Phytocomplex from Origanum majorana L. (Lamiaceae) impairs Bioenergetic and Redox Homeostasis in Colon Cancer Cells: from Green Extraction to Mechanism of Action

Origanum majorana L. is an aromatic plant belonging to the Lamiaceae family, commonly used for food purposes in the Mediterranean area. In addition to the volatile compounds responsible for the characteristic scent, it also contains interesting secondary metabolites belonging to the polyphenol group, including rosmarinic acid. This molecule has already shown to have remarkable health properties such as anti-inflammatory, antioxidant, and anti-cancer . However, lot of the active compounds in this plant are wasted, since only leaves and flowers are used for food purposes, while twigs represent waste material. The aim of this project was to valorize this plant matrix, identifying a green extraction technique capable of providing the highest yield of rosmarinic acid from both twigs and leaves and flowers, phytochemically characterize the extracts obtained and evaluate their biological activities, with particular reference to antioxidant, anti-inflammatory and cytotoxicity on cancer cells. The results obtained show that the two matrices have a qualitatively identical phytochemical profile, which differs only from a quantitative point of view. Furthermore, it was shown that the phytocomplex obtained from O. majorana was able to exert a significant cytotoxic activity on colon cancer cells, also identifying the main mechanisms of action. These include the induction of bioenergetic dysfunction, altering mitochondrial functionality and glycolytic activity, and an imbalance in redox homeostasis in treated cells. These results provide a solid basis for the valorization of O. majorana twigs as raw material to obtain bioactive phytocompounds, also increasing the knowledge on the antitumor activities of polyphenolic compounds and contributing to the possible production of phytopharmaceuticals that can assist the therapies currently used for the treatment of tumour diseases.

Origanum majorana L. è una pianta aromatica appartenente alla famiglia delle Lamiaceae, comunemente utilizzata a scopo alimentare nell’area del Mediterraneo. Oltre ai composti volatili responsabili dell’aroma caratteristico, essa contiene anche interessanti metaboliti secondari facenti parte del gruppo dei polifenoli, tra cui l’acido rosmarinico. Questa molecola ha già mostrato di avere notevoli proprietà salutistiche quali antinfiammatoria, antiossidante ed antitumorale. Tuttavia, molte delle sostanze attive presenti in questa pianta vengono sprecate, poiché solo foglie e fiori vengono utilizzati a scopo alimentare, mentre i rametti costituiscono materiale di scarto. Lo scopo di questo progetto è stato quello di valorizzare questa matrice vegetale, identificando una tecnica estrattiva green capace di fornire la più alta resa di acido rosmarinico sia dai rametti che da foglie e fiori, caratterizzare fitochimicamente gli estratti ottenuti e valutare le loro attività biologiche, con particolare riferimento a quelle antiossidanti, antinfiammatorie ed alla citotossicità su cellule tumorali. I risultati ottenuti mostrano che le due matrici posseggono un profilo fitochimico qualitativamente identico, che differisce solo dal punto di vista quantitativo. Inoltre, è stato mostrato come il fitocomplesso ottenuto da O. majorana fosse in grado di esercitare una notevole attività citotossica su cellule di tumore al colon, identificando anche i principali meccanismi d’azione. Questi prevedono l’induzione di disfunzione bioenergetica, alterando la funzionalità mitocondriale e l’attività glicolitica, e uno squilibrio nell’omeostasi redox nelle cellule trattate. Questi risultati forniscono una solida base per la valorizzazione dei rametti di O. majorana come materia prima da cui ottenere fitocomposti bioattivi, incrementando anche la conoscenza sulle attività antitumorali dei composti polifenolici e contribuendo alla possibile produzione di fitofarmaci che possano coadiuvare le terapie attualmente utilizzate per la cura delle patologie tumorali.