Study of antitumor and immunomodulatory activities of wild mushroom extracts

Abstract

Mushrooms and their compounds are widely appreciated, not only for their nutritional but also for their medicinal properties. In fact, the search for various bioactive properties in different mushroom extracts or in the compounds isolated from those mushroom has been the focus of attention from the scientific community working in the area of natural products. The present work has focused on the study of the antitumor and immunomodulatory properties of extracts from three different mushrooms. Thus, the first aim of the present work was to gain insight into the mechanism of action of a methanolic extract of Cordyceps militaris in the non-small cell lung cancer cell line NCI-H460, since this extract had previously been shown to have tumour cell growth inhibitory activity in this cell line in particular. In addition, the second aim was to study the immunomodulatory activity of the Suillus luteus polysachararidic (PLS) extract and of the Morchella esculenta phenolic extract, using the monocytic THP-1 cell line which differentiates into machrophages upon stimulation. The response of NCI-H460 cells to the methanolic extract of C. militaris was studied regarding its effect on cellular viability, proliferation, cell cycle profile, apoptosis and DNA damage. Results showed that treatment with the methanolic extract of C. militaris caused a decrease in NCI-H460 cellular proliferation, a cell cycle arrest at G0/G1 and an increase in apoptosis. Interestingly, treatment with the extract was shown to increase the cellular levels of p53 and p21. Moreover, this study also showed evidence of cellular DNA damage caused by this extract, since increased levels of P-H2A.X and 53BP1 foci/cell were observed. Overall, this part of the work suggested that the methanolic extract of C. militaris affected NCI-H460 cellular viability through a mechanism which involved DNA damage and p53 activation. In addition, preliminary experiments were carried out to gain insight into the immunomodulatory potential of a PLS extract of S. luteus and of a phenolic extract of M. esculenta in THP-1 cells. Results showed that neither of the extracts presented cytotoxicity towards THP-1 cells or induced THP-1 monocytes differentiation into macrophages. Interestingly, the PLS extract of S. luteus caused a dose-dependent increase in the metabolic activity of THP-1 monocytes, probably due to increased proliferation. These preliminary results need be further confirmed and continued in future work. Overall, the work carried out in this thesis further supports the potential of mushrooms extracts in the search for bioactive compounds.

Os cogumelos e seus compostos são muito apreciados, não só pelas suas propriedades nutricionais, mas também pelas medicinais. De facto, a procura de propriedades bioativas em diferentes extratos de cogumelos ou em compostos isolados desses cogumelos, tem sido um foco de interesse da comunidade científica que trabalha na área de produtos naturais. O presente trabalho visou o estudo de propriedades antitumorais e imunomoduladoras de extratos de três cogumelos diferentes. Assim sendo, como primeiro objetivo deste trabalho pretendeu-se analisar o mecanismo de ação de um extrato metanólico de Cordyceps militaris na linha celular NCI-H460 (de cancro do pulmão de não pequenas células), uma vez que tinha sido previamente demonstrado que este extrato inibe o crescimento celular, destas células em particular. Além deste, um segundo objetivo visou o estudo da atividade imunomoduladora de um extrato polisacarídico (PLS) de Suillus luteus e de um fenólico de Morchella esculenta, usando a linha celular monocítica THP-1 que se diferencia em macrófagos, após estimulação. Foi estudada a resposta das células NCI-H460 ao tratamento com o extrato metanólico de C. militaris relativamente ao efeito na viabilidade celular, proliferação, perfil do ciclo celular, apoptose e no dano no DNA. Os resultados demonstraram que o tratamento com o extrato metanólico de C. militaris nas células NCI-H460 diminuiu a proliferação celular, bloqueou o ciclo celular nas fases G0/G1 e induziu apoptose. De particular interesse foi o facto de este extrato causar um aumento dos níveis de p53 e p21. Para além disso, este estudo também mostrou ainda evidências de danos no DNA causados por este extrato, dada a observação de aumento quer nos níveis de P-H2A.X como no número de 53BP1 foci/célula. Em geral, esta parte do trabalho sugeriu que o extrato metanólico de C. militaris diminuiu a viabilidade celular das células NCI-H460 por um mecanismo que envolve a ativação de danos no DNA e de p53. Neste trabalho, foram realizadas experiências preliminares para averiguar o potencial imunomodulador de um extrato PLS de S. luteus e de um extrato fenólico de M. esculenta em células THP-1. Os resultados demonstraram que nenhum dos extratos analisados apresentou citotoxicidade para células THP-1 ou induziu a diferenciação desta linha celular de monócitos em macrófagos. De particular interesse foi o facto de se verificar que o extrato PLS do S. luteus causou um aumento (dependente da dose) da atividade metabólica de monócitos THP-1, provavelmente devido ao aumento da proliferação celular. Estes resultados preliminares terão ainda de ser confirmados num trabalho futuro, assim como o potencial imunomodulador destes extratos. De um modo geral, o trabalho realizado nesta tese contribui para a descrição do potencial dos extratos de cogumelos na busca de compostos bioativos.