novel drugs for the prevention and treatment of diseases of modern civilization. On the basis of modern bibliographic data, sesquiterpene lactones from Centaurea and Calea, phloroglucinols and essential oils from Hypericum, as well as diterpenoids from Euphorbia were studied, emphasizing on anti-inflammatory and cytotoxic activities. Plants from various families with different phylogenetic relationships and phytochemical profiles have been chosen. Centaurea, Hypericum, and Euphorbia have been referred from Hippocrates (5th century B.C.), and up to now, common uses have been reported for these genera in traditional medicine (including wound-healing, anti-inflammatory, diuretics, antipyretics). When selecting plants from regions with high diversity and endemism (Panama, Algeria, and Greece are biodiversity spots), the probability of finding novel (bioactive or not) substances is higher and demonstrates the potential of different plant species that have never been investigated before. A total of 84 specialized natural products were isolated from endemic plants of cosmopolitan distribution: 26 from Calea jamaicensis, 12 from Centaurea papposa, 24 from Hypericum jovis, and 22 from Euphorbia deflexa. NMR metabolomic strategy was used to target the highly bioactive groups of interest e.g. sesquiterpene lactones, phloroglucinols, and diterpenes in the crude plant extracts and sub-fractions. The isolation procedure included a variety of chromatographic steps using column chromatography in different packing materials (e.g. silica gel, diaion, sephadex), preparative TLC, and HPLC equipped with RI or DAD detector using various columns (eg. RP-C18, RP-Biphenyl, NP). Their chemical structures were elucidated through a combination of HRESIMS, 2D NMR, and X-ray data. 28 sesquiterpene lactones, 14 phloroglucinols, 22 diterpenes, and 20 other compounds were elucidated, among them, 14 sesquiterpene lactones, 2 phloroglucinols, 16 diterpenes, and 3 chromenes are novel natural products and have not been described in the literature before; also the X-ray crystallographic data of 2 diterpenes were reported for the first time. In parallel, more than 120 volatile compounds were identified using GC-MS from the essential oils from Hypericum spp. (H. jovis, H. empetrifolium, H. amblyocalyx, H. triquetrifolium and H. perforatum), belonging mainly to the groups of monoterpene and sesquiterpene hydrocarbons.Several sesquiterpene lactones were evaluated for their cytotoxic effects in vitro reporting IC50 ≤ 10 μM, thus considered to be active and could be potential anti-cancer drugs according to the National Cancer Institute. Carbetolide C afforded IC50 values for HeLa, SK-MEL-28 and HePG2 cells similar to that of parthenolide (2.9, 7.5, 12.6 μΜ and 2.1, 4.9, 10.0 μΜ, respectively), a well-known cytotoxic sesquiterpene lactone used as a positive control. It is noteworthy that the tested SLs revealed no toxicity in the non-cancerous endothelial HMEC-1 cell line, although Michael reactions of the lactone ring usually also involve non-specific toxicity. In the same cell line, sesquiterpene lactones showed strong inhibition of the TNF-α induced ICAM-1 expression, in a dose-dependent manner. Similar results were obtained from phloroglucinols in the ICAM-1 assay, as well as in the ex vivo COX/LOX assay, although only a few studies in the literature demonstrate anti-inflammatory effects from this group of compounds, suggesting the need for further research to explore their anti-inflammatory potential. Regarding diterpenes from Euphorbia plants, although abundant and extremely intriguing in their complicated structure elucidation, most of them presented very weak biological activities. Athough the wound healing activities of Hypericum perforatum infused oil is known, so far, no studies have been conducted on Hypericum essential oils. Besides several non polar ingredients of the essential oil are extracted to the infused oil and contribute to activity. To fulfill this gap, this study describes the investigation of five essential oils in vivo, and their significant wound healing effects gave a new insight into the healing properties of genus Hypericum. The metabolization of natural products is much less studied than their biosynthetic pathways, thus a final goal was the investigation of the in vitro metabolism of the drug-like group of sesquiterpene lactones using human liver microsomes, identified by LC-MS/MS. Sesquiterpene lactones resulted in changeable metabolism due to their structural diversity, though the highly active lactone ring remained the most common metabolic site.As a concluding mark, high cytotoxic, anti-inflammatory, and wound healing effects were reported from natural products derived from Calea jamaicensis, Centaurea papposa, Hypericum jovis, H. empetrifolium, and Euphorbia deflexa. For these taxa, almost no records existed in the literature using modern techniques and investigating the biological activities of their constituents. Nature will still be a source of new drugs in the future, and the results of this study contribute to the natural product-based drug discovery, further supporting the strategic use of natural products as a starting point to investigate novel potential effective agents against a variety of human ailments.Τα φάρμακα φυσικής προέλευσης παίζουν καίριο ρόλο τόσο στην παραδοσιακή όσο και στην σύγχρονη ιατρική, καθώς η φύση παρέχει μια ανεξάντλητη πηγή βιοδραστικών συστατικών, και ο ρόλος των φυσικών προϊόντων στην εύρεση καινούργιων μορίων-οδηγών για την ανακάλυψη αποτελεσματικών φαρμάκων για μία πληθώρα ασθενειών καθημερινώς ενισχύεται. Με βάση σύγχρονα βιβλιογραφικά δεδομένα, η μελέτη είχε ως στόχο την αναζήτηση και τον εντοπισμό σεσκιτερπενικών λακτονών (από τα ενδημικά είδη Centaurea και Calea), φαινολικών παραγώγων και αιθερίων ελαίων (από ενδημικά είδη Hypericum), καθώς και διτερπενίων (από ενδημική Euphorbia), με έμφαση στην αντιφλεγμονώδη και κυτταροτοξική δράση. Αναφορικά με τα τέσσερα υπό εξέταση είδη, αν και διαφέρουν τόσο στην βοτανική κατάταξη, όσο και στο χημικό προφίλ, εμφανίζουν ομοιότητες, που αφορούν στη βιολογική δράση. Το Κενταύριο, το Υπερικό και η Ευφορβία αναφέρονται απο τον Ιπποκράτη (5ος αιώνας π.Χ.) και παρατηρούμε επίσης ότι έχουν καταγραφεί κοινές χρήσεις και για τα τέσσερα γένη στην παραδοσιακή λαϊκή θεραπευτική μέχρι σήμερα, και συγκεκριμένα αναφέρονται ως επουλωτικά, αντιπυρετικά, αντιφλεγμονώδη, διουρητικά, εμμηναγωγά, για γαστρεντερικές διαταραχές. Είναι σημαντικό ότι τα ενδημικά είδη με στενή εξάπλωση αποτελούν δυνητικά σημαντικές πηγές νέων βιοδραστικών δευτερογενών μεταβολιτών, δεδομένου ότι τα αντίστοιχα φυτικά είδη από τα ίδια γένη ευρείας όμως εξάπλωσης εμφανίζουν πληθώρα εθνοφαρμακολογικών αναφορών.Συνολικά 84 δευτερογενείς μεταβολίτες απομονώθηκαν από ενδημικά φυτά που φύονται ανά τον κόσμο, και συγκεκριμένα 26 από την Calea jamaicensis, 12 από την Centaurea papposa, 24 από το Hypericum jovis, και 22 από την Euphorbia deflexa. Η ανίχνευση και απομόνωση μεταβολιτών, που ανήκουν στις κατηγορίες των σεσκιτερπενικών λακτονών, φλορογλουκινών και διτερπενίων ήταν κατευθυνόμενη μέσω 1Η NMR (Φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού). Οι πορείες απομόνωσης περιελάμβαναν μία πληθώρα χρωματογραφικών τεχνικών, όπως στήλης με διαφορετικά πληρωτικά υλικά (πχ. silica, diaion, sephadex), παρασκευαστική χρωματογραφία λεπτής στιβάδας, καθώς και υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης (HPLC) με ανιχνευτές RI και DAD και κατάλληλες στήλες (RP-C18, RP-Biphenyl, NP). Οι χημικές δομές αποδώθηκαν με συνδυασμό από δεδομένα NMR, φασματομετρία μάζης (HRESIMS) και κρυσταλλογραφίας (X-ray). Απομονώθηκαν και ταυτοποιήθηκαν 28 σεσκιτερπενικές λακτόνες, 14 φλορογλουκινόλες, 22 διτερπένια και 20 άλλα συστατικά, μεταξύ αυτών 14 σεσκιτερπενικές λακτόνες, 2 φλορογλουκινόλες, 16 διτερπένια και 3 χρωμένια αποτελούν νέα φυσικά προϊόντα, που περιγράφονται για πρώτη φορά στη παρούσα εργασία, όπως και τα κρυσταλλογραφικά δεδομένα από δύο διτερπένια. Παράλληλα, περισσότερα από 120 πτητικά συστατικά ταυτοποιήθηκαν με την τεχνική της αεριοχρωματογραφίας συζευγμένης με φασματομετρία μάζης (GC-MS) από φυτά του γένους Hypericum (H. jovis, H. empetrifolium, H. amblyocalyx, H. triquetrifolium και H. perforatum), κυρίως μονοτερπενικοί και σεσκιτερπενικοί υδρογονάνθρακες. Οι απομονωμένες σεσκιτερπενικές λακτόνες αξιολογήθηκαν in vitro σε καρκινικές σειρές, παρουσιάζοντας IC50 ≤ 10 μM, τιμές που κατατάσσουν τα μόρια σε δραστικά και πιθανά αντικαρκινικά φάρμακα με βάση τις οδηγίες από το Εθνικό Ινστιτούτο Καρκίνου (National Cancer Institute). Συγκεκριμένα, ο carbetolide C απέδωσε τιμές IC50 για τις καρκινικές σειρές HeLa, SK-MEL-28 και HePG2 παρόμοιες με αυτές του παρθενολιδίου (2.9, 7.5, 12.6 μΜ και 2.1, 4.9, 10.0 μΜ, αντίστοιχα), που αποτελεί ισχυρή αντικαρκινική σεσκιτερπενική λακτόνη και η οποία χρησιμοποιήθηκε ως πρότυπη ουσία-μάρτυρας (positive control). Είναι σημαντικό πως στο σύνολό τους οι σεσκιτερπενικές λακτόνες δεν παρουσίασαν τοξικότητα στα φυσιολογικά/μη καρκινικά κύτταρα HMEC-1, παρότι οι αντιδράσεις τύπου Michael του λακτονικού δακτυλίου συνήθως περιλαμβάνουν και φαινόμενα μη ειδικής τοξικότητας. Στην κυτταρρική σειρά HMEC-1, οι σεσκιτερπενικές λακτόνες οδήγησαν σε δοσοεξαρτώμενη αντιφλεγμονώδη δράση αναστέλλοντας την επαγόμενη μέσω TNF-α έκφραση του μορίου ICAM-1. Ισχυρή αντιφλεγμονώδη δράση παρουσίασαν επίσης και οι φλορογλουκινόλες τόσο στην in vitro βιοδοκιμασία του ICAM-1, όσο και στην ex vivo βιοδοκιμασία COX/LOX. Πολύ λίγες μελέτες περιγράφουν τις αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες αυτών των ουσιών, καταδεικνύοντας την ανάγκη για περαιτέρω διερεύνηση της δυναμικής τους ως αντιφλεγμονώδεις παράγοντες. Όσον αφορά στα διτερπένια από την Euphorbia, αν και άφθονα με εξαιρετικό ενδιαφέρον στην περίπλοκη απόδοση δομών, τα περισσότερα από αυτά δεν παρουσίασαν αξιόλογες βιολογικές δράσεις. Περαιτέρω, αν και είναι γνωστή η επουλωτική δράση του βαλσαμέλαιου (Oleum Hyperici), δεν είχαν μελετηθεί προηγουμένως οι επουλωτικές ιδιότητες των αιθερίων ελαίων από φυτά του γένους Hypericum, παρότι πτητικά συστατικά συνεκχυλίζονται κατά την παρασκευή του βαλσαμέλαιου. Για να καλυφθεί αυτό το κενό, διερευνήθηκαν in vivo πέντε αιθέρια έλαια και έδειξαν σημαντική επουλωτική δράση, ενισχύοντας τη γνώση για τις θεραπευτικές ιδιότητες του γένους Hypericum. Επιπλέον, ο μεταβολισμός των φυσικών προϊόντων είναι πολύ λιγότερο μελετημένος σε σχέση με τα βιοσυνθετικά τους μονοπάτια, οπότε ένας τελικός στόχος της παρούσας διατριβής αποτέλεσε η διερεύνηση του in vitro μεταβολισμού των σεσκιτερπενικών λακτονών χρησιμοποιώντας μικροσώματα ανθρώπινου ήπατος και οι μεταβολίτες ανιχθεύθηκαν με LC-MS/MS. Οι σεσκιτερπενικές λακτόνες οδήγησαν σε ποικίλους μεταβολίτες λόγω της δομικής τους ποικιλομορφίας, αν και ο εξαιρετικά ενεργός δακτύλιος λακτόνης παρέμεινε η πιο κοινή μεταβολική θέση.Συμπερασματικά, αναφέρθηκε υψηλή κυτταροτοξική, αντιφλεγμονώδης και επουλωτική δράση από φυσικά προϊόντα που προέρχονται από τα φυτά που μελετήθηκαν, i.e. Calea jamaicensis, Centaurea papposa, Hypericum jovis, H. empetrifolium και Euphorbia deflexa. Για αυτά τα είδη, υπήρχαν ελάχιστες αναφορές στη βιβλιογραφία. Στη παρούσα διδακτoρική διατριβή μελετήθηκαν αυτά τα είδη χρησιμοποιώντας σύγχρονες τεχνικές και διερευνώντας τις βιολογικές επιδράσεις των συστατικών τους. Η φύση θα συνεχίσει να αποτελεί μια πηγή νέων φαρμάκων στο μέλλον και τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης συμβάλλουν στην ανακάλυψη δραστικών ουσιών βασισμένων στα φυσικά προϊόντα, υποστηρίζοντας περαιτέρω τη στρατηγική χρήση φυσικών προϊόντων ως αφετηρία για τη διερεύνηση νέων δομών ως δυνητικών παραγόντων για ποικίλες ανθρώπινες παθήσεις

Chemical analysis and biological activity of: Calea sp. from Panama; Centaurea spp. from Algeria; Hypericum spp. from Crete; Euphorbia spp. from Central Greece

Τα φάρμακα φυσικής προέλευσης παίζουν καίριο ρόλο τόσο στην παραδοσιακή όσο και στην σύγχρονη ιατρική, καθώς η φύση παρέχει μια ανεξάντλητη πηγή βιοδραστικών συστατικών, και ο ρόλος των φυσικών προϊόντων στην εύρεση καινούργιων μορίων-οδηγών για την ανακάλυψη αποτελεσματικών φαρμάκων για μία πληθώρα ασθενειών καθημερινώς ενισχύεται. Με βάση σύγχρονα βιβλιογραφικά δεδομένα, η μελέτη είχε ως στόχο την αναζήτηση και τον εντοπισμό σεσκιτερπενικών λακτονών (από τα ενδημικά είδη Centaurea και Calea), φαινολικών παραγώγων και αιθερίων ελαίων (από ενδημικά είδη Hypericum), καθώς και διτερπενίων (από ενδημική Euphorbia), με έμφαση στην αντιφλεγμονώδη και κυτταροτοξική δράση. Αναφορικά με τα τέσσερα υπό εξέταση είδη, αν και διαφέρουν τόσο στην βοτανική κατάταξη, όσο και στο χημικό προφίλ, εμφανίζουν ομοιότητες, που αφορούν στη βιολογική δράση. Το Κενταύριο, το Υπερικό και η Ευφορβία αναφέρονται απο τον Ιπποκράτη (5ος αιώνας π.Χ.) και παρατηρούμε επίσης ότι έχουν καταγραφεί κοινές χρήσεις και για τα τέσσερα γένη στην παραδοσιακή λαϊκή θεραπευτική μέχρι σήμερα, και συγκεκριμένα αναφέρονται ως επουλωτικά, αντιπυρετικά, αντιφλεγμονώδη, διουρητικά, εμμηναγωγά, για γαστρεντερικές διαταραχές. Είναι σημαντικό ότι τα ενδημικά είδη με στενή εξάπλωση αποτελούν δυνητικά σημαντικές πηγές νέων βιοδραστικών δευτερογενών μεταβολιτών, δεδομένου ότι τα αντίστοιχα φυτικά είδη από τα ίδια γένη ευρείας όμως εξάπλωσης εμφανίζουν πληθώρα εθνοφαρμακολογικών αναφορών. Συνολικά 84 δευτερογενείς μεταβολίτες απομονώθηκαν από ενδημικά φυτά που φύονται ανά τον κόσμο, και συγκεκριμένα 26 από την Calea jamaicensis, 12 από την Centaurea papposa, 24 από το Hypericum jovis, και 22 από την Euphorbia deflexa. Η ανίχνευση και απομόνωση μεταβολιτών, που ανήκουν στις κατηγορίες των σεσκιτερπενικών λακτονών, φλορογλουκινών και διτερπενίων ήταν κατευθυνόμενη μέσω 1Η NMR (Φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού). Οι πορείες απομόνωσης περιελάμβαναν μία πληθώρα χρωματογραφικών τεχνικών, όπως στήλης με διαφορετικά πληρωτικά υλικά (πχ. silica, diaion, sephadex), παρασκευαστική χρωματογραφία λεπτής στιβάδας, καθώς και υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης (HPLC) με ανιχνευτές RI και DAD και κατάλληλες στήλες (RP-C18, RP-Biphenyl, NP). Οι χημικές δομές αποδώθηκαν με συνδυασμό από δεδομένα NMR, φασματομετρία μάζης (HRESIMS) και κρυσταλλογραφίας (X-ray). Απομονώθηκαν και ταυτοποιήθηκαν 28 σεσκιτερπενικές λακτόνες, 14 φλορογλουκινόλες, 22 διτερπένια και 20 άλλα συστατικά, μεταξύ αυτών 14 σεσκιτερπενικές λακτόνες, 2 φλορογλουκινόλες, 16 διτερπένια και 3 χρωμένια αποτελούν νέα φυσικά προϊόντα, που περιγράφονται για πρώτη φορά στη παρούσα εργασία, όπως και τα κρυσταλλογραφικά δεδομένα από δύο διτερπένια. Παράλληλα, περισσότερα από 120 πτητικά συστατικά ταυτοποιήθηκαν με την τεχνική της αεριοχρωματογραφίας συζευγμένης με φασματομετρία μάζης (GC-MS) από φυτά του γένους Hypericum (H. jovis, H. empetrifolium, H. amblyocalyx, H. triquetrifolium και H. perforatum), κυρίως μονοτερπενικοί και σεσκιτερπενικοί υδρογονάνθρακες. Οι απομονωμένες σεσκιτερπενικές λακτόνες αξιολογήθηκαν in vitro σε καρκινικές σειρές, παρουσιάζοντας IC50 ≤ 10 μM, τιμές που κατατάσσουν τα μόρια σε δραστικά και πιθανά αντικαρκινικά φάρμακα με βάση τις οδηγίες από το Εθνικό Ινστιτούτο Καρκίνου (National Cancer Institute). Συγκεκριμένα, ο carbetolide C απέδωσε τιμές IC50 για τις καρκινικές σειρές HeLa, SK-MEL-28 και HePG2 παρόμοιες με αυτές του παρθενολιδίου (2.9, 7.5, 12.6 μΜ και 2.1, 4.9, 10.0 μΜ, αντίστοιχα), που αποτελεί ισχυρή αντικαρκινική σεσκιτερπενική λακτόνη και η οποία χρησιμοποιήθηκε ως πρότυπη ουσία-μάρτυρας (positive control). Είναι σημαντικό πως στο σύνολό τους οι σεσκιτερπενικές λακτόνες δεν παρουσίασαν τοξικότητα στα φυσιολογικά/μη καρκινικά κύτταρα HMEC-1, παρότι οι αντιδράσεις τύπου Michael του λακτονικού δακτυλίου συνήθως περιλαμβάνουν και φαινόμενα μη ειδικής τοξικότητας. Στην κυτταρρική σειρά HMEC-1, οι σεσκιτερπενικές λακτόνες οδήγησαν σε δοσοεξαρτώμενη αντιφλεγμονώδη δράση αναστέλλοντας την επαγόμενη μέσω TNF-α έκφραση του μορίου ICAM-1. Ισχυρή αντιφλεγμονώδη δράση παρουσίασαν επίσης και οι φλορογλουκινόλες τόσο στην in vitro βιοδοκιμασία του ICAM-1, όσο και στην ex vivo βιοδοκιμασία COX/LOX. Πολύ λίγες μελέτες περιγράφουν τις αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες αυτών των ουσιών, καταδεικνύοντας την ανάγκη για περαιτέρω διερεύνηση της δυναμικής τους ως αντιφλεγμονώδεις παράγοντες. Όσον αφορά στα διτερπένια από την Euphorbia, αν και άφθονα με εξαιρετικό ενδιαφέρον στην περίπλοκη απόδοση δομών, τα περισσότερα από αυτά δεν παρουσίασαν αξιόλογες βιολογικές δράσεις. Περαιτέρω, αν και είναι γνωστή η επουλωτική δράση του βαλσαμέλαιου (Oleum Hyperici), δεν είχαν μελετηθεί προηγουμένως οι επουλωτικές ιδιότητες των αιθερίων ελαίων από φυτά του γένους Hypericum, παρότι πτητικά συστατικά συνεκχυλίζονται κατά την παρασκευή του βαλσαμέλαιου. Για να καλυφθεί αυτό το κενό, διερευνήθηκαν in vivo πέντε αιθέρια έλαια και έδειξαν σημαντική επουλωτική δράση, ενισχύοντας τη γνώση για τις θεραπευτικές ιδιότητες του γένους Hypericum. Επιπλέον, ο μεταβολισμός των φυσικών προϊόντων είναι πολύ λιγότερο μελετημένος σε σχέση με τα βιοσυνθετικά τους μονοπάτια, οπότε ένας τελικός στόχος της παρούσας διατριβής αποτέλεσε η διερεύνηση του in vitro μεταβολισμού των σεσκιτερπενικών λακτονών χρησιμοποιώντας μικροσώματα ανθρώπινου ήπατος και οι μεταβολίτες ανιχθεύθηκαν με LC-MS/MS. Οι σεσκιτερπενικές λακτόνες οδήγησαν σε ποικίλους μεταβολίτες λόγω της δομικής τους ποικιλομορφίας, αν και ο εξαιρετικά ενεργός δακτύλιος λακτόνης παρέμεινε η πιο κοινή μεταβολική θέση.Plant-derived drugs play an important role in both traditional and modern medicine due to nature’s high potential of yielding therapeutically relevant bioactive compounds, and natural products are emerging as new lead structures for the development of novel drugs for the prevention and treatment of diseases of modern civilization. On the basis of modern bibliographic data, sesquiterpene lactones from Centaurea and Calea, phloroglucinols and essential oils from Hypericum, as well as diterpenoids from Euphorbia were studied, emphasizing on anti-inflammatory and cytotoxic activities. Plants from various families with different phylogenetic relationships and phytochemical profiles have been chosen. Centaurea, Hypericum, and Euphorbia have been referred from Hippocrates (5th century B.C.), and up to now, common uses have been reported for these genera in traditional medicine (including wound-healing, anti-inflammatory, diuretics, antipyretics). When selecting plants from regions with high diversity and endemism (Panama, Algeria, and Greece are biodiversity spots), the probability of finding novel (bioactive or not) substances is higher and demonstrates the potential of different plant species that have never been investigated before. A total of 84 specialized natural products were isolated from endemic plants of cosmopolitan distribution: 26 from Calea jamaicensis, 12 from Centaurea papposa, 24 from Hypericum jovis, and 22 from Euphorbia deflexa. NMR metabolomic strategy was used to target the highly bioactive groups of interest e.g. sesquiterpene lactones, phloroglucinols, and diterpenes in the crude plant extracts and sub-fractions. The isolation procedure included a variety of chromatographic steps using column chromatography in different packing materials (e.g. silica gel, diaion, sephadex), preparative TLC, and HPLC equipped with RI or DAD detector using various columns (eg. RP-C18, RP-Biphenyl, NP). Their chemical structures were elucidated through a combination of HRESIMS, 2D NMR, and X-ray data. 28 sesquiterpene lactones, 14 phloroglucinols, 22 diterpenes, and 20 other compounds were elucidated, among them, 14 sesquiterpene lactones, 2 phloroglucinols, 16 diterpenes, and 3 chromenes are novel natural products and have not been described in the literature before; also the X-ray crystallographic data of 2 diterpenes were reported for the first time. In parallel, more than 120 volatile compounds were identified using GC-MS from the essential oils from Hypericum spp. (H. jovis, H. empetrifolium, H. amblyocalyx, H. triquetrifolium and H. perforatum), belonging mainly to the groups of monoterpene and sesquiterpene hydrocarbons. Several sesquiterpene lactones were evaluated for their cytotoxic effects in vitro reporting IC50 ≤ 10 μM, thus considered to be active and could be potential anti-cancer drugs according to the National Cancer Institute. Carbetolide C afforded IC50 values for HeLa, SK-MEL-28 and HePG2 cells similar to that of parthenolide (2.9, 7.5, 12.6 μΜ and 2.1, 4.9, 10.0 μΜ, respectively), a well-known cytotoxic sesquiterpene lactone used as a positive control. It is noteworthy that the tested SLs revealed no toxicity in the non-cancerous endothelial HMEC-1 cell line, although Michael reactions of the lactone ring usually also involve non-specific toxicity. In the same cell line, sesquiterpene lactones showed strong inhibition of the TNF-α induced ICAM-1 expression, in a dose-dependent manner. Similar results were obtained from phloroglucinols in the ICAM-1 assay, as well as in the ex vivo COX/LOX assay, although only a few studies in the literature demonstrate anti-inflammatory effects from this group of compounds, suggesting the need for further research to explore their anti-inflammatory potential. Regarding diterpenes from Euphorbia plants, although abundant and extremely intriguing in their complicated structure elucidation, most of them presented very weak biological activities. Athough the wound healing activities of Hypericum perforatum infused oil is known, so far, no studies have been conducted on Hypericum essential oils. Besides several non polar ingredients of the essential oil are extracted to the infused oil and contribute to activity. To fulfill this gap, this study describes the investigation of five essential oils in vivo, and their significant wound healing effects gave a new insight into the healing properties of genus Hypericum. The metabolization of natural products is much less studied than their biosynthetic pathways, thus a final goal was the investigation of the in vitro metabolism of the drug-like group of sesquiterpene lactones using human liver microsomes, identified by LC-MS/MS. Sesquiterpene lactones resulted in changeable metabolism due to their structural diversity, though the highly active lactone ring remained the most common metabolic site. As a concluding mark, high cytotoxic, anti-inflammatory, and wound healing effects were reported from natural products derived from Calea jamaicensis, Centaurea papposa, Hypericum jovis, H. empetrifolium, and Euphorbia deflexa. For these taxa, almost no records existed in the literature using modern techniques and investigating the biological activities of their constituents. Nature will still be a source of new drugs in the future, and the results of this study contribute to the natural product-based drug discovery, further supporting the strategic use of natural products as a starting point to investigate novel potential effective agents against a variety of human ailments

In vitro cytotoxic and anti-inflammatory activities of sesquiterpene lactones from Centaurea papposa (Coss.) Greuter

In the pursuit of highly active specialized metabolites from endemic plants, Centaurea papposa (Coss.) Greuter, an endemic plant in Algeria and Tunisia, was investigated and afforded eleven sesquiterpene lactones (1-11). Cytotoxic evaluation of these compounds using the in vitro MTT assay on three human cancerous cell lines (HeLa, SK-MEL-28 and HepG2), revealed that isolates 4, 8 and 9 (IC50 ≤ 10 μM) could be potential anti-cancer drugs for cervical cancer according to the National Cancer Institute. Further evaluation of the in vitro anti-inflammatory activity showed that compounds 1 and 4 inhibited the TNF-α induced ICAM-1 expression in HMEC-1 endothelial cells at a maximum of 21% and 2% of the control (IC50 values 21.9 and 5.7 μM, respectively). The Michael reactions of the α-methylene-γ-lactone ring seem to be responsible for the strong activity, while no toxicity was observed in the HMEC-1 cells in all the range of tested concentrations (6.25-50.0 µM). © 2021 Informa UK Limited, trading as Taylor & Francis Group