Naphthoquinones from natural sources and their bioactivities

Abstract

Onosma L. is a large heterogenic genus of Boraginaceae family includes about 230 species distributed mainly in Central Asia and the Mediterranean region. According to ‘Flora of Turkey, Onosma genus is represented with 104 species and 108 taxa and 52% of which are endemic. Phytochemical studies have revealed that Onosma species possess various constituents including alkaloids, naphthoquinones, polyphenols, phytosterols, terpenoids and fatty acids. Naphthoquinones are naturally widespread secondary metabolites deriving from some higher plants, fungi and bacteria, and have shown significant biological activities such as cytotoxic, antibacterial, antifungal and wound healing. In this thesis, bioassay-guided isolation studies were performed on Onosma aksoyii and Onosma isaurica to obtain naphthoquinone type cytotoxic compounds and investigate their topoisomerase inhibitory properties. Isolation studies were guided by MTT assay using three human cancer cell lines (HeLa, HCC-1937, DU-145) and a nontumor cell line (MRC-5). whereas the enzyme inhibition tests were against human topoisomerases IIα and IIβ. Six compounds, one of which was new (OA-PE-D1), were isolated using chromatographic methods and their structures were elucidated by spectral methods (1D, 2D NMR, and MS). The known compounds were acetylshikonin, β,β- dimethylacrylshikonin, arnebidin, arnebifuranone and shikonofuran E. The cytotoxicity screenings showed that these compounds had IC50 values ranging from 6.485 μM to 32 μM. According to topoisomerase inhibition studies, OA-PE-D1 and β,β- dimethylacrylshikonin showed promising inhibitory effects on topoisomerase IIβ at dose of 1 mg/mL.

Onosma L. Boraginaceae familyasında yer alan, genel olarak Orta Asya ve Akdeniz ülkelerinde yayılış gösteren ve dünya üzerinde 230 türü bulunan bir cinstir. Türkiye florasında 104 tür ve 108 takson ile temsil edilen Onosma cinsi oldukça yüksek bir endemizm oranına (52%) sahiptir. Bitkinin yapısında bulunan temel bileşenler alkaloidler, naftakinonlar, polifenoller, fitosteroller, terpenoidler ve yağ asitleri olarak tanımlanmıştır. Naftakinonlar bitkilerden funguslara doğada geniş bir yayılım gösteren ve önemli biyolojik etkilere (sitotoksisite, antibakteriyel, antifungal, yara iyileştirme) sahip bir sekonder metabolit grubudur. Bu çalışma kapsamında, naftakinon yapıdaki sitotoksik bileşiklerin elde edilmesi, karakterizasyonlarının yapılması ve topoizomerazlar üzerindeki inhibitör etkilerinin araştırılması amacıyla Onosma aksoyii ve Onosma isaurica türleri üzerinde biyoaktivite rehberli izolasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. İzolasyon çalışmaları, sitotoksik ativite rehberliğinde, üç tümörojenik (HeLa, DU-145, HCC-1937) ve bir tümörojenik olmayan (MRC-5) hücre hattına karşı inhibisyonların MTT metodu ile taranması şeklinde yürütülmüş olup, ayrıca insan topoizomeraz Iiα ve IIβ enzimleri üzerinde enzim inhibisyon testleri gerçekleştirilmiştir. Farklı analitik yöntemler kullanılarak bir tanesi yeni olmak üzere 6 bileşik elde edilmiş ve yapıları modern spektroskopik yöntemler (1D-, 2D NMR ve MS) kullanılarak aydınlatılmıştır. Elde edilen yeni bileşik OA-PE-D1; bilinen bileşikler ise asetilşikonin, arnebidin, arnebifuranon, şikonofuran E ve β,β-dimetilakrilşikonindir. Sitotoksisite tarama sonuçlarına göre, elde edilen bileşiklerin IC50 değerlerinin 6.485 μM ile 32 μM arasında değiştiği görülmüştür. Topoizomeraz inhibisyon testi sonuçları ise, OA-PE-D1 ve OA-PE-D14 kodlu bileşiğin, topoizomeraz IIα enzimi üzerinde 1 mg/mL konsantrasyonda inhibisyon etkisine sahip olduğunu göstermiştir.