HLAVNÍ MECHANISMY TOXICITY CIZORODÝCH LÁTEK
HLAVNÍ MECHANISMY TOXICITY XENOBIOTIK
,,Přímé" mutageny / genotoxiny; metabolická aktivace promuta-
genů, adukty s proteiny a DNA, chromosomální aberace;
oxidativní stres - oxidativní poškození DNA
AhR-dependentní dioxinová aktivita
Další receptor-dependentní mechanismy endokrinní disrupce
(např. estrogenita)
Oxidativní stres (ROS, redoxní cyklování semichinonů,
peroxisomální proliferace, peroxidace lipidů, oxid. proteinů),
modulace signální transdukce pomocí ROS
Inhibice mitochondriálních funkcí (respirace, syntéza ATP, ale
také apoptóza)
Neurotoxicita, imunotoxicita, poruchy metabolismu
endogenních látek
HLAVNÍ MECHANISMY TOXICITY XENOBIOTIK
NA BUNĚČNÉ ÚROVNI (jsou výsledkem
molekulárních procesů v buňce a na povrchu
buňky)
Modulace buněčného cyklu, zvýšená proliferace buněk,
modulace diferenciace
Cytotoxicita, indukce apoptózy / inhibice apoptózy
Inhibice mezibuněčných spojení
Transformace buněk (komplexní mnohastupňový proces
iniciace, promoce, ...)
GENOTOXICITA ­ METABOLICKÁ AKTIVACE
POLYCYKLICKÝCH AROMATICKÝCH UHLOVODÍKŮ
Hlavní enzymy metabolické aktivace PAHs:
CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1
GENOTOXICITA ­ METABOLICKÁ AKTIVACE
POLYCYKLICKÝCH AROMATICKÝCH UHLOVODÍKŮ
DETOXIKACE POLYCYKLICKÝCH AROMATICKÝCH
UHLOVODÍKŮ:
Protektivní úloha GST, UDPGT aj. enzymů 2. fáze biotransformace
GENOTOXICITA ­ METABOLICKÁ AKTIVACE
POLYCYKLICKÝCH AROMATICKÝCH UHLOVODÍKŮ
HLAVNÍ TYPY POŠKOZENÍ DNA (,,bulky adducts")
Alkylace (methylace)
= O -OCH3
Vznik ,,bulky adducts"
UV záření:
dimerizace
GENOTOXICITA ­ METABOLICKÁ AKTIVACE
BENZIDINU:
oaktivačními
zymy mohou
t peroxidázy
další enzymy
AKRYLAMID:
-detoxikace
-metabolická
aktivace
-tvorba aduktů
s proteiny
-tvorba aduktů
s DNA
MALONDIALDEHYD - TYPICKÝ PRODUKT
PEROXIDACE LIPIDŮ TVOŘÍ ADUKTY S DNA
OXIDATIVNÍ POŠKOZENÍ DNA
HLAVNÍ TYPY POŠKOZENÍ DNA (,,apurinic sites")
Oxidativní deaminace
Depurinace
(nestabilní
modifikované
nukleotidy)
PRODUKTY OXIDATIVNÍHO POŠKOZENÍ DNA
Biomarker
oxidativního
poškození
DNA
(stanovení
HPLC)
METABOLICKÁ AKTIVACE TETRACHLÓRMETANU
oxicita CCl4:
alkylace,
oxidativní poškození,
toxický metabolit
(fosgen)
METABOLICKÁ AKTIVACE A DETOXIKACE
BENZENU:
ZÁKLADNÍ MECHANISMY NÁDOROVÁ PROMOCE
Mitogenní efekt, zvýšení buněčné proliferace, vyvázání
z kontaktní inhibice růstu
- aktivace ER, AR, AhR (závisí na buněčném ,,kontextu"),
modulace signální transdukce růstovými faktory (např. aktivace
ras), ROS, aktivace proteinkinázy C (např. produkce DAG po
expozici forbolestery) atd.
Inhibice apoptózy
Inhibice mezibuněčné komunikace (GJIC)
Dediferenciace, acetylace / deacetylace histonů aj. procesy
OXIDATIVNÍ STRES
Oxidativní stres je nerovnováha mezi (zvýšenou) produkcí ROS a
oxidovaných metabolitů a limitovanou kapacitou antioxidačních
mechanismů.
Hlavní mechanismy:
- redoxní cyklování (např. naftochinony, adriamycin, paraquat aj.)
- vedlejší produkty respirace a dalších metabolických procesů
(prostaglandin H syntáza, diaminooxidáza, xanthinoxidáza)
- aktivace O2 v cyklu P450 (např. pomalu metabolizované substráty
CYP2B ­ fenobarbital, lindan)
- přímá produkce ROS (t-BuHP, cis-DPP)
- snížení hladiny GSH (dietylmaleát)
- chorobné stavy (reumatoidní choroby, záněty...)
- radiace
REAKTIVNÍ FORMY KYSLÍKU (ROS)
dukce
trosloučenin
peroxid
roxid
droxylový
dikál
REAKTIVNÍ FORMY KYSLÍKU:
redoxní cyklování chinonů / antioxidační enzymy
PEROXIDACE LIPIDŮ
DŮSLEDKY OXIDATIVNÍHO STRESU
ENDOKRINNÍ DISRUPCE
AKTIVACE AhR A NUKLEÁRNÍCH RECEPTORŮ
Aktivace AhR (indukce CYP1A1/1A2/1B1; modulace bun.
cyklu, imunosuprese, syndromy dioxinové toxicity).
Xenobiotika jako estrogeny / antiestrogeny
Androgeny / antiandrogeny
Peroxisomální proliferátory
Xenobiotika modulující thyroidní funkce
PCB - ENDOKRINNÍ DISRUPTORY
Koplanární PCB: induktory AhR
(,,dioxin-like compounds");
efekty také na thyroidní funkce
(kompetitivní vazba
na thyroid binding protein);
antiestrogenita (efekty na ER-
dependentní genovou expresi, indukce
hydroxylace estradiolu
Nekoplanární PCB:
- nízkomolekulární kongenery mají
estrogenní aktivitu;
- prevalentní výšechlorované PCB
jsou antiestrogenní a antiandrogenní;
- vazba na thyroid binding protein;
- vazba na RyR (neurotoxicita)
PCB ­ (ANTI)ESTROGENITA
ýšení
etabolismu E2
inaktivace
rmonu
osyntéza?
tivace/
prese ER
METABOLISMUS POLYCHLOROVANÝCH
BIFENYLŮ (PCB)
Mikrobiální
degradace
Metabolismus
u vyšších
živočichů:
oxidativní metab.
(hl. cesta C, D;
alternat. A, D);
NIH posun chlóru
Výšechlorované
OH-PCB jsou
antiestrogenní
METABOLITY POLYCHLOROVANÝCH BIFENYLŮ
(PCB) ­ 2. FÁZE
Methylsulfonyl-PCB ­ také toxicky významné (vazba na GR,
modulace 2. fáze metabolismu estradiolu aj. efekty)
NEUROTOXICITA
Inhibice acetylcholinesteráz (např. karbamáty,
organofosfáty, ...)
Interakce s ryanodyne receptorem (RyR)
Modulace uvolňování dopaminu
Poruchy diferenciace, růstu nervové tkáně, inhibice GJIC
další interakce
NEUROTOXICITA: inhibice AChE
pomalení
NEUROTOXICITA: interakce s RyR
a modulace Ca2+
IMUNOTOXICITA
Obecně mohou být po expozici xenobiotiky porušeny
všechny typy humorální a buněčné imunity
Apoptóza vede k supresi krevních buněk (příklad:
benzo[a]pyren je cytotoxický v relativně nízkých
koncentracích)
Suprese funkce a hmotnosti thymu (dioxiny, koplanárními
PCB aj. AhR agonisty)
Poruchy indukce protilátkové odpovědi a další
mechanismy
MECHANISMY IMUNOTOXICITY BENZO[A]PYRENU
Apoptóz
CHEMICKÁ KARCINOGENEZE:
ZÁKLADNÍ KONCEPT
Mnohastupňový proces vývoje rakoviny, komplexní
interakce genetických, genotoxických a epigenetických
(negenotoxických) faktorů. Základní fáze karcinogeneze:
1) iniciace;
2) promoce;
3) progrese, metastáze
Faktory ovlivňující mutagenitu/genotoxicitu a karcinogenitu
1) genetické predispozice (,,susceptibility");
2) environmentální faktory (chemické kontaminanty, nutričn
vlivy), kombinace 1 + 2;
3) suprese imunologických funkcí;
4) neznámé faktory
CHEMICKÁ KARCINOGENEZE
CHEMICKÁ KARCINOGENEZE
GENOTOXICKÉ KARCINOGENY reagují s DNA a
ireversibilně pozměňují genom (bodové mutace, změny v
chromosomální struktuře, zlomy, výměny sesterských
chomatid, klastogeny); interakce chemických látek s
DNA:alkylace, oxidativní poškození nukleotidů, interkalace
INICIACE; mutace DNA repair, onkogenů (ras, myc aj.)
a tumor-supresorových genů (např. p53) - genů
kontrolujících buněčný cyklus a proliferaci (PAHs, nitro-
PAHs, NNK aj. nitrososlouč.
NEGENOTOXICKÉ KARCINOGENY modulují signální
transdukci na postranslační úrovni - pozměněna proliferace
a diferenciace, inhibována apoptóza především působ
ve fázi PROMOCE karcinogeneze (dioxiny, PCB, OCP,
azbest, křemenný prach, keramická vlákna, kovové ionty,
např. Co, Mn, Ni, Cr, Be)
KOKARCINOGENY - samy nejsou nutně karcinogenní,
potencují aktivitu karcinogenu
SUSCEPTIBILITA
polymorfismus CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1, CYP2E1, GSTM1,
NQO1, NAT aj. genů biotransformačních enzymů;
DNA repair; mutace v tumor-supresorových genech;
otázka etnik, pohlaví, věku;
komplexní vlivy spolu s nutričními návyky (včetně mikronutrientů,
vitamínu, PUFA aj.).
ENVIRONMENTÁLNÍ EXPOZICE
kouření;
chemické zatížení vzduchu (prach, PAHs, volatilní karcinogeny);
kontaminovaná potrava (pesticidy, persistetní látky, napúř. PCB,
dioxiny);
pracovní prostředí (PAHs, chemické výroby, cytostatika aj.)
PREKLINICKÉ EFEKTY
chromos. aberace, genové mutace, aktivace onkogenů, inaktivace
tumor. supresor. genů, komponenty bun. cyklu
lek.
logické
tody,
idemiolog.
die
novení
terní"
vky
tinin, PCB,
H-pyren),
novení
olekulární"
vky (DNA- a protein.
ukty s PAHs,
idativní
škození)
MECHANISMY NEGENOTOXICKÝCH PROCESŮ
interference s transdukčními signály, které kontrolují normální
buněčný růst a diferenciaci (aktivace EGFR/ErbB2-ras-ERK,
aktivace PKC, aktivace ER- nebo AR-dependentní buněčné
proliferace, zvýšená produkce ROS aj.) ­ mitogenní efekt
inhibice apoptózy - další mechanismus PŘEŽÍVÁNÍ
transformovaných buněk
,,klasické" epigenetické mechanismy (methylace DNA) nebo
acetylace/deacetylace histonů) ­ de/diferenciace
strukturní a funkční změny cytoplasmatické membrány, efekty na
intercelulární komunikaci (např. inhibice GJIC) - vyvázání se z
homeostatické kontroly okolních buněk, procesy související s
progresí a metastázemi
PŘÍKLAD AKTIVACE BUN. PROLIFERACE
(aktivací signální transdukce)
MECHANISMY NEGENOTOXICKÝCH PROCESŮ
rbol-
yristátacetát
PMA, TPA
odelový
mor. promoter)
tivace PKC-
K;
perfosforylace
, inhibice GJIC
DŮSLEDKY OXIDATIVNÍHO STRESU
DŮSLEDKY AKTIVACE PPAR
MEZIBUNĚČNÁ SPOJENÍ
Adherens junctions Tight junctions Gap junctions
INTERCELULÁRNÍ SPOJENÍ GJIC
ákladní stavební
ednotkou jsou
roteiny konexiny
connexin 32, 43 atd.),
teré tvoří hexamery
konexony);
onexony sousedních
uněk mohou tvořit
polečný kanál,
terým procházejí
ignální molekuly
cAMP, Ca2+ atd.)
INHIBICE GJICINHIBICE GJIC
((scrapescrape--loadingloading // dyedye transfertransfer assayassay; prostup; prostup
fluoreskujfluoreskujííccíí luciferovluciferovéé žžlutiluti monovrstvoumonovrstvou
bunbuněěk)k)
ontrola expozice TPA (produkce DAG, aktivace PKC
a ERK1/2, hyperfosforylace konexinu)