VLIV CIZORODÝCH LÁTEK NA METABOLISMUS A HOMEOSTÁZI LIPIDŮ
-xenobiotika mohou ovlivňovat hladiny sfingolipidů (= signálních molekul),
    příkladem je ceramid, který vede v řadě buněk k apoptóze
-
-xenobiotika mohou indukovat hladiny diacylglycerolu (= aktivuje PKC a
    jiné proteinkinázy zapojené v intracelulární signální transdukci)
-
-xenobiotika mohou ovlivňovat hladiny metabolitů PUFA (prostaglandinů a
    HETE) modulací lipoxygenázové, cykloooxygenázové a monooxygenázové
    aktivity
-
-xenobiotika mohou ovlivňovat vlastnosti plasmatické membrány
    (spojeno se změnou aktivit povrchových receptorů a membránových
    přenašečů)

Xenobiotika ovlivňují syntézu a metabolismus lipidů:
role syntézy ceramidu a DAG v signální transdukci
(ovšem neplatí obecně!)
lipidy03_ceramide_DAG_17
PC-PLC a
SMsyntáza
versus
SMáza

Mechanismy účinku ceramidu:
aktivuje enzymy signální transdukce i transkripční faktory
lipidy02_SMSase_19
Koncentrace ceramidu a
dihydroceramidu ovlivňuje
vlastnosti (rigiditu) plasm.
membrán
(ovlivnění funkce
proteinových
receptorů)
Změna genové exprese, apoptóza apod.
= intracelulární signální transdukce

Další efekty xenobiotik: produkce mediátorů zánětlivých procesů a toxických lipidových metabolitů
(kyselina arachidonová jako substrát pro enzymy CYP, LOX a COX)
AA_met_COX_LOX_CYP

REGULACE EXPRESE TRANSKRIPČNÍMI FAKTORY NF-kB (ovlivněny řadou xenobiotik)
GENOVÁ EXPRESE
COX-2, PLA2,
iNOS, cytokinů
(TNFa aj.),
chemokinů
PROZÁNĚTLIVÉ
PROCESY
(indukce syntézy prostaglandinů aj.)

NEUROTOXICITA
E Inhibice acetylcholinesteráz (např. pesticidy karbamáty, organofosfáty, ..) = inhibice hydrolýzy
acetylcholinu po navázání
     na cholinergní receptor; obecně: interakce xenobiotik s receptory;
     modulace uvolňování dopaminu a efekty na další signálování
     zprostředkované neurotransmitery
EInterakce s ryanodyne receptorem (RyR) – deregulace Ca2+ koncentrací = modulace Ca2+-dependentní
enzymů, event. až
     apoptóza
EPoruchy diferenciace a růstu nervové tkáně (inhibice mezibuněčné komunikace GJIC; interakce
xenobiotik s thyroidním receptorem TR a dalšími transkripčními faktory a kofaktory regulujícími
vývoj nervové tkáně; jiné mechanismy)

Tox_AChE
NEUROTOXICITA: inhibice acetylcholinesterázy (AChE)
Zpomalení
regenerace
vazebného místa
(uvolnění produktu
esterázovou reakcí) –
brání opětné repolarizaci
neuronu
Sarin (fosfonát, boj. chem. látka,
použito v tokijském metru, v Sýrii)
zasahuje cholinergní receptory
v nervosvalových ploténkách,
mozku a periferním nervstvu

NEUROTOXICITA: interakce s RyR
a modulace Ca2+
Existuje několik
mechanismů
uvolňování Ca2+
(regulace např. RyR
nebo SERCA)
a řada enzymů,
receptorů a dalších
„cílů“, které
jsou regulovány
vápníkem;
xenobiotika (např.
PCB) interagují s RyR;
důsledky:
-deregulace proliferace
   a diferenciace nerv. buněk
-vys. hladiny Ca2+ vedou
   až k apoptóze

NEUROTOXICITA: další mechanismy deregulace Ca2+ a neurotransmiterů
Inhibice dopaminového transporteru
Ox. stres –
důsledek
aktivace
NOS, PLA2,
a důsledek
disrupce Ca
homeostáze

IMUNOTOXICITA
EObecně mohou být po expozici xenobiotiky porušeny všechny typy humorální a buněčné imunity
E
EApoptóza vede k supresi krevních buněk (příklad: benzo[a]pyren je cytotoxický v relativně nízkých
koncentracích)
E
ESuprese funkce a hmotnosti thymu (dioxiny, koplanárními PCB aj. AhR agonisty)
E Poruchy indukce protilátkové odpovědi a další mechanismy

MECHANISMY BUNĚČNÉ IMUNOTOXICITY BENZO[a]PYRENU
Immunotocx_BaP_Obr-09 Immunotox_BaP_Obr-08
Genotox.  poškození,
aktivace apoptózy
Aktivace AhR - poruchy diferenciace buněk
imunitního systému; gen. exprese některých IL proteinů
Ox. stres, cytotoxicita

CHEMICKÁ KARCINOGENEZE – základní koncept:
EMnohastupňový proces vývoje rakoviny, komplexní interakce genetických, genotoxických a
epigenetických (negenotoxických) faktorů. Základní fáze karcinogeneze:
1) iniciace (akumulace mutací v určitých skupinách genů);
2) promoce (epigenetické změny – změny genové exprese, především změněný statut metylace DNA a
acetylace histonů; ovlivnění přenosu signálů regulujících bun. cyklus, proliferaci, diferenciaci a
apoptózu; inhibice mezibuněčných spojení GJIC, AJ)
3) progrese, metastáze (další změny genové exprese, genetická instabilita a chromosomová
instabilita)

EFaktory ovlivňující mutagenitu/genotoxicitu a karcinogenitu:
     1) genetické predispozice („susceptibility“);
     2) environmentální faktory (chemické kontaminanty, nutriční vlivy), kombinace 1 + 2;
3) suprese imunologických funkcí;
     4) neznámé faktory
ECizorodé látky mohou ovlivňovat všechny uvedené procesy

SUSCEPTIBILITA
Epolymorfismus CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1, CYP2E1, GSTM1, NQO1, NAT aj. genů biotransformačních enzymů;
EDNA repair; mutace v tumor-supresorových genech;
Eotázka etnik, pohlaví, věku;
Ekomplexní vlivy spolu s nutričními návyky (včetně mikronutrientů, vitamínu, PUFA aj.).
ENVIRONMENTÁLNÍ EXPOZICE
Ekouření;
Echemické zatížení vzduchu (prach, PAHs, volatilní karcinogeny);
Ekontaminovaná potrava (pesticidy, persistetní látky, napúř. PCB, dioxiny);
Epracovní prostředí (PAHs, chemické výroby, cytostatika aj.)
E
PREKLINICKÉ EFEKTY
Echromos. aberace, genové mutace, aktivace onkogenů, inaktivace tumor. supresor. genů, komponenty
bun. cyklu

CHEMICKÁ KARCINOGENEZE
Carcinoigenesis_Obr-06
Původní jednoduchý koncept iniciace – promoce – metastáze je překonán:
1) „negenotoxické karcinogeny“ nepůsobí primárně jako genotoxiny;
2) vznik mutací - genetická instabilita prakticky ve všech fázích
GENOTOX.
„NEGENOTOX.“

CHEMICKÁ KARCINOGENEZE
EGENOTOXICKÉ 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 zahrnuje mutace genů
DNA repair, onkogenů (ras, myc aj.) a tumor-supresorových genů (např. p53) - genů kontrolujících
buněčný cyklus a proliferaci (PAHs, nitro-PAHs, NNK aj. nitrososloučeniny)
ENEGENOTOXICKÉ KARCINOGENY modulují signální transdukci a gen. expresi - pozměněna proliferace a
diferenciace, inhibována apoptóza a mezibuněčná komunikace; především působí ve fázi PROMOCE
karcinogeneze (dioxiny, PCB, OCP, azbest, křemenný prach, keramická vlákna, kovové ionty, např. Co,
Mn, Ni, Cr, Be)
EKOKARCINOGENY - samy nejsou nutně karcinogenní, potencují aktivaci chemických karcinogenů

MECHANISMY NEGENOTOXICKÝCH PROCESŮ
Eaktivace nebo suprese transkripčních faktorů (AhR, NF-kB,..), „klasické“ epigenetické mechanismy
(de/methylace DNA nebo acetylace/deacetylace histonů);
E
E aktivace intracelulární signální transdukce (ERK1/2, ...);
      změny genové exprese – úspěšné přžívání buněk, proliferace
      (expanze klonu), potlačení apoptózy atd.
Estrukturní a funkční změny cytoplasmatické membrány, efekty na intercelulární komunikaci (např.
inhibice GJIC, disrupce adherence) - vyvázání se z homeostatické kontroly okolních buněk, EMT,
angiogeneze, procesy související s progresí a metastázemi

ZÁKLADNÍ MECHANISMY NÁDOROVÉ PROMOCE
(Hannahan, Weinberg, 2000)


ZÁKLADNÍ MECHANISMY NÁDOROVÉ PROMOCE
E Mitogenní efekt, zvýšení buněčné proliferace, vyvázání
 z kontaktní inhibice růstu (role onkogenů - mutanty ras, myc, b-cat,.. a inaktivace tumorových
supresorů)
     - interference s transdukčními signály, které kontrolují normální buněčný růst a diferenciaci
(aktivace EGFR/ErbB2-ras-ERK,  aktivace proteinkinázy C např. produkcí DAG po expozici
forbolestery), produkce ROS, aberantní produkce růstových faktorů atd.
     - aktivace ER- nebo AR-dependentní buněčné proliferace
E Inhibice apoptózy (nefunkční tumorové supresory, např. p53) = další mechanismus přežívání buněk
E
E Inhibice mezibuněčné komunikace (GJIC), disrupce adherence
      buněk
E
E Angiogeneze
E
E Přechod z epiteliálního na mesenchymální fenotyp buňky

PŘÍKLAD AKTIVACE BUN. PROLIFERACE
(aktivací signální transdukce)
Obr-06
velmi časté
mutace =
kontinuální
aktivace
proliferačních
drah

MECHANISMY NEGENOTOXICKÝCH PROCESŮ
TPA_Obr-02
Forbol-myristátacetát  = PMA, TPA (modelový tumorový promoter)
chemická aktivace proteinkináz C a ERK1/2:
- hyperfosforylace Cx, inhibice GJIC
- mitogenní efekty

DISRUPCE MEZIBUNĚČNÝCH SPOJENÍ –
VEDE K NÁDOROVÉ PROMOCI, INVAZIVITĚ A METASTÁZÍM


INTERCELULÁRNÍ SPOJENÍ GJIC
(“gap junction intercellular communication“)
Základní stavební
jednotkou jsou
proteiny konexiny
(connexin 32, 43 atd.),
které tvoří hexamery
(konexony);
konexony sousedních
buněk mohou tvořit
společný kanál,
kterým procházejí
signální molekuly
(cAMP, Ca2+ atd.)

INHIBICE GJIC
(scrape-loading / dye transfer assay; prostup fluoreskující luciferové žluti monovrstvou buněk)
kontrola
expozice TPA (aktivace PKC a ERK1/2,
hyperfosforylace konexinu)

DISRUPCE ADHERENTNÍCH SPOJENÍ
(ADHERENS JUNCTIONS)
biosensor density
kontrola bun. proliferace
signálování beta-kateninu –
vývoj tkání, nádor. promoce

Disrupce adherentních spojů (“adherens
junctions“) vede ke změně genové exprese a fenotypu buňky
Markery EMT:

E-kadherin

N-kadherin
Vimentin