Effects of O-methylated metabolites of quercetin on oxidative stress, thermotolerance, lifespan and bioavailability on Caenorhabditis elegans

Abstract

[EN] Quercetin is a major flavonoid in the human diet and the most commonly used in studies of biological activity. Most of the knowledge about its biological effects has originated from in vitro studies while in vivo data are scarce. Quercetin mostly occurs in foodstuffs as glycosides that are deglycosylated during absorption and further submitted to different conjugation reactions. Methylation to isorhamnetin (quercetin 3'-O-methylether) or tamarixetin (quercetin 4'-O-methylether) seems to be an important conjugation process in quercetin metabolism. In this work, the effects of quercetin and its 3'-and 4'-O-methylated metabolites on the phenotypic characteristics, stress oxidative resistance, thermotolerance and lifespan of the model organism Caenorhabditis elegans have been assessed. The three assayed flavonols significantly prolonged the lifespan of this nematode with an increase from 11% to 16% in the mean lifespan with respect to controls. However, only quercetin significantly increased the reproductive capacity of the worm and enlarged the body size. Exposure to the assayed flavonols also increased significantly the resistance against thermal and juglone-induced oxidative stress, although differences were found depending on the stage of development of the worm. Thus, quercetin offered greater protection when thermal stress was applied in the 1st day of adulthood, whereas tamarixetin was more efficient in worms submitted to stress in the 6th day of adulthood. Similarly, significantly greater protection was provided by quercetin than by its methylated derivatives at the 1st day of adulthood, whilst quercetin and isorhamnetin were equally efficient when the oxidative stress was induced in the 6th of day of adulthood. Further evidence of antioxidant protection was obtained checking the oxidation status of proteins by the OxyBlot detection kit. Analyses by HPLC-DADESI/MS confirmed that the three flavonols were taken up by C. elegans leading to the formation of some glycosylated, sulfated and methylated metabolites, and that demethylation of these latter to quercetin was also produced. Quantification of the levels of quercetin, isorhamnetin and tamarixetin, as well as their detected metabolites indicated a greater uptake of quercetin than its methylated derivatives by the nematode.

[ES] La quercetina es un flavonoide importante en la dieta humana y el más comúnmente utilizado en estudios de actividad biológica. La mayor parte del conocimiento sobre sus efectos biológicos proviene de estudios in vitro, mientras que los datos in vivo son escasos. La quercetina se encuentra principalmente en alimentos como glicósidos que se desglicosilan durante la absorción y posteriormente se someten a diferentes reacciones de conjugación. La metilación a isorhamnetina (quercetina 3'-O-metiléter) o tamarixetina (quercetina 4'-O-metiléter) parece ser un proceso de conjugación importante en el metabolismo de la quercetina. En este trabajo, se han evaluado los efectos de la quercetina y sus metabolitos 3' y 4'-O-metilados sobre las características fenotípicas, la resistencia oxidativa al estrés, la termotolerancia y la longevidad del organismo modelo Caenorhabditis elegans. Los tres flavonoles analizados prolongaron significativamente la vida útil de este nematodo, con un aumento del 11% al 16% en la vida media con respecto a los controles. Sin embargo, solo la quercetina incrementó significativamente la capacidad reproductiva del gusano y aumentó su tamaño corporal. La exposición a los flavonoles analizados también aumentó significativamente la resistencia al estrés oxidativo inducido por juglona y térmico, aunque se observaron diferencias según la etapa de desarrollo del gusano. Así, la quercetina ofreció mayor protección cuando se aplicó estrés térmico en el primer día de edad adulta, mientras que la tamarixetina fue más eficaz en gusanos sometidos a estrés en el sexto día de edad adulta. De igual manera, la quercetina proporcionó una protección significativamente mayor que sus derivados metilados en el primer día de edad adulta, mientras que la quercetina y la isorhamnetina fueron igualmente eficaces cuando el estrés oxidativo se indujo en el sexto día de edad adulta. Se obtuvo evidencia adicional de protección antioxidante al verificar el estado de oxidación de las proteínas con el kit de detección OxyBlot™. Los análisis por HPLC-DAD-ESI/MS confirmaron que los tres flavonoles fueron absorbidos por C. elegans, lo que dio lugar a la formación de algunos metabolitos glicosilados, sulfatados y metilados, y que estos últimos también se desmetilaron a quercetina. La cuantificación de los niveles de quercetina, isorhamnetina y tamarixetina, así como de sus metabolitos detectados, indicó una mayor absorción de quercetina por el nematodo que de sus derivados metilados.