ファバ豆由来ポリフェノール（ガテン酸、カテキン）の3T3-L1細胞株における血糖降下作用、酸化ストレス電位およびキサンチンオキシダーゼ活性の検討：分子ドッキングおよびシミュレーション研究への洞察

Investigation of hypoglycemic effects, oxidative stress potential and xanthine-oxidase activity of polyphenols (gallic acid, catechin) derived from faba bean on 3T3-L1 cell line: insights into molecular docking and simulation study.

• Dhiraj Kumar Choudhary
• Navaneet Chaturvedi
• Amit Singh
• Abha Mishra

抄録

ファバ豆由来ポリフェノールの血糖降下能とキサンチンオキシダーゼ（XO）活性を3T3-L1細胞株で評価し、ファバ豆アセトン抽出物の生理活性成分とXOとの相互作用を調べた。アセトン種子抽出物のプロトン化および断片化挙動から、ガリン酸（MS/MS、m/z 169）およびカテキン（MS、m/z 288.3）の存在が明らかになった。フローサイトメトリー試験では、過酸化水素（HO）の細胞死がコントロール（HOなし）と比較して9.72％から41.66％に増加したことから、細胞株への影響が説明された。原子間力顕微鏡（AFM）、走査型電子顕微鏡、活性酸素種の測定からも、3T3-L1細胞株におけるポリフェノールの保護効果が確認された。ヨウ化プロピジウムおよび4',6-ジアミノ-2-フェニリンドール染色による酸化ストレスは、HO処理細胞において、コントロールと比較して、アポトーシス比がそれぞれ0.35±2.62（<0.05）および30±2.54％であることを実証した。また、フローサイトメトリーおよび共焦点顕微鏡観察の結果、種子抽出物は、コントロールよりも相対的な蛍光強度が高く、細胞内のグルコース取り込みに効果があった（0.86±0.031, 3.52±0.52, <0.05）ことが明らかになった。さらに、分子ドッキング及び分子動力学シミュレーションにより、ポリフェノールに特異的な相互作用を持つ残基が予測された。本研究で得られたガテン酸とカテキンの結合様式は、XO-ポリフェノール相互作用の知見を拡張し、アセトン種子抽出物の毒性を低減した類似体を設計する方法を提供するものと考えられる。

Hypoglycemic potential and xanthine-oxidase (XO) activity of polyphenols from faba bean were evaluated in the 3T3-L1 cell line, and an interaction study with XO was performed with considerable bioactive components of acetone extract of faba beans. The protonated and fragmented behavior of acetone seed extract revealed the presence of gallic acid (MS/MS, m/z 169) and catechin (MS, m/z 288.3). Flow cytometry study explained the effect of hydrogen peroxide (HO) on cell line as cell death was increased from 9.72 to 41.66% as compared to the control (without HO). The atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy and reactive oxygen species measurement also confirmed the protective effect of polyphenols in the 3T3-L1 cell lines. Oxidative stress through propidium iodide and 4',6-diamidino-2-phenylindole staining demonstrated that the apoptotic ratio was 0.35 ± 2.62 ( < 0.05) and 30 ± 2.54% in HO-treated cells, respectively, as compared to control. The observations of flow cytometry and confocal microscopy marked the effect of seed extract (0.86 ± 0.031, 3.52 ± 0.52,  < 0.05), on glucose uptake in cells through the better relative fluorescence intensity than that of the control. Moreover, molecular docking and molecular dynamics simulation studies gave an insight into the predicted residues that hold favorable polyphenolic-specific interactions. The probable binding modes of the gallic acid and catechin from this study may extend the knowledge of the XO-polyphenol interactions and offered the way to design the analogs of acetone seed extract with reduced toxicity.

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