Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2025.

Bibliography: pages 111-112.

Parkinson's disease (PD) ranks as the second most common neurodegenerative disorder, with oxidative stress playing a significant role in its advancement. The hallmark of PD is motor dysfunction, which stems from the degeneration of dopaminergic neurons in the Substantia nigra (SN) region of the brain.
Various species of Pelargonium are primarily cultivated for their essential oils, which are utilized in the perfume industry and for ornamental purposes. While extensive research has explored the chemical constituents and biological effects of these essential oils, there is a lack of detailed information regarding their non- volatile compounds.
In this study, we employed an Ultra-Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry (UPLC-MS)-based metabolomics approach to analyze and annotate a range of metabolites found in three Pelargonium species: P. graveolens, P. denticulatum, and P. fragrans. We utilized The Global Natural Product Social Molecular Networking (GNPS) and conducted multivariate data analyses to cluster the metabolites. Our analysis identified a total of 154 metabolites from various classes, highlighting that these species are rich sources of coumarins, benzoic acid derivatives, organic acids, fatty acids, and phospholipids. Notably, P. graveolens and P. denticulatum showed the highest concentrations of flavonols (both mono and di O-glycosides) and cinnamic acid derivatives, while P. fragrans was particularly rich in tannins and flavone C-glycosides.
Further, the in vitro MAO-B inhibitory activity was assessed for the three species as a preliminary step for their anti PD effect. This study evaluated the IC50 values for P. graveolens (7.35 ± 0.18 µg/ml), P. denticulatum (7.42 ± 0.123 µg/ml), P. fragrans (8.12 ± 0.137 µg/ml), and selegiline (0.032 ± 0.006 µg/ml) in inhibiting the MAO-B enzyme. Results indicated that the three species exhibited comparable inhibitory effects, with P. fragrans having a significantly higher IC50 value than the two other species. In contrast, selegiline showed a significantly lower IC50 value, when compared to the three species, highlighting its potency as a standard inhibitor.

Based on these findings, P. graveolens was selected for further investigation of its in vivo neuroprotective effects in a rotenone-induced Parkinson’s disease rat model, motivated by its potent in vitro MAO-B inhibitory activity, high economic value, and availability in Egypt.
To assess the potential of P. graveolens leaves in alleviating PD, we evaluated the total ethanolic extract and its fractions (obtained using Diaion HP-20 column chromatography) for their ability to inhibit MAO-B enzyme in vitro. The 50% methanolic fraction (PG50) exhibited the highest MAO-B inhibition, with an IC50 value of 5.26 ± 0.12 µg/ml, compared to the reference drug selegiline, which had an IC50 value of 0.021 ± 0.003 µg/ml. We further investigated the neuroprotective effects of PG50 in a rotenone-induced PD rat model. Rats treated with rotenone (1.5 mg/kg, subcutaneously) showed a gradual decline in locomotor and behavioral functions, as assessed by the wire hanging test, when compared to the control group. In contrast, administering PG50 (100 mg/kg, orally) to PD rats significantly improved motor deficits caused by rotenone and restored levels of norepinephrine (NE), dopamine (DA), and serotonin (5-HT). Additionally, both PG50 and L-dopa (10 mg/kg, orally) significantly reduced α-synuclein levels by 367.60% and 377.48%, respectively. PG50 also helped restore oxidative balance by increasing glutathione (GSH) and decreasing malondialdehyde (MDA) levels by 23.12% and 164.19%, respectively. Furthermore, PG50 significantly lowered serum levels of TNF-α and IL-6 by 572.79% and 70.84%, respectively. The activities of succinate dehydrogenase (SDH) and lactate dehydrogenase (LDH) increased by 14.47% and 7.74%, respectively, following PG50 treatment. Importantly, PG50 also prevented the histopathological alterations induced by rotenone in the SN of PD rats. Using UPLC-MS/MS, we annotated a total of sixty-one metabolites in PG50, which included 32 flavonoids, 13 phenolic acids, 7 coumarins, 5 phenolic glycosides, and 4 dicarboxylic acids. An in silico analysis revealed that fourteen flavonoids (both aglycones and methoxylated derivatives) and cinnamic acids conjugated with organic acids showed a strong affinity for the active sites of the MAO-B enzyme.

Notably, methoxyluteolin dimethyl ether achieved the highest docking score of - 8.0625 kcal/mol, surpassing that of safinamide (-8.2615 kcal/mol).
The neuroprotective effect of geranium oil (PGEO) was also evaluated in a rotenone-induce PD rat model at the dose 100 mg/kg, orally. Rats treated with rotenone exhibited a progressive decline in locomotor and behavioral activities compared to the control group. However, treatment with PGEO significantly mitigated the motor impairments caused by rotenone and restored levels of NE, DA, and 5-HT. Additionally, PGEO and L-dopa both significantly reduced α-synuclein levels by 61.66% and 67.68%, respectively. PGEO also improved oxidative status by increasing GSH and decreasing MDA levels by 47.62% and 44.21%, respectively. It significantly reduced serum levels of inflammatory mediators TNF- α and IL-6 by 59.57% and 30.23%, respectively. Moreover, PGEO enhanced the activities of SDH and LDH by 26.66% and 38.88%, respectively. Treatment with PGEO ceased the histopathological changes induced by rotenone in the cerebral cortex and hippocampus of PD rats. A total of fifty-seven metabolites were identified in PGEO through GC-MS and GNPS molecular networking, including fatty acid amides, a new class of compounds in the Pelargonium genus that act as cell signaling lipids crucial for brain function.
These findings suggest that P. graveolens plant has significant potential as a neuroprotective agent against rotenone-induced PD.

يعد مرض باركنسون (PD) ثاني أكثر الاضطرابات التنكسية العصبية شيوعًا، حيث يلعب الإجهاد التأكسدي دورًا رئيسيًا في تطوره. يتميز المرض بخلل حركي ناتج عن تنكس الخلايا العصبية الدوبامينية في منطقة المادة السوداء (SN) بالدماغ.
تُزرع أنواع مختلفة من نبات البلارجونيوم بشكل أساسي لاستخراج الزيوت العطرية المستخدمة في صناعة العطور ولأغراض الزينة. بينما ركزت العديد من الدراسات على المكونات الكيميائية والآثار البيولوجية لهذه الزيوت، لا توجد معلومات تفصيلية عن مركباتها غير المتطايرة.
في هذه الدراسة، استخدمنا منهجية قائمة على استشراب السائل فائق الأداء المقترن بقياس الطيف الكتلي (UPLC-MS) لتحليل وتحديد مجموعة متنوعة من المستقلبات في ثلاثة أنواع من البلارجونيوم: P. graveolens وP. denticulatum وP. fragrans. تم استخدام منصة GNPS وتحليل البيانات متعدد المتغيرات لتجميع المستقلبات، حيث تم تحديد 154 مركبًا تنتمي إلى فئات مختلفة، مما أكد أن هذه الأنواع غنية بالكومارينات ومشتقات حمض البنزويك والأحماض العضوية والأحماض الدهنية والفوسفوليبيدات. أظهر P. graveolens وP. denticulatus أعلى تركيزات لمركبات الفلافونول (جلوكوزيدات أحادية وثنائية) ومشتقات حمض القرفة، بينما تميز P. fragrans بغناه بالtannins وفلافون C-جلوكوزيدات.
كخطوة أولية لتقييم التأثير المضاد لمرض باركنسون، تم قياس نشاط تثبيط إنزيم MAO-B في المختبر للأنواع الثلاثة. أظهرت النتائج قيم IC50 لـ P. graveolens 7.35 ± 0.18) ميكروغرام/مل)، P. denticulatum 7.42 ± 0.123) ميكروغرام/مل)، P. fragrans 8.12 ± 0.137) ميكروغرام/مل)، وسيلجيلين (0.032 ± 0.006 ميكروغرام/مل). لوحظ أن التأثير التثبيطي للأنواع الثلاثة كان متقاربًا، مع ارتفاع ملحوظ في قيمة IC50 لـ P. fragrans مقارنة بالنوعين الآخرين، بينما أظهر السيلجيلين قيمة IC50 أقل بكثير، مما يؤكد فعاليته كمثبط قياسي. بناءً على هذه النتائج، تم اختيار P. graveolens لمزيد من الدراسة لتأثيره العصبي الواقي في نموذج جرذان مصاب بمرض باركنسون مُحفَّز بالروتينون، نظرًا لقدرته العالية على تثبيط MAO-B في المختبر وقيمته الاقتصادية وتوافره في مصر.
لاختبار إمكانات أوراق P. graveolens في تخفيف أعراض PD، تم تقييم المستخلص الإيثانولي الكلي وأجزائه (المفصولة باستخدام كروماتوغرافيا العمود Diaion HP-20) لقدرتها على تثبيط إنزيم MAO-B في المختبر. أظهر الجزء الميثانولي 50% (PG50) أعلى تثبيط للإنزيم بقيمة IC50 بلغت 5.26 ± 0.12 ميكروغرام/مل، مقارنةً بالدواء القياسي سيلجيلين (0.021 ± 0.003 ميكروغرام/مل). كما تم دراسة التأثيرات العصبية الواقية لـ PG50 في نموذج جرذان PD المُحفَّز بالروتينون. أظهرت الجرذان المعالجة بالروتينون (1.5 مجم/كجم، تحت الجلد) تدهورًا تدريجيًا في الوظائف الحركية والسلوكية مقارنةً بمجموعة التحكم، في حين أدى إعطاء PG50 100) مجم/كجم، فمويًا) إلى تحسن كبير في العجز الحركي الناجم عن الروتينون، مع استعادة مستويات النورأدرينالين (NE) والدوبامين (DA) والسيروتونين (5-HT). بالإضافة إلى ذلك، قلل كل من PG50 وليفودوبا (10 مجم/كجم، فمويًا) مستويات ألفا-ساينوكلين بنسبة 367.60% و377.48% على التوالي. ساعد PG50 أيضًا في استعادة التوازن التأكسدي عبر زيادة الجلوتاثيون (GSH) وخفض مستويات المالوندايالديهايد (MDA) بنسبة 23.12% و164.19% على التوالي. كما خفض PG50 مستويات TNF-α وIL-6 في الدم بنسبة 572.79% و70.84% على التوالي، مع زيادة نشاط إنزيمات سكسينات ديهيدروجينيز (SDH) ولاكتات ديهيدروجينيز (LDH) بنسبة 14.47% و7.74% على التوالي بعد العلاج. الأهم من ذلك، منع PG50 التغيرات المرضية النسيجية التي يسببها الروتينون في المادة السوداء لجرذان PD.
باستخدام UPLC-MS/MS، تم تحديد 61 مستقلبًا في PG50، تشمل 32 فلافونويد و13 حمضًا فينوليًا و7 كومارينات و5 جليكوزيدات فينولية و4 أحماض ثنائية الكربوكسيل. كشفت دراسة حاسوبية أن 14 فلافونويد (أغليكونات ومشتقات ميثوكسيلية) وأحماض القرفة المترافقة مع أحماض عضوية أظهرت تقاربًا قويًا لمواقع الربط النشطة لإنزيم MAO-B، حيث حقق ميثوكسي لوتيولين ثنائي ميثيل الإيثير أعلى درجة ربط (-8.0625 كيلوكالوري/مول)، متفوقًا على سافيناميد (-8.2615 كيلوكالوري/مول).
تم أيضًا تقييم التأثير العصبي الواقي لزيت البلارجونيوم (PGEO) في نموذج جرذان PD المُحفَّز بالروتينون بجرعة 100 مجم/كجم فمويًا. أدى العلاج بالروتينون إلى تدهور الوظائف الحركية والسلوكية، في حين خفف PGEO هذه الاختلالات بشكل ملحوظ واستعاد مستويات NE وDA و5-HT. كما قلل PGEO وليفودوبا مستويات ألفا-ساينوكلين بنسبة 61.66% و67.68% على التوالي، وحسّن الحالة التأكسدية عبر زيادة GSH بنسبة 47.62% وخفض MDA بنسبة 44.21%. كما خفض مستويات TNF-α وIL-6 في الدم بنسبة 59.57% و30.23% على التوالي، ورفع نشاط SDH وLDH بنسبة 26.66% و38.88% على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، منع PGEO التغيرات المرضية النسيجية في القشرة المخية والحصين لجرذان PD. تم تحديد 57 مستقلبًا في PGEO عبر GC-MS وشبكة GNPS الجزيئية، بما في ذلك أميدات الأحماض الدهنية (فئة جديدة في جنس البلارجونيوم) التي تعمل كجزيئات إشارة خلوية حيوية لوظائف الدماغ.
تشير هذه النتائج إلى أن نبات P. graveolens يمتلك إمكانات كبيرة كعامل عصبي واقٍ ضد مرض باركنسون المُحفَّز بالروتينون.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.