Highlight

จากการศึกษาโมเดลบาดแผล fibroblast โดยใช้ซัลเฟต กาแลคแตนขนาดเล็ก (LMSG) เสริมด้วย octanoyl ester (Oct) พบว่า Oct-LMSG ช่วยเพิ่มการฟื้นฟูเนื้อเยื่อได้ดีขึ้น จากการที่ Oct-LMSG ถูกดูดซึมขึ้นเข้าเซลล์ fibroblasts ได้มากขึ้น เพิ่มการกระตุ้นการสร้าง mRNA และโปรตีนคอลลาเจนประเภท I ผ่านการส่งสัญญาณ Smad ในเซลล์

ที่มาและความสำคัญ

Wound treatment remains an important medical and social issue. Numerous individuals worldwide suffer from injuries, burns, ulcers and surgical wounds, the treatment of which requires significant financial and healthcare resources. The search for effective, affordable, easily applicable wound-healing drugs continues to be a pressing issue in modern medicine. Recently, our group reported that a low molecular weight sulfated galactan (LMSG) with added octanoyl moiety (Oct-LMSG) exhibited enhanced wound healing activity. In the present study, we tested the hypothesis that octanoyl esterification enhances the membrane-penetrating efficacy of LMSG in fibroblast cells and promotes collagen synthesis, which is an essential molecule in tissue regeneration.

Abstract

Low molecular weight sulfated galactan (LMSG) supplemented with octanoyl ester (Oct‑LMSG) demonstrated superior wound healing activity compared to the unsupplemented LMSG in a fibroblast wound model. To test the hypothesis that the increased bioactivity of Oct‑LMSG may depend on its penetration into the plasma membrane, its cellular uptake was investigated and collagen production in fibroblast cells was assessed for the first time. The cellular uptake of Oct‑LMSG was examined using indirect immunofluorescence and a confocal laser scanning microscope. In addition, the degree of fibroblast activation associated with this uptake was evaluated. The results indicated increased LMSG internalization in fibroblasts treated with Oct‑LMSG. Transmission electron micrographs revealed the ultrastructure of active protein production in fibroblasts upon treatment with Oct‑LMSG. In addition, Oct‑LMSG upregulated the expression of type I collagen mRNA and proteins, as well as related signaling molecules involved in collagen synthesis, including collagen type I α1 chain (Col1A1), Col1A2, phosphorylated (p)‑Smad2/3 and p‑Smad4. The current findings support the notion that the supplementation of LMSG with octanoyl enhanced its cellular uptake into fibroblasts and, as a result, regulated the expression of type I collagen in fibroblasts via the activation of the Smad signaling pathway. This study demonstrates the therapeutic potential of Oct‑LMSG in promoting tissue regeneration.

KEYWORDS: low molecular weight sulfated galactan, octanoyl ester, collagen-I, Smad proteins, fibroblasts

Citation: Sakaew W, Somintara S, Jongsomchai K, El-Abid J, Wongprasert K, Kovensky J, Rudtanatip T. Octanoyl esterification of low molecular weight sulfated galactan enhances the cellular uptake and collagen expression in fibroblast cells. Biomed Rep. 2023 Oct 23;19(6):99. doi: 10.3892/br.2023.1681

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: ศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: ศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
แหล่งทุนวิจัย: Permanent Secretary at the Ministry of Higher Education, Science, Research and Innovation and the Thailand Science Research and Innovation
Credit ภาพ: ศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ

Highlight:

การปรับโครงสร้างสารสกัดธรรมชาติซัลเฟตกาแลคแตน (NSG) จากสาหร่ายผมนางที่มีขนาดใหญ่ด้วยกรด trifluoroacetic acid ได้สารซัลเฟตกาแลคแตนที่มีน้ำหนักโมเลกุลขนาดเล็ก (LMSG) ที่มีหมู่เคมีออกฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระสูงขึ้นและป้องกันการตายของเซลล์ไฟโบรบลาสต์จากการกระตุ้นด้วยสารกระตุ้น oxidative stress (H₂O₂ )

ที่มาและความสำคัญ

สารซัลเฟตโพลิแซคคาไรด์มีฤทธิ์ทางชีวภาพที่หลากหลาย เช่น การยับยั้งกระบวนการออกซิเดชัน ซึ่งฤทธิ์ทางชีวภาพมีความสัมพันธ์กับน้ำหนักโมเลกุลและโครงสร้างทางเคมี การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อปรับโครงสร้างสารซัลเฟตกาแลคแตนที่สกัดธรรมชาติจากสาหร่ายผมนาง (NSG) น้ำหนักโมเลกุล 217.45 kDa โดยการย่อยด้วยกรด trifluoroacetic acid (TFA) ที่มีความเข้มข้นต่าง ๆ กัน เพื่อเพิ่มศักยภาพฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ ผลการย่อยด้วย TFA ได้สารซัลเฟตกาแลคแตนที่มีน้ำหนักโมเลกุลขนาดเล็ก (LMSG) แตกต่างกัน ได้แก่ 97.23, 62.26, 30.74, 2.63 และ 2.59 kDa การลดลงของน้ำหนักโมเลกุลสัมพันธ์เชิงบวกกับความเข้มข้นของกรด TFA ผลการวิเคราะห์โครงสร้างทางเคมีด้วยวิธี FTIR และ NMR บ่งชี้ว่าวิธีย่อยด้วยกรด TFA ไม่ได้เปลี่ยนแปลงสายโซ่หลักโพลิแซคคาไรด์ แต่ทำให้ได้ LMSG ที่มีหมู่เคมีที่มีศักยภาพจับกับอนุมูลอิสระได้ดีขึ้น  LMSG ขนาดเล็กออกฤทธิ์กระตุ้นกลุ่มเอนไซม์ต้านอนุมูลอิสระได้แก่ GSH, CAT และ SOD ในเซลล์ไฟโบรบลาสต์ได้ดีกว่า NSG จากการศึกษาระดับโมเลกุลพบว่า LMSG กระตุ้นเส้นทาง Nrf-2/ARE ในเซลล์ไฟโบรบลาสต์และและมีผลเพิ่มการแสดงออกของยีนต้านอนุมูลอิสระ CAT และ SOD ซึ่งสอดคล้องกับผลการลดการสร้างอนุมูลอิสระ (ROS) จากการกระตุ้นด้วย H₂O₂

Abstract

Sulfated polysaccharides (SPs) possess an extensive range of biological activities, such as the inhibition of oxidation, correlated with their molecular weight (MW) and chemical structure. In this study, we used the trifluoroacetic acid (TFA) controlled degradation method to degrade sulfated galactans (SG) isolated from Gracilaria fisheri and evaluated the antioxidant and protective effects of the low molecular weight SG (LMSG) against H₂O₂ on fibroblast cells for the first time. Degradation of native SG (NSG) with an initial MW of 217.45 kDa using different concentrations of TFA resulted in five degraded NSG with MW of 97.23, 62.26, 30.74, 2.63, and 2.59 kDa. The reduction in MW was positively correlated with TFA concentrations. Chemical structure analyses using FTIR and NMR indicated that the TFA degradation process did not significantly change the LMSG polysaccharide main chain but did change the functional groups. LMSG exhibited higher scavenging activities and enhanced the cellular activities of GSH, CAT, and SOD enzymes. Moreover, LMSG activated Nrf-2/ARE signaling and increased expression of antioxidant genes CAT and SOD, which corresponded to increased protective effects against H₂O₂-induced ROS generation in fibroblast cells. The study reveals modification of NSG by acid TFA degradation resulted in the creation of LMSG, which showed greater antioxidant activity.

KEYWORDS: Sulfated galactans, TFA digestion, Antioxidant enzymes, ROS, Fibroblasts

Citation: Tawut Rudtanatip, Choowadee Pariwatthanakun, Somsuda Somintara, Waraporn Sakaew, Kanokpan Wongprasert. Structural characterization, antioxidant activity, and protective effect against hydrogen peroxide-induced oxidative stress of chemically degraded Gracilaria fisheri sulfated galactans. International Journal of Biological Macromolecules. 2022, 206: 51-63.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.02.125

RELATED SDGs:

SDG Goal หลัก ที่เกี่ยวข้อง

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
แหล่งทุนวิจัย: Thailand Research Fund, the Royal Golden Jubilee Advanced Programme, No. RAP61K0006
ภาพถ่าย: รองศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ