title: Characterization of anti-inflammatory and anti-ageing activities of Pterocarpus santalinus
Creators: name: Pulsinger, Alexandra
Publisher: name: :none
Year: 2022

description: Entzündungen und Entzündungsreaktionen spielen eine Schlüsselrolle in zahlreichen Erkrankungen, einschließlich kardiovaskulären, neurodegenerativen und gastrointestinalen sowie Gelenks- und Hautbeschwerden. Zurzeit sind einige steroidale und nicht- steroidale Arzneimittel für die Behandlung von Entzündungen erhältlich, jedoch gibt es bestimmte Einschränkungen in deren Gebrauch, besonders bei chronischen Erkrankungen. Daher ist die Forschung an neuen Leitstrukturen essenziell. Naturprodukte werden nicht nur schon seit einem langen Zeitraum traditionell bei Entzündungsbeschwerden eingesetzt, sondern sind auch reich an neuartigen Sekundärmetaboliten, die mit Schlüsselfaktoren der Entzündungsreaktionen interagieren. Eines dieser Naturprodukte ist Pterocarpus Santalinus L.f. (PS), umgangssprachlich als rotes Sandelholz bekannt. Das Kernholz von P. Santalinus wird weit verbreitet in Ayurveda für die Behandlung vielfacher Erkrankungen, einschließlich Entzündungen und oxidativem Stress angewendet. Mehrere wissenschaftliche Artikel belegen die mögliche entzündungshemmende Wirkung des Sandelholzes. Der erste Teil dieser Diplomarbeit fokussiert sich auf die Untersuchung der entzündungshemmenden Aktivität in einem in vitro Model von Tumornekrose Faktor (TNF) und Lipopolysacchariden (LPS) stimulierten Endothelzellen. Zuvor durchgeführte Studien wiesen einen hemmenden Effekt von PS in mit Interleukin 1 (IL-1)stimulierten Endothelzellen, die von humanen Bauchnabelschnüren isoliert wurden, auf. Um diese Studien weiter zu vertiefen, wurden nun LPS und TNF als Stimulatoren gewählt. PS verringerte die Expression verschiedener Gene, die eine kritische Rolle während des Entzündungsprozesses spielen. Die drei Gene, die am meisten betroffen waren, waren CX3CL-1, ein Chemokin, VCAM1, ein Zelladhäsion Molekül, beide verantwortlich für die Rekrutierung der Entzündungszellen zum Ort der Entzündung, sowie TRAF1. TRAF1 agiert als Rückkopplungsschleife für TNF und LPS Signalwege. CX3CL1 Level wurden um 96% reduziert, TRAF1 und VCAM-1 um 99%. Weitere herunterregulierte Gene waren CSF2, PLAU und IRF1. Im Gegenzug induzierte das Sandelholz auch die Genexpression der nuklearen Hormonrezeptoren NR4A1/2/3 sowie der Transkriptionsfaktoren BHLHE40 und ZFP36. Diese weisen potenzielle negative Regulationsfunktionen auf. Diese Ergebnisse geben Grund zur Annahme, dass PS vor allem hemmende Wirkung gegen inflammatorische Prozesse aufweist, jedoch auch einige Entzündungsreaktionen fördert. Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der HSPA1A Expression in mit PS behandelten HEK-293 Zellen, da zuvor durchgeführte Experimente eine erhöhte HSPA1A Expression durch PS in Endothelzellen aufwiesen. Dadurch, dass HEK-293 Zellen im Vergleich zu primären Zellen ein einfacher zu händelndes experimentelles System darstellt und die Analyse einer großen Anzahl von Proben vereinfacht, wurde dieses Modell für die folgenden Experimente gewählt. Eine dosisabhängige Induktion von PS wurde festgestellt, wobei die höchste Verstärkung bei 50 µg/ml beobachtet worden war. P. santalinus wurde weiter fraktioniert und die Mikrofraktionen ebenfalls auf ihre HSPA1A Expression gescreent. Einige Fraktionen wiesen eine verstärkte Genexpression auf. Zuvor durchgeführte Studien zeigten vielversprechende lebensverlängernde Ergebnisse für P. santalinus auf. Die Oxidations Entzündungstheorie des Alterns besagt, dass die altersbedingten Veränderungen der Körperzellen hauptsächlich auf chronisch oxidativen Stress und inflammatorischen Stresssituationen bedingt sind. HSPA1A wird unter stressvollen Konditionen freigesetzt und agiert als zellulärer Abwehrmechanismus. Darauf basierend, dass HSPA1A Schutz gegen die schädlichen Effekte des oxidativen Stresses bietet und den Entzündungsstatus moduliert, könnte es ein wichtiger Regulator im Alterungsprozess darstellen. Erhöhte HSPA1A Levels aufgrund von Sandelholz könnten einen Einfluss auf den potenziellen Anti-Aging Effekt haben.
description: Inflammation and inflammatory reactions play a key role in several maladies including cardiovascular, neurodegenerative, gastrointestinal diseases as well as joint and skin disorders. Despite several steroidal and non-steroidal drugs currently being available for the treatment of inflammatory diseases, there are also certain limitations for their use, especially for chronic illnesses, suggesting that novel-lead structures are crucial. Natural products not only have been traditionally used for a long time as anti-inflammatory treatment but also offer a rich source for novel secondary metabolites, that interfere with key players in inflammation. One of these natural products is Pterocarpus santalinus L.f. (PS), also known as red sandalwood. The heartwood of P. santalinus is frequently used in Ayurveda for the treatment of various diseases, including inflammation and oxidative stress. Several scientific reports also confirm the anti-inflammatory potential of red sandalwood. The first part of this diploma thesis focuses on the investigation of the anti-inflammatory activity in an in vitro model of tumor necrosis factor (TNF) and lipopolysaccharide (LPS) stimulated endothelial cells. Previous studies have demonstrated an inhibitory effect of PS in interleukin 1(IL-1) stimulated human umbilical vein endothelial cells (HUVEC). In order to extend these studies to further inflammatory stimuli, LPS and TNF were chosen for stimulation. PS suppressed the expression of various genes, that play a critical role in the inflammatory process. The three genes mostly effected were CX3CL-1 a chemokine, VCAM1 a cell adhesion molecule, both responsible for the recruitment of inflammatory cells at the site of inflammation, as well as TRAF1, which acts as a feedback loop for TNF and LPS signaling pathways. CX3CL1 levels were reduced by 96%, TRAF1 and VCAM-1 by 99%. Further proinflammatory genes downregulated were CSF2, PLAU and IRF1. Oppositely, PS also induced gene expression of the nuclear hormone receptors NR4A1/2/3 as well as of the transcription factor BHLHE40 and the zinc finger protein ZFP36. All three exhibit potential negative regulatory functions. These findings suggest that PS mostly acts in an inhibitory matter against inflammatory processes but might also promote some inflammatory reactions. The second part of this diploma thesis was dedicated to the investigation of HSPA1A expression in PS treated HEK-293 cells. In prior conducted experiments with PS in HUVEC an upregulation of HSPA1A expression was observed, independent of pro-inflammatory stimulation. As HEK-293 cells provide a simpler experimental system compared to primary cells and simplify the analysis of a larger group of samples, they were chosen for the following experiments. A dose dependent induction for PS was determined with the highest amplification noticed at 50 µg/ml. P. santalinus was further fractionized and microfractions were also screened for HSPA1A expression, with a few fractions showing increased gene expression. The oxidation-inflammation theory of aging states, that the core age- related alterations of body cells are chronic oxidative stress and inflammatory stress situations. HSPA1A is released under stressful conditions and acts as a cellular defense mechanism. Based on HSPA1A showing protection against harmful effects of oxidative stress and modulating the inflammatory status, it might be an important regulator of the rate of aging. Increased levels of HSPA1A through sandalwood might be connected to its potential anti-ageing effect.