Einfluss von Anthocyanen und ihrer Metabolite auf die Migration und die Aktivierung des NLRP3 Inflammasoms in kanzerogenen Zellen

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2024

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https://doi.org/10.22029/jlupub-20885

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Anthocyanen wird ein hohes gesundheitsförderndes Potenzial zugeschrieben. Allerdings ist die Bioverfügbarkeit nativer Anthocyane relativ gering. Nur etwa 1-2 % der über die Nahrung aufgenommenen Anthocyane gelangen unverändert in den systemischen Kreislauf, da sie sowohl im Gastrointestinaltrakt als auch in der Leber intensiv metabolisiert werden. Dabei entsteht eine Vielzahl an phenolischen Metaboliten, die vermutlich in einem höheren Ausmaß zur biologischen Wirksamkeit der Anthocyane beitragen als die nativen Verbindungen selbst. Ziel dieser Dissertation war es daher, das anti-migratorische und anti-inflammatorische Potenzial von Anthocyanen sowie deren Metaboliten in kanzerogenen Zellen zu untersuchen. Da Tumorerkrankungen die zweithäufigste Todesursache in Deutschland darstellen und mehr als 90 % aller tumorbedingten Sterbefälle auf Metastasen zurückzuführen sind, stellt die Inhibierung der Metastasierung einen wichtigen therapeutischen Ansatzpunkt dar. Daher wurde, im ersten Teil dieser Dissertation, mithilfe von in vitro-Migrationsmodellen (Boyden Kammer), der Einfluss physiologischer Anthocyan- und Metabolit-Konzentrationen auf das Migrationspotenzial kanzerogener Zellen untersucht. Da Zelladhäsionsmoleküle eine wichtige Rolle für die Tumoradhäsion und -migration spielen, wurde ebenfalls untersucht, inwiefern die Expression dieser durch Anthocyane sowie deren Metabolite beeinflusst wird. Dazu wurde die Expression der Zelladhäsionsmoleküle auf den Tumor- und Endothelzellen durchflusszytometrisch analysiert. Dabei zeigte sich, dass die nach 4-wöchiger Intervention mit einem Anthocyan-reichen Trauben-/Heidelbeersaft aus dem Plasma gesunder Probanden isolierten Anthocyane sowie deren Metabolite, in physiologischen Konzentrationen, in vitro die Migration von Kolonkarzinom- und Pankreaskarzinomzellen (HT-29 und PANC-1) hemmen. Dabei gingen die für PANC-1 beobachteten anti-migratorischen Effekten mit einer verminderten ICAM-1 sowie Integrin-β1 Expression auf den Pankreaskarzinomzellen einher. Da die Tumorzelladhäsion neben der Integrin-Liganden-Interaktion auch durch Wachstumsfaktoren und Zytokine, die von den Tumorzellen sekretiert werden, beeinflusst wird, wurde zudem der Einfluss von Anthocyanen und ihrer Metabolite auf die CytoMix (TNF-α, IL-1β und VEGF)-stimulierte Expression der Zelladhäsionsmoleküle auf den Endothelzellen untersucht. Dabei konnte die CytoMix-induzierte ICAM-1 Expression durch aus dem Plasma isolierte Anthocyane sowie deren Metabolite signifikant gehemmt werden. Zudem waren die aus dem Plasma isolierten Anthocyane sowie deren Metabolite in der Lage die Aktivierung des NFκB- und FAK-SFK-Signalwegs, sowohl in PANC-1 als auch in CytoMix-stimulierten HUVECs, zu hemmen und so wiederum die Adhäsion der Tumorzellen an das Endothel wie auch die transendotheliale Migration zu beeinflussen. Zudem wurde die Migration von HT-29 Zellen durch Koinkubation mit dem Chemotherapeutikum 5-FU und aus dem Plasma isolierter Anthocyane sowie deren Metabolite stärker gehemmt als durch 5-FU allein. Allerdings ist die klinische Relevanz dieser in vitro-Ergebnisse unklar. Kardiovaskuläre Erkrankungen stellen die häufigste Todesursache in Deutschland dar. Charakteristisch für diese vaskulären Erkrankungen ist eine chronische, niedrig-gradige Inflammation, die häufig mit Übergewicht und Adipositas assoziiert ist. Dabei scheint, auf mechanistischer Ebene, eine übermäßige Aktivierung des NLRP3 Inflammasoms zur Entstehung der LGI beizutragen. Die kanonische Aktivierung des NLRP3 Inflammasoms erfolgt typischerweise in zwei Schritten. Während der erste Schritt (Priming) eine gesteigerte Transkription der Inflammasom-Komponenten NLRP3 und pro-IL-1β bewirkt, induziert die Aktivierung des NLRP3 Inflammasoms die autoproteolytische Aktivierung der pro-Caspase-1, welche die Reifung der pro-inflammatorischen Zytokine IL-1β und IL-18 katalysiert. Die Freisetzung dieser Zytokine führt zur Aktivierung weiterer Immunzellen und so zu einer sich potenzierenden inflammatorischen Antwort. Somit stellt die Inhibierung dieses inflammatorischen Geschehens einen wichtigen präventiven Ansatzpunkt dar, um der LGI und der Entstehung kardiovaskulärer Erkrankungen in einem sehr frühen sub-klinischen Stadium präventiv entgegenzuwirken. Daher wurde, im zweiten Teil dieser Dissertation, der Einfluss von Anthocyanen und ihrer Metabolite auf die Aktivierung des NLRP3 Inflammasoms in humanen Monozyten untersucht. Dazu wurden monozytäre THP-1 Zellen zunächst mit LPS stimuliert (Priming) und/oder die Aktivierung des NLRP3 Inflammasoms mit Nigericin induziert. Hierbei zeigte sich, dass die Aktivierung des NLRP3 Inflammasoms in THP-1 Monozyten durch Präinkubation mit dem Anthocyan-reichen Trauben-/Heidelbeerextrakt gehemmt wird. Dabei war die verminderte IL-1β und IL-18 Sekretion vor allem auf die signifikante Hemmung der Caspase-1-Aktivität zurückzuführen. Zudem wurde die Aktivierung des NLRP3 Inflammasoms und somit die Sekretion von IL-1β und Il-18 durch Präinkubation mit dem Plasmametaboliten 2,4,6-Trihydroxybenzaldehyd signifikant gehemmt. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit, dass Anthocyane als auch deren Metabolite in der Lage sind die Aktivierung des NLRP3 Inflammasoms in THP-1 Monozyten zu hemmen. Dies könnte sich positiv auf das inflammatorische Geschehen auswirken und somit der Entstehung inflammatorischer Erkrankungen, insbesondere kardiovaskulären Erkrankungen, präventiv entgegenwirken. Allerdings sollte die physiologische Relevanz der Ergebnisse zukünftig durch klinische Studien bestätigt werden.

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