Study of the antitrypanosomal potential of Curcuma zedoaria essential oil and its constituents.

Details

Supervisors

Quetin-Leclercq, Joëlle ; Mingeot-Leclercq, Marie-Paule

Faculty

Faculté de pharmacie et des sciences biomédicales

Degree label

Master [120] en sciences pharmaceutiques

Abstract

Abstract Nowadays, the human African trypanosomiasis (HAT) also known as the sleeping sickness affected millions of people among the poorest populations. Moreover, more than 65 million of people are still at risk of developing the disease in de 36 African endemic countries. Two subspecies of Trypanosoma brucei, a parasite transmitted mainly by tsetse fly bite, are involved in the infection. If not treated, this parasitic disease might lead to death. However, the infection progresses in two evolving stages, the first one haemolymphatic and the second one neurological, each one treated differently. Still, whether the drugs are used for the first or the second stage, existing treatments are old and induce numerous side effects, leading sometimes to death. Furthermore, the increasing development of resistance implies an urgent need for drug discovery. Unfortunately, HAT belongs to neglected diseases, meaning a sickness affecting people living in precarious conditions, and suffering from a lack of investment in the research for drug development. In idea to find a new interesting molecule, a study of the antitrypanosomal activity of Curcuma zedoaria essential oil and its main constituents was led throughout this master thesis. Indeed, this essential oil demonstrated an interesting antiparasitic activity in previous studies led in the host research group. This activity was first confirmed and completed with a test of cytotoxicity on mammalian cells. After identification, its main constituents were submitted to the same experiments, allowing the calculation of their selectivity toward the parasite. The most interesting compound, curzerene, constituting about 5 % of our C. zedoaria EO, presented an IC50 of 0.98 μg/mL and was 14 times more active on Trypanosoma brucei brucei (the model used in our experiments). It was thus selected for a first investigation of its mechanism of action (MoA), primary focused on a potential activity on the parasite’s plasma membrane. A liposomal model was used, mimicking the membrane and allowing the demonstration of an effect of curzerene on membrane fluidity at its IC50 concentration. Further studies are needed to analyse more in details its mode of action and confirm its therapeutic potential. Nevertheless, the results obtained show that it can be considered as a hit in the search for new antitrypanosomal agents, and could be a basis for future leads search. Résumé La maladie du sommeil a touché des millions d’individus parmi les populations les plus pauvres de la planète et on dénombre, aujourd’hui encore, plus de 65 millions de personnes à risque. Cette maladie parasitaire causée par différentes sous-espèces de Trypanosoma brucei est endémique à 36 pays d’Afrique, dans lesquels vit la mouche tsetse, une glossine servant de vecteur au trypanosome. La trypanosomiase africaine est caractérisée par deux phases, la première haemolymphatic et la deuxième neurologique, et devient mortelle en cas d’absence de prise en charge, ou en cas de prise en charge insuffisante. A l’heure actuelle, en raison d’un manque d’investissement dans la recherche de nouveaux traitements, les thérapies disponibles sont souvent anciennes, difficiles à administrer et présentent de nombreux effets secondaires, pouvant aller jusqu’à la létalité. Additionné à cela, on constate une apparition toujours croissante de résistances aux traitements existants, plaçant ainsi le besoin de nouvelles molécules au niveau d’urgence sanitaire. Au travers de ce mémoire, le potentiel antitrypanosomial de l’huile essentielle de Curcuma zedoaria a été étudié sur base de résultats prometteurs obtenus dans de précédentes études. L’activité de l’huile essentielle a été confirmée et complétée par une évaluation de sa toxicité sur des cellules mammifères. Après identification, ses principaux constituants ont été soumis aux mêmes tests et le composé présentant le meilleur profil de sélectivité a été sélectionné pour l’étude de son mécanisme d’action. Il a été ainsi montré que le curzerene, présent à 5% dans l’huile essentielle de C. zedoaria, présente une activité antiparasitaire intéressante (IC50 = 0.98 μg/mL) et est 14 fois plus actif contre le parasite que sur les cellules mammifères. Comme première approche d’étude de son mode d’action, le curzerene a été testé pour un potentiel effet sur la membrane plasmique, démontrant une action sur la fluidité membranaire par diminution significative de celle-ci à une concentration d’une fois son IC50. Des expériences supplémentaires restent à mener afin d’établir un profil complet du mode d’action de ce composé et afin de confirmer de son intérêt thérapeutique. Néanmoins, au travers des résultats obtenus, le curzerene a pu montrer son intérêt en tant que hit dans la recherche de nouvelles molécules antitrypanosomiales, pouvant ainsi servir de base à la découverte de nouveaux leads.