METABOLISMUS A HLAVNI MECHANISMY TOXICITY CIZORODÝCH LÁTEK HLAVNI MECHANISMY TOXICITY XENOBIOTIK „Přímé" mutageny / genotoxiny; metabolická aktivace promutagenů, adukty s proteiny a DNA, chromosomální aberace AhR-dependentní dioxinová aktivita Další receptor-dependentní mechanismy endokrinní disrupce (např. estrogenita) Oxidatívni stres (ROS, redoxní cyklování semichinonů, peroxisomální proliferace, peroxidace lipidů, oxidatívni poškození DNA a proteinů), modulace signální transdukce pomocí ROS Inhibice mitochondrialnich 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, inhibice apoptózy Disrupce mezibuněčných spojení (gap junctions, adherens junctions,...) / \ " Cytotoxicita, indukce apoptózy Přežívání, transformace buněk (komplexní mnohastupnový proces iniciace, promoční mechanismy - de/diferenciace, angiogeneze,...) GENOTOXICITA - METABOLICKÁ AKTIVACE POLYCYKLICKÝCH AROMATICKÝCH UHLOVODÍKU Hlavní enzymy metabolické aktivace PAHs: CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1 BMP rterkally hindered bay region Qord region n 11 DMBA DBMP 11 1 P450 HO OH l+í-wUP-7.*-dtol OH (+)- and (-1- MtiP-U-tioh 9 10-woidde (+1- mů í-i-BíiJP l.i-oúút HO P450 on l-h H»)P-U-dioi DETOXIKACE POLYCYKLICKYCH AROMATICKÝCH UHLOVODÍKŮ: Protektivni úloha GST, UDPGT aj. enzymů 2. fáze biotransformace + GSH Glutathione-S-transferase P450 ( DHA DB [a, /]P DBMP-11 f 12-epoxide OB^P-l 1 T12-diol í)B(aFnP-n,12-dÍol 13,14-epoxide 7,12-DMBA «i 7.12-DMBA- 3,4-oxide DNA 7,12-DMBA-3,4-diol 7.12-DMBA 3,4-dioM,2-epoxide imerizace, alkylace, tvorba „bulky adducts") UV záření: dimerizace Jkylace (methylace) = 0 --------► -OCH Vznik „bulky adducts" IAJ Upewn to W WjA k> C------N í—s o*. <>, £------N. c> CHs AdjAfcwif Ih/TTiirtri in DNA <».i Ufbtfea nr*r ľ.c í -i ,»,>,. -í ^ í-^ .c—h / í - o c—c W\ I^CH *CHC CvťtobuUA*Hng / CH, c-o ■f- o i HN C \\ .1 II V GuMUM Thy»*» ■ i:v Q1 rWflWlJuJIilM HM' i r> OH tii&y 1PX& xtatnan t\ a í r«) fVA m n a. a a a a ľfl lTíI POSTGENOTOXICKÉ SIGNÁLY, APOPTÓZA 1. Metabolická aktivace - cytochromy P450 (CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1) + alternativní dráha (AKR1C9, AKR1A1) Stabilní adukty DNA-PAH C Y P-Prr*otida.»* **** BP CYP1AWCYP1B1 Epoxide Hydrolase OH WBfi-TJSrtiieH 9> CYP1A1 HO" OH NAD(ľ NAWPXt o®- UNA AiJtlucI- !' i.L ..; Ctuion HO' Oil >H20, O-tj-scoitouinone anion re J kál o, is; — 1 Damage J •J Oxídutiv* l>NAl IDina^f ^ BP-7bB-Dione ^-# Stable uatl Oxidatívni stres Oxidatívni poškození DNA (oxidace baží, apurinová místa) Drpurinutili g GENOTOXICKE EFEKTY PAHs, POSTGENOTOXICKE SIGNÁLY, APOPTÓZA 2. DETEKCE POŠKOZENÍ DNA (stabilní adukty DNA s metabolity PAHs) A DBalPO.lüM / DBahAluM ■ DBaeP10|iM BaP1|iM L 0 Mi G H CHRY10|iM , BaA10|iM BgChryliiM 0 DMSO Metoda 32P-postlabeling: expozice buněk, izolace DNA, digesce a značení 32P, TLC, detekce radioakt. fosforu DBalP, DBaeP, BgChry, BaP -silně genotoxické PAHs; DBahA, BbF, Chry, BaA-převážně negenotoxické efekty (aktivace AhRatd.) t\ a í r«) fVA m n ai a a a a ľfl lTíI POSTGENOTOXICKÉ SIGNÁLY, APOPTÓZA 3. POSTGENOTOXICKÉ SIGNÁLY (sensory poškození, regulátory DNA „repairu" a apoptózy) Roos, Kaina, 2006 Dioxins (Turntw promoters) 0(a)P íPAHs) ApoptotJc sigial AP-1* ^Ě*ť Cytoplasm !ÄTM [AIR! Sustained upregulaíkm? ĽNA adrfustg *DNAadducla Trenscrpltonaľ sctiviaíion ot C VPI Al B[ů)P (PAHS) a Mrtabůllc activation Nucleus Readme metflbfjriteí Sensory genotoxicity, přenos post-genotoxických signálů a regulace: ATM,ATR,H2AXJChK1J ChK2, p53 1JW Mft!\ C-SBs \ Replication ůlQcaing lesion BRCA1 . NBSi A CUKl OHIO t t A H2AX DNA rapfcf p53 UĎME i T Call-sydetHííck BENZIDINU (příklad účasti jiných enzymů na bioaktivaci H2M NH3 Bioaktivačními enzymy mohou být peroxidázy a další enzymy Peroxidne HN NH tíRíb NH: A" HjN^N^N HN NH oxidatívni stres oxidatívni stres »je nerovnováha mezi (zvýšenou) produkci ROS a oxidovaných metabolitů a limitovanou kapacitou antioxidačních mechanismů. Hlavní mechanismy vzniku ROS: - chorobné stavy (reumatoidní choroby, záněty...) - redoxní cyklování (např. naftochinony, adriamycin, paraquat aj.) - vedlejší produkty respirace a dalších metabolických procesů (prostaglandin H syntéza, diaminooxidáza, xanthinoxidáza) - aktivace 02 v cyklu P450 (např. pomalu metabolizované substráty CYP2B - fenobarbital, lindan), vznik i v respiračním řetězci - přímá produkce ROS (t-BuHP, cis-DPP) - snížení hladiny GSH (dietylmaleát) -radiace REAKTIVNÍ FORMY KYSLÍKU (ROS) \* ■ f * HO. I H" ^ H* * V ŕ ^H20 + OH' **m ^+2 H5O 1 H+ +■ OH Redukce nitrosloučenin FlavoproMin Arormtic n-ilfo com pound icyiochrom* f redutu^«] Cy toch rome />■ 450 R MHO H Enoopttimlc r««ulum 2*' 2H' Hydrofcylamin« RNH, Aromatic primary «min* GVI&ÍOl F|tvcfif OH R 6- hyd rox y- 5,6-dih ydrocytosine 5-hy droxy u raci I uracil gJycol METABOLICKÁ AKTIVACE TETRACHLORMETANU METABOLICKÁ AKTIVACE CCL4 JATERNÍMI CYTOCHROMY P450 CCJ, CYP Toxicita CCI4: - alkylace, - oxidatívni poškození, - toxický metabolit (fosgén) v ci RK ccis ■-------------- trichlorometylový radikál ■** cct, -o -o* t ri chlórom ethy I-peroxyradikäl I sekundárni radikál (napr, lipid) i O CI-C-CI fosgén kovalentní vazby na lipidy a proteiny {napr. R-S-CClj OXIDATÍVNI STRES (lipidni peroxidace) ) Poškozeni membrán, inaktivace enzymů, sníženi syntézy DNA V W «Hj Pluriýrnniftoglc wM o ** o» haOPh ĽYP MÉátaM yW££ CYPriJudm« Ô OH COOH COOH :::.;.ip>'!-'ih MlfnfltWH a-Hyo'ory.1.4-