Der Ernährung wird eine wichtige Rolle bei der Entstehung von entzündlichen und bösartigen Erkrankungen des Darmtraktes zugesprochen. So ist bekannt, dass fettreiche Ernährung mit hohem Fleischverzehr das Auftreten derartiger Krankheiten begünstigt. Auf der anderen Seite weiß man, dass sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe wie Polyphenole und Flavonoide sowohl in vitro als auch im Tierversuch chemopräventive Effekte zeigen. Besondere Bedeutung scheint den Anthocyanen zuzukommen. Dabei ist bislang ungeklärt, wie hoch der Anteil an Anthocyanen nach dem Verzehr von z. B. Früchten ist, der in den Dickdarm gelangt. Es war ein Ziel der vorliegenden Arbeit, diese Fragestellung an Hand eines einschlägigen Beispiels, d.h. der Anthocyane aus Heidelbeeren (Vaccinum mytillus L.), zu beantworten. Wir führten hierzu eine Interventionsstudie mit Ileostomie-Probanden durch. Nach polyphenolfreier Ernährung über 24 Stunden verzehrten fünf Probanden je 300 g Wildheidelbeeren. Der Ileostoma-Ausfluss wurde danach in zeitlichen Abständen gesammelt, sofort tiefgefroren und nach extraktiver Probenaufarbeitung mittels HPLC-DAD und HPLC-ESIpos-MS/MS untersucht. Quantitative Bestimmungen erfolgten via HPLC-DAD, wobei die jeweilige Kalibrierung mit eigens aus Heidelbeeren isolierten authentischen Anthocyanreferenzen durchgeführt wurde. Durchschnittlich sind 46 % der aufgenommen Anthocyanmenge im Ileostoma-Ausfluss wieder gefunden worden. Der ausgeschiedene Anteil war abhängig von der Struktur des Aglycons und des jeweiligen Zuckerrestes. Malvidin-3-O-arabinosid (Mv-3-O-ara) (42) wurde zu 85.1% der aufgenommenen Menge im Dünndarmausfluss detektiert, Cyanidin-3-O-glucosid (Cy-3-O-glc) (6) hingegen nur zu 28.3%. Das Maximum der Ausscheidung lag zwischen zwei und vier Stunden. Insgesamt war erkennbar, dass Glucoside am stärksten metabolisiert oder aufgenommen wurden. Stabiler waren die Galactoside; Arabinoside [ausgenommen Delphinidin-3-O-arabinosid (12)] zeigten die größte Stabilität. Diese Tendenz wurde in Modellversuchen, bei denen verschiedene Anthocyane mit polyphenolfreiem Dünndarmausfluss inkubiert wurden, bestätigt. Stabilitätsuntersuchungen der freien Aglycone ergaben Abhängigkeiten vom Substitutionsmuster der Anthocyanidine am B-Ring; methoxylierte Strukturen erwiesen sich weitaus stabiler als hydroxylierte. Zusammenfassend ist erstmals festzustellen, dass ein beachtlicher Teil der applizierten Anthocyane unter physiologischen Umständen in den Dickdarm gelangt und dort zur Prävention von Darmerkrankungen beitragen könnte. Da aber auf Grund der gewonnenen Ergebnisse auch ein beachtlicher Teil der Anthocyane nicht wieder gefunden wurde und aus der Literatur bekannt ist, dass sich nur sehr geringe Mengen im Urin nachweisen lassen, stellt sich die Frage über den Verbleib dieser Anthocyananteile. Eine Strategie, dieses Problem experimentell anzugehen, beruht in der Anwendung markierter Substrate, z. B. 14C-markierter Anthocyanidine. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden demzufolge [4-14C]-Pelargonidinchlorid (35) und [4-14C]-Delphinidin-chlorid (36) (auf Grundlage entsprechender nicht markierter Versuche) synthetisiert. Beide Synthesen gingen von 1,3,5-Trihydroxybenzol (37) aus. In einer Vilsmeyer-Reaktion wurde mittels [Formyl-14C]-dimethylformamid markierter 2,4,6-Trihydroxy-benzaldehyd (38) gewonnen. Nach Benzoylierung erhielt man den für die weiteren Schritte benötigten, radioaktiv markierten Baustein 2-Benzoyl-4,6-dihydroxybenzalde-hyd (39). [4-14C]-Pelargonidinchlorid (35) erhielt man durch Kondensation von [Formyl-14C]-2-benzoyl-4,6-dihydroxybenzaldehyd (39) mit ω,4-Diacetoxyacetophenon (17), welches ausgehend von Methoxybenzol (22) in einer dreistufigen Synthese gewonnen wurde. [4-14C]-Delphinidinchlorid (36) wurde durch Kondensation von 2-Benzoyl-4,6-dihydroxybenzaldehyd (39) mit ω,3,4,5-Tetraacetoxyacetophenon (20) erhalten. Die Synthese des Intermediates (20) erfolgte ausgehend von 3,4,5-Trihydroxybenzoesäure (30) via 3,4,5-Triacetoxybenzoesäure (31), deren Acylchlorid (32), anschließender Umsetzung zum Diazoketon (33) und Gewinnung von ω,3,4,5-Tetraacetoxyacetophenon (20), aus dem [4-14C]-Delphinidinchlorid in zwei Schritten zugänglich war. Mit der damit erstmals gewährleisteten Bereitstellung 14C-markierter Anthocyanidine ist der Weg für zukünftige Tierversuche zur Ermittlung der Verteilung von Anthocyanidinen im Körper geebnet. / Nutrition is supposed to play an essential role in the pathogenesis of inflammatory and malignant diseases of the gastrointestinal tract. It is well known that fat-rich nutrition favors the occurrence of such diseases. On the other hand, it is known that secondary plant components such as polyphenols and flavonoids show both in vitro and in vivo chemopreventive effects. Anthocyans seem to be of particular importance. It is still unknown how many anthocyans reach the colon after consumption, e.g., of fruits. One of the aims of this work was to answer this question by means of a relevant example, i.e. anthocyans from blueberry fruit (Vaccinum mytillus L.). For this purpose, we performed an intervention study with ileostomy patients. After a polyphenol free diet over a period of 24 hours five test subjects were each given 300 g of wild blueberries. The ileostomy discharge was collected in different intervals, immediately frozen and analyzed after extractive sample processing by means of HPLC-DAD analysis. The samples were quantified via HPLC-DAD, whereby the respective calibration was accomplished with authentic anthocyan references isolated from blueberries. In average 46% of the anthocyans were retrieved in the ileostomy discharge. The excreted amount depended on the structure of the aglycons and the respective sugar residue. In the ileostomy discharge 85.1 % of malvidin-3-O-arabinoside (Mv-3-O-ara) (42) was detected but only 28.3% cyanidin-3-O-glucoside (Cy-3-O-glc) (6). The maximum of the excretion was between two and four hours. Altogether it was to be observed that glucosides were metabolized or absorbed most of all. The galactosides were more stable. Arabinosides [excluding delphinidin-3-O-arabinoside (12)] showed the greatest stability. This tendency was confirmed in model reaction systems for which isolated anthocyans were incubated with polyphenol free ileostomy discharge. The stability of the available aglycones depended on the substitution pattern of the B-ring of the anthocyanidins. Methoxylated anthocyanins showed a by far greater stability than hydroxylated. Summarizing, it is shown for the first time that a considerable part of the consumed anthocyans reach the colon under physiological circumstances and could aid in the prevention of diseases of the colon. As however, due to the obtained results a considerable part of the anthocyans was not retrieved and it is known from literature that only very small quantities were found in urine, the question remains about the fate of the rest of the anthocyanidins. A strategy to approach this problem experimentally is based in the application of marked substrates, e.g. 14C-labelled anthocyanidins. In the range of the work at hand [4-14C]-pelargonidin chloride (35) and [4-14C]-delphinidin chloride (36) were synthesized on the basis of the corresponding non-marked synthesis. Both syntheses begin on the basis of 1,3,5-trihydroxybenzole (37). With a Vilsmeyer reaction with [formyl-14C]-dimethylformamide labelled 2,4,6-trihydroxybenzaldehyd (38) was prepared. After benzoylation, the for the next steps needed radioactive labelled [formyl-14C]-2-benzoyl-4,6-dihydroxybenzaldehyd (39) was obtained. [4-14C]-Pelargonidinchlorid (35) was received by condensation of ω,4-Diacetoxy-acetophenone (17) synthesized from methoxybenzol in a three step synthesis (22) with [formyl-14C]-2-benzoyl 4,6-dihydroxybenzaldehyd (39). The yield of (35) was 0.2 mg with a specific activity of 33.6 µCi/mg. [4-14C]-Delphinidin chloride (35) (0.33 mg with a specific activity of 30.4 µCi/mg) was obtained by condensation of 3,4,5-tetraacetoxyacetophenone (20) with [formyl-14C]-2-benzoyl 4,6-dihydroxybenzaldehyde (39). The synthesis of the intermediate (20) from which (35) was prepared in two steps starting from 3,4,5-trihydroxybenzoic acid via 3,4,5-triacetoxybenzoic acid (31), its acid chloride (32) with subsequent reaction to the diazoketone (33) and yielding of ω,3,4,5-triacetoxy acetophenone (20). In synthesizing 14C-labelled anthocyanidins for the first time the way for future animal experiments for the determination of the distribution of anthocyanidins in the body was opened.

Cancer is one of the leading causes of death all over the world. Malnutrition and toxic contaminations of food with substances such as mycotoxins have been thought to account for a high percentage of cancers. However, human diet can deliver both mutagens and components that decrease the cancer risk. Genomic damage could be reduced by food components through different mechanisms such as scavenging of reactive oxygen species. In the first part of this study we tried to investigate the effects of patulin and resveratrol on DNA stability in V79 cells. Patulin is a mycotoxin, which is frequently found in spoiled apples and other fruits. The WHO has established a safety level of 50 µg/L, which is indeed not observed by all manufacturers. The acute toxicity of patulin in high concentrations is well known, however its potential carcinogenicity is still a matter of debate. Therefore we wanted to investigate further steps in the mechanism of patulin-induced genotoxicity. Patulin caused the formation of micronuclei and nucleoplasmic bridges in a dose-dependent manner. Further analysis revealed that patulin induced both kinetochore-negative and positive micronuclei. Time course of incubation indicate a new mechanism for patulin-induced nucleoplasmic bridge formation. We hypothized a mechanism via cross-linking of DNA, which was confirmed by a modified version of comet assay. Incubations of cells with patulin led to an increased number of multinucleated cells and multipolar mitoses. Cell cytometry revealed a G2 arrest by patulin, which might explain the amplification of centrosomes and patulin-induced aneuploidy. Patulin cause a dose-dependent DNA damage in comet assay which was influenced by the cellular GSH content. However, an induction of oxidative stress was just seen with higher concentrations of patulin. Levels of cellular glutathione were increased after 24 h incubation indicating an adaptive response to patulin-induced stress. There is growing interest in polyphenols such as resveratrol which have shown many positive effects on human health. The beneficial properties are partially attributed to their ability to scavenge reactive oxygen species. Co-incubation of V79 cells with patulin and 10 µM of the antioxidant resveratrol led to a slight reduction of micronucleus frequency compared to cells which were just treated with patulin. However, in higher concentrations resveratrol themselves caused the formation of micronuclei in V79 cells. Kinetochore analysis indicated only clastogenic properties for resveratrol but no disturbance of mitosis. The antioxidant properties of resveratrol were shown in ferric reducing antioxidant power (FRAP) assay. However, in cellular system resveratrol in higher concentrations revealed also prooxidative properties, as shown in 2,7-dichlordihydrofluorescein (DCF) assay. The increased level of glutathione after resveratrol treatment might reflect an adaptive response to resveratrol-induced oxidative stress. For the second part of this thesis we investigated the effects of an anthocyanin-rich grape extract on hypertensive Ren-2 rats. Ren-2 rats are an accepted genetically modified rat model for the investigation of hypertension and increased oxidative stress. We divided 23 female Ren-2 rats into three groups. One group was fed with an anthocyanin-rich Dacapo grape extract, one group was treated with the angiotensin converting enzyme (ACE) inhibitor ramipril and the third group was kept without medication during the experiment. After one week untreated group showed a clear increase in systolic and diastolic blood pressure compared to the ramipril treated rats. This was in part attenuated in the animals fed with anthocyanin-rich Dacapo grape extract. Effects on blood pressure were also reflected in an increased thirst of untreated and extract fed animals. Comet assay with cells of kidney and liver revealed a slight protective impact of Dacapo extract on DNA damage compared to the other groups. Similar results were obtained after evaluation of ɣ-H2AX-staining of kidney and heart sections. However, in the small intestine oppositional effects were seen, indicating an increased number of double strand breaks probably due to the high local concentration of polyphenols after oral ingestion. Antioxidative properties of the extract were shown in FRAP assay. However, this effect was not reflected in an increased antioxidative capacity in serum or a protective impact in the dihydroethidium (DHE) assay. The extract showed protective effects on DNA damage in comet assay and ɣ-H2AX-staining, but was not able to reduce hypertension back to the control level of ramipril treated animals. High local concentrations could also result in an increased damage of the affected tissue. Therefore, the administration of such concentrated compounds should be handled with care. / Krebs ist eine der häufigsten weltweiten Todesursachen. Fehlernährung und Kontaminationen der Nahrungsmittel mit Toxinen wie Schimmelpilzgift tragen zu einem hohen Prozentsatz zu Krebserkrankungen bei. Allerdings enthält die Nahrung neben Mutagenen auch Bestandteile, die dazu beitragen das Krebsrisiko zu senken. Schäden am Genom können durch Nahrungsbestandteile über verschiedene Mechanismen, wie zum Beispiel das Abfangen von freien Radikalen reduziert werden. Im ersten Teil dieser Studie haben wir versucht die Effekte von Patulin und Resveratrol auf die DNA Stabilität von V79 Zellen zu untersuchen. Patulin ist ein Schimmelpilztoxin, welches häufig in verfaulten Äpfeln und anderen Früchten gefunden wird. Die WHO hat einen Grenzwert von 50 µg/L festgelegt, der jedoch nicht von allen Herstellern eingehalten wird. Die akute Giftwirkung von Patulin in hohen Dosen ist gut bekannt, wohingegen seine potentielle Kanzerogenität immer noch umstritten ist. Daher wollten wir weitere Schritte der Patulin induzierten Genotoxizität aufdecken. Patulin führte zu einer dosisabhängigen Bildung von Mikrokernen und Nucleoplasmic Bridges. Weitere Untersuchungen zeigten, dass Patulin sowohl kinetochor-positive wie auch kinetochor-negative Mikrokerne verursacht. Bei der Analyse des Zeitverlaufs einer Patulininkubation deutete sich ein neuer Mechanismus für die Patulin induzierte Bildung von Nucleoplasmic Bridges an. Wir haben die Hypothese einer Quervernetzung von DNA-Strängen aufgestellt, die durch eine modifizierte Version des Comet Assays bestätigt wurde. Die Inkubation mit Patulin führte zudem zu einer erhöhten Anzahl von vielkernigen Zellen und multipolaren Mitosen. Mittels Durchflusszytometrie konnten wir einen durch Patulin verursachten G2 Arrest nachweisen, der die Amplifikation von Centrosomen und die Patulin induzierte Aneuploidie erklären könnte. Patulin verursachte einen dosisabhängigen Schaden im Comet Assay, der durch den zellulären Glutathiongehalt beeinflusst ist. Eine Auslösung von oxidativem Stress wurde dagegen erst bei höheren Konzentrationen an Patulin beobachtet. Der zelluläre Gluathiongehalt war nach 24 h Inkubationszeit erhöht, was auf eine adaptive Antwort auf den durch Patulin verursachten zellulären Stress hindeutet. Polyphenole wie Resveratrol gewinnen zunehmend an Bedeutung, da zahlreiche positive Effekte auf die menschliche Gesundheit bewiesen wurden. Diese vorteilhaften Eigenschaften werden zum Teil ihrer Eigenschaft als Radikalfänger zugeschrieben. Die Co-Inkubation von V79 Zellen mit Patulin und Resveratrol führte zu einer leichten Reduktion der Mikrokernfrequenz im Vergleich zu Zellen, die nur mit Patulin inkubiert wurden. Allerdings löste Resveratrol in höheren Konzentrationen selbst die Bildung von Mikrokernen aus. Die Kinetochor-Analyse zeigte für Resveratrol clastogene Eigenschaften aber keine störende Effekte auf den Ablauf der Mitose. Die antioxidativen Eigenschaften von Resveratrol wurden im FRAP (ferric reducing antioxidant power) -Assay nachgewiesen. Im Gegensatz dazu wurden im zellulären System mittels DCF (2,7-Dichlordihydro-fluorescein) -Assay in höheren Konzentrationen auch prooxidative Eigenschaften festgestellt. Der erhöhte zelluläre Glutathionspiegel nach Resveratrol-Behandlung könnte dabei auf eine adaptive Anwort auf den durch Resveratrol ausgelösten oxidativen Stress hindeuten Im zweiten Teil dieser Doktorabeit haben wir die Effekte eines anthocyanreichen Traubenextrakts auf hypertensive Ren-2 Ratten untersucht. Ren-2 Ratten sind ein anerkanntes genetisch modifiziertes Rattenmodell zur Untersuchung von Bluthochdruck und erhöhtem oxidativem Stress. Wir haben 23 weibliche Ren-2 Ratten in 3 Gruppen geteilt. Eine Gruppe wurde mit einem anthocyan-reichen Dacapo Traubenextrakt gefüttert, eine Gruppe wurde mit dem ACE (angiotensin converting enzyme) Inhibitor Ramipril behandelt und eine dritte Gruppe wurde während dem Experiment nicht medikamentös behandelt. Nach einer Woche zeigte die nicht therapierte Gruppe einen deutlichen Anstieg des systolischen und diastolischen Blutdrucks. Dieser Anstieg war bei der mit anthocyanreichem Dacapo Traubenextrakt gefütterten Gruppe abgeschwächt. Die Effekte auf den Blutdruck spiegelten sich auch in einer erhöhten Trinkmenge der unbehandelten und mit Extrakt behandelten Tiere wider. Ein Comet Assay mit Nieren- und Leberzellen zeigte einen schwachen schützenden Einfluß des Dacapoextrakts auf den DNA Schaden im Vergleich zu den anderen Behandlungsgruppen. Ähnliche Ergebnisse wurden auch bei der Auswertung der ɣ-H2AX Färbung in Nieren- und Herzschnitten erzielt. Im Dünndarm wurden dagegen gegensätzliche Effekte beobachtet, die auf eine erhöhte Doppelstrangfrequenz durch die hohe lokale Konzentration an Polyphenolen nach oraler Aufnahme hindeuten. Die antioxidative Eigenschaften des Extrakts wurden im FRAP_Assay nachgewiesen. Diese Effekte spiegelten sich jedoch nicht in einer erhöhten antioxidativen Kapazität des Serums oder einem schützenden Effekt im DHE-Assay wider. Der Extrakt zeigte schützende Eigenschaften im Comet Assay und in der ɣ-H2AX-Färbung, war aber nicht in der Lage den Bluthochdruck auf das Kontrollniveau der Ramipril-behandelten Tiere herabzusenken. Hohe lokale Konzentrationen können auch zu einem erhöhten Schaden des betroffenen Gewebes führen. Daher sollte die Anwendung solcher hochkonzentrierter Präparate mit Vorsicht bedacht werden.

Zugl.: Hohenheim, Univ., Diss., 2010

Universiẗat, Diss., 2004--Jena.

Over the past decades, awareness has increased of multiple health-promoting effects of diets rich in anthocyanins and proanthocyanidins and, specifically, of these compounds’ potential for conferring neuroprotection. The present study compiles evidence obtained in vitro that expands our understanding of anthocyanin and proanthocyanidin functionalities at multiple levels. Firstly, anthocyanin and anthocyanidin bioavailability was addressed using a combination of ATPase assays, dye extrusion assays and vesicular transport assays. This approach highlights the contribution made by efflux transporters MDR1 and BCRP to the absorption of berry polyphenols and to their distribution to target tissues including the central nervous system. All test compounds interacted with the BCRP transporter in vitro, seven emerged as potential BCRP substrates and 12 as potential inhibitors of BCRP. Two anthocyanidins, malvidin and petunidin, exhibited bimodal activities, serving as BCRP substrates at low micromolar concentrations and, at higher concentrations, as BCRP inhibitors. Effects on MDR1, in contrast, were weak, as only aglycones exerted mild inhibitory activity in the high micromolar range. Distinct affinities of several anthocyanins and the respective aglycones for BCRP suggest that they may be actively transported out of endothelia. Agents that interfere with BCRP activity are therefore likely to facilitate crossing of the intestinal and blood-brain barriers and to augment anthocyanin bioavailability. Secondly, novel modes of action were sought to rationalize berry polyphenols’ direct modulation of neuronal transmission as opposed to their non-specific antioxidant activities. The candidate effectors include cellular monoamine oxidases (MAO) A and B, hypoxia inducible factor (HIF), the proteasome, and phospholipase A2 (PLA2). Elevated MAO activity has long been implicated in the etiology of depression, anxiety and neurodegenerative illness. MAO inhibiting compounds may thus hold promise in the prevention of behavioral symptoms and cognitive decline. For both MAO isoforms, inhibitory effects of anthocyanins and anthocyanidins are illustrated by IC50 values in the low micromolar range whereas proanthocyanidins and phenolic metabolites were less effective inhibitors. Kinetic analyses, performed with cyanidin and cyanidin-3-glucoside, indicated a competitive interaction of cyanidin in terms of MAO A, plus a mixed competitive and non-competitive mode of interaction of cyanidin in terms of MAO B as well as of cyanidin-3-glucoside with respect to both enzyme isoforms. Thus MAO inhibition by anthocyanins and their aglycones in vitro lends support to central nervous functionalities of diets rich in berry polyphenols and opens new opportunities in the prevention of neuronal pathologies. Effects on HIF expression were examined to assess candidate compounds’ role in enhancing cellular resistance to oxidative stress. By inducing a dose-dependent increase in HIF expression, delphinidin may initiate a variety of cellular survival processes that are inhibited by free iron. This finding argues in favor of iron-chelating properties as a further means of mediating neuroprotection. Other inducers of HIF expression in neuroblastoma cells included gallic acid, cyanidin and bilberry extract, all of which may modulate HIF-dependent transcription of downstream genes. / Im Laufe der letzten Jahrzehnte wurde die Vielzahl gesundheitsfördernder Effekte einer Anthocyan- und Proanthocyanidin-reichen Ernährung verstärkt wahrgenommen, insbesondere das Potenzial dieser Substanzen neuroprotektive Wirkungen zu erzielen. Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit zusammengetragenen in vitro-Befunde belegen dies und erweitern unser Verständnis über die facettenreiche Funktionalität von Anthocyanen und Proanthocyanidinen. Zunächst wurde mit einer Kombination indirekter und direkter Transporter-Assays die Bioverfügbarkeit von Anthocyanen und Anthocyanidinen thematisiert. Dieser Ansatz betont, dass die Efflux-Transporter MDR1 und BCRP einen wichtigen Beitrag zur Absorption von polyphenolischen Beereninhaltsstoffen und zu deren anschließender Verteilung auf Zielgewebe, einschließlich des Zentralnervensystems, leisten können. Alle Testsubstanzen traten in vitro in Wechselwirkung mit dem BCRP-Transporter, wobei sich sieben als potenzielle BCRP-Substrate und 12 als potenzielle Inhibitoren herausstellten. Zwei Anthocyanidine, Malvidin und Petunidin, zeigten bimodale Aktivitäten, indem sie in niedrigen mikromolaren Konzentrationen als BCRP-Substrate dienten und in höheren Konzentrationen als Hemmstoffe. Im Gegensatz dazu waren die Effekte auf den MDR1-Transporter nur gering, wobei lediglich die Aglykone nur schwache hemmende Wirkungen im höheren mikromolaren Konzentrationsbereich zeigten. Die ausgeprägten Affinitäten einiger Anthocyane und Aglykone zum BCRP-Transporter legen nahe, dass diese Verbindungen aktiv aus Endothelien transportiert werden. Somit könnten Substanzen, die mit BCRP wechselwirken aller Voraussicht nach den Transport von Anthocyanen und Anthocyanidinen über die Blut-Hirn-Schranke und die gastrointestinale Barriere begünstigen und somit deren Bioverfügbarkeit steigern. Der zweite Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit lag in der Suche nach neuen Wirkmechanismen, die sich für eine direkte Modulation der neuronalen Signalübertragung durch polyphenolische Beereninhaltsstoffe eignen, im Gegensatz zu bereits bekannten nicht-spezifischen antioxidativen Aktivitäten. Als mögliche Effektoren kommen hier die Monoaminoxidasen (MAO) A und B, der Hypoxie-induzierbare Faktor (HIF), das Proteasom und die Phospholipase A2 (PLA2) in Betracht. Einer erhöhten Monoaminoxidase-Aktivität wird schon seit langem eine Rolle in der Ätiologie depressiver, Angst- und neurodegenerativer Erkrankungen zugeschrieben. Somit könnten Monoaminoxidase-hemmende Stoffe vielversprechende präventive Wirkungen auf krankheitsbedingte Verhaltenssymptome und kognitive Abbauprozesse ausüben. Für beide MAO-Isoformen zeigten Anthocyane und Anthocyanidine hemmende Wirkungen im niedrigen mikromolaren Bereich, wohingegen sich Proanthocyanidine und phenolische Metabolite als weniger effektive Inhibitoren herausstellten. Mit Cyanidin und Cyanidin-3-glucosid durchgeführte Untersuchungen zur Enzymkinetik gaben Hinweise auf kompetitive Wechselwirkungen von Cyanidin bezüglich MAO A. Gemischt kompetitive und nicht-kompetitive Wechselwirkungen wurden für Cyanidin bezüglich MAO B, sowie für Cyanidin-3-glucosid hinsichtlich beider Isoenzme ermittelt. Somit befürworten diese MAO-hemmenden Eigenschaften von Anthocyanen und deren Aglykonen eine Ernährung, die reich an polyphenolischen Beereninhaltsstoffen ist, und eröffnen neue Möglichkeiten bei der Prävention neuronaler Erkrankungen. Zur Beurteilung einer Wirkung von Beereninhaltsstoffen im Hinblick auf die Steigerung der zellulären Widerstandsfähigkeit gegenüber oxidativem Stress wurden ferner Effekte der Testsubstanzen auf die HIF-Expression untersucht. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass Delphinidin aufgrund konzentrationsabhängiger Erhöhung der HIF-Expression eine Reihe zellulärer Überlebensprozesse einleiten könnte, die durch freies Eisen gehemmt werden. Auf diese Weise könnten Anthocyane durch ihre Eisen-chelierenden Fähigkeiten Neuroprotektion vermitteln. Gallussäure, Cyanidin und Heidelbeerextrakt bewirkten ebenfalls eine Induktion der HIF-Expression in Neuroblastom-Zellen und gelten somit als weitere Kandidaten, welche die HIF-abhängige Transkription nachgeschalteter Gene modulieren könnten.

Zugl.: Hohenheim, Univ., Diss., 2008

Techn. Universiẗat, Diss., 2002--Braunschweig.

Le développement de la baie de raisin est un processus dynamique présentant une courbe de croissance sigmoïde avec deux phases de croissance séparée par une phase de latence. Il se caractérise par une biosynthèse coordonnée de métabolites primaires et secondaires. À la fin de la phase de latence, un phénomène appelé véraison se produit, au cours duquel le fruit commence à prendre de la couleur et le processus de maturation est initié. Les anthocyanes sont responsables de la coloration des baies et la régulation de leur biosynthèse été largement étudiée. Cependant, peu d'études ont porté sur la caractérisation métabolique et génétique de variétés de baies de couleurs fortement contrastées, dans un même fond génétique. En combinant la technologie RNAseq et des analyses métabolomiques, nous avons effectué une caractérisation comparée de deux variétés de raisin de table : Chimenti Globe (CG, rose pâle) et Red Globe (RG, rouge foncé). L'originalité de ce modèle est que CG a été généré à partir d'un événement de mutation spontanée de RG, dans un vignoble de production, permettant ainsi l’étude de la régulation de la biosynthèse des anthocyanes dans un même fond génétique. L'analyse du contenu métabolique des baies a démontré l'importance des stades de développement, de la véraison à la maturation, dans les deux variétés de raisin. En particulier, des différences marquées dans les concentrations de certains métabolites de la voie des phénylpropanoïdes (shikimate, UDP-glucose, phénylalanine) et du tréhalose-6-phosphate ont été mises en évidence en post-véraison. De plus, les différences entre les variétés étaient dues à des changements dans les métabolites liés à la biosynthèse du saccharose et de l'anthocyanine. Les baies de CG ne contenaient que des anthocyanines dihydroxylées (péonidine et cyanidine), et aucune quantité détectable d’anthocyanes trihydroxylées (malvidine, delphinidine et pétunidine), qui sont abondamment présentes dans les pellicules des baies de RG. Ceci explique le phénotype de couleur rose pâle des baies de CG. Une analyse transcriptomique globale par RNAseq montre que 109 gènes sont exprimés de façon différentielle chez CG, en comparaison avec RG, y compris de nombreux gènes liés au métabolisme des flavonoïdes. Notamment, 11 gènes codant pour des 3'5'-hydroxylases flavonoïde, une enzyme-clé pour la biosynthèse des anthocyanes trihydroxylées, sont réprimés dans CG. A partir de cette analyse, un gène candidat pour la régulation de la voie de biosynthèse des anthocyanes a été sélectionné : le gène Cytb5, qui code pour un cytochrome b5, non caractérisé à ce jour chez la Vigne. La surexpression de Cytb5 par transgénèse dans des vignes hybrides V. berlandieri x V. rupestris cv. 110R suggère fortement un rôle clé pour ce gène dans la régulation de la biosynthèse des anthocyanes chez la vigne : les embryons obtenus présentaient une forte coloration rouge, indiquant la présence d’anthocyanes en quantités importantes dans les tissus végétatifs. De plus les embryons transgéniques ont un développement accéléré par rapport aux embryons sauvages. Ces travaux ont permis de mieux comprendre la régulation de l’accumulation des anthocyanes responsables de la coloration des baies de raisin, et plus largement, la régulation du métabolisme des flavonoïdes. / El desarrollo de la uva es un proceso dinámico caracterizado por una curva de crecimiento doble sigmoidea, separada por una fase lag, en donde ocurre una biosíntesis coordinada de metabolitos primarios y secundarios. Al final de la fase lag, ocurre un fenómeno llamado pinta correspondiente al comienzo de la coloración de la baya e iniciándose también el proceso de maduración. Las antocianinas son las responsables de la coloración de la piel de las bayas y su regulación ha sido ampliamente estudiada. Sin embargo, pocos estudios se han enfocado en la caracterización genética y metabólica, utilizando variedades contrastantes de color de piel. Utilizando análisis metabólico y la tecnología de RNA-seq, se realizó una nueva caracterización comparativa de dos uvas de mesa, Chimenti Globe (CG) y Red Globe (RG), que poseen un color de piel de la baya contrastante: CG tiene un color rojizo claro y RG posee un color morado. La originalidad de este modelo es que CG fue generada en un evento espontáneo de campo desde una rama de una planta RG. Por lo tanto, el background genético responsable del cambio de color es el mismo. El análisis del contenido metabólico de las pieles de las bayas reveló la importancia de las etapas de desarrollo, pinta y maduración, en ambas variedades en estudio. En particular, la diferencia en la concentración de metabolitos de la ruta fenilpropanoide, tales como shikimato y fenilalanina y otras moléculas como UDP-glucosa y trehalosa-6-fosfato, entre otros. Asimismo, las diferencias entre las variedades estuvieron dadas por cambios relacionados con la biosíntesis de sacarosa y antocianinas. CG solo contenía antocianinas dihidroxiladas, cianidina y peonidina, y no las del tipo trihidroxiladas, malvidina, delfinidina y petunidina, lo cual fue consistente con el fenotipo del color de piel observado. A partir del análisis transcriptómico, generamos un heatmap con 109 genes expresado diferencialmente en CG en comparación con RG, siendo muchos de estos asociados a la ruta biosíntesis de flavonoides. Además, observamos que 11 copias del gen flavonoide 3'5'-hidroxilasa, que codifica una enzima clave para la biosíntesis de antocianinas trihidroxiladas, no estaban inducidas en CG. A partir de este análisis, se seleccionó un gen candidato para contribuir en el estudio de la ruta de biosíntesis de antocianinas: citocromo b5 (Cytb5) que codifica una proteína clave donadora de electrones no caracterizada en vides. La sobreexpresión de Cytb5 en embriones V. berlandieri x V. rupestris cv. 110R sugirió fuertemente la participación en la ruta, ya que los embriones transgénicos exhibieron un color rojizo e incluso, un desarrollo acelerado en comparación con el control. Con estos resultados, hemos sido capaces de proporcionar información sobre la regulación de las antocianinas en vides responsables de la coloración de la piel de las bayas, abriendo nuevos terrenos en la búsqueda de reguladores moleculares de la vía flavonoide.

En lien avec leur potentiel antioxydant, les composés phénoliques sont généralement associés à l'effet protecteur sur la santé d'une alimentation riche en fruits et légumes. Ils sont également fortement associés à la qualité organoleptique des cidres puisqu'ils affectent directement leur astringence, leur amertume, leur couleur et leurs arômes. Deux études ont récemment été publiées sur la détection de QTL des composés phénoliques des pommes de table. Aucune étude n'a encore été publiée pour les pommes à cidre, réputées pour leur forte teneur en composés phénoliques. L'objectif de cette thèse est d'identifier les régions génétiques impliquées dans la teneur en composés phénoliques d'une descendance de pommiers à cidre. Dans un premier temps, deux méthodes de quantification ont été développées et comparées en UHPLC-UV et UHPLC-MS/MS pour les principaux composés phénoliques du jus de pomme. Bien qu'il y ait des surestimations avec l'un des détecteurs pour certains composés, ces deux méthodes corrèlent très fortement. Des dosages ont également été réalisés sur fruit entier à l'INRA de Rennes. Une grande variabilité a été observée pour les fruits et les jus de cette descendance, représentative des principales variétés de pommes à cidre cultivées en Europe. 48 QTL ont été détectés sur neuf groupes de liaison (LG). Neuf clusters semblent particulièrement stables, indépendamment de l'année ou du matériel (fruit ou jus) étudié. Les enzymes de la biosynthèse des composés phénoliques et facteurs de transcription ont été ciblés pour l'identification des gènes candidats, réalisée au niveau des principaux QTL. Ces travaux proposent de nouvelles cibles pour la sélection assistée par marqueurs comme le QTL pour l'acide chlorogénique du LG17 pour l'amélioration des variétés de pommes à cidre