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Characterizing the mechanism for ginsenoside-induced cytotoxicity in cultured leukemia (THP-1) cells

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Pure ginsenoside standards (saponins Rh2, PD, and PT), along with an Rh2-enhanced North American ginseng (Panax quinquefolius) leaf extract (LFRh2), were tested for cytotoxic activity in cultured THP-1 leukemia cells. Thermal treatment of ginseng leaf resulted in production of both Rh2 and Rg3 content that was confirmed by liquid chromatography–mass spectrometry (LC-MS). Flow cytometry of cells stained with annexinV–fluorescein isothiocyanate and propidium iodide showed that the LFRh2 significantly (p≤ 0.05) increased apoptosis (18%± 0.4%) after 23h at a concentration that inhibited cell viability by 50% (LC50(72h)= 52μg/mL. In comparison, a similar significant (p≤ 0.05) increase in apoptotic cell numbers occurred at 41h of exposure for pure ginsenoside standards, PD (LC50(72h)= 13μg/mL), PT (LC50(72h)= 19μg/mL), and Rh2 (LC50(72h)= 15μg/mL). Although no further increase in apoptosis was observed in THP-1 cells after exposure to increasing concentrations of LFRh2 and pure Rh2, PD, and PT standards, a significant (p< 0.05) increase in the percentage of necrotic cells did occur after exposure of cells to different ginsenosides at elevated concentrations. THP-1 caspase-3 activity was greatest (p≤ 0.05) with Rh2 (7.6± 1.1nmol/L pNA), followed by LFRh2 (5.9± 1.0nmol/L pNA) and PT (5.0± 0.8nmol/L pNA), whereas PD was similar to control cells. We define for the first time the proportion of apoptotic to necrotic events that characterize the relative cytotoxicity and reduced cell proliferation of different ginsenosides in cultured THP-1 cells. Moreover, thermal treatment of North American ginseng leaf produced a marked transformation of ginsenoside, largely attributable to an increase in Rh2 content. This change was associated with cytotoxic properties in THP-1 cell that were related to alterations in cell membrane properties, which were also obtained with the pure ginsenosides PD, PT, and Rh2.

On a examiné des étalons ginsenosides purs (Rh2, PD, et PT) ainsi qu’un extrait de feuille du ginseng d’Amérique (Panax quinquefolius) stimulé par Rh2 (EFRh2) pour déterminer l’activité cytotoxique dans des cellules THP-1 cultivées. Le traitement thermique de la feuille de ginseng a produit une quantité de Rh2 et de Rg3, ce qui a été confirmé par CL-SM. La cytométrie en flux de cellules marquées à l’annexineV–FITC et à l’IP a montré que EFRh2 a augmenté significativement (p≤ 0,05) l’apoptose (18 %± 0,4 %) après 23h dans le milieu à une CL50(72h) = 52μg/mL. En comparaison, une augmentation significative similaire (p≤ 0,05) du nombre de cellules apoptotiques s’est produite après 41heures d’exposition pour les ginsenosides purs, PD (CL50(72h) = 13μg/mL), PT (CL50(72h) = 19μg/mL), et Rh2 (CL50(72h) = 15μg/mL). L’apoptose des cellules THP-1 n’a pas augmenté davantage après une exposition à de plus fortes concentrations de l’EFRh2 et des étalons Rh2, PD et PT purs, respectivement; toutefois, le pourcentage de cellules nécrotiques a augmenté de manière significative (p< 0,05) après l’exposition des cellules à différents ginsenosides à concentrations élevées. L’activité de la caspase-3 des THP-1 a été maximale (p≤ 0,05) avec Rh2 (7,6± 1,1nmol/L pNA), son intensité diminuant avec EFRh2 (5,2± 1,0nmol/L pNA) et PT (5,0± 0,8nmol/L pNA); l’activité de PD a été similaire à celle des cellules témoins. Nous définissons pour la première fois la proportion d’événements apoptotiques à nécrotiques qui caractérisent la cytotoxicité relative et la production cellulaire réduite de différents ginsenosides dans les cellules leucémiques THP-1 cultivées. De plus, le traitement thermique de la feuille de ginseng d’Amérique a donné lieu à une nette transformation du ginsenoside, largement attribuée à une augmentation de la teneur en Rh2. Ce changement a été associé aux propriétés cytotoxiques de la cellule THP-1 qui ont été reliées aux modifications des propriétés des membranes cellulaires, aussi obtenues avec les ginsenosides purs PD, PT, Rh2.
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Document Type: Research Article

Publication date: November 1, 2007

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