<div> <p>Chia seed (<i>Salvia hispanica</i>) has shown potential as an alternative source of nutrients with a high content of fiber (36 %), protein (25%), and fat (25%). Unfortunately, the presence of a viscous biopolymer (mucilage), surrounding the chia seed (CS), limits the accessibility of the protein and other nutrients. Nevertheless, this biopolymer’s chemical composition makes it suitable for the development of biodegradable films. Regarding CS protein, disulfide bonding, and nonprotein-protein interactions often frequent in plant protein, have limited its technological application in food matrices. Therefore, scientists have pointed at processing methods involving enzymatic proteolysis to improve the functionality of plant protein ingredients. The objective of this study was to establish processing techniques to exploit the functionality, extraction, and health benefits of chia seed components. First, ultrasonication followed by vacuum-filtration was used to separate mucilage from CS prior to fat extraction by oil press. Mucilage-free and defatted CS were treated using conventional (enzymatic hydrolysis with alcalase) or sequential (enzymatic hydrolysis with alcalase+flavourzyme), and under water bath or microwave-assisted hydrolysis. Chia seed protein hydrolysates (CSPH) derived from the sequential hydrolysis with microwave treatment showed superior (p<0.05) in vitro antioxidant activity. The highest (p<0.05) cellular antioxidant activity was achieved by the sequential (94.76%) and conventional (93.13%) hydrolysis with microwave. Dipeptidyl peptidase-V inhibition was higher (p<0.05) for sequential hydrolysis with water bath, while Angiotensin-Converting Enzyme (ACE) inhibition activity increased (p<0.05) with hydrolysis for all treatments compared to the control. Regarding functionality, sequential hydrolysis with microwave showed higher (p<0.05) solubility at lower pH (3 and 5), while conventional hydrolysis with microwave was better at pH 7 and 9. Emulsification properties and foaming capacity were also higher in conventional hydrolysis with microwave, but conventional hydrolysis with water bath was more stable for foaming properties only. In terms of mucilage applicability, biodegradable films were developed by casting technique where CS mucilage was plasticized with different polyol mixtures (sorbitol and glycerol). CS mucilage films with higher sorbitol content showed superior tensile strength (3.23 N/mm²), and lower water vapor permeability (1.3*109 g/ m*s*Pa) but had poor flexibility compared to other treatments. Conversely, films with high glycerol content showed high elongation at break (67.55%) and solubility (22.75%), but reduced water vapor permeability and tensile strength. The hydrophobicity, measured as water contact angle, was higher (p<0.05) for mixtures containing equal amounts of polyols. Lastly, Raman Spectroscopy analysis showed shifts from 854 to 872 cm^-1 and 1061 to 1076 cm^-1, which corresponded to β(CCO) modes. These shifts represent an increase in hydrogen bonding, responsible for the high tensile strength and decreased water vapor permeability. This study demonstrated that ultrasonication followed by vacuum filtration can successfully separate mucilage from chia seeds; microwave-assisted and enzymatic hydrolysis generated protein hydrolysates with improved bioactivity and functionality. Finally, chia seed mucilage was able to form films with potential to be used in drug delivery and edible food coating applications.</p> </div> <br>

Bluthochdruck zählt zu einer der häufigsten Zivilisationskrankheiten und ist der Hauptfaktor für die Entstehung kardiovaskulärer Erkrankungen. Das Präventionspotenzial bei Hypertonie ist sehr hoch, da lebensstilassoziierte Faktoren wie Übergewicht, hoher Kochsalz- und Alkoholkonsum oder Stress die Entstehung eines erhöhten Blutdrucks wesentlich begünstigen. Daher wird eine antihypertensive Therapie meist mit nicht-medikamentösen Maßnahmen eingeleitet. Für die Regulation des Blutdrucks ist die nähere Betrachtung des Angiotensin-Converting Enzymes (ACE) wichtig, da es eines der Schlüsselenzyme des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems und des Kallikrein-Kinin-Systems darstellt. Die Möglichkeit, dass ACE-inhibierende Peptide aus Lebensmittelproteinen über die Nahrungsmittelaufnahme einen positiven physiologischen Effekt auf den Blutdruck ausüben, ist ein vielversprechender Ansatz zur Unterstützung einer nicht-medikamentösen Therapie bei Hypertonie. In der Literatur sind zahlreiche Peptide beschrieben, welche eine inhibitorische Wirkung auf das ACE in vitro besitzen. Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der Klasse der tryptophanhaltigen Dipeptide, die in der Literatur als potente, natürliche ACE-Inhibitoren beschrieben sind. Die tryptophanhaltigen Peptide wurden hinsichtlich ihrer Gewinnung, ihrer Hemmwirkung auf das Zielenzym und bezüglich ihrer Bioverfügbarkeit in vitro und in vivo untersucht.

<p>Cardiovascular diseases (CVD) and their risk factors remain the leading cause of morbidity and mortality in North America. Food-derived bioactive peptides (BAP) have been shown to play a role in regulating physiological pathways of CVD risk factors including hypertension, diabetes, and chronic inflammation. Common sources of BAP include dairy and plant proteins. In addition to being an alternative protein source, it is now accepted that edible insect proteins can also confer health benefits beyond nutrition. However, as with any novel protein source, allergenicity remains a major concern surrounding edible insect consumption. </p> <p>This dissertation aimed to: 1) Evaluate the bioactive potential of peptides from an edible cricket species and; 2) determine the effects of BAP production methods on immunoreactivity. First, peptide-rich extracts were generated from farmed food-grade crickets via enzymatic hydrolysis techniques with the commercial protease Alcalase™. To measure the <i>in vitro</i> bioavailability, cricket peptides were also subject to simulated gastrointestinal digestion (SGD). Peptides and their digests were tested for relevant bioactivities and active groups were further fractionated by chromatographic methods to identify the major peptides responsible for the bioactivity. When tested for <i>in vitro</i> antihypertensive and anti-glycemic properties, cricket peptides were found to inhibit the activities of angiotensin converting enzyme, dipeptidyl peptidase-4, α-amylase, and α-glucosidase. The anti-inflammatory potential was expounded using RAW-264.7 macrophages and human umbilical vein endothelial cells (HUVEC). Cricket peptides (after SGD) effectively lowered NF-κB, MCP-1, and IL-6 production in cells without affecting their viability. Proteomic analyses identified 18 sequences from the enriched cationic peptide fraction that showed the highest activity. Three novel peptides were identified via molecular docking, as potent ACE-inhibitors and binding was similar to that of the commercial drug captopril. Key binding characteristics included interaction with hydrophobic amino acids (Phe, Pro, Leu) near the C-terminal position and coordination with Zn (II) ions near the ACE active site.</p> <p>Immunological reactivity was measured by IgE-binding from shrimp-allergenic patient sera to antigens present within cricket peptides. Our studies demonstrate that immunoreactivity was impacted by enzymatic hydrolysis, depending on the conditions and heating source used. Tropomyosin (a major shrimp allergen) was extracted from both untreated crickets and protein hydrolysates, and verified as the major reactive protein. Tropomyosin reactivity decreased (under both partial and extensive hydrolysis) or retained (under conditions which prevented epitope cleavage). However, using microwave-assisted enzymatic hydrolysis was effective at decreasing tropomyosin reactivity in all immunoassays tested (IgG and IgE). Proteomic and immunoinformatic analyses revealed prominent allergen binding regions of cricket tropomyosin available for cleavage during enzymatic hydrolysis. Conserved antigen regions showed greater homology with other crustacean species, but not with other well studied allergenic insect proteins (i.e., cockroach). Lastly, LC-MS/MS and FT-Raman spectrometry suggests that reactivity was affected due to distinct epitope cleavage within the protein instead of decreased antigen extractability/solubility. </p> <p>The findings of this dissertation support that edible cricket proteins are a potential source of bioactive peptides for functional food or nutraceutical development. Additionally, using protein extraction methods such as microwave-assisted hydrolysis seems a promising tool for minimizing the immunoreactivity of the allergen present in this edible cricket species.</p>

Als Schlüsselenzym im Renin-Angiotensin System übernimmt das Angiotensin Converting Enzyme (ACE) eine wichtige Rolle bei der Blutdruckregulierung. ACE spaltet das biologisch inaktive Angiotensin I zum vasokonstriktorisch wirksamen Angiotensin II, was zu einem Anstieg des Blutdruckes führt. Tier- und Humanstudien zeigten, dass die Aufnahme bekannter, aus dem Proteinabbau stammender ACE-Inhibitoren eine Absenkung des Blutdruckes bewirkte. In der Lebensmittelindustrie finden Hydrolysate von Milchproteinen, im speziellen von Molkenproteinen, Einsatz in hypoallergenen (HA) Säuglingsnahrungen. Obwohl das Phänomen einer ACE-Inhibierung durch HA-Nahrungen in vitro in der Literatur bereits Erwähnung fand, existieren bislang keine Angaben zu einer potentiellen Wirkung in vivo. In der vorliegenden Arbeit konnte für kommerzielle hypoallergene (HA) Säuglingsnahrung eine sehr starke ACE-Hemmung in vitro zeigen (IC50-Werte zwischen 20 und 104 mg Protein/liter), welche die für fermentierte Sauermilchprodukte dokumentierte Wirkung bei weitem überstieg.] Mittels RP-HPLC und ESI-TOF-MS konnte neben zahlreichen bekannten Peptiden mit ACE-hemmendem Effekt erstmals das aus der Primärsequenz von -Lactalbumin freigesetzte Dipeptid Ile-Trp in den HA-Nahrungen identifiziert und quantifiziert werden. Ile-Trp ist der bislang potenteste in Lebensmitteln nachgewiesene ACE-Inhibitor (IC50 = 0,7µM). HA-Nahrungen zeigten auch ex vivo im Zellsystem (HUVECs) einen stark ACE-hemmenden Effekt. Aus diesem Grunde wurde ein möglicher Einfluss der HA-Nahrungen auf den Blutdruck spontan hypertensiver Ratten untersucht. Hierfür wurden die Tiere im Rahmen einer Fütterungsstudie über 14 Wochen mit standardisiertem Futter, welchem HA-Nahrung (Gruppe 1), konventionelle Säuglingsnahrung (Gruppe 2) bzw. der bekannte ACE-Inhibitor Captopril (Gruppe 3) zugesetzt war, gefüttert. Eine vierte Gruppe mit Standardfutter diente als Kontrolle. Der Blutdruck wurde am wachen Tier nichtinvasiv mittels tail-cuff-Methode gemessen. Der systolische Blutdruck sank bei Verabreichung der HA-Nahrung nach 7 Wochen signifikant um 21 ± 8 mmHg ab im Vergleich zur Kontrollgruppe bzw. den mit konventioneller Säuglingsnahrung gefütterten Tieren. Captopril führte zur einer Blutdrucksenkung um 30 ± 7 mmHg.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind nach wie vor die häufigste Todesursache. Vor allem Bluthochdruck ist in diesem Zusammenhang ein wichtiger Risikofaktor für die Entstehung von koronaren Herzerkrankungen, Myokardinfarkten, Herzinsuffizienz und Schlaganfall. Zur Behandlung der Hypertonie werden unterschiedliche Pharmaka eingesetzt, hauptsächlich Substanzen, die das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) hemmen. Dazu gehören synthetische Inhibitoren des angiotensin-converting enzyme (ACE). Für präventive Zwecke können diese ACE-Inhibitoren auf Grund mehrerer Nebenwirkungen nicht eingesetzt werden. Interessant für eine präventive Anwendung sind natürliche ACE-hemmende Peptide, welche in der Sequenz unterschiedlicher Lebensmittelproteine vorliegen und durch enzymatische Hydrolyse freigesetzt werden. Ein besonders potenter ACE-Hemmer ist das Dipeptid Isoleucin-Tryptophan (IW) und damit ein interessanter Kandidat für den Einsatz in einem funktionellen Lebensmittel. Um dies jedoch realisieren zu können, muss IW in einer ausreichenden Menge produziert werden. Durch die enzymatische Hydrolyse ist dies aktuell nicht möglich, da die Peptidsequenz IW sehr selten in Proteinen vorhanden ist. Aus diesem Grund war es Ziel der vorliegenden Arbeit eine innovative biotechnologische Methode zu etablieren, um das ACE-hemmende Dipeptid IW in höheren Mengen und vor allem lebensmittelkonform zu produzieren. Die Produktion des ACE-hemmenden Peptids wurde biotechnologisch mittels rekombinanter DNA-Technologie realisiert. Hierfür wurde eine repetitive IW-Sequenz entworfen (264 bp), welche für ein 10 kDa großes Protein codierte. Dieses IW-Konstrukt enthielt in der Sequenz 16-mal IW. Mit Hilfe von Escherichia coli (E. coli) wurde ein 52 kDa großes Fusionsprotein überexprimiert. Als Fusionstag diente das Maltose Binding Protein (MBP). Dieses rekombinante Fusionsprotein (MBP-IW) lag nach einer Kombination von zwei verschiedenen chromatographischen Verfahren gereinigt vor. Mit dieser Methode war es möglich, 0,52 mg lösliches MBP-IW pro 1 g E. coli Feuchtmasse zu produzieren. MBP-IW wurde enzymatisch mit dem Enzym α-Chymotrypsin hydrolisiert und das Dipeptid IW anschließend chromatographisch isoliert. Nach der Hydrolyse und Isolation lag die Ausbeute des rekombinant produzierten IW (rIW) mit einer Reinheit von ≥ 96 % bei 14 µg. Somit konnten 28 % des möglichen Anteils an rIW vom sauberen MBP-IW gewonnen werden. Die Identifikation von IW erfolgte mit drei unterschiedlichen Methoden, der reversed phase-high performance liquid chromatography-UV-Detektion, der liquid chromatography-electrospray ionisation-tandem mass spectrometry und durch eine N-terminale Derivatisierung des Peptids. Mit diesen Methoden wurde bestätigt, dass es sich bei dem produzierten Peptid um IW handelte. Das rIW wurde im Vergleich zum chemisch produzierten kommerziell erwerblichen L-IW (cIW) und chemisch produzierten kommerziell erwerblichen D-IW (cDIW) auf sein ACE-hemmendes Potential getestet. Um der komplexen und heterogenen Verteilung der ACE-Aktivität im menschlichen Organismus gerecht zu werden, wurde das ACE-hemmende Potential der Dipeptide an verschiedenen ACE-Quellen untersucht. Neben dem nicht-humanen ACE-System (ACE aus der Kaninchenlunge) wurde auch humanes lösliches ACE (aus humanem Plasma) sowie humanes membrangebundenes ACE (aus Human umbilical vein endothelial cells, HUVECs) verwendet. Bei allen getesteten ACE-Systemen zeigte sich kein ACE-hemmendes Potential durch cDIW. Beim Vergleich von rIW mit cIW in Bezug auf deren ACE-hemmendes Potential wurden IC50-Werte von 1,72 ± 0,12 bis 23,30 ± 3,68 µM, abhängig vom getesteten ACE-System, bestimmt. Für alle verwendeten ACE-Quellen konnte gezeigt werden, dass beide unterschiedlich produzierten Dipeptide gleich effektiv waren. Ein weiteres Ziel der Arbeit bestand darin neben einem Peptidmix aus Molkenprotein mit hohem Anteil an IW, noch zwei weitere Peptidmixe pflanzlichen Proteinursprungs hinsichtlich des ACE-hemmenden Potentials zu untersuchen. Auf Grundlage der identifizierten tryptophan- und tyrosinhaltigen Dipeptide in den Hydrolysaten des Molken-, Soja- und Reisproteins wurden drei Peptidmixe hergestellt. Auch hier wurde wieder die Wirkung auf mehrere ACE-Quellen ermittelt. Neben den oben genannten, wurde hier zusätzlich der Einfluss auf membrangebundenes ACE der Rattenaorta untersucht. In allen getesteten ACE-Systemen zeigte der Peptidmix Molke ein signifikant höheres ACE-hemmendes Potential als die Peptidmixe von Soja und Reis. Der Peptidmix Soja war von den getesteten hydrolisierten Pflanzenproteinen der potenteste ACE-Inhibitor. Die IC50-Werte der Peptidmixe lagen, je nach getestetem ACE-System, zwischen 16,60 ± 2,59 und 282,04 ± 18,51 mg/l. Der starke ACE-hemmende Effekt vom Peptidmix Molke wurde mit der hohen Konzentration an IW assoziiert (bis zu 10-fach höher verglichen mit den anderen beiden Peptidmixen). Dies legt nahe, dass das Dipeptid IW hauptverantwortlich für das ACE-hemmende Potential in den getesteten Peptidmixen ist, was nochmals das große Potential des Dipeptids verdeutlicht. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass IW aus Molkenprotein im Vergleich mit den bioaktiven Peptidquellen der Proteine aus Soja und Reis, die stärkste ACE-Hemmung aufweist. Des Weiteren ist es erstmals gelungen, das ACE-hemmende Dipeptid IW in hoher Reinheit biotechnologisch mit Hilfe von rekombinanten Proteinen herzustellen. Um den Einsatz als funktionelles Lebensmittel realisieren zu können, müsste im Weiteren die biotechnologische Herstellung von IW optimiert werden, um eine höhere Ausbeute zu generieren. Nach dieser Optimierung könnte in einem Scale-up Verfahren so viel an IW gewonnen werden, dass es industriell einsetzbar wäre. Die ACE-hemmende Wirkung des biotechnologisch hergestellten IWs wurde in dieser Arbeit bestätigt, sodass es in einem innovativen funktionellen Lebensmittel für die tägliche Ernährung eingesetzt werden könnte. Perspektivisch eröffnet sich damit die Möglichkeit IW präventiv zu nutzen, um die Entwicklung von Bluthochdruck und deren Folgeschädigungen zu verzögern oder zu minimieren. / Cardiovascular diseases are still the leading cause of death. Especially hypertension is an important risk factor for the development of coronary heart disease, myocardial infarction, heart failure and stroke. To treat hypertension different drugs are clinically used. This are mainly substances, which inhibit the renin-angiotensin-aldosterone-system (RAAS), such as synthetic inhibitors of angiotensin-converting enzyme (ACE). However these ACE-inhibitors cannot be used for preventive purposes because of several side effects. Therefore natural ACE-inhibitory peptides, which are mostly encrypted in food proteins and released by enzymatic hydrolysis, are of main interest for preventive applications. The dipeptide isoleucine-tryptophan (IW) is a potent ACE-inhibitor and thus an interesting ingredient in functional foods. However, to realize this, IW must be produced in sufficient amounts. This is not possible with the current enzymatic hydrolysis, because the peptide sequence of IW is very rarely present in proteins. For that reason, the aim of the present thesis was to establish an innovative biotechnological method to produce the ACE-inhibitory dipeptide IW in an enlarged amount and especially considering the food-safety. The production of the ACE-inhibitory peptide was realized biotechnologically via recombinant DNA technology. For this, a repetitive IW-sequence (264 bp) was designed, which encoded a 10 kDa protein. In this IW-construct IW was sequenced 16 times. Using Escherichia coli (E. coli) a fusion protein with a size of 52 kDa was overexpressed. The maltose binding protein (MBP) served as fusion tag. This recombinant fusion protein (MBP-IW) was purified by a combination of two different chromatographic methods. It has become possible to produce 0.52 mg of soluble MBP-IW per 1 g wet weight of E. coli. MBP-IW was enzymatically hydrolysed with the enzyme α-chymotrypsin and the dipeptide IW was subsequently isolated by chromatography. After hydrolysis and isolation, the yield of the recombinant produced IW (rIW) with a purity of ≥ 96 % was 14 μg. Thus, 28 % from the possible content of rIW was obtained from the clean MBP-IW. IW was identified by three different methods: reversed phase-high performance liquid chromatography with UV-detection, liquid chromatography-electrospray ionisation-tandem mass spectrometry and N-terminal derivatization of the peptide. These methods confirmed the produced peptide as IW. The ACE-inhibitory potential of rIW was analysed and compared to that of the chemically produced commercially available L-IW (cIW) and of the chemically produced commercially available D-IW (cDIW). To address the complex and heterogeneous distribution of ACE-activity in the human organism, the ACE-inhibitory potential of the dipeptides was investigated in different ACE-sources. Additionally to non-human ACE (from rabbit lung) also human soluble ACE (from human plasma) and human membrane-bound ACE (from human umbilical vein endothelial cells, HUVECs) were used. In all tested ACE-systems cDIW did not show any ACE-inhibitory effect. IC50 values of rIW and cIW ranged from 1.72 ± 0.12 to 23.30 ± 3.68 μM, depending on the investigated ACE-system. In all sources of ACE an equal inhibitory potency of both differently produced dipeptides were determined. The second aim of the thesis was to investigate the ACE-inhibitory effect of two peptide mixes of plant proteins beside the peptide mix of whey protein, containing a high concentration of IW. Based on the identified tryptophan- and tyrosine-containing dipeptides in the hydrolysates of the whey-, soy- and rice-protein, three peptide mixes were prepared. Also here the effect on different ACE-sources was determined. Additionally to the named above, membrane-bound ACE from rat aorta was investigated. In all analysed ACE-systems, the peptide mix of whey showed a significantly higher ACE-inhibitory potential than the peptide mixes of soy and rice. The peptide mix soy was the most potent ACE-inhibitor tested among the hydrolysed plant proteins. The IC50-values of the peptide mixes were between 16.60 ± 2.59 and 282.04 ± 18.51 mg/l, depending on the used ACE-system. The strong ACE-inhibitory effect of the whey peptide mix was associated with the high concentration of IW (10 times higher compared to the other peptide mixes). This indicates that the dipeptide IW is mainly responsible for the ACE-inhibitory potential in the investigated peptide mixes, which demonstrate again the great potential of this dipeptide. It was shown in the present study that IW from whey protein had the strongest ACE-inhibition compared to the bioactive peptides of proteins from soy and rice. Furthermore, for the first time it was possible to produce the ACE-inhibitory dipeptide IW in high purity biotechnologically using recombinant proteins. To use IW as an ingredient in functional foods, the biotechnological production of IW needs to be optimized to receive higher yields. After this optimization, it would be conceivable to increase the production of IW in a scale-up process for industrial application. The ACE-inhibitory effect of the biotechnologically produced IW was confirmed in the present study, thus it could be used in an innovative functional food for daily nutrition. Prospectively, this increases the possibility of using IW preventively in order to delay or minimize the development of hypertension and the consequentially diseases.

Proteinhydrolysate gewinnen als Bestandteil von Lebens- und Futtermitteln zunehmend an Bedeutung. In Abhängigkeit ihrer Sequenz können darin enthaltene Peptide über Wechselwirkungen mit dem Angiotensin-Converting Enzym (ACE), welches eine Schlüsselfunktion bei der Blutdruckregulation einnimmt, physiologisch wirken und damit einen Beitrag zur Gesunderhaltung leisten oder hinsichtlich antioxidativer Eigenschaften einen positiven Effekt auf die Lagerstabilität und damit Qualität von Lebensmitteln ausüben. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst die ACE-inhibierende Aktivität von Pflanzenproteinen im Vergleich zum Molkenprotein hinsichtlich Struktur-Wirkbeziehungen und gegenüber den Domänen des ACEs sowie verschiedenen ACE-Spezies charakterisiert. Des Weiteren wurde eine Verkapselung von in Proteinhydrolysaten enthaltenen Dipeptiden angestrebt und der Einfluss auf deren proteolytische Stabilität untersucht. Dipeptide unterliegen während der gastrointestinalen Verdauung einem Abbau, was einen limitierenden Faktor für deren Bioaktivität darstellt. Zur Charakterisierung von Cyclodextrin-Komplexen mit aromatischen Aminosäuren sowie korrespondierenden Dipeptiden wurden UV- und fluorometrische Methoden sowie NMR-Techniken verwendet. Abschließend wurde das antioxidative Potential von Proteinhydrolysaten zunächst im Modellsystem und anschließend unter Nutzung von Lebensmittelmatrices abgeschätzt. Zusammenfassen konnte für die untersuchten Pflanzenproteinhydrolysate ein ausgesprochen gutes den potenten Milchproteinhydrolysaten vergleichbares ACE-inhibitorisches Potential als auch eine konzentrationsabhängige antioxidative Aktivität abgeleitet werden. Insbesondere Reisproteinhydrolysat erwies sich als potente Quelle physiologisch als auch antioxidativ wirksamer Peptide.

Over the course of more than ten years, there has been a significant increase in the approach employed to inhibit the function of soluble epoxide hydrolase (sEH). The phenomenon of upregulating soluble epoxide hydrolase (sEH) has been found to result in a decrease in the ratio of epoxyeicosatrienoic acids (EETs) to dihydroeicosatrienoic acids (DHETs) in the body. This has garnered significant attention due to the diverse biological functions attributed to EETs, including the regulation of vasodilation, neuroprotection, increased fibrinolysis, calcium ion influx, and anti-inflammatory effects. Consequently, there has been a growing interest in developing and discovering sEH inhibitors through chemical syntheses and natural extracts, with the aim of increasing the availability of these anti-inflammatory molecules by reducing their hydrolysis. A comprehensive examination of this project was conducted to explore the inhibitory effects of YMSV, a tetrapeptide derived from the castor bean (Ricinus communis), on sEH, as well as to elucidate its underlying mechanism of action. YMSV was determined to function as a mixed-competitive inhibitor of soluble epoxide hydrolase (sEH), and the interaction between the peptide and the protein resulted in the disruption of the secondary structural composition of sEH. Furthermore, the hydrogen bond interactions between YMSV and the Asp 333 residue in the active region of soluble epoxide hydrolase (sEH) were demonstrated using molecular docking investigations. However, quantitative structure-activity relationship (QSAR) research revealed that nonpolar, hydrophobic, and bulky amino acids are favored at the N- and C- terminals of peptides for sEH inhibition. The results of this study indicate that peptides obtained from dietary sources possess unique characteristics as inhibitors of soluble epoxide hydrolase (sEH), displaying significant potency. Consequently, these peptides have promise for further development as therapeutic medicines targeting inflammation and depression in the future.

Les protéines du lait bovin sont la source la plus importante en peptides bioactifs qui permettraient de maintenir le capital-Santé du consommateur. Nous nous sommes intéressés aux peptides inhibiteurs de l'enzyme de conversion de l'angiotensine I (ECA) et aux caséinophosphopeptides (CPP) chélateurs de minéraux pour étudier in vitro leur mécanisme d'interaction avec leurs cibles moléculaires. En effet, les peptides d'origine alimentaire, inhibiteurs de l'ECA (IEC) contribueraient à une prévention de l'hypertension. Pour comprendre la relation entre la séquence de ces peptides et leur pouvoir IEC, les paramètres d'inhibition de l'ECA somatique de poumon de lapin, qui possède 2 domaines N et C ayant chacun un site actif, par des peptides (FALPQYLK, FALPQY, ALPMHIR, IPP et VPP) issus de protéines du lait et des peptides dérivés ont été étudiés. De plus, l'interaction entre certains de ces peptides avec l'ECA somatique humaine a été caractérisée par la technologie Biacore®. La cartographie des sites de liaison de FALPQY en compétition avec le captopril (inhibiteur compétitif des 2 sites actifs de l'ECA) et le peptide BPP-11b (inhibiteur sélectif du domaine C de l'ECA) montre que ce peptide se fixe au niveau des 2 sites actifs de l'ECA. Par ailleurs, les CPP sont un bon moyen de corriger les carences minérales car ils sont capables de former des complexes solubles avec les cations, améliorant ainsi leur biodisponibilité. L'interaction entre le CPP [bêta]-CN (f1-25)4P et Ca2+, Mg2+, Zn2+ et Cu2+ a été étudiée par microcalorimétrie de titration isotherme : 1 mole de CPP fixe 2 moles de Ca2+, de Mg2+ ou de Zn2+ à pH 8, avec des constantes d'affinité faibles, mais ne fixe pas Cu2+ / Bovine milk proteins are the most important source of bioactive peptides. These peptides may contribute to maintain optimal health state. In the current study, we attempted to elucidate in vitro the molecular interaction mode between both angiotensin I-Converting enzyme (ACE) inhibitory peptides and mineral-Chelating caseinophosphopeptides (CPP). Indeed, ACE inhibitory peptides from food may provide a natural and safe alternative to prevent hypertension. In order to better understand the relationship between the sequence of ACE inhibitory peptides and their inhibitory potency, the inhibition parameters of rabbit lung somatic ACE (that possesses 2 domains, N and C, which are both catalytically active) by bovine milk peptides (FALPQYLK, FALPQY, ALPMHIR, IPP, and VPP) and other peptides with related sequence were investigated. Moreover, the interaction between some peptides and their derivatives with human somatic ACE was analyzed by Biacore® technology. The mapping of FALPQY-ACE interaction sites in competition with captopril (a competitive inhibitor for both sites) and also with BPP-11b (a selective inhibitor of the C-Domain active site) showed that FALPQY binds at or near the two active sites located on the 2 domains of ACE. In addition, CPP efficiently bind cations of nutritional interest by forming soluble complexes which prevent the precipitation of minerals at alkaline pH and increasing thus their bioavailability. The interaction between [beta]-CN (f1-25)4P, and Ca2+, Mg2+, Zn2+, and Cu2+ cations, was characterized by isothermal titration calorimetry: 1 mole of [beta]-CN (f1-25)4P binds 2 moles of Ca2+, Mg2+, and Zn2+ at a pH 8, with a low affinity, but does not bind Cu2+ cation

Bluthochdruck ist ein globales Gesundheitsproblem, das Milliarden von Menschen weltweit betrifft und schwerwiegende physische, finanzielle und auch produktivitätsbezogene Auswirkungen hat (Forum and Health, 2011; WHO, 2013; Williams et al., 2018). Die Aufnahme bioaktiver Peptide mit blutdrucksenkender Wirkung wie das Isoleucin-Tryptophan (IW) ist als mögliche Präventionsstrategie für die Hypertonie in Diskussion. Das Dipetid IW hemmt das Angiotensin-Converting-Enzym (ACE) und zeigt im Tierversuch eine blutdrucksenkende Wirkung (Martin et al., 2008b; Kaiser et al., 2016). Die Absorption dieses Dipeptids ist jedoch noch nicht aufgeklärt. Daher sollte in der vorliegenden Arbeit die Absorption und Stabilität bioaktiver Peptide am Beispiel des Dipeptids IW untersucht werden. Die folgenden 3 Zielsetzungen sollten dabei helfen die Aufnahme von IW in vivo aufzuklären. 1) Untersuchung der intestinalen Absorption von IW ex-vivo mittels Darmperfusion (EIPM). 2) Bewertung der intestinalen Stabilität von IW mittels Darm/Peptid-Co-Inkubation und anschließenden Studien zur Identifikation IW-abbauender Enzyme. 3) Untersuchung auf mögliche weiter gastrointestinale Absorptionsrouten von IW beim Menschen. Im ersten Schritt wurde die ex-vivo Darmperfusions-Methode (EIPM) etabliert, so dass eine physiologische Abschätzung der Absorption von IW durch den Mausdarm möglich wird. Mit dieser Methode wurden die absorptiven Funktionen des Darms ex-vivo zunächst mit den Kontrollsubstanzen, Koffein und Erythrozyten geprüft, bevor die Absorption der Dipeptide IW und WL untersucht wurden. Die Ergebnisse aus den Dipeptid Studien zeigten, dass IW und WL nicht intakt aus dem Mausdarm absorbiert wurden, allerdings die in der Sequenz der Dipeptide enthaltene Aminosäure Tryptophan konnte nachgewiesen werden. Dies lässt darauf schließen, dass die Dipeptide durch die Darmenzyme mit anschließender Freisetzung von Tryptophan rasch abgebaut wurden. Die Berechnung der Massenbilanz zeigten für IW und WL ein signifikantes Massendefizit (18 % für IW und 15 % für WL). Die Darm/Peptid-Co-Inkubationsstudien zeigten ebenfalls eine rasche Abnahme (innerhalb von 5 Minuten) der IW- und WL-Konzentrationen und gleichzeitig eine Zunahme der Tryptophankonzentration. Damit konnte bestätigt werden, dass IW und WL im Darm rasch abgebaut wird. Auch in den Co-Inkubationsstudien gab es wie bei den EIPM-Ergebnissen ein signifikantes Massendefizit (19 % für IW und 21 % für WL). Für die Identifizierung der IW abbauenden Enyzme wurden die Darm-Peptid-Co-Inkubation zusätzlich neben IW mit verschiedenen allgemeinen und spezifischen Inhibitoren durchgeführt. Dabei konnte gezeigt werden, dass Membrandipeptidase, Aminopeptidase W und Aminopeptidase N die Enzyme sind, die hauptsächlich IW im Darm abbauen. Die gleichzeitige Hemmung dieser Enzyme verhinderte signifikant die Hydrolyse von IW im Darm. So wurden 64,1 % des eingesetzten IW nach 5 min quantifiziert. Für Aminopeptidase N und die Membrandipeptidase sind kommerziell erhältliche Antikörper vorhanden, so dass die beiden mittels Western Blot und Immunchemie als Bürstenrandenzyme im Darmepithel nachgewiesen wurden. In einer weiteren Versuchsreihe wurde untersucht, ob die oben genannten Enzyme auch für den Abbau von IW im Plasma verantwortlich sind. Die Ergebnisse zeigten, dass diese identifizierten Enzyme den Abbau von IW im Plasma nicht verhinderten, was zeigt, dass dort andere Enzymgruppen beteiligt sind. Weiter wurden Veränderungen der intestinalen ACE-Aktivität und des intestinalen ACE-Proteinspiegels nach der Inkubation mit IW untersucht. Es zeigten sich durch die Inkubation mit IW eine Verringerung der ACE-Aktivität, die allerdings auf Grund der hohen Standardabweichung keine Signifikanz erreichte. Der ACE-Proteinspiegel zeigte durch die Inkubation mit IW keine signifikanten Veränderungen. Im Hinblick auf die Humanstudien wurde die IW Stabilität in Speichelproben von 4 Freiwilligen untersucht. Während bei einer Probe keinerlei Abbau von IW über 10 min gesehen wurde, zeigten die anderen 3 dagegen einen deutlichen Abbau von IW. Nach 10 min Inkubation waren im Mittel noch 81,7 % IW intakt nach 30 min nur noch 68,6 %. Parallel zum IW – Abbau nahm die Tryptophan-Konzentration zu. Mit der erhaltenen Massenbilanz von 108,2 % konnte eindeutig ein Abbau von IW bestätig werden. Um die mögliche Absorption von IW über den gesamten Magen-Darm-Trakts beim Menschen zu beurteilen, wurde IW über verschiedene Wege verabreicht: sublingual, in Trinkwasser gelöst, als magensaftresistente Kapseln und als nicht magensaftresistente Kapseln. Die Ergebnisse der Absorptionsstudien mit 5 bis 6 Probanden zeigten einen Anstieg von IW im Plasma im Vergleich zu den basalen Werten bei den folgenden Interventionen: als magensaftresistente Kapseln (Mittelwert; +/-304 %, Median; +/-156 %), sublingual (Mittelwert; +/-303 %, Median; +/-204 %), in Trinkwasser gelöst (Mittelwert; +/-266 %, Median; +/-287 %) und schließlich als Kapseln ohne Magensaftresistenz (Mittelwert; +/-163 %, Median; +/-152 %). Alle Messparameter unterlagen hohen interindividuellen Schwankungen. Die Fläche unter den Kurven für den IW-Anstieg wurde in folgender Reihenfolge kalkuliert: IW magensaftresistente Kapseln > sublinguale IW > IW in Trinkwasser gelöst > IW Kapseln ohne Magensaftresistenz. Dies gilt sowohl für den Vergleich des Mittelwerts als auch für den des Median. Eine entsprechende Hemmung der Plasma-ACE-Aktivität wurde auch bei den Teilnehmern nach der IW-Einnahme beobachtet. IW, das über dem sublingualen Weg verabreicht wurde, bewirkte die stärkste Hemmung der Plasma-ACE-Aktivität (Mittelwert; +/-19,1 %, Median; +/-17. 9 %), gefolgt von in Trinkwasser gelösten IW (Mittelwert;+/-16,8 %, Median; +/-18,6 %), dann IW-magensaftresistente Kapseln (Mittelwert; +/-13,6 %, Median; +/-15,1 %) und schließlich IW- Kapseln ohne Magensaftresistenz (Mittelwert; -9,3 %, Median; -9,2 %). Zusammenfassend haben die Ergebnisse der vorliegenden Studie gezeigt, dass IW im Darm rasch abgebaut wird, was für seine Bioverfügbarkeit eine Rolle spielt. Als die wichtigsten Enzyme, die IW im Darm abbauen, wurden die Membrandipeptidase, Aminopeptidase N und Aminopeptidase W identifiziert, diese sind allerdings nicht für den IW-Abbau im Plasma verantwortlich. Schließlich zeigten die Ergebnisse der Humanstudien, dass IW vor allem sublingual und intestinal, in geringerem Masse auch über den Magen absorbiert wurde. Parallel zu der Absorption wurde das Plasma-ACE gehemmt. Diese Studien liefern damit wichtige Grundlagen für die Absorption bioaktiver Peptide, welche für die Überlegungen der Applikationsart dieser Peptide hilfreich sind.