Étude des effets antiprolifératifs de la bétanine extraite de betterave sur cellules cancéreuses humaines et de son mode d'action au niveau des membranes cellulaires

Study of antiproliferative effects of betanin extracted from beetroots against human cancer cells and its action mode on cell membranes

• Auteur / Autrice : Laetitia Nowacki
• Direction : Muriel Vayssade, Claire Rossi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie
• Date : Soutenance le 14/11/2014
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Industries agricoles

Betteraves

Biotechnologie

Biophysique

Bionique

Membranes (biologie)

Anticancéreux

Cellules cancéreuses

Thérapeutique

Tumeurs

Mots clés libres

Agro-ressources

Bétanine

Activité antitumorale

Membranes biomimétiques

Biomimétisme

Effet cytotoxique

Betanin

Beetroots

Human cancer cells

Cell membranes

Cytotoxic effect

Résumé

Au cours de cette thèse nous avons étudié les propriétés anticancéreuses du pigment majoritaire de la betterave rouge : la bétanine, ainsi que son mode d’action. Nos travaux reposent sur une approche pluridisciplinaire. Nous avons tout d’abord mis au point un protocole d’extraction et de purification de la bétanine à partir de betteraves rouges fraîches. Plusieurs étapes de purification se terminant par la séparation des molécules d’intérêt sur HPLC semi-préparative sont nécessaires à l’obtention de la bétanine à un degré de pureté de 90 %, une qualité d’extrait jusqu’à présent inégalé. Nous avons ensuite évalué l’effet cytotoxique de notre extrait sur cellules cancéreuses. Nous avons pu démontrer son innocuité sur cellules non cancéreuses et identifier les voies de signalisation pouvant être impliquées. Nous avons ainsi pu avancer des pistes concernant le mode d’action de la bétanine sur les cellules, mais également soumettre pour la première fois l’idée d’une implication de l’autophagie dans la mort cellulaire induite par la bétanine. Enfin, nous avons montré, par des techniques d’analyse biophysique aux interfaces appliquées aux membranes cellulaires et biomimétiques, qu’indépendamment de son insertion jusqu’au cœur hydrophobe des membranes, la bétanine n’influait pas sur la fluidité et la perméabilité membranaire. Ce travail exploratoire confirme l’intérêt à porter à la bétanine qui, compte tenu de sa haute biodisponibilité, présente de nombreuses applications thérapeutiques potentielles.

During this thesis we studied the anticancer properties of the major beetroot’s pigment: betanin. Our work is based on a multidisciplinary approach.First we developed a protocol for the extraction and the purification of betanin from fresh beetroots. Several purification steps ended by separation in semi-preparative HPLC are required to obtain a betanin at 90 % pure, which is the highest purity ever recorded. Then we assessed the cytotoxic effect of our extract on cancer cells and its safety on non-cancer cells. By identifying the signaling pathways that might be involved in these effects, we were thus able to suggest ways concerning the mode of action of betanin on cells, but also propose, for the first time, the idea of an involvement of autophagy in cell death induced by betanin. Finally, we have shown by interfacial biophysical techniques applied on cell and biomimetic membranes that, regarless to its deep insertion in the hydrophobic core of the lipid bilayer, betanin did not affect the physical properties of the membrane such as its fluidity or its permability.This scoping study confirms the interest to bring to betanin which, given its high bioavailability, has many potential therapeutic applications.