Oxidačný stres v nádorových ochoreniach

Transcript

1 UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE LEKÁRSKA FAKULTA Ústav lekárskej chémie, biochémie a klinickej biochémie Oxidačný stres v nádorových ochoreniach Ingrid Žitňanová

2 Oxidačný stres Antioxidanty Prooxidanty

3 Endogénne Zdroje voľných radikálov ZDROJ RMO Mitochondrie O 2.-, H 2 O 2,. OH Cytochróm P450 O 2.-, H 2 O 2 Makrofágy/zápalové bunky O 2.-, H 2 O 2, NO, OCl - Peroxizómy H 2 O 2 Exogénne UV svetlo ( nm) slnka röntgenove žiarenie, gamma žiarenie chemikálie, chemoterapia, rádioterapia vírusy

4 Dvojitá úloha RMO a RMN Negatívna úloha: Poškodenie bunkových štruktúr (L, P, NK) Pozitívna úloha: Ochrana pred infekciou (fagocytóza) Indukcia apoptózy (anti-tumorové účinky) Druhé posly (second messengers) v bunkovej signalizácii

5 Faktory vplývajúce na výskyt rakoviny Žiarenie Doll a Peto (1981)

6 RMO INICIÁCIA PROMÓCIA Štádium pre-neoplastických buniek Poškodenie DNA Proliferácia Normálna bunka Oprava DNA Iniciovaná bunka Apoptóza ireverzibilné PROGRESIA Štádium neoplastických buniek Tumor

7 1) Úloha RMO v iniciácii karcinogenézy Oxidačné zásahy DNA / bunku a deň Účinok OS na iniciáciu rakoviny cez mutagenézu - závislý od intezity OS Najúčinnejší mutagénny efekt - stredné dávky OS vysoké dávky OS - smrť bunky

8 Účinok OS na iniciáciu rakoviny cez mutagenézu je závislý od intenzity OS Karcinogénny účinok Signálna funkcia Mutagenéza Apoptóza/ Nekróza Nízka Stredná Vysoká Hladina oxidačného stresu

9 Účasť oxid. stresu na poškodení DNA OXIDAČNÝ STRES Uvoľňovanie katalytického Fe a Cu do bunky Tvorba. OH z H 2 O 2 a iónu kovu viazaného na DNA Väzba atómov kovov na DNA Štiepenie reťazca DNA Modifikácia dusíkových zásad Poškodenie deoxyribózy

10 Poškodenie DNA vplyvom RM Poškodenie DNA vplyvom endogénnych RM Poškodenie DNA vplyvom exogénnych RM Nestabilita genómu karcinogenéza

11 Poškodenie DNA rôznymi RMO O nereaguje s DNA bázami HO. - reaguje so všetkými 4 DNA bázami tvorba množstva produktov 1 O 2 selektívne reaguje s guanínom 8-hydroxyguanín RMN (NO, NO 2, ONOO -, N 2 O 3, HNO 2 ) nitrácia DNA báz

12 Priame Poškodenie DNA Nepriame

13 Priame poškodenie DNA pomocou RM Guanín C8-OH-aduktový radikál guanínu 8-hydroxyguanín G:C T:A transversie

14 Modifikácia dusíkových zásad v DNA 4,6-diamino-5-formamidopyrimidín tymínglykol 5-OH-cytozín

15 Modifikácia dusíkových zásad pomocou RMN Reakcia guanínu s ONOO - G:C T:A transversie Indentifikovaných viac ako 100 oxidačných produktov DNA

16 Nepriama mutagenicita RM Poškodenie proteínov DNA reparačné enzýmy DNA polymeráza Proteíny signálnych dráh Poškodenie lipidov Peroxidácia lipidov a tvorba mutagénnych karbonylových zlúčenín (MDA, 4HNE)

17 Účinok RM závisí od: typu RM koncentrácie RM času expozície koncentrácie AO

18 Štruktúrne zmeny DNA Peroxidácia lipidov Oxidácia proteínov Znížená aktivita DNA reparačných enzýmov RMO/RMN Regulácia bunkovej smrti apoptózou alebo nekrózou

19 2) Úloha RMO v promócii nádorov Účinky RMO: Modulácia génov súvisiacich s proliferáciou alebo smrťou buniek

20 RM a redoxná homeostáza Redoxný stav koncentrácia elektrónov v bunke udržiavaný v úzkom rozmedzí (GSH, TRX) Redukujúce prostredie proliferácia diferenciácia apoptóza nekróza Oxidované prostredie RM menia redoxnú homeostázu a podporujú tvorbu nádoru iniciáciou zmenených signálnych dráh. Redoxná nerovnováha zistená v rôznych typoch nádorov

21 Bunkový redoxný systém Glutatión OS (Redukovaný) 2GSH GSSG (Oxidovaný) : 1 Tioredoxín (oxido-reduktáza) - redukuje peroxidy a RMO v bunke Glutaredoxín (tioltransferáza) - reguluje transkripčné faktory (napr. NF-kappaB) - reguluje signálne kaskády

22 3) Úloha RMO v progresii nádorov Nádorové bunky - zvýšená tvorba RMO znížená aktivita AO enzýmov (Mn-SOD) permanentný OS genómová nestabilita Účinok OS závislý od dávky OS: OS urýchľuje progresiu nádoru zvyšovaním genómovej nestability Vysoká hladina OS v nádorových bunkách smrť apoptózou Antioxidačný paradox

23 Antioxidačný paradox Antioxidanty Zabraňujú rastu nového nádoru v in vitro experimentoch (VR...mutácie...rakovina) Sú bez účinku alebo s negatívnym účinkom v in vivo experimentoch

24 Jadrové versus mitochondriové poškodenie DNA Jadrová DNA Mitochondriová DNA RMO vedľajšie produkty pri tvorbe ATP SOD prítomná v mitochondriách (Mn-SOD ), cytoplazme (Cu, Zn-SOD zneškodňuje O O.- SOD 2 + 2H + H 2 O 2 + O 2

25 Poškodenie mitochondriovej DNA a karcinogenéza Počet mutácii v mitochondriovej DNA 100x vyššie ako v jadrovej DNA Faktory zvýšenej citlivosti mitochond. DNA na ox. poškodenie: 1) Mitochond. DNA v tesnej blízkosti dých. reťazca (zdroj RMO) 2) Mitochond. DNA nechránená histónmi 3) Obmedzená reparačná schopnosť mitochond. DNA mitochond. dysfunkcia

26 Epidemiologické štúdie PHS I (Physician Health Study), : mužov (40-84 rokov) nefajčiarov, 50 mg β -karotén, 325 mg aspirín/deň/placebo β -karotén - bez efektu na kardiovaskulárny systém a výskyt rakoviny kože a pľúc, nízka dávka aspirínu redukuje riziko CVCH (o 44%) PHS II (Physician Health Study), 5 rokov, 1999: nefajčiarov, 50 mg β-karotén/deň, 400 IU vit.e, 500 mg vit.c alebo placebo bez efektu na kardiovaskulárny systém a výskyt rakoviny

27 Klinické testovanie α-tokoferolu a β-karoténu na rakovinu hrdla (1994) Rakovina hrdla -α-tokoferol (400 U/deň) β-karotén (30 mg/deň) počas rádioterapie 3 roky Výsledok: - tendencia menej vážnych negatívnych účinkov počas terapie - vyššia tendencia návratu rakoviny v testovanej skupine Bairati et al. J. Clin. Oncol. 23,

28 Epidemiologické štúdie s negatívnym výsledkom ATBC (alfa-tokoferol-β-karotén) (1994), Fínsko: fajčiarov ( 20 cigariet denne), roční 20 mg β-karoténu/deň, 50 mg alfa-tokoferolu, 5 rokov o 18% vyšší výskyt rakoviny pľúc o 8% nárast celkovej úmrtnosti 32% znížený výskyt rakoviny prostaty (vitamín E) ATBC group: New Eng.J.med. 330, , 1994

29 CARET (Carotene And Retinol Efficacy Trial), 5 rokov, USA fajčiarov (>20 rokov) 30 mg β-karoténu (AO), IU vit.a, placebo predčasné ukončenie štúdie (o 21 mesiacov) 28% vyšší výskyt rakoviny pľúc u ťažkých fajčiarov 17% nárast smrti (rakovina pľúc) vyšší výskyt smrti z kardiovaskulárnych ochorení žiadny účinok u ľahkých fajčiarov Omen GS et al.: New Eng.J.Med. 334, , 1996

30 ...po 6 rokoch Výskyt rakoviny pľúc klesal pomalšie ako v ATBC štúdii Výskyt rakoviny pľúc a smrť (z akýchkoľvek príčin) bol vyšší u žien v testovanej sk.

31 Endogénne zdroje RMO Exogénne zdroje Poškodenie lipidov proteínov Zmena redox. stavu bunky Mutácie jadrovej DNA mitochondriovej DNA Poškodenie DNA Jedno a dvojvláknové zlomy Ovplyvnenie signálnych dráh Zmena v expresii génov KARCINOGENÉZA

32 Zhrnutie RMO Antikancerogénne účinky Prokancerogénne účinky v závislosti od ich koncentrácie, typu RMO, času expozície, koncentrácie AO Poškodenie DNA RMO Priame mutácie Nepriame poškodenie L MDA, HNE poškodenie P signálne dráhy reparač. enzýmy

33 Ďakujem za pozornosť...