The effects of essential oils on human steroidogenesis in physiologically-relevant co-culture systems

Yancu, Debbie (2019). The effects of essential oils on human steroidogenesis in physiologically-relevant co-culture systems Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 199 p.

Prévisualisation

PDF - Version publiée Télécharger (13MB) | Prévisualisation

Résumé

Essentials oils are naturally-derived compounds that have seen their popularity increase considerably in recent years in an effort to seek alternatives to conventional forms of therapy, particularly by women. Currently, there is very limited scientifically validated information available on the biological activities or potential risks these compounds present, especially at the level of steroidogenesis. The steroidogenic pathway plays a significant role in pregnant women and those suffering from hormone-sensitive breast cancer, yet little is known about the biological actions of essential oils and their active ingredients on the enzymes involved in steroid hormone biosynthesis. This thesis focused on addressing the current lack of knowledge in this particular area of potential endocrine disruption in women. Specifically, attention was placed on the enzyme aromatase (CYP19): a key enzyme in the synthesis of estrogens, the expression of which is regulated in a tissue-specific manner involving alternate promoters. The general objective of this thesis was to uncover any potential disruption of steroidogenesis by several commonly used essential oils and to predict their safety in the context of pregnant women or those suffering from or at risk of developing estrogen-dependent breast cancer, using physiologically relevant in vitro co-culture systems. The specific objectives were to 1) determine the effects of several common essential oils and their main active ingredients on steroidogenesis in a feto-placental co-culture model formed by H295R human adrenocortical carcinoma and placental trophoblast-like BeWo choriocarcinoma cells. Measurements were made to hormone production levels, promoter-specific expression of CYP19 and aromatase catalytic activity to determine the signaling pathways involved in the response of the co-culture compared to observations made in monoculture; 2) determine the effects of essential oils on steroidogenesis in a representative model of estrogen-dependent breast cancer in Hs578t human stromal-like breast cancer cells, with a focus on promoter-specific expression of CYP19; 3) develop a novel estrogen-dependent breast cancer co-culture model using Hs578t and T47D human estrogen-dependent breast cancer cells as a research tool to assess effects of essential oils and other potential endocrine-disrupting compounds on stromal-tumoral steroidogenic communication in the human estrogen-dependent breast cancer microenvironment.

After a 24 h exposure of cells in either co-culture model to essential oils at concentrations ranging from 0.0005% to 0.005%, we found that only basil (Ocimum basilicum) and fennel seed (Foeniculum vulgare) essential oil significantly affected hormone production in co-culture by increasing concentrations of estradiol, estrone, dehydroepiandrosterone (DHEA), androstenedione, progesterone and estriol, but not testosterone. Using real-time quantitative RT-PCR, basil and fennel seed oil were shown to significantly alter the expression of several key steroidogenic enzymes, such as those involved in cholesterol transport and steroid hormone biosynthesis, including StAR, CYP11A1, HSD3B1 and -2, SULT2A1, and HSD17B1, -4, and -5. Moreover, we found that both basil and fennel seed essential oils stimulated promoter-specific CYP19 expression and catalytic activity of the enzyme. We also provided mechanistic insight into the ability of estragole and trans-anethole (the major constituents of basil and fennel seed essential oil, respectively) to stimulate the promoter-specific expression of CYP19 through activation of the PKA pathway in H295R cells and the PKC pathway in BeWo cells in co-culture, in both cases associated with increases in intracellular cAMP levels. In Hs578t cells, basil and fennel seed essential oils triggered a promoter-switch in the regulation of CYP19, in which promoter I.4 activity was decreased and promoter II activity was stimulated, resulting in increased CYP19 expression and aromatase catalytic activity. Finally, our breast cancer co-culture model has proved to be a promising new tool for the study of endocrine disrupting chemicals or potential therapeutic agents in estrogen-dependent breast cancer. Overall, in light of their potential to disrupt steroidogenesis in two physiologically relevant in vitro co-culture models, our results indicate that further study is necessary to determine the potential risks of the use of basil and fennel seed essential oils (and potentially other essential oils) during pregnancy and by those suffering from estrogen-dependent breast cancer .

Les huiles essentielles sont des composés d'origine naturelle dont la popularité a considérablement augmenté ces dernières années, en particulier chez les femmes, dans leurs efforts pour trouver des alternatives aux traitements conventionnels. Actuellement, il existe très peu d'informations scientifiques validées sur les rôles biologiques ou les risques que ces composés présentent, en particulier au niveau de la stéroïdogenèse. La voie stéroïdogène jouant un rôle important chez les femmes enceintes et les personnes atteintes d'un cancer du sein hormono-dépendant, l'accent de cette thèse était mis sur cet aspect des actions biologiques des composés actifs des huiles essentielles. Une attention particulière, était placée sur l'enzyme aromatase (CYP19) qui est essentielle à la synthèse de l'oestrogène et dont l'expression est régulée de manière tissue-spécifique à l'aide de promoteurs alternatifs. L'objectif général de cette thèse était de découvrir si des huiles essentielles couramment utilisées sont capable de perturber la stéroïdogenèse, et également de prédire leur innocuité chez les femmes enceintes ou atteintes (ou à risque de développer) d'un cancer du sein estrogène-dépendant en utilisant des systèmes de co-culture in vitro. Les objectifs spécifiques étaient 1) de déterminer les effets des diverses huiles essentielles communes et leurs composés actifs importants sur la stéroïdogenèse, dans un modèle de co-culture foeto-placentaire formé de cellules H295R dérivées d'un carcinome surrénalien humain et de cellules BeWo issues d'un choriocarcinome humain avec des caractéristiques de trophoblastes placentaires. L'accent était mis sur la production d'hormones, l'expression promoteur-spécifique du CYP19 et l'activité catalytique de l'aromatase afin de déterminer les voies de signalisation impliquées dans la réponse de la co-culture par rapport aux observations effectuées en monoculture; 2) déterminer les effets des huiles essentielles sur la stéroïdogenèse dans un modèle représentatif du cancer du sein estrogène-dépendant utilisant des cellules humaines du cancer du sein Hs578t avec des caractéristiques stromales, en mettant l'accent sur l'expression promoteur-spécifique du CYP19; 3) développer un nouveau modèle de co-culture du cancer du sein estrogène-dépendant utilisant des cellules humaines oestrogènes dépendantes T47D et Hs578t comme outil de recherche pour évaluer les effets des huiles essentielles et d'autres composés susceptibles de perturber la communication stéroïdogène dans le microenvironnement tumoral-stromal du cancer du sein humain.

Après une exposition de 24 h des lignées cellulaires à des concentrations d'huile essentielle comprises entre 0,0005% et 0,005%, seules les huiles essentielles de basilic (Ocimum basilicum) et de graine de fenouil (Foeniculum vulgare) augmentaient de manière significative les concentrations hormonales d'oestradiol, d'estrone, de déhydroépiandrostérone (DHEA), d'androstènedione, de progestérone et d’oestriol, mais pas la testostérone. En utilisant RT-PCR quantitative en temps réel, il a été démontré que l'huile de basilic et de fenouil modifie de manière significative l'expression génique de plusieurs enzymes stéroïdogènes clés, telles que celles impliquées dans le transport du cholestérol et la biosynthèse des hormones stéroïdiennes, y compris StAR, CYP11A1, HSD3B1 et -2, SULT2A1 et HSD17β1, -4 et -5. De plus, nous avons constaté que les huiles essentielles de basilic et de graine de fenouil stimulaient l'expression promoteur-spécifique de CYP19 et l'activité catalytique de l'enzyme aromatase. Nous avons également fourni des informations mécanistes sur la capacité de l'estragole et du trans-anéthole (les composés principaux de l'huile essentielle de basilic et de graine de fenouil, respectivement) à stimuler l'expression promoteur-spécifique du CYP19 par l'activation de la voie PKA dans les cellules H295R et de la voie PKC dans les cellules BeWo, les deux cas associés à une augmentation des niveaux de cAMP. Dans les cellules Hs578t, les huiles essentielles de basilic et de graine fenouil ont causé un changement de l’usage des promoteurs de CYP19, ce qui a donné lieu à une augmentation de l'expression du CYP19 ainsi que son activité catalytique par la baisse d'activité du promoteur I.4 et une augmentation d'activité du promoteur II. Enfin, notre modèle de co-culture du cancer du sein s'est révélé être un nouvel outil pour l'étude de substances chimiques perturbant le système endocrinien ou d'agents thérapeutiques potentiels pour le cancer du sein dépendant d'oestrogènes. Dans l’ensemble, compte tenu de leur potentiel de perturber la stéroïdogenèse dans deux modèles de co-culture in vitro physiologiquement pertinents, nos résultats indiquent que des études supplémentaires sont nécessaires pour déterminer les risques potentiels de l’utilisation des huiles de basilic et de graine de fenouil (et éventuellement d’autres huiles essentielles) pendant la grossesse et chez les personnes atteintes d'un cancer du sein dépendant des oestrogènes.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Sanderson, J. Thomas
Mots-clés libres:	Essential oils; Alternative medicine; Pregnancy; Fetal-placental steroidogenesis; Estrogen-dependent breast cancer; Aromatase; Co-culture; H295R; BeWo; Hs578t; T47D; Huiles essentielles; Médecine alternative; Grossesse; Stéroïdogenèse foetale-placentaire; Cancer du sein hormono-dépendant; Aromatase
Centre:	Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt:	09 juill. 2024 15:27
Dernière modification:	09 juill. 2024 15:27
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/15822

Gestion Actions (Identification requise)

Modifier la notice