A tomato stem cell extract, containing antioxidant compounds and metal chelating factors, protects skin cells from heavy metal-induced damages

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Abstract

Synopsis

Heavy metals can cause several genotoxic effects on cells, including oxidative stress, DNA sequence breakage and protein modification. Among the body organs, skin is certainly the most exposed to heavy metal stress and thus the most damaged by the toxic effects that these chemicals cause. Moreover, heavy metals, in particular nickel, can induce the over-expression of collagenases (enzymes responsible for collagen degradation), leading to weakening of the skin extracellular matrix. Plants have evolved sophisticated mechanisms to protect their cells from heavy metal toxicity, including the synthesis of metal chelating proteins and peptides, such as metallothioneins and phytochelatins (PC), which capture the metals and prevent the damages on the cellular structures. To protect human skin cells from heavy metal toxicity, we developed a new cosmetic active ingredient from Lycopersicon esculentum (tomato) cultured stem cells. This product, besides its high content of antioxidant compounds, contained PC, effective in the protection of skin cells towards heavy metal toxicity. We have demonstrated that this new product preserves nuclear DNA integrity from heavy metal damages, by inducing genes responsible for DNA repair and protection, and neutralizes the effect of heavy metals on collagen degradation, by inhibiting collagenase expression and inducing the synthesis of new collagen.

Résumé

Les métaux lourds sont capables de causer plusieurs effets génotoxiques sur les cellules, comme le stress oxydatif, la cassure de la séquence de l’ADN et les modifications des protéines. De tous les organes du corps, la peau est l’organe le plus exposé au stress des métaux lourds et par conséquent, l’organe le plus endommagé par les effets toxiques de ces produits chimiques. De plus, les métaux lourds, le nickel particulier, sont capables d’induire la surexpression de collagénases (enzymes responsables de la dégradation du collagène), conduisant à un affaiblissement de la matrice extracellulaire de la peau. Les plantes ont développé des mécanismes sophistiqués pour protéger leurs cellules de la toxicité des métaux lourds, incluant la synthèse de protéines et de peptides chélatants, tels que les métallothionéines et les phytochélatines, qui captent les métaux et préviennent les dommages sur les structures cellulaires.

Résumé

Afin de protéger les cellules de la peau humaine contre la toxicité des métaux lourds, nous avons développé un nouvel actif cosmétique issu des cellules souches en culture de Lycopersicon esculentum (tomate). Ce produit, en plus de sa haute teneur en antioxydants, il contient de phytochélatines, qui sont efficaces dans la protection des cellules cutanées contre la toxicité des métaux lourds. Nous avons démontré que ce nouveau produit préserve l’intégrité de l’ADN nucléaire des dommages dérivés des métaux lourds, par l’induction des gènes responsables de la réparation et de la protection de l’ADN; de plus, il neutralise les effets des métaux lourds sur la dégradation du collagène, en inhibant l’expression de la collagénase et en induisant la synthèse de nouveau collagène.

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