The effects of naphthoquinones isolated from Onosma species on DNA topoisomerases and their cytotoxic properties

Abstract

Onosma L. genus (Boraginaceae) comprises of 230 species that is represented by 102 species and 108 taxa in the flora of Turkey. As 50% of the genus is endemic, Anatolia can be considered as the gene center of Onosma species. Phytochemical investigations performed on Onosma genus have led to the identification of various naphtoquinones, alkaloids and phenolic constituents. Biological activity studies on naphthoquinones demonstrated antimicrobial and wound-healing properties as well as cytotoxicity. In this thesis, Onosma taurica var. taurica and O. mollis were taken into cytotoxic activity-guided isolation studies, by MTT using seven human cancer cell lines (DU145, Capan-1, HCC-1937, MCF-7, HeLa, HEPG2, A-459) and a normal cell line (MRC-5), to isolate their bioactive compounds. Additionally, the isolation studies were guided by enzyme inhibition tests towards human Topoisomerases I and II. Six compounds were isolated using chromatographic methods, and the structures of the five of them were elucidated by spectral methods, (1D-, 2D NMR and HR-ESI-MS) as acetylshikonin, shikonin, β-hydroxyisovalerylshikonin, β,β-dimethylacrylshikonin and deoxyshikonin. The isolated compounds showed prominent cytotoxicity with IC50 values ranging from 1.83 to 25 M. β,β-dimethylacrylshikonin was found to be the most cytotoxic compound (IC50: 1.84 μM versus HCC-1937), whereas β-hydroxyisovalerylshikonin on Topoisomerase I and II (each at 25 M dose) exhibited strong inhibitory effects.

Onosma L. (Boraginaceae) dünya üzerinde 230 türü bulunan ve Türkiye florasında 102 tür ve 108 takson ile temsil edilen bir cinstir. Ülkemizdeki türlerin neredeyse %50’si endemiktir (48 tür), bu nedenle Anadolu’nun Onosma türlerinin gen merkezi olduğu söylenebilir. Onosma cinsi üzerinde gerçekleştirilen fitokimyasal araştırmalar çeşitli naftakinon, alkaloitler ve fenolik bileşiklerin tanımlanmasına olanak sağlamıştır. Onosma türlerinden elde edilen naftakinon türevleri için antimikrobiyal (Ozgen vd., 2004; Pavol vd., 2008) ve yara iyi edici etki ile birlikte sitotoksisite rapor edilmiştir. Bu çalışmada, O. mollis ve O. taurica var. taurica bitkileri MTT yöntemi ile 8 adet tümörjenik (DU145, Capan-1, HCC-1937, MCF-7, HeLa, HEPG2, A-459) ve 1 tümörjenik olmayan (MRC5) hücre hatlarına karşı sitotoksisiteleri yönünden taranarak biyoaktif moleküllerin elde edilmesi için sitotoksik aktivite rehberli izolasyon çalışmasına alınmıştır. Bu duruma ek olarak, DNA Topoizomerazları I ve II enzimleri üzerindeki inbitisyon etkileri incelenmiştir. Farklı kromotografik yöntemlerle elde edilen altı bileşikten beş tanesinin yapıları spectral yöntemlerle (1D-, 2D NMR ve HR-ESI-MS) aydınlatılmış ve asetilşikonin, şikonin, β-hidroksiizovalerilşikonin, β, β-dimetilakrilşikonin ve deoksişikonin olduğu saptanmıştır. İzole edilmiş bileşikler, 1.83 ile 25 μM arasında değişen IC50 değerleri ile belirgin sitotoksisite göstermiştir. β, β-dimetilakrilşikonin en aktif bileşik olarak (HCC-1937 üzerinde IC50: 1.84 μM) bulunmuştur. Topoizomeraz inhibisyon testleri ile ilgili olarak, β-hidroksiizovalerilşikonin 25 M konsantrasyonda Topoizomeraz I ve II enzimleri üzerinde güçlü inhibisyon etkisi göstermiştir.