Investigation of the Photoprotective Effects of Diets Containing Antioxidants Against UV Radiation

Öz

Antioxidants help prevent cell damage by "cleaning" the damaging molecules called free radicals, which are formed as a result of metabolism in cells. Another feature of antioxidants is their fight against cancer cells. There are very few scientific studies on whether different antioxidants have DNA protective properties, and whether eating healthy foods rich in antioxidants prevents DNA damage. In this study, the DNA protective effect of different antioxidant-containing food products (β-carotene, B, C, D, E vitamins, lycopene, propolis, black cumin, thyme oil, omega-3, folic acid, ginger) taken with daily meals against a strong mutagen such as UV-C was investigated. Drosophila melanogaster individuals with more than 70% similarity to human DNA were used as model organisms. In the controlled experiments carried out within the scope of this study, diet media containing equal amounts of different antioxidant-containing food products were prepared, and Drosophila melanogaster individuals were cultured in different dietary media. Individuals in the experimental group were exposed to UV-C type radiation (100-280 nm wavelength) for 3 minutes. Variables such as the changes between the control group that was not exposed to UV- C light and the experimental group exposed, the lifespan of organisms, the average number of offspring ratios, the number of individuals with abnormal phenotypic changes, and the number of individuals with melanoma type tumor tissue formation were analyzed and the results were reported. After UV-C radiation, the rates of individuals with abnormal phenotypic changes in the diet groups containing lycopene and thyme oil were the lowest with 1.19% and 3.33%, respectively, and the highest value with 19.04% in the diet group containing propolis. The number of individuals showing abnormal phenotypic changes was 9.37% in the control group. In the research, important data were obtained about the importance of healthy nutrition within the scope of preventive cancer measures.

Anahtar Kelimeler

• UV-C radiation
• Mutation
• Antioxidants
• Drosophila melanogaster
• Skin cancers

UV Radyasyonuna Karşı Antioksidan İçerikli Diyetlerin Fotokoruyucu Etkilerinin İncelenmesi

Öz

Antioksidanlar, hücrelerde metabolizma sonucu oluşan serbest radikal olarak adlandırılan hasar yapıcı molekülleri “temizleyerek” hücre hasarını önlemeye yardımcı olur. Antioksidanların bir diğer özelliği de kanser hücreleri ile olan savaşlarıdır. Birbirinden farklı antioksidanların DNA koruyucu özelliğinin olup olmadığı, antioksidanlarca zengin sağlıklı besinlerle beslenmenin DNA hasarlarını önleyip önlemediği ile ilgili olarak yapılan bilimsel çalışmaların sayısı çok azdır. Bu çalışmada günlük öğünlerle alınan (β-karoten, B, C, D, E vitaminleri, likopen, propolis, çörek otu, kekik yağı, omega-3, folik asit, zencefil) farklı antioksidan içerikli gıda ürünlerinin UV-C gibi güçlü bir mutajene karşı DNA koruyucu etkisi araştırılmıştır. Model organizma olarak insan DNA'sıyla %70 den fazla benzer özellik gösteren Drosophila melanogaster bireyleri kullanılmıştır. Bu çalışma kapsamında yürütülen kontrollü deneylerde farklı antioksidan içerikli gıda ürünlerini eşit miktarda içeren diyet ortamları hazırlanmış, Drosophila melanogaster bireyleri farklı diyet ortamlarında kültüre edilmiştir. Deney grubundaki bireyler UV-C tipi radyasyona (100-280 nm dalga boyundaki), 3 dakika süreyle maruz bırakılmıştır. UV-C ışığına maruz bırakılmayan kontrol grubu ile maruz bırakılan deney grubu arasındaki değişimler, organizmaların ömür uzunluğu, ortalama yavru sayısı oranları, anormal fenotipik değişim gösteren birey sayıları ve melanom tipi tümörlü doku oluşumu gösteren birey sayıları gibi değişkenler analiz edilerek sonuçlar raporlaştırılmıştır. UV-C radyasyonu sonrası likopen ve kekik yağı içerikli diyet gruplarında anormal fenotipik değişim gösteren birey oranları sırası ile %1,19, %3,33 ile en düşük, propolis içeren diyet grubunda ise %19,04 ile en yüksek değeri göstermiştir. Anormal fenotipik değişim gösteren birey sayısı, kontrol grubunda %9,37 olarak saptanmıştır. Araştırmada önleyici kanser tedbirleri kapsamında sağlıklı beslenmenin önemi ile ilgili önemli veriler elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• UV-C radyasyon
• Mutasyon
• Antioksidanlar
• Drosophila melanogaster
• Deri kanseri

Kaynakça

1. Anand, P., Kunnumakara, A. B., Sundaram, C., Harikumar, K. B., Tharakan, S. T., Lai, O. S., Aggarwal, B. B. (2008). “Cancer is a preventable disease that requires major lifestyle changes”. Pharmaceutical research, 25, 2097-2116.
2. Black, H.S., Chan, J. T., Brown, G. E. (1978). “Effects of dietary constituents on ultraviolet light-mediated carcinogenesis”. Cancer research, 38(5), 1384-1387.
3. Black, H.S., Rhodes, L.E. (2016). “Potential Benefits of Omega-3 Fatty Acids in Non- Melanoma Skin Cancer”. Journal of clinical medicine, 5(2),23.
4. Bridges, C.B.(1921). “ Current Maps of the Location of the Mutant Genes of Drosophila melanogaster” . Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 7(4), 127–132
5. Chen, F., Tang, Y., Sun, Y., Veeraraghavan, V.P., Mohan, S.K., Cui, C. (2019). “ 6-shogaol, a Active constiuents of ginger prevents UVB radiation mediated inflammation and oxidative stress through modulating NrF2 signaling in human epidermal keratinocytes (HaCaTcells)”. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology , 197 , 111518.
6. Dallas, W. (2002). “ Effects of Ultraviolet Radiation on Drosophila Melanogaster Larval and Pupae”. Demir, E., Kocaoğlu, S., Kaya, B., Marcos, R. (2010). “Induction of adaptive response in Drosophila after exposure to low doses of UVB”. International journal of radiation biology. 86. 957-63. 10.3109/09553002.2010.496026.
7. Emecen, G., Ünlü, H. (2022). “ Effect Of α- Tocopherol and Ascorbic Acid on the Genotoxicity by Gamma-Irradiation in Drosophila melanogaster”. Hacettepe Journal of Biology and Chemistry , 50 (1) , 93-98 .
8. Enciso, Y. J., Cruz, A. L. S., Price, J. F. H. (2018). “ Scrutinizing the Effects of UV-C Radiation On Developmental Timing and Adult Morphology of Drosophila melanogaster” . Journal of the Arizona-Nevada Academy of Science, 47(2), 55–61.

9. Evans, J. A., Johnson, E. J. (2010). “ The role of phytonutrients in skin health”. Nutrients, 2(8), 903–928.
10. Godic, A., Poljšak, B., Adamic, M., Dahmane, R. (2014). “Cilt kanseri önleme ve tedavisinde antioksidanların rolü”. Oksidatif tıp ve hücresel uzun ömür, 2014, 860479.
11. Heo, M.Y., Sohn, S. J., Au, W. W. (2001). “Anti-genotoxicity of galangin as a cancer Chemo preventive agent candidate”. Mutation research, 488(2), 135–150.
12. Idorn, L. W., Philipsen, P. A., Wulf, H. C. (2011). “ Sun exposure before and after a diagnosis of cutaneous malignant melanoma: estimated by developments in serum vitamin D, skin pigmentation and interviews”. British Journal of Dermatology, 165(1), 164-170.
13. Karpouhtsis, I., Pardali, E., Feggou, E., Kokkini, S., Scouras, ZG., Mavragani-Tsipidou, P. (1998). “ Kekik esansiyel yağlarının böcek öldürücü ve genotoksik aktiviteleri” . Tarım ve Gıda Kimyası Dergisi, 46 (3), 1111-1115.
14. Keen, M.A., Hassan, I.(2016). “Dermatolojide E vitamini”. Hint dermatoloji çevrimiçi dergisi, 7 (4), 311–315.
15. Khan, M.A., Chen, H.C., Tania, M., Zhang, D.Z. (2011). “ Anticancer activities of Nigella sativa (blackcumin)”. African Journal of Traditional, Complementary and Alternative Medicines, 8(5S).
16. Kim, Y., Park, J., Choi, Y.Y., Lee, Y., Seo, S., Jin, Y.W, ... & Seong, K.M (2021). “Azaltılmış sükroz diyeti, Drosophila melanogaster'ın radyasyona duyarlılığını arttırır”. Entomolojik Bilim , 24 (3), 320-329.
17. Koç, Y. (1998). “Fotoperiyot ve besin çeşidinin Drosophila melanogaster’in gelişim süresi, ergin hayat süresi, verim ve eşey oranına etkisi”. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Samsun.
18. Koul, A., Bansal, M. P., Aniqa, A., Chaudhary, H., Chugh, N. A. (2020). “Lycopene enriched Tomato extract suppresses chemically induced skin tumorigenesis in mice”. International journal for vitamin and nutrition research. Internationale Zeitschrift fur Vitamin- und Ernahrungsforschung. Journal international de vitaminologie et de nutrition, 90(5-6), 493–513.
19. Lateef, S., Walts, D. ve Clark, L.B.(2019). “ The effect of ultraviole tradiation and the antioxidant curcumin on the longevity, fertility, and physical structure of Drosophila melanogaster: Can we defend our DNA?” Linares, M.A, Zakaria, A., Nizran, P. (2015). “Cilt kanseri” . Birinci basamak: Büro pratiğinde klinikler , 42 (4), 645-659.
20. Lindsley, D.L., Zimm, G.G.(1992). “The Genome of Drosophila melanogaster”. Academic Press, San Diego, 1133. Lorigo, M., Cairrao, E. (2019). “Antioxidants as stabilizers of UV filters: an example for the UV-B filter octylmethoxycinnamate”. Biomedical Dermatology. 3. 11. 10.1186/s41702-019- 0048-9. Maipas,S., Nicolopoulou-Stamati, P. (2015). “Endokrin bozucu olarak güneş losyonu kimyasalları”. Hormonlar, 14 (1), 32-46.
21. Mathews-Roth, M.M., Krinsky, N.I.(1987). “Carotenoids affect development of UV-B induced skin cancer”. Photochemistry and photobiology, 46(4), 507-509.
22. Mathews-Roth,M.M.(1998).“The treatment of erythropoietic protoporphyria”. Semin Liver Dis, 18, 425-426. Minakhina, S., Steward, R. (2006). “Melanoticmutants in Drosophila: pathways and phenotypes”. Genetics, 174(1), 253-263.
23. Moroni, M., Pirovano, M., Brugnatelli, S., Zucca, M., Morreale, M., Rizzo, V., … &Pedrazzoli, P. (2021). “Likopen, metastatik kolorektal kanser için panitumumab içeren tedavi ile tedavi edilen hastalarda cilt toksisitesini ve oksidatif stresi en aza indirir”. Fonksiyonel Gıdalar Dergisi, 83, 104533.
24. Nagpal, I., Abraham, S. K. (2017). “Protective effects of tea polyphenols and β-carotene against γ-radiation induced mutation and oxidative stress in Drosophila melanogaster”. Genes and environment :the official journal of the Japanese Environmental Mutagen Society, 39, 24.
25. Nahum, A., Hirsch, K., Danilenko, M., Watts, C. K., Prall, O. W., Levy, J., & Sharoni, Y. (2001). “Lycopene inhibition of cell cycle progression in breast and endometrial cancer cells is associated with reduction in cyclin D levels and retention of p27(Kip1) in the cyclin E-cdk2 complexes”. Oncogene, 20(26), 3428–3436.
26. Pandey, U. B., Nichols, C. D. (2011). “ Human disease models in Drosophila melanogaster and the role of the fly in therapeutic drug discovery”. Pharmacological reviews, 63(2), 411–436.
27. Peterson, C. T., Rodionov, D. A., Osterman, A. L., Peterson, S. N. (2020). “B Vitamins and Their Role in Immune Regulation and Cancer”. Nutrients, 12(11), 3380.
28. Pray, L. (2008). “Discovery of DNA structure and function: Watson and Crick”. Nature Education 1 (1), 100. Sies, H., Stahl, W. (2004). “Nutritional protection against skin damage from sunlight”. Annual review of nutrition, 24, 173–200.
29. Suckow, B.K., Suckow, M.A.(2006). “Lifespan extension by the antioxidant curcumin in Drosophila melanogaster”. Int J Biomed Sci. Dec;2(4):402-5.
30. Suekawa, M., Ishıge, A., Yuasa, K., Sudo, K., Aburada, M., Hosoya, E.(1984). “Pharmacological studies on ginger I. Pharmacological actions of pungent constituents,(6)- gingerol and (6)-shogaol”. Journal of pharmaco bio-dynamics, 7(11), 836-848.
31. Sultan, M.T., Butt, M.S., Anjum, F.M., Jamil, A., Akhtar, S., Nasır, M. (2009). “ Nutritional profile of indigenous cultivar of Black cumin seeds and antioxidant potential of its fixed and essential oil”. Pak J Bot 41: 1321-1330
32. Sultan, M.T., Popo, M.S. (2009). “ Yeşil çay: doğanın malignitelere karşı savunması”. Gıda bilimi ve beslenmede kritik incelemeler , 49 (5), 463-473.
33. Surjana, D., Halliday, G. M., Damian, D. L. (2013). “Nicotinamide enhances repair of ultraviolet radiation-induced DNA damage in human keratinocytes and exvivo skin”. Carcinogenesis, 34(5), 1144–1149.
34. Taylor, H. R., Vitasa, B.C., Strickland, P. T., Rosenthal, F. S., West, S., Abbey, H., Emmett, E. A. (1990). “Association of nonmelanoma skin cancer and actinic keratosis with cumulative solar ultraviolet exposure in Maryland watermen”. Cancer, 65(12), 2811-2817.
35. Tengerdy, R. P. (1990). “Vitamin E, immüne response, and disease resistance”. Annals of the New York Academy of Sciences. 1990;587:24-33.
36. Ünlü, H., Bozcuk, A. N. (1979). “Genetics of longevity in Drosophila. II. The effects of three Autosomal genes on the life sapan of Drosophila”. Hac. Bul. Nat. Sci. Eng. 8: 13-19, 1979.
37. Yazıcı, S., Aşkın, B., Kaynarca, G. (2020). “Kekik ve Biberiye Esansiyel Yağlarının Uçucu Bileşenleri ve Antioksidan Özelliklerinin Belirlenmesi”. Turkish Journal of Agriculture-Food Science and Technology. 8. 2105-2112. 10.24925/turjaf.v8i10.2105-2112.3560.
38. Yeşilada, E., Bozcuk, A. N., Topçuoğlu, Ş. F. ve Bozcuk, Ş. (1994). “Drosophila melanogaster’in gelişim biyolojisi üzerine bitki büyüme maddelerinin etkisi”. XII. Ulusal Biyoloji Kongresi, Zooloji Seksiyonu, 4: 25-33, 1994.
39. Yılmaz, E. (2001). “The Chemistry of fresh tomato flavor”. Turk J. Agric. For., 25: 149-155,
40. Yılmaz, İ. (2010). “Antioksidan içeren bazı gıdalar ve oksidatif stres”. Journal of Turgut Ozal Medical Center, 17(2), 143-154.
41. Zhepeng, W., Ruıfang, L., Anru, W., Lılı, D., Xuemeı, D. (2008). “ Drosophila melanogaster'ın vahşi tip, abanoz ve sarı mutantları üzerinde UVR’nin fototoksik etkisi: Yaşam Süresi, doğurganlık, kur yapma ve biyokimyasal yönler”. Çin'de Bilim Seri C: Yaşam Bilimleri, 885- 893.