Protein hydrolysates and peptides from animal by-products as a preventive strategy for local inflammation and neuroinflammation

Abstract

Els pèptids bioactius obtinguts d'aliments i subproductes agroalimentaris s'han convertit en bons candidats per al seu ús com a ingredients funcionals en la prevenció de malalties amb un component inflamatori. En aquest context, aquesta tesi doctoral està centrada en el desenvolupament d'hidrolitzats proteics de subproductes animals amb propietats antiinflamatòries o neuroprotectores i en la identificació dels seus pèptids bioactius. En la primera part de l'estudi, l'hidrolitzat H8 de col·lagen de pell de porc va mostrar la major activitat inhibidora (a més de selectiva) de la ciclooxigenasa-2 (COX-2). La fracció peptídica <10 kDa de l’hidrolitzat H8 va reduir la inflamació aguda en pota induïda per carragenat i va mostrar capacitat antinociceptiva en un model de dolor agut després de la seva aplicació tòpica en rates. Aquesta fracció peptídica va reduir la producció d'òxid nítric, l'activitat COX-2 i l'expressió proteica de COX-2 i òxid nítric sintasa induïble en cèl·lules RAW264.7 estimulades amb lipopolisacàrids. A més, es van identificar els pèptids antiinflamatoris AGERGEQ i GSKGRPG en H8. En la segona part d'aquesta tesi, es van obtenir dotze hidrolitzats proteics d'un subproducte animal. Els hidrolitzats CFH3 i CFH5 van resultar bons inhibidors de la prolil oligopeptidasa i els seus efectes neuroprotectors es van estudiar en un model de malaltia d'Alzheimer (Caenorhabditis elegants, CL4176). CFH3 va demostrar els seus efectes neuroprotectors retardant la paràlisi induïda per l'agregació de ß-amiloide, de manera dosi depenent. Es van identificar 23 pèptids nous en CFH3, 9 d'ells amb potencial activitat segons la puntuació PeptideRanker. Els resultats mostren el potencial d'aquests hidrolitzats com eines preventives per a inflamació localitzada i neuroprotecció, així com per a promoure la sostenibilitat i l'economia circular en el sector agroalimentari. Els hidrolitzats desenvolupats i els pèptids identificats podrien ser útils per a les indústries alimentària i farmacològica per al desenvolupament de productes anti-inflamatoris i neuroprotectors.

Los péptidos bioactivos obtenidos de alimentos y subproductos agroalimentarios se han convertido en buenos candidatos para su uso como ingredientes funcionales en la prevención de enfermedades con un componente inflamatorio. En este contexto, esta tesis doctoral se centró en el desarrollo de hidrolizados de proteínas de subproductos animales con propiedades antiinflamatorias o neuroprotectoras y en la identificación de sus péptidos bioactivos. En la primera parte del estudio, el hidrolizado H8 obtenido de colágeno de piel de cerdo mostró la mayor actividad inhibitoria (además de selectiva) de la ciclooxigenasa-2 (COX-2). La fracción peptídica <10 kDa del hidrolizado H8 redujo la inflamación aguda en pata inducida por carragenato y mostró capacidad antinociceptiva en un modelo de dolor agudo después de su aplicación tópica en ratas. Esta fracción peptídica redujo la producción de óxido nítrico, la actividad COX-2 y la expresión proteica de COX-2 y óxido nítrico sintasa inducible en células RAW 264.7 estimuladas con lipopolisacárido. Además, se identificaron los péptidos antiinflamatorios AGERGEQ y GSKGRPG en H8. En la segunda parte de esta tesis, se obtuvieron doce hidrolizados proteicos de un subproducto animal. Los hidrolizados CFH3 y CFH5 mostraron una buena actividad prolil oligopeptidasa (POP) inhibidora y sus efectos neuroprotectores se estudiaron en Caenorhabditis elegans (cepa CL4176), un modelo de enfermedad de Alzheimer. CFH3 retrasó la parálisis inducida por la agregación de ß-amiloide de manera dosis dependiente, demostrando sus efectos neuroprotectores. Se identificaron 23 péptidos nuevos en CFH3, 9 de ellos con potencial actividad según la puntuación PeptideRanker. Los resultados muestran el potencial de estos hidrolizados como herramientas preventivas para inflamación localizada y neuroprotección, así como para promover la sostenibilidad y la economía circular en el sector agroalimentario. Los hidrolizados desarrollados y los péptidos identificados podrían ser útiles para las industrias alimentaria y farmacológica para el desarrollo de productos anti-inflamatorios y neuroprotectores.

Bioactive peptides obtained from food and agri-food by-products have emerged as good candidates as functional ingredients for the prevention of many inflammation-associated diseases. In this context, this doctoral thesis focused on developing protein hydrolysates from animal by-products with anti-inflammatory or neuroprotective properties and identifying their bioactive peptides. In the first part of the study, hydrolysate H8 from pigskin collagen showed the highest cyclooxygenase-2 (COX-2) inhibitory activity, which was selective for COX-2. The peptide fraction <10 kDa of H8 prevented localized acute inflammation in a carrageenan-induced paw edema model and exhibited antinociceptive capacity in an acute pain model after topical application to rats. This peptide fraction reduced nitric oxide production, COX-2 activity, and COX-2 and inducible nitric oxide synthase protein expression in lipopolysaccharide-stimulated RAW 264.7 cells. Moreover, the anti-inflammatory peptides AGERGEQ and GSKGRPG were identified in the hydrolysate H8. In the second part of this thesis, twelve hydrolysates were obtained from an animal protein-rich by-product using different enzymatic hydrolysis conditions. The hydrolysates CFH3 and CFH5 showed good prolyl oligopeptidase (POP) inhibitory activity and their neuroprotective effects were studied in the Caenorhabditis elegans strain CL4176, a model of Alzheimer’s disease. CFH3 delayed paralysis induced by amyloid-ß aggregation in C. elegans in a dose-dependent manner, demonstrating its neuroprotective effects. Twenty-three novel peptides were identified in CFH3, nine of them with potential activity according to the PeptideRanker score. The results obtained support the potential of these hydrolysates as preventive tools for localized inflammation and neuroprotection, as well as for promoting sustainability and circular economy in the agri-food sector. The developed hydrolysates and the identified peptides could be useful for food and pharmacological industries to develop anti-inflammatory and neuroprotective products.