Effet anti-inflammatoire d’hydrolysats de protéines de surface ou intracellulaires de Streptococcus thermophilus obtenus après action de protéases digestives - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2022

Anti-inflammatory effect of cell surface or intracellular protein hydrolysates of Streptococcus thermophilus obtained by the action of digestive proteases

Effet anti-inflammatoire d’hydrolysats de protéines de surface ou intracellulaires de Streptococcus thermophilus obtenus après action de protéases digestives

Abstract

Inflammation is a mechanism that provides protection against injury, trauma, or infection caused by damaged cells, irritants, or pathogens. This process removes harmful agents and damaged tissue components. Nevertheless, chronic low-grade inflammation is often associated with various pathologies. Diet could be a promising way of action. Indeed, bioactive peptides derived from the hydrolysis of dietary proteins could modulate key inflammatory factors and consequently delay the onset of these chronic diseases. Furthermore, lactic acid bacteria, components of fermented milk products, exhibit anti-inflammatory properties both in vitro and in vivo studies. Among them, Streptococcus thermophilus (ST) is regularly consumed by a significant part of the population. Studies have shown that some strains of ST display anti inflammatory activity in vitro with an unknown mechanism of action. In this work, it was hypothesized that peptides released after hydrolysis by digestive proteases of the surface or intracellular proteins of this bacterium could be involved at least partially in this activity. Firstly, hydrolysates were obtained by shaving surface proteins with trypsin or pepsin followed or not by trypsinolysis. The tandem mass spectrometry analysis indicated that the majority of the identified peptides belonged to the surface proteins of this bacterium. Secondly, the anti inflammatory activity of the hydrolysates was evaluated in two inflamed cell models. The hydrolysate obtained after tryptic shaving and trypsinolysis of surface proteins of ST LMD 9 significantly decreased the secretion of the pro-inflammatory cytokine IL 8 in lipopolysaccharide (LPS) stimulated HT 29 cells. The same hydrolysate also reduced production of IL 8 and of the pro-inflammatory cytokine IL 1β as well as protein expression levels of Pro IL 1β and COX 2 in LPS-stimulated THP 1 macrophages. It was proposed that the surface protease PrtS could be a source of active peptides during gastrointestinal digestion. To verify this hypothesis, hydrolysates were prepared by shaving with pepsin followed or not by trypsinolysis of the surface proteins of two phenotypically distinct strains of ST: LMD 9 (PrtS+) and CNRZ 21N (PrtS-). Modulation of pro-inflammatory mediators IL 8, IL 1β, Pro IL 1β and COX 2 was assessed in LPS-stimulated THP 1 macrophages and IL 8 in LPS stimulated HT 29 cells. The hydrolysates from the two strains showed an anti inflammatory action but modulation of all these inflammatory mediators was strain, hydrolysate, and concentration dependent. Interestingly, the strain lacking PrtS also showed anti-inflammatory activity. Therefore, peptides released from surface proteins of ST strains by proteases of the gastrointestinal tract during digestion of a product containing this bacterium could exert anti-inflammatory effects and thus could reduce the risk of inflammation related chronic diseases. Finally, the intracellular proteins of the LMD 9 and CNRZ 21N strains were recovered by sonication and hydrolysed with Corolase PP, a mixture of pancreatic proteases. Hydrolysates generated from a fraction of these proteins of both strains demonstrated anti inflammatory action by modulating some of the pro-inflammatory mediators in LPS stimulated THP 1 macrophages. To our knowledge, this is the first study demonstrating the anti inflammatory activity of peptides derived from surface proteins and a fraction of the intracellular proteins of ST strains. These paraprobiotics or postbiotics, likely to be released in the digestive tract of the consumer, could participate in the overall anti inflammatory effect of S. thermophilus which had been demonstrated with certain strains. They could display beneficial effects on human health and therefore could be a promising bioactive ingredient for the development of novel functional foods for the prevention of low grade inflammation.
L'inflammation offre une protection contre les blessures, traumatismes ou infections causées par des cellules endommagées, des irritants ou des agents pathogènes. Ce processus élimine les agents nuisibles et les composants des tissus endommagés. Néanmoins, une inflammation chronique de bas grade est associée à diverses pathologies. L'alimentation pourrait être un levier d'action. En effet, des peptides bioactifs issus de protéines alimentaires pourraient moduler des facteurs clés de l'inflammation et retarder l'apparition de ces maladies chroniques. En outre, les bactéries lactiques, composantes des produits laitiers fermentés, présentent des propriétés anti inflammatoires in vitro et in vivo. Parmi elles, Streptococcus thermophilus (ST) est régulièrement consommée par une part importante de la population. Certaines souches de ST présentent une activité anti inflammatoire in vitro dont le mécanisme est inconnu. Dans ce travail, l'hypothèse a été émise que des peptides libérés après hydrolyse par des protéases digestives des protéines de surface ou intracellulaires de ST pourraient être impliqués dans cette activité. Des hydrolysats ont été obtenus après rasage des protéines de surface par la trypsine ou la pepsine suivi ou non d'une trypsinolyse. La caractérisation des peptides par spectrométrie de masse en tandem a montré que la majorité appartenait aux protéines de surface. L'activité anti-inflammatoire des hydrolysats a été évaluée dans deux modèles cellulaires enflammés. L'hydrolysat obtenu après rasage trypsique et trypsinolyse des protéines de surface de ST LMD 9 a significativement diminué la sécrétion de la cytokine pro inflammatoire IL 8 dans les cellules HT 29 stimulées par le lipopolysaccharide (LPS) et réduit la production d'IL 8 et de la cytokine pro-inflammatoire IL 1β ainsi que les niveaux d'expression protéique de Pro IL 1β et COX 2 dans les macrophages THP 1 stimulés par le LPS. Les peptides actifs pourraient être issus de la digestion de la protéase de surface PrtS. Pour vérifier cette hypothèse, des hydrolysats ont été préparés par rasage par la pepsine suivi ou non d'une trypsinolyse des protéines de surface de deux souches phénotypiquement distinctes de ST : LMD 9 (PrtS+) et CNRZ 21N (PrtS-). La modulation de IL 8, IL 1β, Pro IL 1β et COX 2 a été évaluée dans les macrophages THP 1 et celle de IL 8 dans les cellules HT 29, stimulés par le LPS. Les hydrolysats issus des deux souches ont montré une action anti inflammatoire mais avec des différences selon la souche, l'hydrolysat et la concentration. Néanmoins, même la souche dépourvue de la protéase PrtS montre une activité anti inflammatoire. Les peptides libérés à partir des protéines de surface de ST par des protéases du tractus gastro intestinal lors de la digestion d'un produit contenant cette bactérie pourraient exercer des effets anti-inflammatoires et réduire le risque de maladies chroniques liées à l'inflammation. Enfin, les protéines intracellulaires des souches LMD 9 et CNRZ 21N ont été récupérées par sonication et hydrolysées par la Corolase PP, un mélange de protéases pancréatiques. Les hydrolysats générés à partir d'une fraction de ces protéines issues des deux souches ont démontré une action anti-inflammatoire par modulation des médiateurs pro inflammatoires dans les macrophages THP 1 stimulés par le LPS. A notre connaissance, il s'agit de la première étude mettant en évidence l'activité anti-inflammatoire de peptides issus de protéines de surface et d'une fraction des protéines intracellulaires de ST. Ces paraprobiotiques ou postbiotiques, pouvant être libérés dans le tractus digestif du consommateur, pourraient participer à l'effet anti-inflammatoire global mis en évidence avec certaines souches et avoir des effets bénéfiques sur la santé humaine et ainsi constituer un ingrédient bioactif prometteur pour le développement d'aliments fonctionnels pour la prévention de l'inflammation de bas grade.
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tel-04277788 , version 1 (09-11-2023)

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Cite

Rania Allouche. Effet anti-inflammatoire d’hydrolysats de protéines de surface ou intracellulaires de Streptococcus thermophilus obtenus après action de protéases digestives. Alimentation et Nutrition. Université de Lorraine, 2022. Français. ⟨NNT : 2022LORR0344⟩. ⟨tel-04277788⟩
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