Impact of lipophilization of rosmarinic acid on its antioxidants properties

De nos jours, l'apport de polyphénols s'avère être bénéfique dans la lutte contre les dommages oxydatifs liés au stress oxydant. Cependant, leur biodisponibilité est limitée par leur polarité. Pour contourner ce problème, une des stratégies consiste à ajuster la lipophilie de l'antioxydant par des réactions de lipophilisation mettant en jeu un vecteur lipidique. Ainsi, des précédentes études ont montré que l'activité antioxydante était directement liée à la longueur de la chaîne alkyle greffée et ont également révélé un effet non linéaire dit effet « cut-off ». L'objectif de notre étude a donc été de comprendre l'effet non linéaire de la lipophilisation sur l'activité antioxydante de l'acide rosmarinique. Ainsi, des rosmarinates d'alkyle et de diacylglycérol ont été synthétisés, et leurs propriétés antioxydantes évaluées sur des fibroblastes surexprimant une quantité d'EROs. L'effet « cut-off » a été à nouveau observé avec ces phénolipides. En effet, le rosmarinate de décyle et le 1-rosmarinoyl-2,3-dilauroyl glycérol sont les antioxydants les plus actifs. Cependant, la série des rosmarinates d'alkyle étant la plus efficace, l'influence du vecteur lipidique a été étudié uniquement sur cette dernière. Il a été ainsi constaté que la lipophilisation de l'acide rosmarinique avec une chaîne alkyle de 4 à 10 atomes de carbone améliore son transport au sein de la cellule, alors que les esters à 16 et 18 atomes de carbone s'organisent sous forme d'agrégats extracellulaires limitant ainsi leur internalisation. De plus, alors qu'une partie de ces esters est localisée dans le cytoplasme, tout comme l'acide rosmarinique et le rosmarinate de butyle, le rosmarinate de décyle est en revanche situé dans la mitochondrie. Cette propriété en fait donc une molécule très prometteuse pour la conception de nouveaux antioxydants à activité mitochondriale ciblée. Néanmoins, sa cytotoxicité joue un rôle majeur dans son mécanisme d'action. A fortes concentrations, il affecte la viabilité cellulaire, tandis qu'à faibles concentrations, aucun effet cytotoxique notable n'est mis en évidence.Nowadays, polyphenols supply has proved to be beneficial against oxidative damages linked to oxidative stress. However, their bioavaibility is limited by their polarity. To solve the issue, one strategy consists in adjusting the antioxidant hydrophobicity by lipophilization reactions with lipidic carriers. Indeed, previous studies showed that antioxidant activity was directly linked to the alkyl chain length grafted and also revealed a “cut-off” effect. The objective of this study is to understand this nonlinear effect of the lipophilization of rosmarinic acid on antioxidant activity. Thus, alkyl rosmarinate and diacylglycerol rosmarinate were synthesized and their antioxidant activity was evaluated into fibroblasts cells overexpressing radical oxygen species. The “cut-off” effect was again observed with these phenolipids. In fact, decyl rosmarinate and dilauroyl rosmarinate were shown to the best antioxydants. The lipophilization of rosmarinic acid with an alkyl chain from 4 to 10 carbon atoms improve its cell uptake whereas esters of 16 and 18 carbon atoms assemble in extracellular aggregate limiting their cell uptake. Furthermore, one part of these esters is located into cytoplasm like rosmarinic acid and butyl rosmarinate. On the contrary, the decyl rosmarinate (R10) is located into mitochondria. This property allows targeting mitochondria. Nevertheless, its cytotoxicity is involved in mechanism. At high concentration, R10 affects cell viability, while at low concentration, no cytotoxic effect is observed

Influence de la lipophilisation de l'acide rosmarinique sur ses propriétés antioxydantes

De nos jours, l'apport de polyphénols s'avère être bénéfique dans la lutte contre les dommages oxydatifs liés au stress oxydant. Cependant, leur biodisponibilité est limitée par leur polarité. Pour contourner ce problème, une des stratégies consiste à ajuster la lipophilie de l'antioxydant par des réactions de lipophilisation mettant en jeu un vecteur lipidique. Ainsi, des précédentes études ont montré que l'activité antioxydante était directement liée à la longueur de la chaîne alkyle greffée et ont également révélé un effet non linéaire dit effet cut-off . L'objectif de notre étude a donc été de comprendre l'effet non linéaire de la lipophilisation sur l'activité antioxydante de l'acide rosmarinique. Ainsi, des rosmarinates d'alkyle et de diacylglycérol ont été synthétisés, et leurs propriétés antioxydantes évaluées sur des fibroblastes surexprimant une quantité d'EROs. L'effet cut-off a été à nouveau observé avec ces phénolipides. En effet, le rosmarinate de décyle et le 1-rosmarinoyl-2,3-dilauroyl glycérol sont les antioxydants les plus actifs. Cependant, la série des rosmarinates d'alkyle étant la plus efficace, l'influence du vecteur lipidique a été étudié uniquement sur cette dernière. Il a été ainsi constaté que la lipophilisation de l'acide rosmarinique avec une chaîne alkyle de 4 à 10 atomes de carbone améliore son transport au sein de la cellule, alors que les esters à 16 et 18 atomes de carbone s'organisent sous forme d'agrégats extracellulaires limitant ainsi leur internalisation. De plus, alors qu'une partie de ces esters est localisée dans le cytoplasme, tout comme l'acide rosmarinique et le rosmarinate de butyle, le rosmarinate de décyle est en revanche situé dans la mitochondrie. Cette propriété en fait donc une molécule très prometteuse pour la conception de nouveaux antioxydants à activité mitochondriale ciblée. Néanmoins, sa cytotoxicité joue un rôle majeur dans son mécanisme d'action. A fortes concentrations, il affecte la viabilité cellulaire, tandis qu'à faibles concentrations, aucun effet cytotoxique notable n'est mis en évidence.Nowadays, polyphenols supply has proved to be beneficial against oxidative damages linked to oxidative stress. However, their bioavaibility is limited by their polarity. To solve the issue, one strategy consists in adjusting the antioxidant hydrophobicity by lipophilization reactions with lipidic carriers. Indeed, previous studies showed that antioxidant activity was directly linked to the alkyl chain length grafted and also revealed a cut-off effect. The objective of this study is to understand this nonlinear effect of the lipophilization of rosmarinic acid on antioxidant activity. Thus, alkyl rosmarinate and diacylglycerol rosmarinate were synthesized and their antioxidant activity was evaluated into fibroblasts cells overexpressing radical oxygen species. The cut-off effect was again observed with these phenolipids. In fact, decyl rosmarinate and dilauroyl rosmarinate were shown to the best antioxydants. The lipophilization of rosmarinic acid with an alkyl chain from 4 to 10 carbon atoms improve its cell uptake whereas esters of 16 and 18 carbon atoms assemble in extracellular aggregate limiting their cell uptake. Furthermore, one part of these esters is located into cytoplasm like rosmarinic acid and butyl rosmarinate. On the contrary, the decyl rosmarinate (R10) is located into mitochondria. This property allows targeting mitochondria. Nevertheless, its cytotoxicity is involved in mechanism. At high concentration, R10 affects cell viability, while at low concentration, no cytotoxic effect is observed.MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Boosting antioxidants by lipophilization: A strategy toincrease cell uptake and target mitochondria

To explore the possibility to boost phenolic antioxidants through their structural modification by lipophilization and check the influence of such covalent modification on cellular uptake and mitochondria targeting. Rosmarinic acid was lipophilized by various aliphatic chain lengths (butyl, octyl, decyl, dodecyl, hexadecyl, and octadecyl) to give rosmarinate alkyl esters which were then evaluated for their ability (i) to reduce the level of reactive oxygen species (ROS) using 2',7'-dichlorodihydrofluorescein diacetate probe, (ii) to cross fibroblast cell membranes using confocal microscopy, and (iii) to target mitochondria using MitoTrackerA (R) Red CMXRos. Increasing the chain length led to an improvement of the antioxidant activity until a threshold is reached for medium chain (10 carbon atoms) and beyond which lengthening resulted in a decrease of activity. This nonlinear phenomenon-also known as the cut-off effect-is discussed here in connection to the previously similar results observed in emulsified, liposomal, and cellular systems. Moreover, butyl, octyl, and decyl rosmarinates passed through the membranes in less than 15 min, whereas longer esters did not cross membranes and formed extracellular aggregates. Besides cell uptake, alkyl chain length also determined the subcellular localization of esters: mitochondria for medium chains esters, cytosol for short chains and extracellular media for longer chains. The localization of antioxidants within mitochondria, the major site and target of ROS, conferred an advantage to medium chain rosmarinates compared to both short and long chains. In conjunction with changes in cellular uptake, this result may explain the observed decrease of antioxidant activity when lengthening the lipid chain of esters. This brings a proof-of-concept that grafting medium chain allows the design of mitochondriotropic antioxidants