Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Postharvest quality changes in fresh-cut watercress stored under conventional and inert gas-enriched modified atmosphere packaging

The effect of modified atmosphere packaging (MAP) on the postharvest quality of fresh-cut watercress (Nasturtium officinale R. Br.) stored at 4 ºC for 7 d was studied. A portion of watercress was immediately analyzed (non-stored control) and the remaining fresh material was stored packaged under atmospheres enriched with N2, Ar, air, or vacuum. The analyzed parameters included colour, total soluble solids, pH, macronutrients, the individual profiles of sugars, organic acids, tocopherols and fatty acids, and total phenolics and flavonoids. Furthermore, four in vitro assays were performed to evaluate the antioxidant activity. After assessing the effect on individual quality parameters, it was possible to conclude that air was the less efficient atmosphere in preserving quality attributes of the non-stored control samples during cold storage. In turn, Ar-enriched MAP was the most suitable choice to preserve the overall postharvest quality. The present study also highlighted the nutritional and antioxidant properties of watercress, as well as the interest of its inclusion in human diets.

Peat humic substances enriched with nutrients for agricultural applications: Competition between nutrients and non-essential metals present in tropical soils

Improved agricultural productivity, and reduction of environmental impacts, require studies of the interactions between different soil components. Fertilizers marketed as "organic" or "natural", such as peats or humic substances (HS) extracted from peats, are enriched with macro and micronutrients that, according to the manufacturers, are released to the plant in accordance with its needs. This work investigates the complexation capacity of HS for macro and micronutrient metal species, considering the competition, for HS complexation sites, between non-essential metals (aluminium and lead), present in the soil, and the nutrients. Humic substances were found to possess strong affinities for Pb(II) and Al(III), forming stable complexes, with concomitant release of complexed nutrients. Although HS are already used commercially as organic fertilizers, further studies of methods of HS enrichment, aimed at avoiding losses, are highly desirable from environmental and economic perspectives. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Critical core mass for enriched envelopes: the role of H2O condensation

Context. Within the core accretion scenario of planetary formation, most simulations performed so far always assume the accreting envelope to have a solar composition. From the study of meteorite showers on Earth and numerical simulations, we know that planetesimals must undergo thermal ablation and disruption when crossing a protoplanetary envelope. Thus, once the protoplanet has acquired an atmosphere, not all planetesimals reach the core intact, i.e. the primordial envelope (mainly H and He) gets enriched in volatiles and silicates from the planetesimals. This change of envelope composition during the formation can have a significant effect on the final atmospheric composition and on the formation timescale of giant planets. Aims. We investigate the physical implications of considering the envelope enrichment of protoplanets due to the disruption of icy planetesimals during their way to the core. Particular focus is placed on the effect on the critical core mass for envelopes where condensation of water can occur. Methods. Internal structure models are numerically solved with the implementation of updated opacities for all ranges of metallicities and the software Chemical Equilibrium with Applications to compute the equation of state. This package computes the chemical equilibrium for an arbitrary mixture of gases and allows the condensation of some species, including water. This means that the latent heat of phase transitions is consistently incorporated in the total energy budget. Results. The critical core mass is found to decrease significantly when an enriched envelope composition is considered in the internal structure equations. A particularly strong reduction of the critical core mass is obtained for planets whose envelope metallicity is larger than Z approximate to 0.45 when the outer boundary conditions are suitable for condensation of water to occur in the top layers of the atmosphere. We show that this effect is qualitatively preserved even when the atmosphere is out of chemical equilibrium. Conclusions. Our results indicate that the effect of water condensation in the envelope of protoplanets can severely affect the critical core mass, and should be considered in future studies.

Streptococcus thermophilus APC151 strain is suitable for the manufacture of naturally GABA-enriched bioactive yogurt

Consumer interest in health-promoting food products is a major driving force for the increasing global demand of functional (probiotic) dairy foods. Yogurt is considered the ideal medium for delivery of beneficial functional ingredients. Gamma-amino-butyric acid has potential as a bioactive ingredient in functional foods due to its health-promoting properties as an anti-stress, anti-hypertensive, and anti-diabetic agent. Here, we report the use of a novel Streptococcus thermophilus strain, isolated from the digestive tract of fish, for production of yogurt naturally enriched with 2 mg/ml of gamma-amino-butyric acid (200 mg in a standard yogurt volume of 100 ml), a dose in the same range as that provided by some commercially available gamma-amino-butyric acid supplements. The biotechnological suitability of this strain for industrial production of yogurt was demonstrated by comparison with the reference yogurt inoculated with the commercial CH1 starter (Chr. Hansen) widely used in the dairy industry. Both yogurts showed comparable pH curves [ΔpH/Δt = 0.31-0.33 h-1], viscosity [0.49 Pa-s], water holding capacity [72–73%], and chemical composition [moisture (87–88%), protein (5.05–5.65%), fat (0.12–0.15%), sugar (4.8–5.8%), and ash (0.74–1.2%)]. Gamma-amino-butyric acid was not detected in the control yogurt. In conclusion, the S. thermophilus APC151 strain reported here provides a natural means for fortification of yogurt with gamma-amino-butyric acid.