Fyziologie buněčných systémů
Eikosanoidy a cytokinetika:
( Možnosti modulace – I )
A. Kozubík
Biofyzikální ústav AVČR, v.v.i., (Oddělení cytokinetiky)
Ústav experimentální biologie, PřF MU
(Oddělení fyziologie a imunologie živočichů)
Brno
Spolupůsobení
„regulátorů růstu“
rozdílné chemické povahy
na proliferaci a diferenciaci
3
Poznání mechanismů působení látek lipidové povahy,
zejména VNMK a jejich derivátů,
v mezi- a vnitrobuněčných komunikacích podílejících se
v regulaci cytokinetiky (proliferace, diferenciace a apoptózy)
v kontextu jejich interakcí s
- fyziologickými regulátory růstu,
- environmentálními polutanty
- vybranými farmaky.
Jedním z praktických cílů je využít tyto znalosti v rámci přípravy
lipidových nutričních preparátů, případně cytostatik.
NĚKTERÉ HLAVNÍ CÍLE SOUČASNÉHO VÝZKUMU
Efekty inhibitorů
metabolismu AA
význam rovnováhy
v přísunu prekursorových PUFAs
a
v produkci jednotlivých jejich metabolitů
MEMBRANE PHOSPHOLIPIDS
CYCLOOXYGENASES
EPOXYGENASES
(P450)
LIPOXYGENASES
CH2
CH CO NH CH2 COOH
NH
COCH2CH2CHCOOH
NH2
C5H11
OH
S
COOH
COOH
LTA4
LTF4
LTE4
LTD4
LTC4LTB4
EPOXYACIDS,
DIOLS, etc.
TXB2
TXA2 PGI2 PGD2 PGE2
PGH2
PGG2
LTC4:
PLA2
O
OH
COOH
OH
PGE2:
ARACHIDONIC
ACID
MEMBRANE PHOSPHOLIPIDS
INDOMETHACIN
DICLOPHENAC
MK - 886
NDGA ESC
5-LIPOXYGENASE
CYCLOOXYGENASES 12-LIPOXYGENASE
P450-MONOOXYGENASES
FLAP
Arachidonic acid: metabolic pathways and its
possible modulations
abbreviations:
ETYA = 5,8,11,14 -eicosatetraynoic acid ESC
= esculetin NDGA =
nordihydroguaiaretic acid
FLAP = 5-lipoxygenase activating protein 9HE
= 9-hydroxyellipticin HETEs =
hydroxyeicosatetraenoic acids HPETEs =
hydroperoxyeicosatetraenoic acids EETs
= epoxyeicosatrienoic acids SKF525A
= proadifen
SKF525A,
9-HE
ETYA
PROSTAGLANDINS
THROMBOXANES
PROSTACYCLINS
12-HETEs
12-HPETEs
LEUKOTRIENES
EETs
HETEs
DIOLS
(15-LIPOXYGENASE)
P450
?
EETs
HETEs
diols
12 - LIPOXYGENASE
(15 - LIPOXYGENASE)
PROSTAGLANDINS
THROMBOXANES
PROSTACYCLINS
LEUKOTRIENES
12 HPETs
12 HETEsCYCLOOXYGENASES
?ARACHIDONIC
ACID
MEMBRANE PHOSPHOLIPIDS
?
5 - LIPOXYGENASE
FLAP
ESC
MK-886
Ca 2+ Ca 2+
Ca 2+
Ca 2+
AA 5HETE LTC4LTA4 PIP2DAG
Tyr-K Tyr-K
PLA2
5-LOX
PKC PLC
+
Nuclear responses
EGF EGF
Příklad pozitivního efektu na proliferaci
Negativní účinek PGE2 na proliferaci k. buněk
Fáze buněčného cyklu
e.g. G protein,
kinase
PGE2„Phorbol esters“ CSF-1 GM - CSF
IL- 3
cAMP
PKC
PKC
CSF-1R
(c- fms)
GM - CSF R
IL- 3R
tyr-P
EFFEKTOR
ODPOVĚĎ
PKA
DNA syntéza
G0 G1 S
?
-
adenylyl
cyclase
+
+
Indomethacin
Fosfolipidový metabolismus
a působení ioniz. radiace
(škodlivých faktorů
životního prostředí)
Aplikace NDGA
„protektivním režimu“
a její dávkově závislé
účinky na regeneraci ESC
a GM-CFC
Kostní
dřeň
Periferní
krev
Efekty dalších
inhibitorů
Příklad aplikace inhibitorů metabolismu AA
v „terapeutickém režimu“
Efekty inhibitorů mohou být tedy způsobeny zásahy do biosyntézy eikosanoidů a jejich
regulačními účinky na krvetvorbu
Radiorezistence
kmenových a
prekurzorových
buněk není
oblivněna !!!
Dílčí shrnutí
(MOŽNÉ MECHANISMY)
Příklad aplikace
inhibitorů
metabolismu AA v
„terapeutickém
režimu“
Inhibitory
cyklooxygenáz stimulují (+)
a lipoxygenáz inhibují (-)
granulopoézu
i
lymfopoézu
Genomické a lipidomické studie:
změny v biosyntéze eikosanoidů
u makrofágů RAW264.7
(jako reakce na Kdo2-Lipid A stimulaci)
Vyšší intenzita červené
ukazuje zvýšené hladiny,
Vyšší intenzita zelené
ukazuje snížené hladiny,
Šedá – nezměněné hladiny
J Lipid Res. 2009 June; 50(6): 1015–1038.
Hlavní dráhy biosyntézy eikosanoidů
(metabolity hlavních os barevně):
COX (purpurová),
5-LOX (oranžová),
15-LOX (zelená),
12-LOX (žlutá),
CYP epoxygenase (červená),
CYP ω-hydroxylase (světle modrá),
and nonenzymatic oxidation (šedá)
J Lipid Res. 2009 June; 50(6): 1015–1038.
.
Trends Biochem Sci. 2010 Apr 27.
[Epub ahead of print]
Mitochondrial reactive oxygen
species regulate cellular signaling
and dictate biological outcomes.
Hamanaka RB, Chandel NS
Příklad využití inhibitorů biosyntézy eikosanoidů in vitro
Posílení přirozených regulátorů
diferenciace a apoptózy
pomocí různých inhibitorů
přeměny AA nádorových
Leukemických buněk
Intact cells
DMSO pretreatment DMSO pretreatment
RA
TGF/ MK5
TGF/MK5
TGF/ MK1
TGF/ MK5
TGF/ esculetin
Příklad působení
NSAIDs na nádorové
buňky in vivo
PŘEŽÍVÁNÍ ZVÍŘAT
s nádorem (G:5:113)
PO TERAPII
S INHIBITORY
CYKLOOXYGENÁZ
P450
?
EETs
HETEs
diols
12-LIPOXYGENASE
(15 - LIPOXYGENASE)
PROSTAGLANDINS
THROMBOXANES
PROSTACYCLINS
LEUKOTRIENES
12 HPETs
12 HETEsCYCLOOXYGENASES
?ARACHIDONIC
ACID
MEMBRANE PHOSPHOLIPIDS
?
5 - LIPOXYGENASE
FLAP
ESC
MK-886
26
Významnou úlohu zde hrají lipidové
složky výživy - VNMK a jejich metabolity
LTs PGs
Růstové
inhibitory
Růstové
stimulátory
Homeostáza jako výsledek mnohačetných
zpětných vazeb a protichůdně působících
regulátorů a tendencí.
„Ideální stav“