Buněčná a molekulární fyziologie lipidů
LIPIDY A JEJICH INTERAKCE V MECHANISMECH
ROZVOJE NÁDORŮ
Doc. RNDr. Jiřina Hofmanová CSc.
Oddělení cytokinetiky BFÚ AV ČR, v.v.i, Brno
Oddělení fyziologie a imunologie živočichů
ÚEB, Přírodovědecká fakulta MU Brno
Anand P. et al., Pharmaceutical Research 2008
Vznik a rozvoj nádorů
genetické faktory + faktory vnějšího prostředí
Bioaktivní složky potravy
ovlivňují genetické a epigenetické děje
spojené se vznikem různých patologických procesů
Trujillo E., J Amer Diet Assoc., 106, 2006
??Podíl výživy stále diskutován???
Mnohostupňový proces karcinogeneze
INICIACE PROMOCE PROGRESE
MUTAGENY
RADIACE
VIRUSY….
GENOTOXICITA
NEGENOTOXICKÉ
KARCINOGENY
PRENEOPLASTICKÉ
ZMĚNY
INICIOVANÁ
BUŇKA
NORMÁLNÍ
BUŇKA
MALIGNÍ
NÁDOR
METASTÁZY
AKTIVACE PROTO-ONKOGENŮ
INAKTIVACE NÁDOROVĚ SUPRESOR. GENŮ
INAKTIVACE ANTIMETASTAT. GENŮ
GENOTOXICKÉ
+NEGENOTOXICKÉ
FAKTORY
DIETA
Zvýšený přísun kalorií (vysoký obsah tuků)
vs. snížený výdej
Nerovnováha (lipidového) metabolismu
Inzulinová rezistence
Diabetes
Lipidové složky výživy
Vznik kardiovaskulárních a
nádorových onemocnění
Orešič M. et al. Trends in Biotechnology 2008
Různá biologická úloha lipidů
TUKY (lipidy) NEJSOU POUZE ZDROJ ENERGIE !!!
Strukturální a regulační úloha s významným dopadem na
fyziologické funkce organismu
Úloha v patofyziologii - nádory
Aktivita proteinů
(přenašečů, receptorů)
Mediátory a modulátory
vnitrobun. signalizační sítě
Metabolická rovnováha
Zásobárna
energie
ODPOVĚĎ a
CHOVÁNÍ BUNĚK
rostl.oleje
rybí oleje
plankton, řasy)
dlouhé C řeztězce a 2 i více dvojných vazeb
ESENCIÁLNÍ VYSOCE NENASYCENÉ MASTNÉ KYSELINY (VNMK)
Řada n-6 a n-3
důležitý
poměr
v záp dietě
až 20:1
(1:1)
Ve všech stádiích rozvoje
uplatnění
bioaktivních složek výživy
stimulace či zástava progrese
Tammarielo AE and Milner JA J Nutr Biochem 21:77, 2010
Rozvoj nádorů kolonu
Multifaktoriální a komplexní etiologie
Genetické i epigenetické změny, životní styl, výživa
Epidemiologické, experimentální a dnes již i klinické studie
prokazují protektivní úlohu n-3 VNMK (plankton, rybí
olej) a
mastné kyseliny s krátkým řetězcem
BUTYRÁTU z vlákniny
V ZÁNĚTU I KARCINOGENEZI KOLONU
Psyllium
Přechod adenom x karcinom
fetální colon
FHC
adenom
AA/C1
RG/C2
adenocarcinom
HT-29
HCT-116
SW480
lymf.
metastáza
SW-620
Buněčné línie
Účinky VNMK a butyrátu
normální epitel
NCM460
Mikrobiální fermentace
vlákniny ve střevě
NEDOSTATEČNĚ JSOU STÁLE OBJASNĚNY
► MECHANISMY ÚČINKŮ SAMOTNÝCH MK
► JEJICH VZÁJEMNÁ SOUČINNOST
► INTERAKCE S ENDOGENNÍMI REGULÁTORY
BUNĚČNÉHO RŮSTU, DIFERENCIACE A SMRTI
C
N
FA
FA-CoA
FAT/CD36
AA (50μM)
Rostl. oleje
NaBt (3mM)
vláknina
DHA
Rybí oleje
DETEKOVANÉ PARAMETRY
(různý stupeň bun. organizace)
PLASMATICKÁ MEMBRÁNA
Struktura lipidů (lipid packing)
Transportní proteiny
průtoková cytometrie - FCM
Analýzy buněčných lipidů
Fosfolipidy, neutrální lipidy (LC-MS-MS)
Složení MK (GC-MS)
CYTOPLASMA
Akumulace lipidů (lipid droplets, FCM)
Produkce ROS – FCM
MITOCHONDRIE
Mit. membránový potenciál – FCM
Exprese apoptických proteinů (Western blot)
JÁDRO
Transkripční faktory, genová exprese (PCR)
PPRE
PPAR
Jádro
Proliferace Diferenciace Apoptóza
Plasmatická
membrána
Cytoplasma
Endogenní regulátory
TRAIL, TNFα,
anti-Fas
Receptory smrti
DR4, DR5
CD95
Mitochondrie
Lipid
droplets
Na modelech buněk kolonu jsme prokázali
► příznivé účinky kombinace VNMK a butyrátu
u modelových buněk nádorů kolonu (antiproliferační a apoptické
působení, vč. některých mechanismů)
Hofmanová J. et al, Eur J Nutr 2005
Hofmanová J. et al. Mol Nutr Food Res 2009
► posílení účinků endogenních regulátorů apoptózy
(cytokinů z rodiny TNF indukujících apoptózu) a překonání rezistence
působením mastných kyselin (VNMK i butyrát)
Kovaříková M. et al. Eur J Cancer 2000
Kovaříková M. et al., Differentiation 2004
Hofmanová J. et al., Cancer Letters 2005
Vaculová A. et al, Cancer Letters 2005
Hofmanová J. et al. Oncology Reports 2008
Hýžďalová M. et al. Cytokine 2008
► významnou úlohu buněčných lipidů v těchto účincích
Hofmanová J. et al. J Nutr Biochem 2011
FACSCalibur
Metoda průtokové cytometrie
Specifická barviva - intenzita fluorescence
Parametry odrážející chování buněčných populací
Fáze buněčného cyklu Exprese CD povrchových antigenů
Exprese a produkce vnitrobun. molekul
r. 1997
ME Surette, CMAJ 2008
DHA ???
● Rozdíly ve složení a metabolismu lipidů během vývoje nádoru (indikátor rizika)
● Odlišné změny lipidů po působení mastných kyselin
LIPIDOMIKA
●Rozdíly v citlivosti k fyziologickým regulátorům
● Rozdíly v odpovědi na terapii
Bougnoux P. et al, Cancer Epidemiol Biomarkers Prev, 2006
Lipidové rafty
Srovnání lipidových profilů
linií z lidského kolonu
různého stupně nádorové
transformace
(„lipid fingerprint“)
KLINICKÉ VZORKY
Analýza epiteliálních buněk
izolovaných z nádoru a normální
tkáně kolonu u pacientů
(chirurgie FN Bohunice)
ROZVOJ LIPIDOMIKY
Analytické metody
LC-MS-MS
GC-MS
Praktické aspekty poznatků
o působení mastných kyselin
Nejedná se o farmaka, součást stravy, poměrně vysoké dávky (0,5-2g)
VYUŽITÍ :
DIETETICKÁ DOPORUČENÍ
Zdraví a prevence chorob
Středomořská dieta
Funkční potraviny
Potraviny pro zvláštní lékařské účely
TERAPEUTICKÉ VYUŽITÍ – nutriční farmakologie
Imunomodulace, antikachektické účinky, kombinovaná terapie,
adjuvantní terapie, „disease specific nutrition“, nosiče léků
PARENTERÁLNÍ
A ENTERÁLNÍ VÝŽIVA
optimalizace složení
lipidových emulzí
VÝUKA
PŘEDNÁŠKY a CVIČENÍ:
● Speciální metody fyziologie živočichů Bi5611c (2.r.)
● Moderní metody buněčné biologie Bi6725 (3.r.)
4.r.
● Genotoxicita a karcinogeneze Bi8110
● Fyziologie buněčných systémů Bi7070
● Zdravotní rizika Bi6871
● Molekulární fyziologie živočichů Bi6051
● Mechanismy buněčné smrti Bi8870
● Analytická cytometrie Bi9393
● Fyziologie působení farmak a toxických látek
TÉMATA BAKALÁŘSKÝCH, DIPLOMOVÝCH a DISERTAČNÍCH PRACÍ
Založení České společnosti pro analytickou cytometrii (ČSAC) v r. 2000
CÍL: propojení výzkumu, kliniky a praxe a napojení na mezinárodní aktivity
(Int. Soc. Analytical Cytometry, European Cytometry Network)
Konference s mezinárodní účastí: 2001, 2003, 2005, 2007, 2009, 2011, 2013