Antiproliferative activity of Eremanthus crotonoides extracts and centratherin demonstrated in brain tumor cell lines

The genus Eremanthus is recognized by the predominance of sesquiterpene lactones from the furanoheliangolide type, a class of substances extensively tested against cancer cell lines. Thus, the species E. crotonoides (DC.) Sch. Bip., Asteraceae, obtained on "restinga" vegetation was evaluated against U251 and U87-MG glioma cell lines using the MTT colorimetric assay. Dichloromethane fraction was cytotoxic to both glioblastoma multiforme cell lines. We then conducted UPLC-PDA-ESI-MS/MS analysis of the dichloromethane fraction, which allowed the identification of the sesquiterpene lactones centratherin and goyazensolide. The isolation of centratherin was performed using chromatographic techniques and the identification of this substance was confirmed according to NMR data. Cytotoxic activity of centratherin alone was also evaluated against both U251 and U87-MG cells, which showed IC50 values comparable with those obtained for the commercial anticancer drug doxorubicin. All the tested samples showed cytotoxic activity against glioblastoma multiforme cells which suggests that E. crotonoides extracts may be important sources of antiproliferative substances and that the centratherin may serve as prototype for developing new antiglioblastoma drugs.

Massenspektrometrische Untersuchungen und Nachweise von organischen Hydroperoxiden und höhermolekularen Verbindungen im biogenen sekundären organischen Aerosol

Atmosphärische Aerosole beeinflussen den Strahlungshaushalt und damit das Klima der Erde. Dies geschieht sowohl direkt (Streuung und Absorption), als auch indirekt (Wolkenkondensationskeime). Das sekundäre organische Aerosol (SOA) bildet einen wichtigen Bestandteil des atmosphärischen Aerosols. Seine Bildung erfolgt durch Reaktionen von Kohlenwasserstoffen mit atmosphärischen Oxidationsmitteln (z.B. Ozon, OH-Radikalen). Eine Klasse dieser Kohlenwasserstoffe sind die Terpene. Sie werden in großen Mengen durch die Vegetation emittiert und gelten als wichtige Vorläufersubstanzen des biogenen SOAs. In den Reaktionen von Monoterpenen und Sesquiterpenen mit atmosphärischen Reaktionspartnern wird eine große Vielfalt an multifunktionellen Reaktionsprodukten gebildet, von denen bis heute nur ein Bruchteil identifiziert werden konnte. In der vorliegenden Arbeit soll im Speziellen die Bildung von organischen Peroxiden und oligomeren Verbindungen im biogenen SOA untersucht und Nachweise einzelner Moleküle erbracht werden.rnFür eine Identifizierung von organischen Peroxiden aus der Oxidation einzelner Monoterpene und Sesquiterpene mit Ozon wurden die Reaktionsprodukte direkt in eine bei Atmosphärendruck arbeitende chemische Ionisationsquelle überführt und massenspektrometrisch untersucht (online-APCI-MS). Hierdurch konnten organische Hydroperoxide in der Partikelphase nachgewiesen werden, welche sich durch eine signifikante Abspaltung von H2O2 im Tandem-Massenspektrum (MS/MS) auszeichneten. Des Weiteren sollte die Bildung von höhermolekularen Verbindungen („Dimere“) im SOA des α-Pinens untersucht werden. Hierfür wurden zunächst die Reaktionsprodukte des Cyclohexens, das als einfache Modellverbindung des α-Pinens dient, mittels online-APCI-MS und offline durch Flüssigkeitschromatographie und Elektrospray-Ionenfallenmassenspektrometrie (HPLC/ESI-MS) untersucht. Verschiedene Produkte der Cyclohexen-Ozonolyse konnten hierbei als Esterverbindungen identifiziert werden, wobei eigens synthetisierte Referenzsubstanzen für die Identifizierung verwendet wurden. In einem weiteren Experiment, indem gleichzeitig Cyclohexen und α-Pinen mit Ozon umgesetzt wurden, konnten ebenfalls eine Bildung von höhermolekularen Estern nachgewiesen werden. Es handelte sich hierbei um „Mischester“, deren Struktur aus Reaktionsprodukten der beiden VOC-Vorläufermoleküle aufgebaut war. Durch diese neuen Erkenntnisse, über die Bildung von Estern im SOA des Cyclohexens, wurden die Dimer-Bildung einer reinen α-Pinen/Ozon-Reaktion online und offline massenspektrometrisch untersucht. Hier stellten sich als Hauptprodukte die Verbindungen mit m/z 357 und m/z 367 ([M-H]--Ionen) heraus, welche zudem erstmals auf einem Filter einer Realprobe aus Hyytiälä, Finnland nachgewiesen werden konnten. Aufgrund ihrer Fragmentierung in MS/MS-Untersuchungen sowie den exakten Summenformeln aus FT-MS Messungen konnte für die Struktur der höhermolekularen Verbindung mit m/z 367 ebenfalls ein Ester und für m/z 357 ein Peroxyhemiacetal vorgeschlagen werden. Die vorgeschlagene Struktur der Verbindung m/z 367 konnte im Anschluss über eine Reaktion aus Hydroxypinonsäure mit Pinsäure bestätigt werden. Die Identifizierung der Esterverbindung des α-Pinen-SOA erfolgte ebenfalls mit Hilfe von LC-MSn-Messungen.rnDie bisher diskutierten Ergebnisse, sowie die meisten in der Literatur beschriebenen Studien befassen sich jedoch mit einzelnen Vorläuferverbindungen, im Gegensatz zu den komplexen SOA-Proben aus den Emissionen der Vegetation. Im Rahmen einer Messkampagne am Forschungszentrum Jülich erfolgte eine massenspektrometrische Charakterisierung (online-APCI-MS) des SOAs aus direkten VOC-Emissionen von Pflanzen. Durch einen Vergleich der Produktverteilung dieser erhalten online-Massenspektren mit denen aus den Reaktionen einzelner VOCs, konnten Aussagen über die in den Reaktionen umgesetzten VOCs gemacht werden. Es konnte gezeigt werden, dass in stressbedingten Situationen die untersuchten Exemplare der Betula pendula (Birke) hauptsächlich Sesquiterpene, Picea abies (Fichte) eher Monoterpene und Eucalyptus (Eukalyptus) sowohl Sesquiterpene als auch Monoterpene emittieren. Um die atmosphärischen Prozesse, die zur Bildung der Produkte im SOA führen vollständig zu verstehen, müssen jedoch noch weitere Anstrengungen unternommen werden.rn

Leaf level VOC emissions of single plants from Amazonian and Mediterranean ecosystems: Ontogeny and flooding as stress factor for VOC emissions

Die Vegetation ist die wichtigste Quelle von organischen flüchtigen Verbindungen (auf Englisch volatile organic compounds,VOCs), die einen bemerkenswerten Einfluss auf der Chemie und Physik der Atmosphäre haben. VOCs beeinflussen die oxidative Kapazität der Atmosphäre und tragen zu der Bildung und zum Wachstum von sekundären organischen Aerosolen bei, welche einerseits eine Streuung und Reflektierung der Energie verursachen und andererseits sich an der Bildung und Entwicklung von Wolken beteiligen. Ziel dieser Arbeit war die Beschreibung und der Vergleich von VOC Emissionen aus Pflanzen aus zwei verschiedenen Ökosystemen: Mediterranes Ökosystem und Tropisches Ökosystem. Für diese Aufgabe wurden gewöhnliche Pflanzen von beiden Ökosystemen untersucht. Siebzehn Pflanzenspezies aus der Mittelmeergebiet, welches bekannt ist für seine Vielfalt an VOC emittierenden Pflanzen, wurden in die Untersuchungen einbezogen. Im Gegensatz zum mediterranen Ökosystem sind nur wenig Information verfügbar über VOC Emissionen aus Blättern tropischer Baumspezies. Vor diesem Hintergrund wurden sechsundzwanzig Baumspezies aus verschiedenen Ökotypen des Amazonasbeckens (Terra firme, Várzea und Igapó) wurden auf VOC Emissionen auf Blattebene mit einem Küvetten-System untersucht. Analysen von flüchtigen organischen Verbindungen wurden online mit PTR-MS und offline mittels Sammlung auf entsprechenden Adsorbern (Kartuschen) und nachfolgender GC-FID Analyse untersucht. Die höchsten Emissionen wurden für Isoprene beobachtete, gefolgt durch Monoterpene, Methanol und Aceton. Die meisten Mittelmeer Spezies emittierten eine hohe Vielfalt an Monoterpenspezies, hingegen zeigten nur fünf tropische Pflanzenspezies eine Monoterpene mit einen sehr konservativen Emissionsprofil (α-Pinen>Limonen>Sabinen >ß-Pinen). Mittelmeerpflanzen zeigten zusätzlich Emissionen von Sesquiterpenen, während bei der Pflanzen des Amazonas Beckens keine Sesquiterpenemissionen gefunden wurden. Dieser letzte Befund könnte aber auch durch eine niedrigere Sensitivität des Messsystems während der Arbeiten im Amazonasgebiet erklärt werden. Zusätzlich zu den Isoprenoidemissionen waren Methanolemissionen als Indikator für Wachtumsvorgänge sehr verbreitet in den meisten Pflanzenspezies aus tropischen und mediterranen Gebieten. Einige Pflanzenspezies beider Ökosystemen zeigten Acetonemissionen. rnrnVOC Emissionen werde durch eine große Vielfalt an biotischen und abiotischen Faktoren wie Lichtintensität, Temperatur, CO2 und Trockenheit beeinflusst. Ein anderer, öfter übersehener Faktor, der aber sehr wichtig ist für das Amazonas Becken, ist die regelmäßige Überflutung. In dieser Untersuchung wir fanden heraus, dass am Anfang einer Wurzelanoxie, die durch die Überflutung verursacht wurde, Ethanol und Acetaldehyd emittiert werden können, vor allem in Pflanzenspezies, die schlechter an eine unzureichende Sauerstoffversorgung bei Flutung adaptiert sind, wie z.B. Vatairea guianensis. Die Spezies Hevea spruceana, welche besser an Überflutung adaptiert ist, könnte möglicherweise der gebildete Ethanol sofort remetabolisieren ohne es zu emittieren. Nach einer langen Periode einer Überflutung konnte allerdings keine Emission mehr beobachtet werden, was auf eine vollständige Adaptation mit zunehmender Dauer schließen lässt. Als Reaktion auf den ausgelösten Stress können Isoprenoidemissionen ebenfalls kurzfristig nach einigen Tage an Überflutung zunehmen, fallen dann aber dann nach einer langen Periode zusammen mit der Photosynthese, Transpiration und stomatäre Leitfähigkeit deutlich ab.rnrnPflanzen Ontogenese ist anscheinend von Bedeutung für die Qualität und Quantität von VOC Emissionen. Aus diesem Grund wurden junge und erwachsene Blätter einiger gut charakterisierten Pflanzen Spezies aus dem Mittelmeerraum auf VOC Emissionen untersucht. Standard Emissionsfaktoren von Isopren waren niedriger in jungen Blättern als in erwachsene Blätter. Hingegen wurden höhere Monoterpen- und Sesquiterpenemissionen in jungen Blätter einiger Pflanzenspezies gefunden. Dieser Befund deutet auf eine potentielle Rolle dieser VOCs als Abwehrkomponenten gegen Pflanzenfresser oder Pathogene bei jungen Blätter hin. In einigen Fällen variierte auch die Zusammensetzung der Monoterpen- und Sesquiterpenspezies bei jungen und erwachsenen Blättern. Methanolemissionen waren, wie erwartet, höher in jungen Blättern als in ausgewachsenen Blättern, was mit der Demethylierung von Pectin bei der Zellwandreifung erklärt werden kann. Diese Befunde zu Änderungen der Emissionskapazität der Vegetation können für zukünftige Modellierungen herangezogen werden. rn

Entwicklung einer Thermodesorptionseinheit für die GC/MS zur Bestimmung hochreaktiver, biogener Kohlenwasserstoffe und deren Anwendung im Rahmen von Labor- und Feldstudien

Flüchtige organische Verbindungen (volatile organic compounds, VOCs), besonders rnTerpene, gelten als Vorläufer des sekundären organischen Aerosols (secondary rnorganic aerosols, SOA). Terpene werden von Pflanzen zur Abwehr oder zur rnAttraktion von Bestäubern emittiert. Ungesättigten Verbindungen, wie Sesquiterpene, rnsind sehr ozonolyseempfindlich und weisen nur geringe Konzentrationen in der rnAtmosphäre auf. Zudem lassen sie sich mit handelsüblichen rnThermodesorptionseinheiten meist nicht ohne Artefakte nachweisen, da sie eine hohe rnReaktivität mit vielen Oberflächen zeigen. rnDiese Arbeit präsentiert Forschungsergebnisse der qualitativen und rn(semi)quantitativen Auswertungen flüchtiger organischer Verbindungen in rnLaborstudien und biogenen Emissionsproben (Feldmessungen) mittels rnThermodesorption-Gaschromatographie-Massenspektrometrie (TD-GC/MS). Speziell rnzur Analyse hochreaktiver Verbindungen wurde eine Thermodesorptionseinheit für die rnGC/MS entwickelt. Diese besteht aus einer Kryofokussierung, einem Desorptionsofen rnund einer Heizung. Die Steuerung erfolgt über eine eigens dafür geschaffene rnBedienoberf läche von Labview® an einem PC über eine nachgeschaltete SPS rn(speicherprogrammierbare Steuerung). Das komplette Desorptionsprogramm und der rnStart der GC/MS-Analyse wurden automatisiert. rnDie Quantifizierung alle Proben wurde über Diffusionsquellen und rnVergleichsmessungen durch auf Adsorptionsröhrchen aufgebrachte rnVerdünnungsreihen realisiert. Um Informationen über die mutmaßlichen Vorläufer des rnsekundären organischen Aerosols zu erhalten, wurde zudem eine Ozon-Scrubber-rnMethode basierend auf Propen entwickelt. Diese wurde anhand von Standards in einer rnReaktionskammer getestet und in Feldmessungen erfolgreich angewendet. rnQuantitative Analysen zeigen, dass die meisten Terpene so vollständig vor der rnOzonolyse bewahrt werden können. Für hochreaktive Analyte wie α-Humulen oder rnβ-Caryophyllen wurden Wiederfindungsraten von über 80 % erreicht. So konnte die rnTemperaturabhängigkeit der Terpen-Emissionen der Fichte (Picea abies) in rnFeldmessungen nachgewiesen werden. rnEine weitere Anwendungsmöglichkeit wurde mit der Unterscheidung verschiedener rnArten der gleichen Gattung anhand der Emissionsmuster und der möglichen rnAbgrenzung verschiedener Bestäubertypen am Beispiel der Gattung Salvia untersucht. rnDie Emissionsanalysen zeigen, dass eine Zuordnung der Verwandtschaftsverhältnisse rnzusätzlich zu anderen Vergleichen möglich ist. Das gleiche gilt für die Differenzierung rnvon Bestäubertypen. Die Ergebnisse der Feldmessungen wurden durch rnMethodenvergleich zwischen biogenen Emissionsmessungen mit anschließender rnTD-GC/MS-Analyse und Extraktionen der jeweiligen Blüten/Blätter mit rnanschließender GC/MS-Messung bestätigt.

β-Caryophyllene ameliorates cisplatin-induced nephrotoxicity in a cannabinoid 2 receptor-dependent manner

(E)-β-caryophyllene (BCP) is a natural sesquiterpene found in many essential oils of spice (best known for contributing to the spiciness of black pepper) and food plants with recognized anti-inflammatory properties. Recently it was shown that BCP is a natural agonist of endogenous cannabinoid 2 (CB(2)) receptors, which are expressed in immune cells and mediate anti-inflammatory effects. In this study we aimed to test the effects of BCP in a clinically relevant murine model of nephropathy (induced by the widely used antineoplastic drug cisplatin) in which the tubular injury is largely dependent on inflammation and oxidative/nitrative stress. β-caryophyllene dose-dependently ameliorated cisplatin-induced kidney dysfunction, morphological damage, and renal inflammatory response (chemokines MCP-1 and MIP-2, cytokines TNF-α and IL-1β, adhesion molecule ICAM-1, and neutrophil and macrophage infiltration). It also markedly mitigated oxidative/nitrative stress (NOX-2 and NOX-4 expression, 4-HNE and 3-NT content) and cell death. The protective effects of BCP against biochemical and histological markers of nephropathy were absent in CB(2) knockout mice. Thus, BCP may be an excellent therapeutic agent to prevent cisplatin-induced nephrotoxicity through a CB(2) receptor-dependent pathway. Given the excellent safety profile of BCP in humans it has tremendous therapeutic potential in a multitude of diseases associated with inflammation and oxidative stress.

Functionalization of β-caryophyllene generates novel polypharmacology in the endocannabinoid system

The widespread dietary plant sesquiterpene hydrocarbon β-caryophyllene (1) is a CB2 cannabinoid receptor-specific agonist showing anti-inflammatory and analgesic effects in vivo. Structural insights into the pharmacophore of this hydrocarbon, which lacks functional groups other than double bonds, are missing. A structure-activity study provided evidence for the existence of a well-defined sesquiterpene hydrocarbon binding site in CB2 receptors, highlighting its exquisite sensitivity to modifications of the strained endocyclic double bond of 1. While most changes on this element were detrimental for activity, ring-opening cross metathesis of 1 with ethyl acrylate followed by amide functionalization generated a series of new monocyclic amides (11a, 11b, 11c) that not only retained the CB2 receptor functional agonism of 1 but also reversibly inhibited fatty acid amide hydrolase (FAAH), the major endocannabinoid degrading enzyme, without affecting monoacylglycerol lipase (MAGL) and α,β hydrolases 6 and 12. Intriguingly, further modification of this monocyclic scaffold generated the FAAH- and endocannabinoid substrate-specific cyclooxygenase-2 (COX-2) dual inhibitors 11e and 11f, which are probes with a novel pharmacological profile. Our study shows that by removing the conformational constraints induced by the medium-sized ring and by introducing functional groups in the sesquiterpene hydrocarbon 1, a new scaffold with pronounced polypharmacological features within the endocannabinoid system could be generated. The structural and functional repertoire of cannabimimetics and their yet poorly understood intrinsic promiscuity may be exploited to generate novel probes and ultimately more effective drugs.

Identification, quantification, spatiotemporal distribution and genetic variation of major latex secondary metabolites in the common dandelion (Taraxacum officinale agg.)

The secondary metabolites in the roots, leaves and flowers of the common dandelion (Taraxacum officinale agg.) have been studied in detail. However, little is known about the specific constituents of the plant’s highly specialized laticifer cells. Using a combination of liquid and gas chromatography, mass spectrometry and nuclear magnetic resonance spectrometry, we identified and quantified the major secondary metabolites in the latex of different organs across different growth stages in three genotypes, and tested the activity of the metabolites against the generalist root herbivore Diabrotica balteata. We found that common dandelion latex is dominated by three classes of secondary metabolites: phenolic inositol esters (PIEs), triterpene acetates (TritAc) and the sesquiterpene lactone taraxinic acid β-d-glucopyranosyl ester (TA-G). Purification and absolute quantification revealed concentrations in the upper mg g−1 range for all compound classes with up to 6% PIEs, 5% TritAc and 7% TA-G per gram latex fresh weight. Contrary to typical secondary metabolite patterns, concentrations of all three classes increased with plant age. The highest concentrations were measured in the main root. PIE profiles differed both quantitatively and qualitatively between plant genotypes, whereas TritAc and TA-G differed only quantitatively. Metabolite concentrations were positively correlated within and between the different compound classes, indicating tight biosynthetic co-regulation. Latex metabolite extracts strongly repelled D. balteata larvae, suggesting that the latex constituents are biologically active.

A Latex Metabolite Benefits Plant Fitness under Root Herbivore Attack

Plants produce large amounts of secondary metabolites in their shoots and roots and store them in specialized secretory structures. Although secondary metabolites and their secretory structures are commonly assumed to have a defensive function, evidence that they benefit plant fitness under herbivore attack is scarce, especially below ground. Here, we tested whether latex secondary metabolites produced by the common dandelion (Taraxacum officinale agg.) decrease the performance of its major native insect root herbivore, the larvae of the common cockchafer (Melolontha melolontha), and benefit plant vegetative and reproductive fitness under M. melolontha attack. Across 17 T. officinale genotypes screened by gas and liquid chromatography, latex concentrations of the sesquiterpene lactone taraxinic acid β-D-glucopyranosyl ester (TA-G) were negatively associated with M. melolontha larval growth. Adding purified TA-G to artificial diet at ecologically relevant concentrations reduced larval feeding. Silencing the germacrene A synthase ToGAS1, an enzyme that was identified to catalyze the first committed step of TA-G biosynthesis, resulted in a 90% reduction of TA-G levels and a pronounced increase in M. melolontha feeding. Transgenic, TA-G-deficient lines were preferred by M. melolontha and suffered three times more root biomass reduction than control lines. In a common garden experiment involving over 2,000 T. officinale individuals belonging to 17 different genotypes, high TA-G concentrations were associated with the maintenance of high vegetative and reproductive fitness under M. melolontha attack. Taken together, our study demonstrates that a latex secondary metabolite benefits plants under herbivore attack, a result that provides a mechanistic framework for root herbivore driven natural selection and evolution of plant defenses below ground.

Total Synthesis of Aignopsanes, A Class of Sesquiterpenes: (+)-Aignopsanoic Acid A, (−)-Methyl Aignopsanoate A, and (−)-Isoaignopsanoic A

A general strategy for the synthesis of aignopsanes, a new family of sesquiterpene natural products of marine origin, is presented. The total synthesis of (+)-aignopsanoic acid A (1), (−)-methyl aignopsanoate A (2), and (−)-isoaignopsanoic A (3) has been achieved and their absolute configuration confirmed. (+)-Microcionin-1 (4), a structurally related furanosesquiterpene isolated in both enantiomeric forms from marine sponges, was also synthesized and its absolute configuration established in an unambiguous way. Interestingly, we report that (+)-microcionin-1 (4), can be converted by a simple oxidation process to aignopsanoic acid A (1). This transformation supports the hypothesis that (+)-microcionin-1 (4) may be an intermediate in the biosynthesis of aignopsanes.

A below-ground herbivore shapes root defensive chemistry in natural plant populations

Plants display extensive intraspecific variation in secondary metabolites. However, the selective forces shaping this diversity remain often unknown, especially below ground. Using Taraxacum officinale and its major native insect root herbivore Melolontha melolontha, we tested whether below-ground herbivores drive intraspecific variation in root secondary metabolites. We found that high M. melolontha infestation levels over recent decades are associated with high concentrations of major root latex secondary metabolites across 21 central European T. officinale field populations. By cultivating offspring of these populations, we show that both heritable variation and phenotypic plasticity contribute to the observed differences. Furthermore, we demonstrate that the production of the sesquiterpene lactone taraxinic acid β-d-glucopyranosyl ester (TA-G) is costly in the absence, but beneficial in the presence of M. melolontha, resulting in divergent selection of TA-G. Our results highlight the role of soil-dwelling insects for the evolution of plant defences in nature.

Plant terpenoid synthases: Molecular biology and phylogenetic analysis

This review focuses on the monoterpene, sesquiterpene, and diterpene synthases of plant origin that use the corresponding C10, C15, and C20 prenyl diphosphates as substrates to generate the enormous diversity of carbon skeletons characteristic of the terpenoid family of natural products. A description of the enzymology and mechanism of terpenoid cyclization is followed by a discussion of molecular cloning and heterologous expression of terpenoid synthases. Sequence relatedness and phylogenetic reconstruction, based on 33 members of the Tps gene family, are delineated, and comparison of important structural features of these enzymes is provided. The review concludes with an overview of the organization and regulation of terpenoid metabolism, and of the biotechnological applications of terpenoid synthase genes.

Terpenoid-based defenses in conifers: cDNA cloning, characterization, and functional expression of wound-inducible (E)-α-bisabolene synthase from grand fir (Abies grandis)

(E)-α-Bisabolene synthase is one of two wound-inducible sesquiterpene synthases of grand fir (Abies grandis), and the olefin product of this cyclization reaction is considered to be the precursor in Abies species of todomatuic acid, juvabione, and related insect juvenile hormone mimics. A cDNA encoding (E)-α-bisabolene synthase was isolated from a wound-induced grand fir stem library by a PCR-based strategy and was functionally expressed in Escherichia coli and shown to produce (E)-α-bisabolene as the sole product from farnesyl diphosphate. The expressed synthase has a deduced size of 93.8 kDa and a pI of 5.03, exhibits other properties typical of sesquiterpene synthases, and resembles in sequence other terpenoid synthases with the exception of a large amino-terminal insertion corresponding to Pro81–Val296. Biosynthetically prepared (E)-α-[3H]bisabolene was converted to todomatuic acid in induced grand fir cells, and the time course of appearance of bisabolene synthase mRNA was shown by Northern hybridization to lag behind that of mRNAs responsible for production of induced oleoresin monoterpenes. These results suggest that induced (E)-α-bisabolene biosynthesis constitutes part of a defense response targeted to insect herbivores, and possibly fungal pathogens, that is distinct from induced oleoresin monoterpene production.

Farnesol is utilized for isoprenoid biosynthesis in plant cells via farnesyl pyrophosphate formed by successive monophosphorylation reactions

The ability of Nicotiana tabacum cell cultures to utilize farnesol (F-OH) for sterol and sesquiterpene biosynthesis was investigated. [3H]F-OH was readily incorporated into sterols by rapidly growing cell cultures. However, the incorporation rate into sterols was reduced by greater than 70% in elicitor-treated cell cultures whereas a substantial proportion of the radioactivity was redirected into capsidiol, an extracellular sesquiterpene phytoalexin. The incorporation of [3H]F-OH into sterols was inhibited by squalestatin 1, suggesting that [3H]F-OH was incorporated via farnesyl pyrophosphate (F-P-P). Consistent with this possibility, N. tabacum proteins were metabolically labeled with [3H]F-OH or [3H]geranylgeraniol ([3H]GG-OH). Kinase activities converting F-OH to farnesyl monophosphate (F-P) and, subsequently, F-P-P were demonstrated directly by in vitro enzymatic studies. [3H]F-P and [3H]F-P-P were synthesized when exogenous [3H]F-OH was incubated with microsomal fractions and CTP. The kinetics of formation suggested a precursor–product relationship between [3H]F-P and [3H]F-P-P. In agreement with this kinetic pattern of labeling, [32P]F-P and [32P]F-P-P were synthesized when microsomal fractions were incubated with F-OH and F-P, respectively, with [γ-32P]CTP serving as the phosphoryl donor. Under similar conditions, the microsomal fractions catalyzed the enzymatic conversion of [3H]GG-OH to [3H]geranylgeranyl monophosphate and [3H]geranylgeranyl pyrophosphate ([3H]GG-P-P) in CTP-dependent reactions. A novel biosynthetic mechanism involving two successive monophosphorylation reactions was supported by the observation that [3H]CTP was formed when microsomes were incubated with [3H]CDP and either F-P-P or GG-P-P, but not F-P. These results document the presence of at least two CTP-mediated kinases that provide a mechanism for the utilization of F-OH and GG-OH for the biosynthesis of isoprenoid lipids and protein isoprenylation.

Chemical diversity and potential biological functions of the pygidial gland secretions in two species of Neotropical dung roller beetles

Dung roller beetles of the genus Canthon (Coleoptera: Scarabaeinae) emit an odorous secretion from a pair of pygidial glands. To investigate the chemical composition of these secretions, we used stir bar sorptive extraction (SBSE), coupled with gas chromatography–mass spectrometry (GC–MS) for analysis of extracts of pygidial gland secretions secreted by the dung roller beetles Canthon femoralis femoralis and Canthon cyanellus cyanellus. Chemical analyses of volatiles collected from pygidial gland secretions comprise a great diversity of the functional groups. Chemical profile comparisons showed high intra- and interspecific variability. The pygidial gland secretion of Canthon f. femoralis was dominated by sesquiterpene hydrocarbons, whereas the profile of Canthon c. cyanellus was dominated by carboxylic acids. The different pygidial secretions have a high diversity of chemical compounds suggesting a multifunctional nature involving some key functions in the biology. We discuss the biological potential of these compounds found in the pygidial glands of each species with respect to their ecological and behavioral relevance.

Amino ozonides exhibit in vitro activity against Echinococcus multilocularis metacestodes.

Artemisinin is an antimalarial sesquiterpene lactone that contains a 1,2,4-trioxane heterocycle. Dihydroartemisinin and artesunate demonstrated activity against Echinococcus multilocularis metacestodes in vitro but were not effective in a mouse model. In this study, the in vitro effects of a small library of synthetic ozonides (1,2,4-trioxolanes) were investigated. Initial compound screening against E. multilocularis metacestodes was performed at 20μM, and selected ozonides were further assessed in dose-response studies in metacestode cultures and mammalian cells. Transmission electron microscopy (TEM) was employed to characterise compound-induced structural alterations. At 20μM, the most potent ozonides (OZ401, OZ455, OZ491 and OZ494) led to death of ca. 60-100% of the parasites. Subsequent dose-response experiments demonstrated that OZ401, OZ455 and OZ491, which contain an aminopropylether substructure, were the most potent, with 50% inhibitory concentrations ranging from 11μM to 14μM. Cytotoxicity for these three ozonides, assessed in human foreskin fibroblasts, rat hepatoma cells and green monkey epithelial kidney (Vero) cells, was evident only at high concentrations. TEM demonstrated that OZ401 and OZ491 treatment induced considerable metabolic impairment in metacestodes at 1 day post exposure. At Day 3 post exposure, the germinal layer was severely distorted, although some intact cells were still visible, demonstrating that not all cell types in the parasite tissue were equally affected. Complete destruction of the germinal layer was noted at 5 days post exposure. Synthetic ozonides could represent interesting leads that will be further investigated in a suitable in vivo model of E. multilocularis infection.