Euphorbia characias: Phytochemistry and Biological Activities

The aim of this review is to summarize all the compounds identified and characterized from Euphorbia characias, along with the biological activities reported for this plant. Euphorbia is one of the greatest genera in the spurge family of Euphorbiaceae and includes different kinds of plants characterized by the presence of milky latex. Among them, the species Euphorbia characias L. is an evergreen perennial shrub widely distributed in Mediterranean countries. E. characias latex and extracts from different parts of the plant have been extensively studied, leading to the identification of several chemical components such as terpenoids, sterol hydrocarbons, saturated and unsaturated fatty acids, cerebrosides and phenolic and carboxylic acids. The biological properties range between antioxidant activities, antimicrobial, antiviral and pesticidal activities, wound-healing properties, anti-aging and hypoglycemic properties and inhibitory activities toward target enzymes related to different diseases, such as cholinesterases and xanthine oxidase. The information available in this review allows us to consider the plant E. characias as a potential source of compounds for biomedical research.

Structure of a nucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase (NPP) from Euphorbia characias latex characterized by small-angle X-ray scattering: clues for the general organization of plant NPPs

Little information is available concerning the structural features of nucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterases (NPPs) of plant origin and the crystal structures of these proteins have not yet been reported. The aim of this study was to obtain insight into these aspects by carrying out a comparative analysis of the sequences of two different fragments of an NPP from the latex of the Mediterranean shrub Euphorbia characias (ELNPP) and by studying the low-resolution structure of the purified protein in solution by means of small-angle X-ray scattering. This is the first structure of a plant NPP in solution that has been reported to date. It is shown that the ELNPP sequence is highly conserved in many other plant species. Of note, the catalytic domains of these plant NPPs have the same highly conserved PDE-domain organization as mammalian NPPs. Moreover, ELNPP is a dimer in solution and this oligomerization state is likely to be common to other plant enzymes.

Use of Plant Water Extracts for Weed Control in Durum Wheat (Triticum turgidum L. Subsp. durum Desf.)

The use of plant water extracts to control weeds is gaining attention in environmentally-friendly agriculture, but the study of the effect that such extracts may exert on the yield of durum wheat is still unexplored. In 2014 and 2016, the herbicidal potential of several plant water extracts was field tested on durum wheat (cv Valbelice). In 2014, extracts obtained from Artemisia arborescens, Rhus coriaria, Lantana camara, Thymus vulgaris, and Euphorbia characias were used, whereas in 2016 only A. arborescens and R. coriaria were tested as “donor” plants. In both years, weed incidence was evaluated, together with the major yield parameters of wheat. None of the treatments (including chemicals) could eradicate weeds from the field. In 2014, dicots were in general prevailing in plots treated with extracts of E. characias, while monocots prevailed after treatments with L. camara and R. coriaria. In 2016, lower weed biomass and diversity level were found, and only Avena and Phalaris were detected at harvest time. Treatment with plant water extracts affected grain yields, but it seems likely that those effects are not due to the diverse incidence of weeds in treated and untreated plots, rather to some direct action exerted by allelopathic substances.

Taxonomical and chorological notes 10 (98–110)

The present part of the series provides new records of locally introduced native species in Hungary (Apium repens, Crypsis schoenoides, Limonium gmelinii, Rumex confertus, Sagina apetala). The spread of Crypsis schoenoides and Limonium gmelinii on roadsides is due to winter salting of roads, whereas the appearance of Apium repens and Sagina apetala is likely the consequence of the use of soil or peat material containing their seeds. The reports of Knautia dipsacifolia from the northern part of the Great Hungarian Plain and Spiraea crenata from the Hungarian–Romanian–Ukrainian border region is ascertained here concluding that the report of the first taxon was based on a misidentifi cation of K. drymeia, whereas the record of Spiraea crenata is a consequence of mislocation. New records of two spreading aliens (Eragrostis virescens, Sporobolus vaginifl orus) are discussed here along with a herbarium revision of Eragrostis, which showed that all previous Hungarian records of Eragrostis parvifl ora refer to E. virescens. Further species discussed in the paper escaped from cultivation (Asparagus verticillatus, Euphorbia characias, Nassella tenuissima, the latter two new for the country). The first record of the sedge hybrid Carex ×leutzii in Hungary is also presented.

Selected Enzyme Inhibitory Effects of Euphorbia characias Extracts

Extracts of aerial part of Euphorbia characias were examined to check potential inhibitors for three selected enzymes involved in several metabolic disorders. Water and ethanol extracts from leaves and flowers showed in vitro inhibitory activity toward α-amylase, α-glucosidase, and xanthine oxidase. IC50 values were calculated for all the extracts and the ethanolic extracts were found to exert the best effect. In particular, for the α-glucosidase activity, the extracts resulted to be 100-fold more active than the standard inhibitor. The inhibition mode was investigated by Lineweaver-Burk plot analysis. E. characias extracts display different inhibition behaviors toward the three enzymes acting as uncompetitive, noncompetitive, and mixed-type inhibitors. Moreover, ethanolic extracts of E. characias showed no cytotoxic activity and exhibited antioxidant capacity in a cellular model. The LC-DAD metabolic profile was also performed and it showed that leaves and flowers extracts contain high levels of quercetin derivatives. The results suggest that E. characias could be a promising source of natural inhibitors of the enzymes involved in carbohydrate uptake disorders and oxidative stress.

Ανατομική και ιστοχημική μελέτη ελληνικών φαρμακευτικών φυτών βιοδραστικές ουσίες και δυνατότητες αξιοποίησής τους

Η ανασκόπηση της βιβλιογραφίας σε φαρμακευτικά φυτικά είδη οδήγησε στο συμπέρασμα ότι δεν υπάρχουν ολοκληρωμένες μελέτες οι οποίες να συνδέουν τις φαρμακευτικές ιδιότητες φυτικών ειδών με την βιοσύνθεση ή/και βιοσυσσώρευση μεταβολιτών σε συγκεκριμένες εκκριτικές δομές (αδενώδεις τρίχες, γαλακτοφόροι σωλήνες, ρητινοφόροι αγωγοί) και στη δράση ειδικών δευτερογενών μεταβολιτών που βιοσυνθέτουν τα φυτά. Σημαντικές είναι και οι ελλείψεις σε βιβλιογραφικά δεδομένα όσον αφορά στον έλεγχο αντιμικροβιακής δράσης Ελληνικών φαρμακευτικών φυτών. Οι δύο αυτές συνιστώσες προκάλεσαν τα ερωτήματα που προσπαθεί να διαφωτίσει η παρούσα Διδακτορική Διατριβή. Αντικείμενο της μελέτης ήταν η πρωτότυπη προσέγγιση του φύλλου, του μίσχου και σε ορισμένες περιπτώσεις του βλαστού και της ρίζας, επιλεγμένων Eλληνικών, φαρμακευτικών φυτικών ειδών. Η προσέγγιση αυτή αφορούσε τη συσχέτιση παρουσίας εκκριτικών δομών στο εκάστοτε φυτό, την ανίχνευση των βασικών δευτερογενών μεταβολιτών σε συγκεκριμένα εκχυλίσματα φύλλων αλλά και τον έλεγχο της παρουσίας βιοενεργών μορίων με αντιμικροβιακή δράση. Επιλέχθηκαν δέκα τρία φαρμακευτικά φυτικά είδη τα οποία αυτοφύονται στην Ελλάδα ή είναι επιγενή. Αυτά ήταν τα Cichorium spinosum L., Euphorbia characias subsp. veneta (Wild.) Litard., Ficus carica L., Globularia alypum L., Mandragora officinalis L., Osyris alba L., Phillyrea latifolia L., Pistacia lentiscus L. var Chia, Pistacia lentiscus L., Ricinus communis L., Vitex agnus-castus L.. Στα προαναφερθέντα φυτικά είδη πραγματοποιήθηκε λεπτομερής ανατομική μελέτη, σε νωπό και μονιμοποιημένο ιστό, με σκοπό τον εντοπισμό εκκριτικών σχηματισμών, ήτοι ιδιόβλαστων κυττάρων, εκκριτικών τριχών ή αδένων. Παράλληλα, επιχειρήθηκε υποκυτταρικός εντοπισμός των δευτερογενών μεταβολιτών που βιοσυντίθονται από τα φυτά με την χρήση ειδικών ιστοχημικών ανιχνευτών ενώ παράλληλα καλλιεργήθηκαν κύτταρα φύλλων in vitro σε συγκεκριμένα θρεπτικά υποστρώματα και, για κάποια από τα υπό μελέτη είδη, αναπτύχθηκαν μάζες φυτικών κυττάρων (κάλλοι). Από το σύνολο των δεκατριών αυτών φυτικών ειδών, εκκριτικές δομές και πλήθος δευτερογενών μεταβολιτών εντοπίστηκαν σε επτά: Euphorbia characias subsp. veneta (Wild.) Litard., Ficus carica L., Globularia alypum L., Mandragora officinarum L., Osyris alba L., Phillyrea latifolia L., Pistacia lentiscus L. var Chia, Pistacia lentiscus L., Ricinus communis L.. Τα φυτικά αυτά είδη μελετήθηκαν περαιτέρω ως προς το μεταβολικό τους προφίλ και την παρουσία βιοενεργών μορίων με αντιμικροβιακή δράση. Στο πειραματικό αυτό στάδιο συλλέχθηκαν εκχυλίσματα φύλλων (Accelerated Solvent Extractor system – A.S.E.) τα οποία μελετήθηκαν φυτοχημικά με αέρια χρωματογραφία συνδεδεμένη με φασματομετρία μάζας (GC/MS), αέρια χρωματογραφία συνδεδεμένη με ανιχνευτή φλόγας ιονισμού (GC-FID) και υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης συνδεδεμένη με φασματομετρία μαζών (HPLC/MS). Η χρωματογραφική ανάλυση αποτέλεσε παράλληλα «δείκτη ελέγχου» της ποιοτικής ιστοχημικής μελέτης. Στα αείφυλλα σκληρόφυλλα έγινε μια επιπλέον σύγκριση του είδους και της σχετικής αφθονίας των κύριων δευτερογενών μεταβολιτών σε δύο διαφορετικές εποχές, το θέρος και τον χειμώνα. Τέλος, όπως προαναφέρθηκε, στα πλαίσια της παρούσας Διατριβής, διενεργήθηκε έλεγχος παρουσίας βιοενεργών μορίων με αντιμικροβιακή δράση. Ο έλεγχος βιοδραστικότητας έγινε με δυο μεθόδους: τη μέθοδο διάχυσης βιοδραστικής ουσίας σε στερεό θρεπτικό υπόστρωμα (Disc Diffusion Method) και τη μέθοδο διάχυσης βιοδραστικής ουσίας από κοιλότητες (πηγαδάκια) (Agar Well Diffusion Method). Για τον έλεγχο αντιμικροβιακής δράσης χρησιμοποιήθηκαν Πρότυπα βακτηριακά (Escherichia coli ATCC25922, Staphylococcus aureus ATCC29213, Pseudomonas aeuroginosa ATCC27853) και κλινικά στελέχη (S. aureus, P. aeuroginosa, Streptococcus sp, Candida albicans). Η αναστολή ανάπτυξης προσδιορίστηκε μετρώντας τη διάμετρο της ζώνη αναστολής. Τα προϊόντα της υδροαπόσταξης φύλλων από το είδος Pistacia lentiscus L. var Chia ελέγχθηκαν για την παρουσία βιοενεργών μορίων με αντιμικροβιακή δράση και ενάντια σε πολυανθεκτικά κλινικά στελέχη [(Methicillin-resistant S. aureus (MRSA), Carbapenem - Resistant Metallo-βLactamase (carbapenemase) P. aeruginosa (VIM), Klebsiella pneumoniae carbapenemases (KPCs) και Acinetobacter baumanii)]. Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει για πρώτη φορά μια ολοκληρωμένη μελέτη Ελληνικών φαρμακευτικών φυτικών ειδών. Αποτελεί μια συστηματική προσπάθεια να αποδοθούν οι αντιμικροβιακές ιδιότητες φαρμακευτικών φυτών σε συγκεκριμένες ανατομικές δομές και στην παρουσία ειδικών δευτερογενών μεταβολιτών. Φαρμακευτικές χρήσεις, κατά τον έλεγχο παρουσίας αντιμικροβιακών παραγόντων, παρουσίασαν τα P. lentiscus. Επίσης, για πρώτη φορά αναφέρεται η δημιουργία in-vitro μαζών φυτικών κυττάρων από τα φαρμακευτικά είδη F. carica L. και O. alba L..

Biological Activities of Aerial Parts Extracts ofEuphorbia characias

The aim of the present study was to evaluate antioxidant, antimicrobial, anti-HIV, and cholinesterase inhibitory activities of aqueous and alcoholic extracts from leaves, stems, and flowers ofEuphorbia characias. The extracts showed a high antioxidant activity and were a good source of total polyphenols and flavonoids. Ethanolic extracts from leaves and flowers displayed the highest inhibitory activity against acetylcholinesterase and butyrylcholinesterase, showing potential properties against Alzheimer’s disease. Antimicrobial assay showed that leaves and flowers extracts were active against all Gram-positive bacteria tested. The ethanolic leaves extract appeared to have the strongest antibacterial activity againstBacillus cereuswith MIC value of 312.5 μg/mL followed byListeria monocytogenesandStaphylococcus aureusthat also exhibited good sensitivity with MIC values of 1250 μg/mL. Moreover, all the extracts possessed anti-HIV activity. The ethanolic flower extract was the most potent inhibitor of HIV-1 RT DNA polymerase RNA-dependent and Ribonuclease H with IC50values of 0.26 and 0.33 μg/mL, respectively. The LC-DAD metabolic profile showed that ethanolic leaves extract contains high levels of quercetin derivatives. This study suggests thatEuphorbia characiasextracts represent a good source of natural bioactive compounds which could be useful for pharmaceutical application as well as in food system for the prevention of the growth of food-borne bacteria and to extend the shelf-life of processed foods.