Antitumoral actions of natural stilbenes derived from Vitis vinifera

par Iris Aja Perez

Thèse de doctorat en Biochimie

Sous la direction de Tristan Richard et de José Ignacio Ruiz Sanz.

Soutenue le 25-09-2020

à Bordeaux en cotutelle avec l'Universidad del País Vasco. Facultad de ciencias , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé , en partenariat avec Unité de recherche oenologie (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Propriétés anti-tumorales de stilbènes naturels dérivés de Vitis vinifera


  • Résumé

    L'objectif principal de cette thèse de doctorat est d'étudier l'activité anti-inflammatoire et anti-tumorale potentielle du resvératrol et d’autres stilbènes obtenus à partir d’extraits de V. vinifera. Pour atteindre cet objectif, l'effet anti-inflammatoire des stilbènes est d'abord abordé sur un modèle de macrophage murin activé par les lipopolysaccharides (LPS), puis l'activité antitumorale est évaluée sur un modèle de carcinome hépatocellulaire humain.Les stilbènes utilisés pour l'analyse des activités biologiques comprennent 8 monomères (resvératrol, picéide, piceatannol, astringine A, pterostilbene, oxyresveratrol, isorhapontine et isorhapontigenine), 7 dimères (e-viniférine, d-viniférine, w-viniférine, ampélopsine A, scirpusine A, pallidol et vitisinol C), un trimère (miyabenol C) et 4 tétramères (hopeaphenol, isohopeaphenol, R2-viniférine et R-viniférine).Concernant les effets anti-inflammatoires, tous les stilbènes ont été testés sur une lignée de macrophages murins activés par du LPS, en analysant à la fois leur cytotoxicité et leur capacité à inhiber la production de NO. Leurs CI30 ou CI50 ont été calculées. A partir de ces travaux, 6 composés ont été sélectionnés : piceatannol, e-viniférine, δ-viniférine, hopéaphenol et l'isohopéaphenol. Sur ces composés, la libération de cytokines inflammatoires et la production de ROS a été étudié. L’hopeaphenol et le piceatannol inhibent la production de ROS. La δ-viniférine ne diminue pas la libération des cytokines IL-1β et TNF-α. Il a été montré que le piceatannol, l’e-viniférine, l’hopeaphenol et l’isohopeaphenol ont un effet sur la réponse inflammatoire produite par l'activation que le LPS exerce sur les macrophages murins. Cette observation justifie de poursuivre l'étude dans des modèles plus complexes étant donné son utilité possible dans le traitement des maladies à base inflammatoire.Pour l'étude de l'activité antitumorale, la CI50 obtenue après traitement par 6 stilbènes (monomère : resvératrol ; dimères : ampélopsine A et e-viniférine ; tétramères : hopeaphenol, isohopeaphenol, R2-viniférine et R-viniférine) de 2 lignées d'hépatomes a été comparée à une lignée d'hépatocytes non transformés. La R2-viniférine présente l'activité cytotoxique la plus élevée sur la lignée HepG2 (CI50 <10 µM), sans être toxique à cette concentration pour la lignée HH4. Les cellules Hep3B sont nettement plus résistantes à la R2-viniférine (CI50 48 µM). Le stilbène a produit une augmentation des cellules HepG2 en phase SubG0, sans altération des cellules Hep3B. La réponse différenciée des lignées cellulaires à l’action de ce stilbène peut être due au statut différent de p53. En effet, l’extinction de p53 dans les cellules HepG2 a augmenté leur résistance au traitement, tandis que la transfection de p53 dans les cellules Hep3B les a rendues plus sensibles. La R2-viniférine provoque la phosphorylation de p53 sur les lignées HepG2. L'activation des caspases 3 et 9, l'augmentation du rapport des protéines Bax/Bcl2 et la libération de LDH intracellulaire ont mis en évidence la mort cellulaire par apoptose et nécrose provoquée par l’action de la R2-viniférine. Dans les lignée HepG2, Cette action est modulable par PI3K/Akt et ERK1/2. De plus, l'expression de l'histone ɣ-H2AX a montré les dommages que le traitement par la R2-viniférine produit sur l'ADN. Le rôle clé que jouent les radicaux libres dans tout ce processus a été observé en raison de l'augmentation de la production de ROS et de H2O2, et de l'augmentation de l'activité Mn-SOD. Il a également été démontré que la R2-viniférine diminue la capacité de migration et de formation de colonies de cellules HepG2.Il est conclu que la R2-viniférine, un tétramère du resvératrol, exerce une activité antitumorale par le biais de mécanismes d'apoptose liés à p53. Ce composé est un agent prometteur avec des effets potentiels pour la chimioprévention et le traitement du cancer du foie.


  • Résumé

    The main objective of this Doctoral Thesis is to study the potential anti-inflammatory and anti-tumor activity of resveratrol and other stilbenes present in Vitis vinifera. To achieve this goal, the anti-inflammatory effect of stilbenes is firstly addressed in a lipopolysaccharide (LPS) -activated murine macrophage model, and secondly, antitumor activity in a model of human hepatocarcinoma is analyzed.The stilbenes used for the analysis of antitumor activity comprise 8 monomers (resveratrol, piceide, piceatannol, astringin A, pterostilbene, oxyresveratrol, isorhapontine and isorhapontigenine), 7 dimers (e-viniferin, w-viniferin, d-viniferin, ampelopsin A escirpusin A, pallidol and vitisinol C), a trimer (miyabenol C) and 4 tetramers (hopeaphenol, isohopeaphenol, R2-viniferin and R-viniferin). All were tested in the LPS-activated murine macrophage line, analyzing both their cytotoxicity and their ability to inhibit NO production. From these experiments, their IC30 or IC50, respectively, were calculated. The stilbenes selected based on the results obtained were piceatanol, e-viniferin, δ-viniferin, hopeaphenol and isohopeaphenol, with which the effect that they exert on the release of inflammatory cytokines and the production of ROS was studied. Hopeaphenol and piceatannol inhibit ROS production, and only δ-viniferin does not decrease the release of cytokines IL-1β and TNF-α. It is concluded that the derivatives of resveratrol piceatanol, -viniferin, hopeaphenol and isohopeaphenol have interesting effects on the inflammatory response produced by the activation that LPS exerts on murine macrophages. This finding justifies continuing the study in more complex models given its possible usefulness in the treatment of diseases with an inflammatory basis.For the study of antitumor activity, the IC50 obtained after treatment with 6 stilbenes from the 2 hepatoma lines were compared with the line of non-transformed hepatocytes. Resveratrol (monomer), ampelopsin A and e-viniferin (dimers) and the tetramers hopeaphenol, isohopeaphenol, R2-viniferin and R-viniferin were analyzed. The R2-viniferin tetramer shows the highest cytotoxic activity in HepG2 (IC50 <10 µM), without being toxic at this concentration for HH4. Hep3B cells are notably more resistant to R2-viniferin (IC50 48 µM). Stilbene produced increased HepG2 cells in SubG0, without alteration in Hep3B. The different response to this stilbene turned out to be due to the different status of p53, since silencing p53 in HepG2 cells increased their resistance to treatment, while transfection of p53 into Hep3B made them more sensitive. R2-viniferin causes phosphorylation of p53 in HepG2.The activation of caspase 3 and 9, the increase in the ratio of Bax / Bcl2 proteins and the release of intracellular LDH evidenced cell death by apoptosis and necrosis caused by that stilbene, which can be modulated by the PI3K/Akt and ERK1/2 on HepG2. Furthermore, the expression of histone ɣ-H2AX showed the damage that treatment with R2-viniferin produces in DNA. The key role that free radicals play in this entire process was elucidated due to the increased production of ROS and H2O2 and the increase in Mn-SOD activity. It was also shown that R2-viniferin decreases the migration and colony formation capacity of HepG2.It is concluded that the R2-viniferin tetramer exerts its anti-tumor activity through apoptosis mechanisms linked to p53 and is a promising compound with potential effects for chemoprevention and treatment of liver cancer.


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