A substantial diversity of secondary metabolites from marine invertebrates has been described; however, only a few studies have investigated secondary metabolites of marine invertebrates collected in Icelandic waters. The unique marine environment around Iceland, in terms of temperature and underwater geothermal activity, has forced the living marine organisms to survive in the surroundings by developing unique biomolecules. The marine invertebrates are therefore an excellent starting point for searching for new bioactive compounds. The aim of this thesis was to isolate and identify new compounds, and known, with immunomodulatory activity from marine invertebrates collected in Icelandic waters.
Seven crude extracts from Icelandic marine sponges were screened for immunomodulatory activities using an in vitro dendritic cell (DC) model. The bioactive extracts were then fractionated by column chromatographic technique with the help of bioassay-guided isolation approach to isolate the active constituents. Five pure known polyunsaturated fatty acids (PUFAs) from unidentified marine sponges and several lipophilic fractions from Halichondria sitiens were obtained and they showed immunomodulatory activity, demonstrated by their ability to reduce DC secretion of the pro-inflammatory cytokine IL-12p40 and the anti-inflammatory cytokine IL-10. Maturing DCs in the presence of selected fractions before co-culturing them with allogeneic CD4+ T cells mainly led to a decrease in T cell secretion of IFN-y, indicating a reduction in Th1 immune response. In addition, one new glycerol ester featuring methyl branched fatty acid chain was obtained but it did not have immunomodulatory activity using the DC model.
Crude extracts from the marine sponge Geodia barretti and the bryozoan Flustra foliacea were chemically profiled by UPLC-qTOF-MS. Both previously known and unknown compounds were characterized by comparing the obtained molecular (precursor) ions and fragmentation patterns from obtained MS/MS data with data from the literature and databases. The crude extracts were subjected to various chromatographic techniques that yielded nineteen new alkaloids and sixteen known alkaloids. The structures of the isolated new compounds were elucidated by detailed spectroscopic analysis, including 1H NMR, 13C NMR, 1H-1H COSY, HSQC, HMBC, NOESY, 1H-15N HSQC, 1H-15N HMBC, and HRESIMS. The stereochemistry was assigned by combination of
iii
NMR spectroscopic data, optical rotation, ECD analysis and application of a Marfey’s-type method employing the new reagent ʟ-ND-(1-fluoro-2,4-dinitrophenyl)tryptophanamide (ʟ-FDTA). The absolute stereochemistry of one known compound was re-evaluated. All the isolated compounds were screened for immunomodulatory activity using the DC model. Twelve of the compounds decreased DC secretion of IL-12p40 and two of them increased secretion of IL-10. Three of the compounds were chosen for further investigation of dose-dependency of their activity and subsequently their ability to induce a Th1 or a Treg immune response in T cells co-cultured with DCs previously incubated with the compounds. Overall, G. barretti and F. foliacea contain a variety of alkaloids, several of which have anti-inflammatory activity, some of them warranting further investigation into their potential as a candidate for relieving inflammatory diseases.
The results demonstrate that marine invertebrates collected from the marine environment around Iceland contain a number of secondary metabolites some of which have immunomodulatory effects. These studies indicate that the marine environment around Iceland may be a plentiful source of biological compounds with the potential of becoming a drug lead for treatment of inflammatory related diseases.
Fjölbreytileg annars stigs lífefni er að finna í sjávarhryggleysingjum, en fáar
rannsóknir hafa verið gerðar á náttúruefnum úr íslenskum
sjávarhryggleysingjum. Hafsvæðið umhverfis Ísland er einstakt hvað varðar
hitastig og jarðhitavirkni, sem hefur valdið því sjávarlífverur sem þar lifa gætu
hafa þróað einstakar sameindir sem þær nota til að lifa af.
Sjávarhryggleysingjar eru því tilvalin uppspretta fyrir leit að nýjum lífvirkum
efnum. Markmið þessarar rannsóknar var að einangra og skilgreina ný
efnasambönd með bólguhamlandi virkni úr sjávarhryggleysingjum sem safnað
var við Íslandsstrendur.
Skimað var eftir bólguhamlandi virkni í sjö úrdráttum úr íslenskum
sjávarhryggleysingjum í angafrumulíkani. Lífvirkir útdrættir voru þáttaðir með
ýmsum skiljunaraðferðum og lífvirknileidd einangrun notuð til að einangra
lífvirk efni. Fimm þekktar fjölómettaðar fitusýrur sem voru einangraðar úr
óskilgreindum sjávarsvömpum og nokkrir fitusæknir þættir sem fengust úr
sjávarsvampinum Halichondria sitiens höfðu ónæmishamlandi virkni sem fólst
í því að þau minnkuðu seytun angafrumna á bólguhvetjandi boðefninu
IL-12p40 og bólguhamlandi boðefninu IL-10. Samræktun angafrumna, sem
höfðu verið ræstar í návist valinna þátta, með ósamgena CD4+ T frumum
leiddi til minni seytunar T frumna á IFN-J, sem bendir til minni Th1 sérhæfingar
frumnanna. Auk þess var nýr glýseról ester með fitusýrum skipuðum metýl
hóp einangraður en hann hafði ekki bólguhamlandi virkni.
Úrdrættir úr sjávarsvampinum Geodia barretti og mosadýrinu Flustra
foliacea voru greindir með UPLC-qTOF-MS og fundust bæði þekkt og ný efni
sem voru skilgreind með því að bera saman sameinda gröf og massaróf við
gögn úr vísindagreinum og gagnabönkum. Nítján nýir og sextán þekktir
alkalóíðar voru einangraðir með ýmsum vökvaskiljunaraðferðum.
Efnabyggingar nýju alkalóíðanna voru ákvarðaðar með kjarnsegulgreiningu,
þar á meðal 1
H NMR, 13C NMR, 1
H1
H COSY, HSQC, HMBC, NOESY, og
massagreiningu (UPLC-qTOF-MS og HRESIMS). Rúmfræðileg greining (e.
stereochemistry) var ákvörðuð með kjarnsegulgreiningu, snúningi ljóss,
hringsnúningi ljóss (e. circular dicroism) greiningu og notkun á Marfey aðferð
þar sem notast var við nýtt hvarfefni, ʟ-ND
-(1-fluoro-2,4-
dinitrophenyl)tryptophanamide (ʟ-FDTA). Nákvæm rúmfræðileg greining (e.
absolute stereochemistry) sumra áður þekktra efnanna var auk þess endurákvörðuð. Skimað var eftir bólguhamlandi virkni í öllum einangruðu
efnunum. Tólf efni drógu úr seytun angafrumna á IL-12p40 og tvö efni juku
seytun þeirra á IL-10. Þrjár sameindir voru valdar til frekari rannsókna, m.a. á
skammtaháðri virkni þeirra og getu angafrumna meðhöndlaðra með þeim til
að sérhæfa samræktaðar T frumur Th1 frumur eða T bælifrumur.
Niðurstöðurnar sýna að G. barretti og F. foliacea innihalda margskonar
alkalóíða, sem sumir hverjir hafa bólguhamlandi virkni sem hægt væri að þróa
til að meðhöndla bólgusjúkdóma.
Niðurstöður verkefnisins sýna að sjávarhryggleysingar úr hafinu í
kringum Ísland innihalda fjölda annarra stigs lífefna sem hafa bólguhamlandi
virkni. Þær sýna einnig að hafsvæðið umhverfis Ísland getur verið góð
uppspretta fyrir lífvirk efni sem hægt væri að þróa sem lyfjasprota til að
meðhöndla bólgusjúkdóma.
