{"id":28447,"date":"2026-10-23T16:54:21","date_gmt":"2026-10-23T14:54:21","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/janniek-ritsema\/"},"modified":"2026-10-31T11:40:33","modified_gmt":"2026-10-31T10:40:33","slug":"janniek-ritsema","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/janniek-ritsema\/","title":{"rendered":"Janniek Ritsema"},"content":{"rendered":"","protected":true},"featured_media":28448,"template":"","meta":{"_acf_changed":false},"university_us_portfolio":[29],"class_list":["post-28447","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","post-password-required","hentry","university_us_portfolio-wageningen-university"],"acf":{"main_text":"","naam_van_het_proefschift":"Exploring the chemical space of prenylated phenolics","samenvatting":"De wereldwijde crisis van antimicrobi\u00eble resistentie heeft geleid tot een groeiende vraag naar nieuwe en effectieve antimicrobi\u00eble middelen. Geprenyleerde fenolen uit planten van de Fabaceae-familie vertonen een krachtige werking tegen Gram-positieve bacteri\u00ebn en worden over het algemeen als veilig beschouwd vanwege hun lange geschiedenis van menselijke blootstelling, wat hen aantrekkelijke kandidaten maakt voor verdere optimalisatie als antimicrobi\u00eble verbindingen.\n\nPrenylering verhoogt de hydrofobiciteit van fenolen en versterkt daardoor de affiniteit voor hydrofobe doelwitten zoals de cytoplasmatische membraan. Inzicht in hoe specifieke structurele kenmerken zowel de antimicrobi\u00eble als de cytotoxische potentie be\u00efnvloeden, is essentieel voor de optimalisatie van geprenyleerde fenolen als nieuwe antimicrobi\u00eble middelen. Niettemin blijven deze structuur-activiteitsrelaties (SAR's) slecht begrepen. Daarom onderzocht dit proefschrift: (i) de SAR's die ten grondslag liggen aan de antimicrobi\u00eble en membraan-verstorende eigenschappen van geprenyleerde fenolen; en (ii) het cytotoxische potentieel van geprenyleerde fenolen in zoogdiercellen, inclusief de mechanismen die ten grondslag liggen aan cytotoxiciteit.\n\nIn Hoofdstuk 1 werden de achtergrond en doelstellingen van dit promotieonderzoek geschetst. Het hoofdstuk beschreef de chemische diversiteit van geprenyleerde fenolen en vatte de bekende SAR's voor hun antimicrobi\u00eble activiteit samen. Verder werd de huidige kennis over het werkingsmechanisme van geprenyleerde fenolen ge\u00ebvalueerd. Hoewel eerder onderzoek het belang van membraaninteracties voor antimicrobi\u00eble activiteit benadrukte, blijven systematische en dosis-afhankelijke studies beperkt. Ten slotte werden de algemene trends gerapporteerd voor hun cytotoxiciteit samengevat, hoewel de hoge variabiliteit in experimentele omstandigheden robuuste conclusies belemmert.\n\nHoofdstuk 2 evalueerde 40 geprenyleerde fenolen op hun antimicrobi\u00eble activiteit tegen de orale pathogeen Streptococcus mutans. Twaalf van de onderzochte geprenyleerde fenolen werden gezuiverd uit zoethoutextract (Glycyrrhiza spp.), en vertegenwoordigen daarom een veelbelovende bron voor verwaarding. De nieuwe 2-arylbenzofuran-verbinding isokanzonol V vertoonde de hoogste antimicrobi\u00eble activiteit met een minimale remmende concentratie (MIC) tussen 9 \u2013 17 \u03bcM. Er werden verschillende SAR's vastgesteld: di-geprenyleerde fenolen waren actiever dan mono-geprenyleerde fenolen, en C-ring opening van flavanonen tot chalconen verhoogde de potentie. Over het algemeen benadrukten de bevindingen het belang van hydrofoob volume, gebalanceerde hydrofiliciteit en een langgerekte structuur voor een effectieve werking tegen S. mutans.\n\nHoofdstuk 3 stelde de remming en permeabilisatie van methicilline-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) vast voor een structureel diverse set van geprenyleerde fenolen, waaronder verschillende chemisch gesynthetiseerde C- en O-geprenyleerde fenolen. De enige O-geprenyleerde fenol die antimicrobi\u00eble activiteit vertoonde (7-O-prenylnaringenine, MIC \u2264 37 \u03bcM) was actiever dan zijn C-geprenyleerde analogen. Fluorescentiemicroscopie toonde aan dat membraanpermeabilisatie plaatsvond binnen 5 minuten. Dit snelle begin van membraanschade suggereerde een directe interactie met de membraanfosfolipiden. Er werden verschillende structuur-permeabilisatierelaties vastgesteld: voor di-geprenyleerde fenolen nam de membraanpermeabilisatiepotentie af bij een hogere hydrofobe-naar-polaire oppervlakteverhouding, terwijl voor mono-geprenyleerde fenolen, ketenprenylering en een meer globulaire moleculaire vorm de activiteit verbeterden. Interessant genoeg correleerde antimicrobi\u00eble activiteit van geprenyleerde fenolen niet met de membraanpermeabiliserende werkzaamheid, wat suggereert dat aanvullende mechanismen bijdragen aan de groeiremming van MRSA.\n\nHoofdstuk 4 onderzocht de invloed van het aantal prenylgroepen, prenylconfiguratie en fenolische subklasse op membraaninteracties met behulp van liposoom (modelmembranen) permeabilisatie-assays en moleculaire dynamica (MD) simulaties. Membraanpermeabilisatie van liposomen was afhankelijk van zowel de fenolische structuur als de lipidsamenstelling. Mono-geprenyleerde, keten-geprenyleerde, fenolen met een open C-ring (d.w.z. chalconen) vertoonden over het algemeen een hogere permeabilisatie van POPC:POPG liposomen. In contrast hiermee toonden MD-simulaties aan dat de membraanaffiniteit toenam met het aantal prenylgroepen en ring-gesloten prenylering. De di-geprenyleerde 6,8-diprenylgeniste\u00efne vertoonde de hoogste voorspelde membraanaffiniteit en diepste membraaninsertering. Interessant genoeg waren verbindingen met de hoogste voorspelde membraanaffiniteit niet de meest effectieve permeabiliseerders, wat suggereert dat sterke membraanbinding alleen geen membraanverstoring bepaalt. De bevindingen suggereerden dat effectieve membraanpermeabilisatie interacties vereist die dicht bij de fosfolipidekopgroepen liggen, in plaats van diepe insertering in de lipide dubbellaag. Over het algemeen ondersteunen de bevindingen een membraangerelateerd werkingsmechanisme, terwijl ze aangeven dat aanvullende mechanismen, naast permeabilisatie, kunnen bijdragen aan de antimicrobi\u00eble activiteit van geprenyleerde fenolen.\n\nTen slotte werd in Hoofdstuk 5 de cytotoxische potentie van een structureel diverse set geprenyleerde fenolen ge\u00ebvalueerd. Daarnaast werd de hydrofobiciteit (Log D) experimenteel bepaald voor dezelfde verzameling verbindingen. SAR-analyse toonde aan dat prenylering de waargenomen cytotoxische potentie verhoogde in vergelijking met niet-geprenyleerde fenolen, en dat de cytotoxiciteit toenam in de volgorde: isoflavonen < flavanonen < chalconen. Cytotoxische potentie kon niet uitsluitend worden verklaard door hydrofobiciteit, aangezien verbindingen met vergelijkbare Log D-waarden tot tienvoudige verschillen vertoonden in hun cytotoxische effecten. De waargenomen cytotoxische effecten waren consistent met een niet-specifieke basale modus van toxiciteit in zoogdiercellen. Drie geprenyleerde fenolen, sophoraflavanon G, kanzonol C en mulberrine, vertoonden antimicrobi\u00eble activiteit bij concentraties onder hun cytotoxische niveaus, wat suggereert dat er een potentieel venster is voor selectieve antimicrobi\u00eble activiteit. Over het algemeen bieden de bevindingen een systematische dataset die hydrofobiciteit, cytotoxiciteit en antimicrobi\u00eble activiteit koppelt, ter ondersteuning van toekomstige SAR-modellering en evaluatie van het therapeutisch potentieel van geprenyleerde fenolen.\n\nIn Hoofdstuk 6 werden de belangrijkste bevindingen van dit proefschrift besproken. Een belangrijk geadresseerd aspect dat de berekening van selectiviteitsindices be\u00efnvloedt, was de verdeling van de verbindingen in de verschillende in vitro assays, die werd be\u00efnvloed door zowel assay-specifieke eigenschappen als de hydrofobiciteit van de verbinding. De membraangeassocieerde concentraties werden gemodelleerd om te beoordelen of SAR's werden be\u00efnvloed door differentieel verdelingsgedrag voor verbindingen met vari\u00ebrende hydrofobiciteit. Verder werd het mechanisme van antimicrobi\u00eble werking overwogen in relatie tot membraanverstoring, en werd de relatie tussen cytotoxische potentie en antimicrobi\u00eble activiteit ge\u00ebvalueerd. Concluderend vertegenwoordigen geprenyleerde fenolen een structureel diverse klasse van natuurlijke verbindingen met antimicrobi\u00eble activiteit. Vanuit een toepassingsperspectief lijken verbindingen die een krachtige antimicrobi\u00eble activiteit (MIC \u2264 10 \u03bcM) combineren met een matige hydrofobiciteit (Log D7.4 \u2264 5) het meest veelbelovend voor verdere ontwikkeling, vooral gezien hun verdelingsgedrag in biologische matrices en verminderde niet-specifieke binding aan eiwitten en lipiden. Formulering- en toedieningsstrategie\u00ebn kunnen een middel bieden om de selectiviteit ten opzichte van bacteri\u00ebn te verbeteren en de antimicrobi\u00eble effectiviteit bij lagere effectieve concentraties te verhogen.","summary":"The global crisis of antimicrobial resistance resulted in a growing demand for novel and effective antimicrobial agents. Prenylated phenolics from plants in the Fabaceae family show potent activity against Gram-positive bacteria and are generally considered as safe due to their long history of human exposure, making them attractive candidates for further optimization as antimicrobial compounds.\n\nPrenylation increases the hydrophobicity of phenolics and consequently enhances affinity for hydrophobic targets such as the cytoplasmic membrane. Understanding how specific structural features influence both antimicrobial and cytotoxic potency is essential for the optimization of prenylated phenolics as novel antimicrobials. Nevertheless, these structure-activity relationships (SARs) remain poorly understood. Therefore, this thesis investigated: (i) the SARs underlying the antimicrobial and membrane-disruptive properties of prenylated phenolics; and (ii) the cytotoxic potential of prenylated phenolics in mammalian cells, including the mechanisms underlying cytotoxicity.\n\nIn Chapter 1 the background and objectives of this PhD research were outlined. The chapter described the chemical diversity of prenylated phenolics and summarized the known SARs for their antimicrobial activity. Furthermore, the current knowledge on the mechanism of antimicrobial action of prenylated phenolics was reviewed. While previous research highlighted the importance of membrane interactions for antimicrobial activity, systematic and dose-dependent studies remain limited. Finally, the general trends reported for their cytotoxicity were summarized, although high variability in experimental conditions hinders robust conclusions.\n\nChapter 2 evaluated 40 prenylated phenolics for their antimicrobial activity against oral pathogen Streptococcus mutans. Twelve of the investigated prenylated phenolics were purified from licorice (Glycyrrhiza spp.) spent extract, and therefore represents a promising source for valorization. The novel 2-arylbenzofuran compound isokanzonol V showed the highest antimicrobial activity with a minimum inhibitory concentration (MIC) between 9 \u2013 17 \u03bcM. Several SARs were established: di-prenylated phenolics were more active than mono-prenylated phenolics, and C-ring opening of flavanones into chalcones increased potency. Overall, the findings highlighted the importance of hydrophobic volume, balanced hydrophilicity, and an elongated structure for effective anti-S. mutans activity.\n\nChapter 3 established the inhibition and permeabilization of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) for a structurally diverse set of prenylated phenolics, including several chemically synthesized C- and O-prenylated phenolics. The only O-prenylated phenolic that demonstrated antimicrobial activity (7-O-prenylnaringenin, MIC \u2264 37 \u03bcM) was more active than its C-prenylated analogues. Fluorescence microscopy showed that membrane permeabilization occurred within 5 min. This rapid onset of membrane damage suggested a direct interaction with the membrane phospholipids. Several structure-permeabilization relationships were established: for di-prenylated phenolics, membrane permeabilization potency decreased with a higher hydrophobic-to-polar surface area ratio, while for mono-prenylated phenolics, chain prenylation and a more globular molecular shape enhanced activity. Interesting, antimicrobial activity of prenylated phenolics was not correlated with membrane-permeabilizing efficacy, suggesting that additional mechanisms contribute to MRSA growth inhibition.\n\nChapter 4 studied the influence of the number of prenyl groups, prenyl configuration, and phenolic subclass on membrane interactions using liposome (model membranes) permeabilization assays and molecular dynamics (MD) simulations. Membrane permeabilization of liposomes depended on both phenolic structure and lipid composition. Mono-prenylated, chain-prenylated, phenolics with open C-ring (i.e., chalcones) generally showed higher permeabilization of POPC:POPG liposomes. In contrast, MD simulations demonstrated that membrane affinity increased with prenyl number and ring-closed prenylation. The di-prenylated 6,8-diprenylgenistein showed the highest predicted membrane affinity and deepest membrane insertion. Interestingly, compounds with the highest predicted membrane affinity were not the most effective permeabilizers, suggesting that strong membrane binding alone does not determine membrane disruption. The findings suggested that effective membrane permeabilization may require interactions close to the phospholipid headgroups, rather than deep insertion into the lipid bilayer. Overall, the findings support a membrane-related mechanism of action while indicating that additional mechanisms, besides permeabilization, may contribute to the antimicrobial activity of prenylated phenolics.\n\nFinally, in Chapter 5 the cytotoxic potency of a structurally diverse set of prenylated phenolics was evaluated. In addition, hydrophobicity (Log D) was experimentally determined for the same collection of compounds. SAR analysis showed that prenylation increased observed cytotoxic potency compared with non-prenylated phenolics, and that cytotoxicity increased in the order of isoflavones < flavanones < chalcones. Cytotoxic potency could not solely be explained by hydrophobicity, as compounds with similar Log D values differed up to ten-fold in their cytotoxic effects. The cytotoxic effects observed were consistent with a non-specific, basal mode of toxicity in mammalian cells. Three prenylated phenolics, sophoraflavanone G, kanzonol C, and mulberrin, exhibited antimicrobial activity at concentrations below their cytotoxic levels, suggesting a potential window for selective antimicrobial activity. Overall, the findings provide a systematic dataset linking hydrophobicity, cytotoxicity, and antimicrobial activity, supporting future SAR modelling and evaluation of the therapeutic potential of prenylated phenolics.\n\nIn Chapter 6, the main findings of this thesis were discussed. A key aspect addressed that affects calculation of selectivity indices was the compound partitioning in the different in vitro assays, which was influenced by both assay-specific properties and compound hydrophobicity. The membrane-associated concentrations were modelled to assess whether SARs were influenced by differential partitioning behavior for compounds with varying hydrophobicity. Furthermore, the mechanism of antimicrobial action was considered in relation to membrane disruption, and the relationship between cytotoxic potency and antimicrobial activity was evaluated. In conclusion, prenylated phenolics represent a structurally diverse class of natural compounds with antimicrobial activity. From an application perspective, compounds combining potent antimicrobial activity (MIC \u2264 10 \u03bcM) with moderate hydrophobicity (Log D7.4 \u2264 5) appear most promising for further development, particularly when considering their partitioning behavior in biological matrices and reduced non-specific binding to proteins and lipids. Formulation and delivery strategies may offer a means to improve selectivity towards bacteria and enhance antimicrobial efficacy at lower effective concentrations.","auteur":"Janniek Ritsema","auteur_slug":"janniek-ritsema","publicatiedatum":"27 november 2026","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/janniekritsema?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/b14ad005-ba13-454a-84c2-58ea28aa5f22\/highres","url_epub":"","ordernummer":"19512","isbn":"","doi_nummer":"10.18174\/681947","naam_universiteit":"Wageningen University","afbeeldingen":28448,"video_url":"","podcast_url":"","naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Wageningen University","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/28447","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/28448"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=28447"}],"wp:term":[{"taxonomy":"university_us_portfolio","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/university_us_portfolio?post=28447"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}