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Nahrungsinhaltsstoffe sind im Organismus an Steuerungsprozessen und Stoffwechselvorgängen beteiligt, wobei die Mechanismen ihrer Wirkung noch nicht völlig aufgeklärt sind. Wie Vitamin E zeigen auch sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe in Zellsystemen sowie in vivo eine Reihe biologischer Wirkungen, deren Erklärung jedoch häufig auf ihre antioxidative Eigenschaft reduziert wird. Ziel der Dissertation war es, den Einfluss von Vitamin E und anderen Pflanzeninhaltsstoffen (in Form von Pflanzenextrakten oder isolierten sekundären Pflanzeninhaltsstoffen, z.B. Polyphenole), die bisher alle hauptsächlich als Antioxidanz klassifiziert wurden, auf die transkriptionelle Regulation von Phase I- und Phase II-Enzymen zu untersuchen. Dazu wurde die Aktivierung des PXR (pregnane X receptor) und des Nrf2 (NF-E2-related factor-2) als zentrale Transkriptionsfaktoren der Phase I- bzw. Phase II-Enzyme getestet. Der Einfluss von verschiedenen Vitamin E-Formen und antioxidativen Pflanzeninhaltsstoffen in Form von Reinsubstanzen (Curcumin, EGCG, Medox, Quercetin, Resveratrol und Sulforaphan) oder Pflanzenextrakten (aus Blaubeeren, Gewürznelken, Himbeeren, Nelkenpfeffer, Thymian oder Walnüssen) auf die Aktivierung von PXR und Nrf2 sowie des Promotors eines jeweiligen Zielgens (CYP3A4 bzw. GI-GPx) wurde in vitro mit Reportergenplasmiden untersucht. Es zeigte sich, dass sowohl Vitamin E-Formen als auch verschiedene sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe PXR und/oder Nrf2 sowie die Promotoren der jeweiligen Zielgene CYP3A4 bzw. GI-GPx aktivieren. In einem Tierexperiment konnte diese genregulatorische Wirkung von Vitamin E auf die in vivo-Situation übertragen werden. In Lebern von Mäusen, deren Futter unterschiedliche Mengen von Vitamin E enthielt (Mangel-, Normal- und Überflussdiät), wurde eine direkte Korrelation zwischen der alpha-Tocopherol-Konzentration und der Cyp3a11 mRNA-Expression nachgewiesen (Cyp3a11 ist das murine Homolog zum humanen CYP3A4). Entgegen der in vitro-Situation hatte gamma-Tocotrienol in vivo einen nur kaum nachweisbaren Effekt auf die Expression der Cyp3a11 mRNA, induzierte aber die Expression der alpha-TTP mRNA. Es konnte gezeigt werden, dass Vitamin E und sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe Phase I- und Phase II-Enzyme transkriptionell regulieren können. Die Wirkungen des Vitamin E können sich allerdings nur entfalten, wenn die Vitamin E-Formen ausreichend vom Körper aufgenommen werden. Gegenstand der Dissertation waren daher auch Untersuchungen zur Bioverfügbarkeit (zelluläre Akkumulation und Metabolismus) verschiedener Vitamin E-Formen. Es konnte gezeigt werden, dass Unterschiede in der chemischen Struktur der Vitamin E-Formen deren zelluläre Akkumulation und Metabolisierung beeinflussen. Unter Berücksichtigung der Ergebnisse der Dissertation lassen sich protektive Wirkungen von antioxidativen Nahrungsinhaltsstoffen auch unabhängig von ihren antioxidativen Eigenschaften über die Induktion zelleigener Schutzsysteme, einschließlich der Phase I- und Phase II-Enzyme, erklären. Die Induktion der zelleigenen Abwehr lässt sich auch als adaptive Antwort (sog. "adaptive response") des Organismus gegenüber zellschädigenden Ereignissen betrachten.
Die Zahl der Kolonkarzinome in den westlichen Industrieländern steigt in den letzten Jahren stetig an. Zu den Verbindungen, die mit der Zubereitung der Nahrung entstehen, mit ihr aufgenommen werden und die Kolonkanzerogenese möglicherweise begünstigen, gehört das heterozyklische aromatische PhIP, das bei der Erhitzung proteinreicher Nahrungsmittel entsteht. Neben zahlreichen Fütterungsversuchen an Nagern existieren auch Zellkulturmodelle zur Untersuchung der molekularen Mechanismen der PhIP-induzierten Kolonkanzerogenese. Die chemische Transformation von Zellen sollte durch wiederholte Exposition gegenüber dem hydroxylierten Metaboliten des Kanzerogens (N2-OH-PhIP) erzielt werden. Es wurden IEC-18-Zellen der Ratte und HCEC-Zellen des Menschen zur Untersuchung verwendet. Die Behandlung der IEC-18-Zellen führt nach 25 Behandlungszyklen mit Konzentrationen von 5 bis 20 µM nicht zur Transformation der Zellen. Die Anwesenheit von N2-OH-PhIP führt zu einer zehnfach erhöhten Induktion der GST-Aktivität, insbesondere der Untereinheiten GST-A1, -A3, -Pi und -T2, die für die effiziente Detoxifizierung des N-Acetoxy-Metaboliten vom N2-OH-PhIP verantwortlich sind. Bereits nach drei Behandlungen mit 1,5 µM N2-OH-PhIP konnte eine maligne Transformation der HCEC-Zellen erzielt werden. Die Zellen zeigten die charakteristischen Zeichen der Transformation: veränderte Wachstumseigenschaften wie klonales dreidimensionales Zellwachstum („pilling up“), Hemmung der Zell-Zell-Kontaktinhibierung, verkürzte Populationsverdopplungszeiten und tumorigene und metastasierende Eigenschaften. Außerdem exprimierten die N2-OH-PhIP-exponierten humanen Kolonzellen mit steigender Anzahl der Behandlungen größere Mengen des trunkierten APC-Proteins. Die bekannten PhIP-spezifischen Mutationen im APC-Gen resultieren in der Expression eines trunkierten Proteinproduktes und werden als frühe Ereignisse in der Kolonkanzerogenese betrachtet. Die zusammenfassende Betrachtung aller Ergebnisse zeigt, dass die IEC-18-Zelllinie zur chemischen Transformation durch N2-OH-PhIP ungeeignet ist. Dagegen wurde erstmalig eine vollständige chemische Transformation von Humandickdarmepithelzellen in vitro durch Exposition der humanen Kolonepithelzelllinie HCEC gegenüber dem Kolonkarzinogen N2-OH-PhIP erzielt.
"Untersuchung kardioprotektiver Wirkungen des Olivenöles und seiner phenolischen Komponenten in einer Gruppe gesunder deutscher Männer" EINLEITUNG: Epidemiologische Daten belegen, dass die mediterrane Ernährung mit einer niedrigen Inzidenz an mit oxidativen Stress assoziierten kardiovaskulären Erkrankungen einhergeht. Dabei wird vor allem dem Olivenöl, als Hauptfettlieferant in der mediterranen Ernährung, eine kardioprotektive Wirkung zugesprochen. Olivenöl zeichnet sich neben dem hohen Gehalt an einfach ungesättigten Fettsäuren (MUFA) durch ein reichhaltiges Spektrum an phenolischen Verbindungen aus, deren antioxidative Wirkung bereits zahlreichen in in vitro Studien beschrieben wurde. Demnach könnte der Verzehr von phenolreichem Olivenöl auch in vivo vor oxidativen Schädigungen schützen und somit das Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen senken. ZIELSTELLUNG: Untersuchung der kardioprotektiven Wirkung von Olivenöl und seiner phenolischen Komponenten in einer Gruppe gesunder deutscher Männer. METHODE: Dazu wurde eine randomisierte cross-over doppelt-verblindete Interventionsstudie an 70 gesunden Männern zwischen 20 - 60 Jahren im Raum Berlin-Brandenburg durchgeführt. In jeweils drei dreiwöchigen Interventionsphasen konsumierten die Probanden täglich 25 ml natives (phenolreich), gemischtes (mittlerer Phenolgehalt) und raffiniertes (annähernd phenolfrei) Olivenöl, was sich ausschließlich im Gehalt an phenolischen Verbindungen unterschied. Das Olivenöl sollte dabei die gewöhnlich verzehrten Fette ersetzen. Die Interventionsphasen waren durch zweiwöchige Wash out-Phasen unterbrochen. Die Erhebung der Blutlipide, Biomarker der Lipidperoxidation und endogene Antioxidantien erfolgte zu Studienbeginn sowie zu Beginn und Ende jeder Verzehrsperiode.ERGEBNISSE: Bei den Blutlipiden sowie den Biomarkern der Lipidperoxidation und den endogenen Antioxidantien konnte keine signifikante Veränderung in Abhängigkeit vom Phenolgehalt der applizierten Olivenöle nachgewiesen werden. Einzig die Glutathion-Reduktase-Aktivität stieg mit zunehmendem Gehalt an phenolischen Verbindungen (pTrend = 0,041). Unabhängig von der Konzentration der Phenole im Olivenöl wurde bei den Probanden durch den Olivenölverzehr eine Senkung von Gesamtcholesterol (p = 0,007) und Triglyzeride (p = 0,013) im Serum erzielt. Diese Wirkung geht einher mit einem gestiegenen MUFA-Anteil in der Ernährung aufgrund des Olivenölkonsums (p < 0,001). SCHLUSSFOLGERUNG: Die Hypothese, dass die Phenole im Olivenöl aufgrund ihrer in in vitro und Tierstudien beschriebenen antioxidativen Wirkung dem Olivenöl neben dem einzigartigen Fettsäureprofil eine zusätzliche kardioprotektive Wirkung bescheren, konnte in der vorliegenden Studie nicht gezeigt werden. Dennoch konnte durch den Olivenölverzehr und der damit einhergehenden Erhöhung des MUFA-Anteils in der Ernährung eine vorteilhafte Beeinflussung der Blutlipide erzielt werden. Obgleich Olivenöl nicht das vorwiegend verzehrte Fett in Deutschland darstellt, zeigten die befragten Probanden eine hohe Akzeptanz. Folglich könnte die Integration von Olivenöl in die habituelle Ernährung einen Beitrag zur Senkung des kardiovaskulären Erkrankungsrisikos leisten.
A randomized, placebo-controlled, double-blind clinical study was performed to investigate the dose-dependent response of serum cholesterol after consuming an ultra-heat-treated milk containing a soy protein preparation. Eighty hypercholesterolemic subjects were assigned to one of four study groups receiving 12.5 or 25 g soy protein (active treatment) or casein (placebo) daily over a period of 4 weeks. The trial substances were provided as ready-made, ultra-heated milk preparations. Before and after the treatment, serum concentrations of total, low-density lipoprotein, and high-density lipoprotein cholesterol were determined. Unexpectedly, at the end of the study, low-density lipoprotein cholesterol concentrations were significantly increased compared with baseline in all study groups. The magnitude of this increase (17 - 19%) was similar in all active and placebo study groups. Soy protein supplements previously shown to be effective in reducing serum cholesterol had in this study no such lipid-lowering effect after ultra heat treatment.
Equol has, as have other isoflavonoids, recently gained considerable interest due to its possible health effects. However, detailed studies on the metabolism of equol are scarce. Therefore, we investigated the phase I metabolism of equol using liver microsomes from Aroclor-treated male Wistar rats as well as from a male human. The identification of the metabolites formed was elucidated using high performance liquid chromatography ( HPLC) with diode array detection, HPLC/atmospheric pressure ionization electrospray mass spectrometry, and gas chromatography-mass spectrometry, as well as reference compounds. ( +/-)-Equol was converted to 11 metabolites by the liver microsomes from Aroclorpretreated rats comprising three aromatic monohydroxylated and four aliphatic monohydroxylated as well as four dihydroxylated products. The main metabolite was identified as 3'-hydroxy-equol. Using human liver microsomes, equol was converted to six metabolites with 3'-hydroxy- and 6-hydroxy-equol as main products. Furthermore, the aliphatic hydroxylated metabolite 4-hydroxyequol, which was recently detected in human urine after soy consumption, was formed. On the basis of these findings, it is suggested that phase I metabolism of equol is part of a complex biotransformation of the soy isoflavone daidzein in humans in vivo
The activity of microbial transglutaminase (MTG) and the corresponding secondary structure, measured by circular dichroism (CID), was analyzed before and after treatment at different temperatures (40 and 80 degrees C) and pressures (0.1, 200, 400, 600 MPa). Irreversible enzyme inactivation was achieved after 2 min at 80 degrees C and 0.1 MPa. Enzyme inactivation at 0.1, 200, 400, and 600 MPa and 40 degrees C followed first-order kinetics. The enzyme showed residual activity of 50% after 12 min at 600 MPa and 40 degrees C. Mobility of aromatic side chains of the enzyme molecule was observed in all temperature- and/or pressure-treated samples; however, high-pressure treatment at 600 MPa induced a loss of tertiary structure and a significant decrease in the alpha-helix content. The relative content of beta- strand substructures was significantly increased after 30 min at 600 MPa and 40 degrees C or 2 min at 0.1 MPa and 80 degrees C. We conclude that the active center of MTG, which is located in an expanded 8-strand domain, is resistant to high hydrostatic pressure and pressure-induced inactivation is caused by destruction of cc-helix elements with a corresponding influence on the enzyme stability in solution
Background Anthocyanins, which are found in high concentrations in fruit and vegetable, may play a beneficial role in retarding or reversing the course of chronic degenerative diseases. However, little is known about the biotransformation and the metabolism of anthocyanins so far. Aim of the study The aim of the study was to investigate possible transformation pathways of anthocyanins by human faecal microflora and by rat liver microsomes as a source of cytochrome P450 enzymes as well as of glucuronyltransferases. Methods Pure anthocyanins, an aqueous extract of red radish as well as the assumed degradation products were incubated with human faecal suspension. The incubation mixtures were purified by solid-phase extraction and analysed by HPLC/DAD/MS and GC/MS. Quantification was done by the external standard method. Furthermore the biotransformation of anthocyanins by incubation with rat liver microsomes in the presence of the cofactor NADPH (as a model for the phase I oxidation) and in the presence of activated glucuronic acid (as a model for the phase II glucuronidation) was investigated. Results Glycosylated and acylated anthocyanins were rapidly degraded by the intestinal microflora after anaerobic incubation with a human faecal suspension. The major stable products of anthocyanin degradation are the corresponding phenolic acids derived from the B-ring of the anthocyanin skeleton. Anthocyanins were not metabolised by cytochrome P450 enzymes, neither hydroxylated nor demethylated. However they were glucuronidated by rat liver microsomes to several products. Conclusions The gut microflora seem to play an important role in the biotransformation of anthocyanins. A rapid degradation could be one major reason for the poor bioavailability of anthocyanins in pharmacokinetic studies described so far in the literature. The formation of phenolic acids as the major stable degradation products gives an important hint to the fate of anthocyanins in vivo
The active metabolite of vitaminA, retinoic acid (RA), plays an important role in the female reproductive system. The synthesis of RA is tightly regulated by the activity of retinaldehyde dehydrogenases (Raldh). Among these, Raldh1 and Raldh2 exhibit specific temporal and spatial expression patterns in the mouse uterus, both during the oestrous cycle and early pregnancy. In the present study, we have assessed whether oestradiol and progesterone directly influence the uterine expression of Raldh1 and Raldh2 in ovariectomised mice. We investigated the effect of gestagen (promegestone 0.3 mg kg(-1) bodyweight), oestrogen (oestradiol 3 mu g kg(-1) bodyweight) and their combination on the uterine expression of Raldh2. Expression was analysed using in situ hybridisation and quantified using real-time detection reverse transcription-polymerase chain reaction. The results show that the expression of Raldh2 is rapidly (within 1-4 h) induced in stromal cells by oestrogen, but not by gestagen, treatment, whereas combined oestrogen + gestagen treatment leads to a more prolonged (48 h) response. In contrast, oestrogen, but not progesterone, treatment downregulates (within 4 - 24 h) Raldh1 expression in the uterine glandular epithelium. We conclude that the uterine RA concentrations are regulated by oestrogens via an effect on the expression of the Raldh synthesising enzymes. Such a regulation is consistent with the natural fluctuations of Raldh expression during the oestrous cycle, early pregnancy and blastocyst implantation
Plant phenolic compounds are known to interact with proteins producing changes in the food (e.g., biological value (BV), color, taste). Therefore, the in vivo relevance, especially, of covalent phenolprotein reactions on protein quality was studied in a rat bioassay. The rats were fed protein derivatives at a 10% protein level. Soy proteins were derivatized with chlorogenic acid and quercetin (derivatization levels: 0.056 and 0.28 mmol phenolic compound/gram protein). Analysis of nitrogen in diets, urine, and fecal samples as well as the distribution of amino acids were determined. Depending on the degree of derivatization, the rats fed with soy protein derivatives showed an increased excretion of fecal and urinary nitrogen. As a result, true nitrogen digestibility, BV, and net protein utilization were adversely affected. Protein digestibility corrected amino acid score was decreased for lysine, tryptophan, and sulfur containing amino acids.