Untersuchungen zur Antigentoxizität von Eruca sativa-Pflanzenextrakt, sowie eines seiner Isothiocyanate in humanen Hepatomzellen

Abstract

In den letzten Jahren hat Rucola (Eruca sativa) in der europäischen Küche als Salat und Gewürz große Beliebtheit gewonnen. Rucola gehört zu den Brassicaceae, deren chemopräventiven Eigenschaften bereits belegt werden konnten. ITC, die Abbauprodukte der in Brassica-Gemüse enthaltenen Glucosinolate, werden für die Inhibiton der Tumorenstehung verantwortlich gemacht. Obwohl bereits einiges über die ITC-Zusammensetzung von E. sativa bekannt ist, wurden noch nie die antigentoxischen Effekte des Pflanzenmaterials an sich studiert. In dieser Arbeit wurde die chemopräventive Wirksamkeit von frisch gewonnenem Eruca sativa-Pflanzenextrakt und die zugrundeliegenden Mechanismen in metabolisch kompetenten HepG2-Zellen untersucht. Der in seiner alkalischen Version verwendete Cometassay zeigte keine gentoxischen Effekte in zuvor mit Eruca sativa-Pflanzenextrakt exponierten HepG2-Zellen. Die Untersuchungen zur Antigentoxizität von E. sativa ergaben die Hemmung einer durch B[a]P induzierte DNA-Schädigung durch den Pflanzenextrakt in Form einer U-förmigen Konzentrations-Wirkungsbeziehung. Dieser Effekt wurde begleitet von einer signifikanten Induktion der GST, nachgewiesen durch einen enzymatisch-photometrischen Test. In der chemischen Analyse des Pflanzenmaterials durch Gaschromatographie mit massenspektrometrischem Detektor konnten die ITC MTBITC, SFN, Erysolin und PEITC identifiziert werden. MTBITC in beachtlicher Menge von 80,07 mg/kg TS im Pflanzenmaterial enthalten, zeigte eine effiziente antigentoxische Aktivität gegenüber einer B[a]P-induzierten DNA-Migration in HepG2-Zellen. Dabei war in niedrigen Konzentrationen die Hochregulierung des detoxifizierenden Phase-II-Enzyms GST messbar, in höheren eine durch MTBITC vermittelte Induktion von Apoptose mittels monoklonaler Antikörper detektierbar. Schlussfolgernd ist eine synergistische Wirkung von ITC und anderen in Eruca sativa enthaltenen sekundären Pflanzenstoffen denkbar. Die signifikante Induktion der GST-Aktivität und damit eine B[a]P-Entgiftung scheinen wesentlich für die beobachteten starken antigentoxischen Eigenschaften verantwortlich zu sein. Durch täglichen Verzehr von Rucola können Konzentrationen im Körper erreicht werden, die in den Untersuchungen starke chemopräventive Effekte im Zellkulturmodell zeigten. Die vorliegende Studie bietet zum ersten Mal eine Einschätzung der bioaktiven Effekte von Rucola-Pflanzenextrakt in einem humanen Zellkultursystem und gibt Anhaltspunkte für vielversprechende Einsatzmöglichkeiten von Eruca sativa im Rahmen der Krebsprävention. Over the past years rocket plant (Eruca sativa) enjoys more popularity, foremost in European cooking, as a salad and as a spice. Rocket plant belongs to the Brassicaceae, whose chemopreventive effect could be verified through several studies. Isothiocyanates (ITC), the products of decompensation from glucosinolates, which are contained in Brassica-vegetables, are said to be responsible for the inhibition of the development of tumors. Although there is already quite a bit known about the ITC composition of E. sativa, the antigenotxic effects of the plant matter itself has never been studied. The analysis at hand aims to investigate the chemopreventive effectiveness and the underlying mechanisms of crude E. sativa extract in metabolic competent HegG2 cells. In the used alkaline version of the comet assay no genotoxic effects could be observed in HepG2 cells after exposure to E. sativa extract .The analysis regarding the antigenotoxicity of E. sativa showed an inhibition of the DNA damage, induced via benzo(a)pyrene, caused by the extract in an u-shaped dose-effectiveness-relationship. This effect was accompanied by a significant induction of the glutathione S-transferase (GST) which was detected through an enzymatic-photometric test via 1-chloro-2,4-dinitrobenzene (CDNB). The chemical analysis of the plant matter by gas chromatography with a mass spectrometic detector identified the ITC 4-methylthiobutyl isothiocyanate (MTBITC), sulforaphane (SFN), erysolin and phenylethyl isothiocyanate (PEITC). Since there was a remarkable amount of 80,09 mg/kg d.w. MTBITC in the plant matter, this substance was analysed separately. In the comet assay MTBITC showed an efficient antigenotoxic activity towards a benzo(a)pyrene induced DNA migration in HepG2-cells. In the process the upregulation of the detoxifiying phase-II enzyme GST was measurable at low concentrations. In higher ranges of concentration an induction of apotosis via monoclonal antibodies, which had been transmitted through MTBITC could be detected. The gained results suggest the assumption, that a synergistic effect of ITCs and other secondary plant products with proven chemopreventive activities contained in Eruca sativa have been responsible. The significant induction of GST activity and therefore a B(a)P-detoxification seems to be responsible for the high antigenotoxic attributes that were monitored. Through daily consumption of rocket plant it is possible to absorb concentrations which showed a high chemopreventive effect in this in vitro study. The present study offers for the first time an appraisal on bioactive effects of E. sativa extract in a human cell culture system and therefore gives indications for promising application possibilities of Eruca sativa within the scope of cancer prevention.