a genomics based approach identifies a thioviridamide like compound with selective anticancer activity

Thioviridamide is a structurally novel ribosomally synthesized and post-translational modified peptide (RiPP) produced by Streptomyces olivoviridis NA005001. It is characterized by a structure that features a series of thioamide groups and possesses potent antiproliferative activity in cancer cell lines. Its unusual structure allied to its promise as an anticancer compound led us to investigate the diversity of thioviridamide-like pathways across sequenced bacterial genomes. We have isolated and characterized three diverse members of this family of natural products. This characterization is supported by transformation-associated recombination cloning and heterologous expression of one of these compounds, thiostreptamide S4. Our work provides an insight into the diversity of this rare class of compound and indicates that the unusual N-terminus of thioviridamide is not introduced biosynthetically but is instead introduced during acetone extraction. A detailed analysis of the biological activity of one of th..

Mantonico and Pecorello Grape Seed Extracts: Chemical Characterization and Evaluation of In Vitro Wound-Healing and Anti-Inflammatory Activities

The winemaking process produces a huge number of pomaces that generally are used for energy purposes. Further valuable applications such as health-promoting properties are still under investigation. The seeds of the white berries of Mantonico and Pecorello cv. were extracted in a Soxhlet apparatus, using n-hexane and chloroform as solvents. Extracts were characterized by NMR and GC-MS analyses. They were assayed in vitro as wound healing and anti-inflammatory agents in HaCaT and RAW 264.7 cell lines, respectively. n-hexane Mantonico extract resulted in the most interesting wound healing sample, while n-hexane Pecorello, containing a good number of carotenoids, resulted in a good anti-inflammatory candidate. These preliminary findings underlined the benefit of grape seed extracts valorization due to their health-promoting propertie

Nutritionally enriched tomatoes (Solanum lycopersicum L.) grown with wood distillate: chemical and biological characterization for quality assessment

: Bio-based products are nowadays useful tools able to affect the productivity and quality of conventionally cultivated crops. Several bio-based products are currently on the market; one of the newest and most promising is the wood distillate (WD) derived from the pyrolysis process of waste biomass after timber. Its foliar application has been widely investigated and shown to promote the antioxidant profile of cultivated crops. WD was used here as additive for the cultivation of tomato (Solanum lycopersicum L.) plants. The application improved quality (chemical) parameters, minerals, polyphenols, and lycopene contents of tomato fruits. The extracts of WD-treated and untreated tomatoes have been chemically and biologically characterized. The 1 H-NMR and ESI-mass spectrometry analyses of the extracts revealed the presence of different fatty acids, amino acids and sugars. In particular, the WD-treated tomatoes showed the presence of pyroglutamic acid and phloridzin derivatives, but also dihydrokaempferol, naringenin glucoside, cinnamic acid, and kaempferol-3-O-glucoside. When tested in cells, the extracts showed a promising anti-inflammatory profile in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated RAW 264.7 macrophages. Furthermore, the extracts displayed a slight vasorelaxant activity on rat aorta rings (either endothelium-denuded or endothelium-intact) pre-contracted with phenylephrine or potassium chloride. PRACTICAL APPLICATION: Wood distillate has been used for tomato plant growth. Tomatoes showed improved nutritional parameters, and their extracts displayed antioxidant and anti-inflammatory activities

Mortality and pulmonary complications in patients undergoing surgery with perioperative SARS-CoV-2 infection: an international cohort study

Background: The impact of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) on postoperative recovery needs to be understood to inform clinical decision making during and after the COVID-19 pandemic. This study reports 30-day mortality and pulmonary complication rates in patients with perioperative SARS-CoV-2 infection. Methods: This international, multicentre, cohort study at 235 hospitals in 24 countries included all patients undergoing surgery who had SARS-CoV-2 infection confirmed within 7 days before or 30 days after surgery. The primary outcome measure was 30-day postoperative mortality and was assessed in all enrolled patients. The main secondary outcome measure was pulmonary complications, defined as pneumonia, acute respiratory distress syndrome, or unexpected postoperative ventilation. Findings: This analysis includes 1128 patients who had surgery between Jan 1 and March 31, 2020, of whom 835 (74·0%) had emergency surgery and 280 (24·8%) had elective surgery. SARS-CoV-2 infection was confirmed preoperatively in 294 (26·1%) patients. 30-day mortality was 23·8% (268 of 1128). Pulmonary complications occurred in 577 (51·2%) of 1128 patients; 30-day mortality in these patients was 38·0% (219 of 577), accounting for 81·7% (219 of 268) of all deaths. In adjusted analyses, 30-day mortality was associated with male sex (odds ratio 1·75 [95% CI 1·28–2·40], p\textless0·0001), age 70 years or older versus younger than 70 years (2·30 [1·65–3·22], p\textless0·0001), American Society of Anesthesiologists grades 3–5 versus grades 1–2 (2·35 [1·57–3·53], p\textless0·0001), malignant versus benign or obstetric diagnosis (1·55 [1·01–2·39], p=0·046), emergency versus elective surgery (1·67 [1·06–2·63], p=0·026), and major versus minor surgery (1·52 [1·01–2·31], p=0·047). Interpretation: Postoperative pulmonary complications occur in half of patients with perioperative SARS-CoV-2 infection and are associated with high mortality. Thresholds for surgery during the COVID-19 pandemic should be higher than during normal practice, particularly in men aged 70 years and older. Consideration should be given for postponing non-urgent procedures and promoting non-operative treatment to delay or avoid the need for surgery. Funding: National Institute for Health Research (NIHR), Association of Coloproctology of Great Britain and Ireland, Bowel and Cancer Research, Bowel Disease Research Foundation, Association of Upper Gastrointestinal Surgeons, British Association of Surgical Oncology, British Gynaecological Cancer Society, European Society of Coloproctology, NIHR Academy, Sarcoma UK, Vascular Society for Great Britain and Ireland, and Yorkshire Cancer Research

Genomics based discovery and anticancer activity assessment of new thioviridamide-like molecules produced by actinobacteria

Dottorato di Ricerca in Medicina Traslazionale. Ciclo XXXIFin dalla scoperta della penicillina da parte di Alexander Fleming nel 1928, i prodotti naturali microbici hanno rappresentato una risorsa essenziale per lo sviluppo di nuovi agenti farmacologici. All’interno dell’immenso panorama di microorganismi che popolano gli ecosistemi terrestri e marini, i batteri appartenenti al phylum Actinobacteria rappresentano la principale fonte di molecole naturali bioattive. Il metabolismo secondario di questi mircroorganismi, infatti, è complesso e molto variabile, ed è responsabile della produzione di molecole molto diverse dal punto di vista chimico, biosintetico e dell’attività biologica. Una classe di metaboliti secondari relativamente recente ma in rapida espansione, è rappresentata dai peptidi sintetizzati a livello ribosomiale e modificati a livello post-traduzionale (RiPPs). Questi prodotti naturali peptidici sono dotati di diverse attività biologiche e un enorme potenziale farmacologico, con uno spettro di attività che include, tra le tante, quella antibatterica, antitumorale, ipolipidemizzante e immunomodulatrice. L’evidenza del potenziale biologico di queste molecole ha, pertanto, spinto l’interesse della ricerca biotecnologica e farmaceutica a concentrarsi su questa classe di metaboliti secondari. L’attenzione è rivolta, in particolare, all’identificazione di nuovi ceppi batterici produttori di RiPPs bioattivi e alla caratterizzazione dei pathway biosintetici, allo scopo di comprendere meglio gli aspetti biochimici alla base della loro biosintesi. In questo scenario si colloca la thioviridamide, RiPP biosintetizzato da Streptomyces olivoviridis NA005001 e caratterizzato da una potente attività antiproliferativa e pro-apoptotica nei confronti di diverse linee cellulari tumorali. Questo composto peptidico, unico nel suo genere, presenta un gruppo 2-idrossi-2-metil-4-oxopentanoile all’estremità N-terminale, un residuo di β-idrossi-N1,N3-dimetilistidinio (hdmHis), un residuo di S-(2-aminovinil)-cisteina (AviCys) che fa parte di un macro-ciclo e cinque gruppi tioammidici che sostituiscono i gruppi ammidici nello scheletro peptidico. Recentemente, il cluster genico responsabile della biosintesi della thioviridamide è stato identificato, dimostrando l'origine ribosomiale di questa molecola, ma i processi biosintetici alla base della sua produzione non sono ancora completamente noti. La promettente attività antitumorale della thioviridamide, così come la sua peculiare struttura chimica e l'interessante pathway biosintetico, rendono questo composto estremamente interessante agli occhi della ricerca. La prima parte di questo lavoro di tesi ha avuto l’obbiettivo di identificare, mediante un approccio genomico, nuovi prodotti naturali, analoghi della thioviridamide, biosintetizzati da Actinobacteria, e di effettuarne la caratterizzazione chimico-funzionale, allo scopo di valutarne il potenziale antitumorale. Studi bioinformatici, basati sull’utilizzo di tools per l’analisi di omologie di sequenza, hanno permesso di individuare, all’interno del vasto panorama di batteri dal genoma noto, microorganismi contenenti nel proprio genoma cluster genici simili a quello responsabile della biosintesi della thioviridamide. I cluster genici identificati in questi microorganismi sono risultati essere leggermente difformi da quello presente in S. olivoviridis, con differenze sia a livello del peptide precursore e sia a livello dei sistemi enzimatici di maturazione che lo convertono in un RiPP maturo. Tali microorganismi, pertanto, appaiono essere potenziali produttori di molecole strutturalmente analoghe alla thioviridamide, con caratteristiche chimiche e biologiche sconosciute alla comunità scientifica. Tre dei diversi ceppi batterici identificati si sono rivelati capaci di produrre, in determinate condizioni sperimentali, molecole analoghe alla thioviridamide: - Thiostreptamide S4, prodotto da Streptomyces sp. NRRL S-4 - Thiostreptamide S87, prodotto da Streptomyces sp. NRRL S-87 - Thioalbamide, prodotto da Amycolatopsis Alba DSM 44262 La correlazione tra i cluster genici e i nuovi prodotti naturali identificati è stata confermata mediante due diversi approcci biologico-molecolari: - la delezione del cluster genico nel ceppo batterico produttore, che ha portato alla generazione di mutanti incapaci di produrre i composti identificati. - l’espressione eterologa del cluster genico, che ha portato alla produzione dei composti precedentemente identificati in un microorganismo ospite, Streptomyces coelicolor M1146. I risultati ottenuti hanno permesso di stabilire che la thioviridamide non è una molecola unica nel suo genere, ma fa parte di una famiglia di composti, identificati in questo studio, a cui è stato dato il nome di thioviridamide-like molecules (TLMs). Uno scale-up dei processi fermentativi ha permesso di purificare i tre nuovi prodotti naturali in quantità sufficenti per la loro caratterizzazione chimica, effettuata mediante spettrometria di massa e di risonanza magnetica nucleare (NMR). Questo studi hanno confermato la diversità. chimica dei TLMs, dal punto di vista della sequenza aminoacidica, sebbene sono risultate essere conservate alcune caratteristiche peculiari della thioviridamide, quali la presenza di un macrociclo, una carica elettrica positiva conferita da un residuo di dimetil-istidinio e la presenza di legami tioammidici nello scheletro peptidico. Inoltre, dai risultati ottenuti è emerso che i TLMs sono caratterizzati dalla presenza all’estremità N-terminale di un gruppo piruvile o lattile, e il gruppo 2-idrossi-2-metil-4-oxopentanoile, caratterizzante l’estremità N-terminale della thioviridamide, è risultato essere un artefatto, generato da una reazione di condensazione aldolica tra il gruppo piruvile della molecola naturale e l’acetone utilizzato come solvente nel processo di purificazione. La thioalbamide, il prodotto naturale purificato in maggiore quantità, è stato quindi oggetto di indagini biologiche al fine di valutarne l’attività antiproliferativa e il potenziale antitumorale. I risultati ottenuti hanno evidenziato un’intensa attività antiproliferativa nei confronti di una vasta gamma di linee cellulari tumorali. Questi effetti sono risultati essere altamente selettivi per le cellule tumorali, in quanto il composto ha mostrato scarsa attività in un modello cellulare non tumorale. La seconda parte di questo lavoro di tesi ha avuto l’obbiettivo di investigare a fondo sui meccanismi molecolari alla base dell’attività antitumorale della thioalbamide in diversi modelli in vitro di carcinoma mammario, il tumore maggiormente diagnosticato tra le donne nel mondo. In questa parte del lavoro è stato utilizzato un approccio biochimico-metabolico, per valutare per la prima volta, gli effetti cellulari indotti dalla thioalbamide in linee cellulari tumorali che riflettono la diversità biologica dei diversi sottotipi di carcinoma mammario. Nei diversi modelli utilizzati, la molecola non ha mostrato significative differenze di attività antiproliferativa, dimostrando che il suo potenziale antitumorale è indipendente dal profilo recettoriale tumorale. In particolare, la thioalbamide ha dimostrato possedere abilità di indurre cambiamenti morfologici nelle cellule trattate, blocco del ciclo cellulare a livello del checkpoint G1/S e morte cellulare mediata da meccanismi apoptotici. L’apoptosi è stata confermata con diversi approcci sperimentali atti a monitorare diversi eventi chiave del processo di morte programmata, quali la frammentazione del DNA, la perdita del potenziale di membrana mitocondriale e l’esposizione della fosfatidilserina sul foglietto esterno della membrana cellulare. In aggiunta, gli eventi di morte cellulare sono risultati essere il frutto dell’innesco dei pathway apoptotici estrinseco ed intrinseco, mediati rispettivamente dal attivazione proteolitica delle caspasi 8 e 9. Lo studio delle alterazioni biochimiche indotte dalla thioalbamide è proseguito, facendo emergere la capacità del composto di derterminare nella cellula un aumento nella produzione di specie reattive dell’ossigeno (ROS), che si sono rivelate il fenomeno scatenante la morte apoptotica indotta dalla thioalbamide. L’eccessivo aumento dei livelli intracellulari di ROS indotto dal trattamento, è risultato interessare particolarmente il compartimento mitocondriale della cellula. Questa evidenza è emersa dal momento che la cellula tumorale risponde allo stress ossidativo, indotto dal composto, con un aumento selettivo dell’isoforma mitocondriale della superossido dismutasi (SOD2), enzima deputato alla neutralizzazione dell’anione superossido, principale subprodotto della respirazione cellulare. Essendo i ROS generati dal metabolismo cellulare, il loro accumulo e il conseguente stress ossidativo sono spesso associati ad alterazioni dei pathway metabolici. La riprogrammazione metabolica è una delle caratteristiche del cancro, e i tumori richiedono cataboliti per produrre ATP, mantenere un equilibrio redox e generare biomassa. A seconda della disponibilità di nutrienti, alcune cellule all’interno del tumore sono prevalentemente glicolitiche, mentre altre hanno un fenotipo dipendente dalla fosforilazione ossidativa. Pertanto, in questo lavoro, è stato valutato anche il profilo energetico delle cellule trattate con thioalbamide, e i risultati ottenuti hanno evidenziato la capacità di questo prodotto naturale di inibire la glicolisi e la fosforilazione ossidativa, i due principali pathway energetici cellulari. Il metabolismo della cellula tumorale rappresenta un potenziale target per la terapia oncologica. Infatti, è noto che le cancer stem cells (CSCs), la sottopopolazione di cellule tumorali responsabile dell’insorgenza di fenomeni di recidiva e metastatizzazione, sono caratterizzate da una elevata flessibilità metabolica. La thioalbamide, spegnendo il metabolismo energetico tumorale, si è rivelata in grado di inibire la crescita e propagazione delle CSCs, riducendo l’efficienza di formazione di mammospheres (MFE). Nel complesso, questo lavoro di dottorato ha portato alla luce nuove conoscenze sui metaboliti secondari microbici, identificando nuovi membri della classe dei RiPPs che da oggi costituiscono la famiglia delle thioviridamide-like molecules (TLMs). Inoltre, per la prima volta, sono stati studiati i meccanismi molecolari indotti da questi nuovi prodotti naturali e, dai risultati ottenuti, è emerso che l’elevato potenziale antitumorale della thioalbamide è dovuto alla sua capacità di spegnere il metabolismo energetico della cellula maligna.Università della Calabri

Targeting the Mitochondrial Metabolic Network: A Promising Strategy in Cancer Treatment

Metabolic reprogramming is a hallmark of cancer, which implements a profound metabolic rewiring in order to support a high proliferation rate and to ensure cell survival in its complex microenvironment. Although initial studies considered glycolysis as a crucial metabolic pathway in tumor metabolism reprogramming (i.e., the Warburg effect), recently, the critical role of mitochondria in oncogenesis, tumor progression, and neoplastic dissemination has emerged. In this report, we examined the main mitochondrial metabolic pathways that are altered in cancer, which play key roles in the different stages of tumor progression. Furthermore, we reviewed the function of important molecules inhibiting the main mitochondrial metabolic processes, which have been proven to be promising anticancer candidates in recent years. In particular, inhibitors of oxidative phosphorylation (OXPHOS), heme flux, the tricarboxylic acid cycle (TCA), glutaminolysis, mitochondrial dynamics, and biogenesis are discussed. The examined mitochondrial metabolic network inhibitors have produced interesting results in both preclinical and clinical studies, advancing cancer research and emphasizing that mitochondrial targeting may represent an effective anticancer strategy

Teeth loss after teriflunomide treatment: Casual or causal? A short case series

Teriflunomide is a once-daily oral immunomodulator approved for the treatment of relapsing-remitting multiple sclerosis (RRMS) with a consistent safety profile in clinical trials. We report three cases of multiple teeth loss during teriflunomide treatment

Antioxidant and Anti-Inflammatory Activities of Flavanones from Glycyrrhiza glabra L. (licorice) Leaf Phytocomplexes: Identification of Licoflavanone as a Modulator of NF-kB/MAPK Pathway

Inflammation represents an adaptive response generated by injuries or harmful stimuli. Natural remedies represent an interesting alternative to traditional therapies, involving several biochemical pathways. Besides, the valorization of agrochemical wastes nowadays seems to be a feasible way to reduce the health spending and improve the accessibility at bioactive natural compounds. In this context, the chemical composition of three Glycyrrhiza glabra L. (licorice) leaf extracts, obtained through maceration or ultrasound-assisted method (fresh and dried leaves) was investigated. A guided fractionation obtained three main components: pinocembrin, glabranin and licoflavanone. All the extracts showed similar antioxidant properties, evaluated by 2,2′-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) or 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) Diammonium Salt (ABTS) assay, while, among the isolated compounds, licoflavanone exhibited the best antioxidant activity. The anti-inflammatory activity of the extracts and the purified compounds was investigated in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated RAW 264.7 murine macrophages. Extract C and licoflavanone showed a good anti-inflammatory activity without affecting cell viability, as they decreased nitrite levels even when used at 12.5 μg/mL (p < 0.005) and 50 μM concentration (p < 0.001), respectively. Interestingly, licoflavanone markedly decreased pro-inflammatory cytokines and cyclooxygenase 2/inducible nitric oxide synthase (COX-2/iNOS) expression levels (p < 0.001). A modulation of nuclear factor kappa B/mitogen-activated protein kinases (NF-kB/MAPK) pathway underlay such behavior, highlighting the potential of this natural compound as a new scaffold in anti-inflammatory drug research

The ability of supercritical CO2 carrot and pumpkin extracts to counteract inflammation and oxidative stress in RAW 264.7 macrophages stimulated with LPS or MDA-MB-231 cell-conditioned media

Supercritical fluid extraction with CO2 (SFE) is an alternative technology to conventional solvent extraction (CSE), to obtain food-grade bioactives from plants. Here, SFE and CSE extracts from carrot and pumpkin matrices, impregnated with hempseed or flaxseed oil as co-solvents, were characterized by HPLC and GC-MS, and their ability to counteract the inflammatory and oxidative phenomena underlying the onset of several pathologies was assessed in vitro. All extracts showed dose-dependent anti-inflammatory potential and demonstrated an ability to interfere with the pro-inflammatory effects of breast cancer cell-conditioned media, and to inhibit reactive oxygen species (ROS) accumulation and nitrite production (NP) in lipopolysaccharide-stimulated macrophages. Nuclear factor-erythroid-2-related factor 2 (Nrf2) is involved in these response mechanisms, as highlighted by the increased mRNA levels of its target genes revealed by quantitative real-time PCR analyses. NP and ROS concentrations negatively correlated with alpha-tocopherol and most carotenoids, but positively with the total tocopherol/total carotenoid ratio, suggesting an idiosyncratic effect of these bioactives on cell responses and emphasizing the need to focus on extract constituents' interactions

<i>Santolina pinnata</i> Viv. Exerts Promising Antitumor Activity against Breast Cancer Cells and Anti-Inflammatory Effects in LPS-Stimulated RAW 264.7 Cells

Cancer is one of the largest causes of mortality in the world, and due to its incidence, the discovery of novel anticancer drugs is of great importance. Many successful anticancer drugs used in clinical practices are derived from natural products. The genus Santolina is a group of species distributed in the Mediterranean area and used in traditional medicine for their biological properties. The aim of this work was to investigate, for the first time, the multi-target biological potential of Italian Santolina pinnata in relation to their chemical profile, by which an interesting natural source of valuable phytochemicals endowed with anticancer and anti-inflammatory features could be assessed. n-Hexane (EHSP) and methanol (EMSP) extracts were investigated by gas chromatography (GC) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and ultra-high-performance liquid chromatography (UHPLC), respectively. Anti-proliferative activity was analyzed on MCF-7 and MDA-MB-231 breast cancer cells, as well as on non-tumorigenic MCF-10A cells, by the 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide (MTT) assay. Apoptotic death was assessed by comet assay. Cell motility and invasive features were examined in highly invasive MDA-MB-231 by wound-healing scratches, while, in both breast cancer cell lines, by gel-zymography experiments. The anti-inflammatory potential was analyzed by nitric oxide (NO) production and the nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-κB) staining experiments in bacterial lipopolysaccharides (LPS) which stimulated RAW 264.7 cells. EHSP and EMSP extracts exhibited anticancer activity against breast cancer cells, promoting apoptotic death, as well as decreasing cell migration and invasive behaviours. The highest activity (IC50 of 15.91 μg/mL) was detected against MDA-MB-231 cells, a highly invasive breast cancer cell line. Both extracts were also able to promote anti-inflammatory effects (IC50 values ranging from 27.5 to 61.14 μg/mL), as well as to reduce NO levels by inducing inhibitory effects on NF-κB nuclear translocation in LPS-stimulated RAW 264.7 cells. The different biological behaviours found between the extracts could be related to their different chemical compositions. Herein, the multi-target biological potential of S. pinnata in inducing antitumor and anti-inflammatory effects was comprehensively demonstrated. These findings will provide important stepping-stones for further investigations and may lead to the development of highly effective S. pinnata extract-based treatments for breast cancer and inflammatory processes