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Quercetin is a flavonol with potential health benefits including activities against cardiovascular disease, obesity, and oxidative stress. However, the benefits of quercetin are likely limited by poor bioavailability, primarily attributed to its poor aqueous solubility (due to its hydrophobicity and crystallinity) and extensive phase-II metabolism. Improving the apparent solubility of quercetin has the potential to improve its in vivo bioavailability. Strategies to increase solution concentrations in the small intestinal lumen have the potential to substantially increase quercetin bioavailability, and efficacy. We aimed to achieve this by incorporating quercetin into amorphous solid dispersions (ASDs) with cellulose derivatives, eliminating crystallinity, and selectively releasing amorphous quercetin under simulated intestinal conditions (pH 6.8, 37C). Amorphous quercetin was dispersed in cellulose esters including 6-carboxycellulose acetate butyrate (CCAB), hydroxypropylmethylcellulose acetate succinate (HPMCAS) and cellulose acetate suberate (CASub) to achieve stability and provide pH-triggered release. In addition, polyvinylpyrrolidone (PVP) containing CASub and CCAB blends were prepared to further promote enhanced dissolution. The ASD employing 10% quercetin in 20% PVP:70% CASub was most successful at enhancing the solution concentration of quercetin, providing an 18-fold increase in the area under the concentration/time curve (AUC) compared to quercetin alone. These results warrant in vivo assessment of quercetin-loaded ASDs formulated with CASub and its blend with PVP towards improving the bioavailability of quercetin. / Master of Science in Life Sciences

Yes / The spermatogonial stem cells (SSCs) are the only germline stem cells in adults that are responsible for the transmission of genetic information from mammals to the next generation. SSCs play a very important role in the maintenance of progression of spermatogenesis and help provide an understanding of the reproductive biology of future gametes and a strategy for diagnosis and treatment of infertility and male reproductive toxicity. Androgens/oestrogens are very important for the suitable maintenance of male germ cells. There is also evidence confirming the damaging effects of oestrogen-like compounds on male reproductive health. We investigated the effects in vitro, of diethylstilbestrol (DES) on mouse spermatogonial stem cells separated using Staput unit-gravity velocity sedimentation, evaluating any DNA damage using the Comet assay and apoptotic cells in the TUNEL assay. Immunocytochemistry assays showed that the purity of isolated mouse spermatogonial cells was 90%, and the viability of these isolated cells was over 96%. Intracellular superoxide anion production (O2−) in SSCs was detected using p-Nitro Blue Tetrazolium (NBT) assay. The viability of cells after DES treatment was examined in the CCK8 (cell counting kit-8) cytotoxicity assay. The results showed that DES-induced DNA damage causes an increase in intracellular superoxide anions which are reduced by the flavonoid, quercetin. Investigating the molecular mechanisms and biology of SSCs provides a better understanding of spermatogonial stem cell regulation in the testis.

Yes / Quercetin is reported to reduce blood pressure in hypertensive but not normotensive humans, but the role of endothelial redox signaling in this phenomenon has not been assessed. This study investigated the effects of physiologically obtainable quercetin concentrations in a human primary cell model of endothelial dysfunction in order to elucidate the mechanism of action of its antihypertensive effects. Angiotensin II (100 nM, 8 h) induced dysfunction, characterized by suppressed nitric oxide availability (85 ± 4% p<0.05) and increased superoxide production (136 ± 5 %, p<0.001). These effects were ablated by an NADPH oxidase inhibitor. Quercetin (3 μM, 8 h) prevented angiotensin II induced changes in nitric oxide and superoxide levels, but no effect upon nitric oxide or superoxide in control cells. The NADPH oxidase subunit p47(phox) was increased at the mRNA and protein levels in angiotensin II-treated cells (130 ± 14% of control, p<0.05), which was ablated by quercetin co-treatment. Protein kinase C activity was increased after angiotensin II treatment (136 ± 51%), however this was unaffected by quercetin co-treatment. Physiologically obtainable quercetin concentrations are capable of ameliorating angiotensin II-induced endothelial nitric oxide and superoxide imbalance via protein kinase C-independent restoration of p47(phox) gene and protein expression. / Innovate UK and Boots Pharmaceuticals

Ein hoher Verzehr von Obst und Gemüse scheint das Risiko der Inzidenz verschiedener Erkrankungen zu reduzieren. Es wird vermutet, dass eine Gruppe sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe, die Flavonoide, hierfür verantwortlich sind. Mögliche Effekte auf die intestinale Barrierefunktion dieser Substanzklasse sind jedoch weitgehend ungeklärt. Parazelluläre Eigenschaften epithelialer Zellen werden hauptsächlich durch die Zell-Zell-Kontakte der Tight Junction (TJ) insbesondere durch die Proteine Occludin und die Claudine definiert. Ziel dieser Arbeit war es, die Effekte des am häufigsten vorkommenden Flavonoids Quercetin auf die Barrierefunktion der Kolonkarzinom-Zelllinie Caco-2 zu untersuchen. Hierbei zeigte sich, dass Quercetin konzentrationsabhängig (50-200 µM) den transepithelialen Widerstand erhöhte. Die Wirkung von 200 µM Quercetin war bereits nach 4 h Inkubation erkennbar und erreichte nach 48 h maximale Werte. Der Wirkverlust, welcher nach 72 h Inkubation eintrat, konnte durch eine tägliche Gabe des Flavonoids verhindert werden. Weiterhin zeigte sich, dass der Quercetin-induzierte Widerstandsanstieg durch mukosale oder serosale Zugabe gleichermaßen auslösbar war. Western Blot-Analysen der TJ-Proteine Occludin, Claudin-1, -3, -4 und -7 ergaben, dass der durch Quercetin-induzierte Widerstandsanstieg insbesondere mit einer Zunahme der Expression des abdichtenden TJ-Proteins Claudin-4 einherging. Quercetin erhöhte ebenfalls die mRNA-Expression von Claudin-4 (quantitative RT-PCR) und bewirkte eine Aktivierung des Claudin-4-Promotors (Luciferase-Reportergen-Analysen). Mittels Immunfluoreszenz-Färbungen und Laserscanning-Mikroskopie konnte ein vermehrter Einbau von Claudin-4 in die TJ nachgewiesen werden. Funktionelle Untersuchungen mittels radioaktiven Fluxmessungen zeigten, dass das Flavonoid die parazelluläre Permeabilität für Natrium und Chlorid reduzierte, aber die Durchlässigkeit von Mannitol als parazellulärer Marker unverändert blieb. Wir konnten hiermit erstmals nachweisen, dass Quercetin die Expression des abdichtenden TJ-Proteins Claudin-4 in den TJ-Komplex verstärkte, wodurch die Ionen-Durchlässigkeit für Natrium und Chlorid vermindert wurde. Das führte zu einer Abdichtung der intestinalen Barriere. Dieser direkte Effekte von Quercetin könnte eine neue Möglichkeit für die Behandlung oder Prävention von Diarrhöe-bedingten intestinalen Barrieredefekten darstellen. / High dietary intake of fruits and vegetables is associated with a reduced disease risk. A group of secondary plant compounds, the flavonoids, are supposed to be important in this respect, but there is still limited information about their effects on intestinal barrier function. Paracellular properties of epithelial cells are defined for the most part by the tight junctional complex with the corresponding tight junction (TJ) proteins occludin and the claudin gene family. Therefore, the aim of our study was to elucidate the effects of quercetin, a common flavonoid, on the barrier function of the colonic epithelial cell line Caco-2. Addition of quercetin to the Caco-2 monolayer applied to the mucosal and serosal culture medium increased transepithelial resistance in a concentration-dependent manner (50-200 µM). The effect of 200 µM quercetin was already observable after 4 hours and reached maximal levels after 48 hours. The loss of action after 72 hours was blocked by a daily addition of the flavonoid. The effect of quercetin was not different after mucosal or serosal addition. Western blot analysis of occludin, claudin-1, -3, -4, and -7 revealed that the resistance rise was associated specifically with an elevated expression of the barrier-sealing TJ protein claudin-4. The mRNA expression and the promotor activity of claudin-4 were found increased by the flavonoid using quantitative RT-PCR and luciferase reporter gene assays. Immunofluorescent staining analyzed by confocal laser scanning microscopy primarily revealed a strong increase of claudin-4, localized within the TJ as well as in subjunctional regions. Radioactive tracer fluxes revealed a reduced paracellular permeability of sodium and chloride by quercetin, whereas the permeability of the uncharged solute mannitol was not altered. We demonstrated that the flavonoid quercetin increases the expression of claudin-4 within the tight junctional complex, which caused a decrease of the paracellular permeability for sodium and chloride. This leads to a sealing of the intestinal barrier for ions. Thus, this novel direct effect of quercetin may be utilized for the treatment or prevention of diarrhea-causing intestinal barrier defects in inflammatory bowel diseases.

6 Zusammenfassung Marianne Reinboth Bioverfügbarkeit des Flavonols Quercetin beim Hund Veterinär-Physiologisches Institut der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig Eingereicht im Juni 2010 79 Seiten, 20 Abbildungen, 6 Tabellen, 211 Literaturangaben, 1 Anhang Schlüsselwörter: Quercetin, Bioverfügbarkeit, Hund, absolute Bioverfügbarkeit, Isoquercitrin, Rutin, Flavonole Für das pflanzliche Flavonol Quercetin werden vielfältige gesundheitsfördernde Wirkungen postuliert, so auch bei Hunden. Über die Bioverfügbarkeit des Flavonols bei dieser Spezies liegen bislang jedoch keinerlei Daten vor. Daher hatte diese Arbeit das Ziel, Bioverfügbarkeit und pharmakokinetische Parameter von Quercetin und wichtigen Quercetinglycosiden bei Hunden nach deren Verabreichung mit einer Testmahlzeit in einer praxisrelevanten Dosierung von 10 mg/kg Körpermasse zu untersuchen. Dazu erhielten 9 adulte Beagles beiderlei Geschlechts das zuckerfreie \"Aglycon\" Quercetin bzw. seine Glycoside Isoquercitrin (Quercetin-3-O-Glucosid) und Rutin (Quercetin-3-O-Glucorhamnosid) in jeweils äquimolarer Dosierung in einer Testmahlzeit verabreicht. Anschließend wurden Blutproben über einen Zeitraum von bis zu 72 Stunden entnommen und mittels HPLC die Konzentrations-Zeitverläufe der Metaboliten im Blutplasma, die Bioverfügbarkeit sowie weitere pharmakokinetische Parameter bestimmt. Weiterhin wurde die absolute Bioverfügbarkeit von Quercetin aus dem Vergleich einer oralen mit einer intravenösen Applikation bestimmt. Der weitaus größte Teil der Plasmametaboliten von Quercetin sowie seiner beiden Glycoside bestand aus glucuronidierten bzw. sulfatierten Quercetinkonjugaten. Nicht konjugiertes Quercetin-Aglycon kam nur in einem Anteil von etwa 20 % vor. Neben Quercetin machten seine Metaboliten Isorhamnetin und Kämpferol weniger als 10 % aller im Plasma zirkulierenden Flavonole aus. Die absolute Bioverfügbarkeit von Quercetin betrug nur etwa 4 %. Die relative Bioverfügbarkeit aus dem 3-O-Glucosid Isoquercitrin war mehr als doppelt so hoch wie aus dem Aglycon, die maximalen Plasmaspiegel lagen aber auch hier unter 1 µmol/l. Sowohl nach Aufnahme von Quercetin als auch nach Isoquercitrin kam es zu einer relativ schnellen Absorption aus dem Dünndarm mit einem ersten Plasmapeak ungefähr eine Stunde nach der Ingestion. Vier Stunden nach Aufnahme der beiden Flavonole trat ein zweiter Plasmapeak auf, der in der Regel höher als der erste ausfiel. Dies deutet auf einen enterohepatischen Kreislauf der über die Galle ausgeschiedenen Metaboliten hin. Nach Aufnahme von Rutin kam es zu einer verzögerten Absorption, da eine Deglycosylierung durch bakterielle Glycosidasen im Dickdarm Voraussetzung für die Absorption des Flavonols ist. Maximale Plasmakonzentrationen wurden im Mittel erst 11 Stunden nach Ingestion dieses Glycosids erreicht. Die maximalen Plasmakonzentra-tionen nach Rutin waren geringer als nach Quercetin oder Isoquercitrin, jedoch war die mittlere Verweildauer der Plasmametaboliten mit 18 Stunden auch wesentlich länger. Im Unterschied zu anderen Spezies war die relative Bioverfügbarkeit von Rutin gegenüber Quercetin nicht verringert. Obwohl Rutin eine relativ gute Quercetinquelle für Hunde zu sein scheint, muss bei der Einschätzung möglicher In-vivo-Wirkungen die relativ geringe Bioverfügbarkeit sowie die intensive Metabolisierung seines Aglycons Quercetin berücksichtigt werden. / 7 Summary Marianne Reinboth Bioavailability of the Flavonol Quercetin in Dogs Institute of Physiology of the Faculty of Veterinary Medicine, University of Leipzig Submitted in June 2010 79 pages, 20 figures, 6 tables, 211 references, 1 appendix Keywords: quercetin, bioavailability, dog, absolute bioavailability, isoquercitrin, rutin, flavonols The plant flavonol quercetin is supposed to exert multiple health-related effects in dogs. To date no information on its bioavailability in this particular species is avai-lable. This study intended to investigate bioavailability and pharmacokinetics of quercetin and certain quercetin glycosides in dogs after ingestion of a test meal sup-plemented with a quercetin dose equivalent to 10 mg/kg body weight. Nine adult beagle dogs of both sexes received the aglycon quercetin (sugarfree) or its glycosides isoquercitrin (quercetin-3-O-glucoside) and rutin (quercetin-3-O-glucorhamnoside) in equimolar amounts together with a test meal. Blood samples were taken over a period of up to 72 hours; bioavailability and pharmacokinetics were calculated from the HPLC-derived plasmaconcentration-time-curves. Absolute bioavailability was calculated by comparing an oral to an intravenous administration of quercetin. The majority of analysed plasma metabolites were glucuronidated and sulfated con-jugates of quercetin. Non-conjugated quercetin aglycon comprised only 20 %. Be-sides quercetin, its metabolites isorhamnetin and kaempferol made up less than 10 % of all circulating metabolites. The absolute bioavailability of quercetin was only 4 %. The relative bioavailability of quercetin from isoquercitrin was more than twice as high than from the aglycon, but even there maximal plasma concentrations were generally less than 1 μmol/l. Absorption from the small intestine was rather fast with a first plasma peak after 1 hour after ingestion of quercetin or isoquercitrin. A second, generally higher plasma peak occurred 4 hours after ingestion. This suggests an in-tensive enterohepatic recycling of biliary secreted metabolites. Absorption was significantly delayed after ingestion of rutin due to the necessity of bacterial deglycosilation in the large intestine. Plasma concentrations peaked only after 11 hours. Plasma concentrations after rutin were lower than after quercetin or isoquercitrin, but mean residence time of plasma metabolites was as long as 18 hours after rutin ingestion. Consequently, a once daily feeding of dogs with rutin might lead to relatively constant plasma metabolite concentrations. In contrast to other species, bioavailability from rutin was not smaller than that from quercetin. Although rutin seems to be a relative good quercetin source for dogs, estimations about potential in-vivo-effects of quercetin have to take into consideration its low bioavailabilty and intensive metabolism.

Uranium decontamination gains a great importance with the spread of nuclear waste in both soil and water systems across the planet. All known remediation methods of uranium can be exclusively based either on synthetic materials with high adsorbent power and known physical chemistry or life organisms by which the uranium eventually accumulated inside their tissues. In the present thesis, it was attempted to design a rational approach for uranyl removal primarily from waters using the reducing potential of quercetin, which is a plant-derived small organic molecules, along with its photochemical activities. Such approach, which is neither a fully synthetic nor an organism-based approach, was chosen here to avoid disadvantages with both traditional strategies. Here, complexation experiments were designed to assess the use of uranyl-quercetin complexes for the photoreduction of water-soluble U(VI) to insoluble U(IV) by comparing absorption properties of uranyl-quercetin complexes in acetone, water, and hydrophobic bilayer lipid vesicles. The UV-vis data show that uranyl quercetin complex can form in both hydrophobic and hydrophilic environments. In both cases the B-ring band in quercetin structure becomes reduced, red shifted and a pronounced absorption arises in the 400-500 nm range. Such data suggests that U(VI) binds at the 3-OH and 4-carbonyl of ring C of quercetin. Interestingly, the results of UV-Vis spectroscopy part hint at a crucial role of a stable or transiently ionized hydroxyl for the efficient uranyl-dependent photodegradation of quercetin. FTIR spectroscopy absorption changes further demonstrates that the UV-vis-spectroscopic changes are indeed accompanied by changes in the chemical structure of the complex as expected for a uranyl-dependent photodegradation. IR data thus suggest that U(VI) becomes reduced by the photoreaction, rather than merely changing its coordination shell. The frequency shifts in the C=C and C=O absorption range on the other hand are consistent with changes in force constants rather than bond breakage. Upon illumination condition, uranyl quercetin complex in water forms a dark precipitate. Uranyl precipitation and the disappearance of U(VI) IR absorption bands upon illumination further demonstrate that uranyl acts as a redox partner rather than a catalyst in the photoreaction of quercetin. The formation of uranyl-quercetin complexes in the presence of lipidic phases has been addressed experimentally. The complex is partitioned into the hydrophilic/hydrophobic interface of liposomes. Its electronic absorption properties are influenced by the degree of hydrophobicity provided by the adjacent lipid headgroups. The preference of quercetin to associate with hydrophobic microenvironments can thus be exploited to transfer uranyl to the lipid water biomolecular interface. Illumination of the uranyl-quercetin complex in the presence of different liposomes has been performed in this study for the first time, to the best of my knowledge. The data provide evidence that again uranyl is a redox partner for the photodegradation of quercetin also in this microenvironment. Uranyl in an oxidation state smaller than VI is unsoluble in water. Therefore, its quercetin-mediated photoreduaction of uranium provides a method to transfer soluble uranium to the liposome and stabilize the reduced photoproduct. Thereby, uranyl could be removed from solution in an insoluble form using cheap natural compounds. The binding site assignment of uranyl-quercetin complex in acetone have been verified here using NMR spectra and DFT theory. NMR Spectra showed that the observations of broadened and narrow bands in the NMR spectra of quercetin, upon complexation with uranyl, support an intramolecular exchange or site exchange within the quercetin molecule. Moreover, the complexation takes place around the carbonyl group with U(VI) exhibiting two possibly coordination modes, involving the carbonyl and the adjacent O(H) groups. This has been also confirmed from the DFT calculations. Finally, interaction experiments of uranyl-quercetin complex with DNA have been performed to assess an alternative uranyl-trapping and photoreduction system. The data show that consecutive addition of quercetin and uranyl destabilizes DNA. However, a preformed uranyl quercetin complex has very little effect on DNA structure. On the other hand, quercetin and uranyl appear to bind to DNA as a preformed complex in the loop portion of hairpin DNA. Therefore, also HP DNA is expected to be a suitable but less effective trapping system for the uranyl quercetin complex and its potential photoproducts.

We have studied the inhibitory effect of five polyphenols namely, resveratrol, piceatannol, quercetin, quercetrin, and quercetin-3-β-d glucoside on Escherichia coli ATP synthase. Recently published X-ray crystal structures of bovine mitochondrial ATP synthase inhibited by resveratrol, piceatannol, and quercetin, suggest that these compounds bind in a hydrophobic pocket between the γ-subunit C-terminal tip and the hydrophobic inside of the surrounding annulus in a region critical for rotation of the γ-subunit. Herein, we show that resveratrol, piceatannol, quercetin, quercetrin, or quercetin-3-β-d glucoside all inhibit E. coli ATP synthase but to different degrees. Whereas piceatannol inhibited ATPase essentially completely (∼0 residual activity), inhibition by other compounds was partial with ∼20% residual activity by quercetin, ∼50% residual activity by quercetin-3-β-d glucoside, and ∼60% residual activity by quercetrin or resveratrol. Piceatannol was the most potent inhibitor (IC50 ∼14 μM) followed by quercetin (IC50 ∼33 μM), quercetin-3-β-d glucoside (IC50 ∼71 μM), resveratrol (IC50 ∼94 μM), quercitrin (IC50 ∼120 μM). Inhibition was identical in both F1Fo membrane preparations as well as in isolated purified F1. In all cases inhibition was reversible. Interestingly, resveratrol and piceatannol inhibited both ATPase and ATP synthesis whereas quercetin, quercetrin or quercetin-3-β-d glucoside inhibited only ATPase activity and not ATP synthesis.

6 Zusammenfassung Marianne Reinboth Bioverfügbarkeit des Flavonols Quercetin beim Hund Veterinär-Physiologisches Institut der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig Eingereicht im Juni 2010 79 Seiten, 20 Abbildungen, 6 Tabellen, 211 Literaturangaben, 1 Anhang Schlüsselwörter: Quercetin, Bioverfügbarkeit, Hund, absolute Bioverfügbarkeit, Isoquercitrin, Rutin, Flavonole Für das pflanzliche Flavonol Quercetin werden vielfältige gesundheitsfördernde Wirkungen postuliert, so auch bei Hunden. Über die Bioverfügbarkeit des Flavonols bei dieser Spezies liegen bislang jedoch keinerlei Daten vor. Daher hatte diese Arbeit das Ziel, Bioverfügbarkeit und pharmakokinetische Parameter von Quercetin und wichtigen Quercetinglycosiden bei Hunden nach deren Verabreichung mit einer Testmahlzeit in einer praxisrelevanten Dosierung von 10 mg/kg Körpermasse zu untersuchen. Dazu erhielten 9 adulte Beagles beiderlei Geschlechts das zuckerfreie \"Aglycon\" Quercetin bzw. seine Glycoside Isoquercitrin (Quercetin-3-O-Glucosid) und Rutin (Quercetin-3-O-Glucorhamnosid) in jeweils äquimolarer Dosierung in einer Testmahlzeit verabreicht. Anschließend wurden Blutproben über einen Zeitraum von bis zu 72 Stunden entnommen und mittels HPLC die Konzentrations-Zeitverläufe der Metaboliten im Blutplasma, die Bioverfügbarkeit sowie weitere pharmakokinetische Parameter bestimmt. Weiterhin wurde die absolute Bioverfügbarkeit von Quercetin aus dem Vergleich einer oralen mit einer intravenösen Applikation bestimmt. Der weitaus größte Teil der Plasmametaboliten von Quercetin sowie seiner beiden Glycoside bestand aus glucuronidierten bzw. sulfatierten Quercetinkonjugaten. Nicht konjugiertes Quercetin-Aglycon kam nur in einem Anteil von etwa 20 % vor. Neben Quercetin machten seine Metaboliten Isorhamnetin und Kämpferol weniger als 10 % aller im Plasma zirkulierenden Flavonole aus. Die absolute Bioverfügbarkeit von Quercetin betrug nur etwa 4 %. Die relative Bioverfügbarkeit aus dem 3-O-Glucosid Isoquercitrin war mehr als doppelt so hoch wie aus dem Aglycon, die maximalen Plasmaspiegel lagen aber auch hier unter 1 µmol/l. Sowohl nach Aufnahme von Quercetin als auch nach Isoquercitrin kam es zu einer relativ schnellen Absorption aus dem Dünndarm mit einem ersten Plasmapeak ungefähr eine Stunde nach der Ingestion. Vier Stunden nach Aufnahme der beiden Flavonole trat ein zweiter Plasmapeak auf, der in der Regel höher als der erste ausfiel. Dies deutet auf einen enterohepatischen Kreislauf der über die Galle ausgeschiedenen Metaboliten hin. Nach Aufnahme von Rutin kam es zu einer verzögerten Absorption, da eine Deglycosylierung durch bakterielle Glycosidasen im Dickdarm Voraussetzung für die Absorption des Flavonols ist. Maximale Plasmakonzentrationen wurden im Mittel erst 11 Stunden nach Ingestion dieses Glycosids erreicht. Die maximalen Plasmakonzentra-tionen nach Rutin waren geringer als nach Quercetin oder Isoquercitrin, jedoch war die mittlere Verweildauer der Plasmametaboliten mit 18 Stunden auch wesentlich länger. Im Unterschied zu anderen Spezies war die relative Bioverfügbarkeit von Rutin gegenüber Quercetin nicht verringert. Obwohl Rutin eine relativ gute Quercetinquelle für Hunde zu sein scheint, muss bei der Einschätzung möglicher In-vivo-Wirkungen die relativ geringe Bioverfügbarkeit sowie die intensive Metabolisierung seines Aglycons Quercetin berücksichtigt werden.:1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Funktionen von Flavonoiden in Pflanzen 3 2.2 Biosynthese und Struktur von Flavonoiden 4 2.3 Flavonoidwirkungen im menschlichen und tierischen Organismus 7 2.3.1 Antioxidative Eigenschaften 10 2.3.2 Wirkungen auf Enzyme und Transportproteine des Arzneistoffwechsels 12 2.4 Bioverfügbarkeit und Stoffwechsel des Flavonols Quercetin 13 2.4.1 Bioverfügbarkeit von Quercetin 13 2.4.2 Einfluss des Futters 15 2.4.3 Einfluss des Glycosylierungsmusters 16 2.4.4 Intestinale Absorption und Metabolismus 18 2.4.5 Einfluss der intestinalen Mikroflora 21 2.4.6 Bindung an Plasmaproteine 22 2.4.7 Gewebeverteilung 23 2.4.8 Exkretion 24 2.5 Zielsetzung 25 3 Tiere, Material und Methoden 26 3.1 Versuchstiere und Haltungsbedingungen 26 3.2 Verwendete Flavonole 27 3.3 Durchführung des Tierversuchs 28 3.3.1 Allgemeine Durchführung der Versuche 28 3.3.2 Bioverfügbarkeit von Quercetin und Rutin (je 30 mg/kg KM) 29 3.3.3 Absolute Bioverfügbarkeit von Quercetin 30 3.3.4 Relative Bioverfügbarkeit verschiedener Quercetinglycoside 31 3.4 Probenaufarbeitung 31 3.5 HPLC 33 3.5.1 Methodenvalidierung und -kalibrierung 34 3.5.2 Berechnung der pharmakokinetischen Parameter 40 3.5.3 Statistische Auswertung 41 4 Ergebnisse 42 4.1 Bioverfügbarkeit von Quercetin und Rutin (je 30 mg/kg KM) 42 4.1.1 Quercetin-Aglycon 42 4.1.2 Rutin 46 4.2 Absolute Bioverfügbarkeit Quercetin 48 4.3 Relative Bioverfügbarkeit verschiedener Quercetinglycoside 52 4.3.1 Quercetin-Aglycon 53 4.3.2 Rutin 56 4.3.3 Isoquercitrin 57 5 Diskussion 62 5.1 Zielsetzung der Studie 62 5.2 Methodische Aspekte 62 5.2.1 Auswahl der Versuchstiere und Versuchsanordnung 62 5.2.2 Wahl der Testmahlzeit 63 5.2.3 Einfluss der Zeitpunkte für die Probennahme auf die Berechnung der Verfügbarkeit 64 5.2.4 Analysemethode 65 5.3 Plasmametaboliten von Quercetin 66 5.4 Absolute Bioverfügbarkeit von Quercetin 69 5.5 Relative Bioverfügbarkeit verschiedener Quercetinglycoside 70 5.5.1 Isoquercitrin 70 5.5.2 Rutin 71 5.6 Bezug der pharmakokinetischen Daten zu potentiellen In-vivo-Wirkungen 73 5.7 Schlussfolgerungen 75 6 Zusammenfassung 76 7 Summary 78 8 Literaturverzeichnis 80 9 Anhang 102 9.1 HPLC-Chemikaien 102 9.2 Validierung der HPLC-Methode 103 Danksagung 109 / 7 Summary Marianne Reinboth Bioavailability of the Flavonol Quercetin in Dogs Institute of Physiology of the Faculty of Veterinary Medicine, University of Leipzig Submitted in June 2010 79 pages, 20 figures, 6 tables, 211 references, 1 appendix Keywords: quercetin, bioavailability, dog, absolute bioavailability, isoquercitrin, rutin, flavonols The plant flavonol quercetin is supposed to exert multiple health-related effects in dogs. To date no information on its bioavailability in this particular species is avai-lable. This study intended to investigate bioavailability and pharmacokinetics of quercetin and certain quercetin glycosides in dogs after ingestion of a test meal sup-plemented with a quercetin dose equivalent to 10 mg/kg body weight. Nine adult beagle dogs of both sexes received the aglycon quercetin (sugarfree) or its glycosides isoquercitrin (quercetin-3-O-glucoside) and rutin (quercetin-3-O-glucorhamnoside) in equimolar amounts together with a test meal. Blood samples were taken over a period of up to 72 hours; bioavailability and pharmacokinetics were calculated from the HPLC-derived plasmaconcentration-time-curves. Absolute bioavailability was calculated by comparing an oral to an intravenous administration of quercetin. The majority of analysed plasma metabolites were glucuronidated and sulfated con-jugates of quercetin. Non-conjugated quercetin aglycon comprised only 20 %. Be-sides quercetin, its metabolites isorhamnetin and kaempferol made up less than 10 % of all circulating metabolites. The absolute bioavailability of quercetin was only 4 %. The relative bioavailability of quercetin from isoquercitrin was more than twice as high than from the aglycon, but even there maximal plasma concentrations were generally less than 1 μmol/l. Absorption from the small intestine was rather fast with a first plasma peak after 1 hour after ingestion of quercetin or isoquercitrin. A second, generally higher plasma peak occurred 4 hours after ingestion. This suggests an in-tensive enterohepatic recycling of biliary secreted metabolites. Absorption was significantly delayed after ingestion of rutin due to the necessity of bacterial deglycosilation in the large intestine. Plasma concentrations peaked only after 11 hours. Plasma concentrations after rutin were lower than after quercetin or isoquercitrin, but mean residence time of plasma metabolites was as long as 18 hours after rutin ingestion. Consequently, a once daily feeding of dogs with rutin might lead to relatively constant plasma metabolite concentrations. In contrast to other species, bioavailability from rutin was not smaller than that from quercetin. Although rutin seems to be a relative good quercetin source for dogs, estimations about potential in-vivo-effects of quercetin have to take into consideration its low bioavailabilty and intensive metabolism.:1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Funktionen von Flavonoiden in Pflanzen 3 2.2 Biosynthese und Struktur von Flavonoiden 4 2.3 Flavonoidwirkungen im menschlichen und tierischen Organismus 7 2.3.1 Antioxidative Eigenschaften 10 2.3.2 Wirkungen auf Enzyme und Transportproteine des Arzneistoffwechsels 12 2.4 Bioverfügbarkeit und Stoffwechsel des Flavonols Quercetin 13 2.4.1 Bioverfügbarkeit von Quercetin 13 2.4.2 Einfluss des Futters 15 2.4.3 Einfluss des Glycosylierungsmusters 16 2.4.4 Intestinale Absorption und Metabolismus 18 2.4.5 Einfluss der intestinalen Mikroflora 21 2.4.6 Bindung an Plasmaproteine 22 2.4.7 Gewebeverteilung 23 2.4.8 Exkretion 24 2.5 Zielsetzung 25 3 Tiere, Material und Methoden 26 3.1 Versuchstiere und Haltungsbedingungen 26 3.2 Verwendete Flavonole 27 3.3 Durchführung des Tierversuchs 28 3.3.1 Allgemeine Durchführung der Versuche 28 3.3.2 Bioverfügbarkeit von Quercetin und Rutin (je 30 mg/kg KM) 29 3.3.3 Absolute Bioverfügbarkeit von Quercetin 30 3.3.4 Relative Bioverfügbarkeit verschiedener Quercetinglycoside 31 3.4 Probenaufarbeitung 31 3.5 HPLC 33 3.5.1 Methodenvalidierung und -kalibrierung 34 3.5.2 Berechnung der pharmakokinetischen Parameter 40 3.5.3 Statistische Auswertung 41 4 Ergebnisse 42 4.1 Bioverfügbarkeit von Quercetin und Rutin (je 30 mg/kg KM) 42 4.1.1 Quercetin-Aglycon 42 4.1.2 Rutin 46 4.2 Absolute Bioverfügbarkeit Quercetin 48 4.3 Relative Bioverfügbarkeit verschiedener Quercetinglycoside 52 4.3.1 Quercetin-Aglycon 53 4.3.2 Rutin 56 4.3.3 Isoquercitrin 57 5 Diskussion 62 5.1 Zielsetzung der Studie 62 5.2 Methodische Aspekte 62 5.2.1 Auswahl der Versuchstiere und Versuchsanordnung 62 5.2.2 Wahl der Testmahlzeit 63 5.2.3 Einfluss der Zeitpunkte für die Probennahme auf die Berechnung der Verfügbarkeit 64 5.2.4 Analysemethode 65 5.3 Plasmametaboliten von Quercetin 66 5.4 Absolute Bioverfügbarkeit von Quercetin 69 5.5 Relative Bioverfügbarkeit verschiedener Quercetinglycoside 70 5.5.1 Isoquercitrin 70 5.5.2 Rutin 71 5.6 Bezug der pharmakokinetischen Daten zu potentiellen In-vivo-Wirkungen 73 5.7 Schlussfolgerungen 75 6 Zusammenfassung 76 7 Summary 78 8 Literaturverzeichnis 80 9 Anhang 102 9.1 HPLC-Chemikaien 102 9.2 Validierung der HPLC-Methode 103 Danksagung 109

We have studied the inhibitory effect of natural and structurally modified polyphenols on Escherichia coli ATP synthase to test (I) if the beneficial dietary effects of polyphenols are related to their inhibitory actions on ATP synthase, (II) if inhibitory effects of polyphenolic compound could be augmented through structural modifications, and (III) if they can act as antimicrobial agent through their actions on ATP synthesis. X-ray crystal structures of polyphenol binding sites suggested that polyphenols bind at a distinct polyphenol binding pocket, at the interface of α,β,γ-subunits. We found that both natural and modified polyphenols inhibit E. coli ATP synthase to varying degrees and structural modifications resulted in augmented inhibition. Inhibition was reversible in all cases. Both natural and modulated compounds inhibited E. coli cell growth to varying degrees. We conclude that dietary benefits of polyphenols may be in part due to the inhibition of ATP synthase.