Biochemia
stresu oksydacyjnego
Wykład 9
Słów kilka o witaminach i nie tylko
- Witamina C (kwas askorbinowy, w fizjologicznym pH występujący jako
askorbinian) działa w komórkach jako:
* przeciwutleniacz
* kofaktor enzymów (zwłaszcza hydroksylaz)
* naczelne (i świnki morskie) nie mogą syntetyzować witaminy C z powodu
braku oksydazy gulonolaktonowej (GLO)
Witamina C
GLO
Zawartość witaminy C w pożywieniu
zawartość witaminy C [mg] /100 g produktu
Wilson JX. Biofactors 2009
Hipotezy tłumaczące zanik GLO (wynikające
prawdopodobnie z retrowirusowej insercji sekwencji
Alu) u naczelnych:
* środowisko życia i dieta naczelnych były bogate w
askorbinian (głównie owoce) - brak presji selekcyjnej
* niedobór witaminy C prowadził do wcześniejszej
śmierci osobników starych, poprawiając warunki życia
osobników młodych w okresach niedoboru pokarmu
* syntezie askorbinianu towarzyszy produkcja H2O2;
pobieranie askorbinianu z pokarmu nie jest związane z
produkcją H2O2.
Witamina C u naczelnych
Witamina C – środek przeciwdziałający szkorbutowi
Szkorbut (gnilec, cynga) – choroba wielonarządowa, wywołana niedoborem kwasu askorbinowego w pożywieniu. Główne objawy dotyczą tkanki łącznej, ponieważ witamina C jest koenzymem hydroksylazy prolinowej i lizynowej, które katalizują powstanie poprzecznych wiązań kowalencyjnych między cząstkami kolagenu.
brak kwasu askorbinowego brak dojrzewania kolagenu =
Stężenia wit. C osocze krwi – 40 µmol/l wątroba, nerki, śledziona, trzustka – 100 – 800 µmol/l Soczewka oka – ponad 1 mmol/l (gromadzenie wit. C w płynie wodnistym oka chroni przed szkodliwymi skutkami wzmożonej produkcji RFT wywołanej przez światło) takiej akumulacji nie obserwuje się u zwierząt prowadzących nocny tryb życia
Asc do komórek dostaje się na zasadzie dyfuzji ułatwionej, w formie utlenionej jako dehydroaskorbinian i wewnątrz komórki ulega redukcji do askorbinianu
Askorbinian jest pobierany przez komórki
przez zależny od sodu transporter
witaminy C (SVCT2), a dehydroaskorbinian
przez transporter glukozy (GLUT1).
Transport witaminy C do komórek
Wilson JX. Biofactors 2009
- Bardzo niskie stężenia witaminy C w surowicy i leukocytach stwierdza się u chorych w
stadiach terminalnych (zwłaszcza karmionych pozajelitowo), oraz u pacjentów z posocznicą.
Może to wynikać z:
* niewystarczającego dostarczania witaminy C w przypadku żywienia pozajelitowego (łatwo
rozkłada się podczas przygotowywania i przechowywania roztworu).
* zwiększenia zapotrzebowania na askorbinian wynikający z nasilonego stresu oksydacyjnego.
Witamina C
APX: peroksydaza askorbinianowa; ASC: askorbinian; MDHAR: reduktaza monodehydroaskorbinianu; DHAR: reduktaza
dehydroaskorbinianu; MDHA: monodehydroaskorbinian, DHA: dehydroaskorbinian
Witamina C
- Dostarczanie odpowiedniej ilości witaminy C w diecie może nieco zmniejszać
ryzyko raka macicy.
- Wbrew powszechnym oczekiwaniom próby kliniczne wykazały, że
suplementacja witaminą C nie wpływa na ryzyko nowotworów układu
pokarmowego.
- Askorbinian wpływa na komórki
śródbłonka w posocznicy. W posocznicy
dochodzi kolejno do:
* aktywacji NOX i iNOS,
* wzrostu produkcji ROS i ONOO-,
* upośledzenia funkcji naczyń:
# zmniejszenia przepływu
# zwiększenia przepuszczalności
- Askorbinian jest pobierany przez
komórki przez zależny od sodu
transporter witaminy C (SVCT2), a
dehydroaskorbinian przez transporter
glukozy (GLUT1). DHA jest redukowany do
Asc.
- Wewnątrzkomórkowy Asc zmiata ROS i
ONOO-, zwiększając przy tym dostępność
BH4 i aktywność eNOS. Hamuje natomiast
indukcję NOX i iNOS.
Wilson JX. Biofactors 2009
Witamina C w stanach patologicznych
Witamina C w mitochondriach
Mandl et al. Br J Pharmacol 2009
- DHA (utleniona forma witaminy C, kwas dehydroaskorbinowy) jest transportowany
do mitochondriów poprzez GLUT-1.
- W mitochondriach jest redukowany do askorbinianu (AA) w kompleksie III i przez
reduktazę DHA (z wykorzystaniem glutationu, redukowanego następnie dzieki
NADPH).
W mitochondriach AA jest zmiata-
czem ROS. Może być
transportowany do cytoplazmy.
cytoplazma
przestrzeń międzybłonowa
matriks mitochondrialna
Rola w zapobieganiu uszkodzeniom DNA
Badania in vivo
Porównanie poziomu 8-OH-dG (8-hydroxy-2-deoxyguanozyny w nasieniu mężczyzn spożywających różne ilości wit. C
Dawka Asc w diecie 250 mg Asc/doba 5 mg Asc/doba Poziom Asc we krwi 399 µmol/l Asc 203 µmol/l Asc Poziom 8-OH-dG 34 pmol/mg DNA 67 pg/ml DNA
Sies et al., 1992
Witamina C a NFkB
Guz et al. Post Hig Med. Dosw 2007
- Wzrost poziomu Asc ma działanie przeciwzapalne poprzez hamowanie NFkB
- Asc powoduje obniżenie ekspresji COX-2, której promotor ma miejsce wiązania dla NF-kB
- przeciwnowotworowa aktywność witaminy C może być związana z hamowaniem aktywności NF-kB i ekspresji COX-2
DHA - dehydroaskorbinian
Witamina C a niedotlenienie
askorbinian jest niezbędny do aktywności hydroksylaz
prolinowych i hydroksylazy asparaginianowej znakujących
HIF-1 do degradacji w proteasomach w warunkach normoksji
- HIF-1a i HIF-1b są
transkrybowane konstytuty-
wnie.
- W normoksji (w obecności
tlenu i askorbinianu) 2
reszty prolinowe i 1 aspara-
ginianowa są hydroksylowa-
ne przez hydroksylazy
zależne od żelaza Fe2+ i 2-
oksoglutaranu.
- Prowadzi to do
przyłączenia białka von
Hippel-Lindau (część komp-
leksu ligazy ubikwityny E3) i
degradacji proteasomalnej.
Witamina C – pro-oksydant?
Askorbinian może również działać prooksydacyjnie, zwłaszcza w obecności wolnych
jonów metali przejściowych ,
szczególnie jeśli występuje w małych stężeniach, stymuluje reakcje
wolnorodnikowe
Układ askorbinian + jony żelaza stosowany jest jako modelowy układ do inicjacji
peroksydacji lipidów
askorbinian może faworyzować reakcję Fentona
Wyniki badań in vitro, konieczna obecność jonów metali przejściowych Role dehydroaskorbinianu – również dwojaka
- Witamina E początkowo była uważana za żeński czynnik płodności, zapobiegający
resorpcji płodu u ciężarnych samic szczura
- Nie jest koenzymem żadnego enzymu
- Różne tkanki organizmu charakteryzują się odmiennym stopniem wrażliwości na
jej niedobór
- U człowieka brak wit. E - rzadko, gdyż jest bardzo szeroko rozpowszechniona w
przyrodzie – np. osoby cierpiące na zaburzenia przyjmowania tłuszczu (np.
chorujący na mukowiscydozę, niewydolność trzustki czy choroby wątroby),
noworodki z niedowagą oraz wcześniaki) wywołuje wiele objawów
degeneracyjnych z różnych narządów, w szczególności zaś narządów płciowych,
układu krwionośnego i wątroby.
Witamina E
• Ogólny spadek odporności organizmu, anemię, która powstaje na skutek uszkodzeń czerwonych krwinek wynikających z utlenienia.
• niedobór witaminy E może prowadzić do rozwoju chorób spowodowanych generalnym
spadkiem poziomu TAS (total antioxidant system)
- Witamina E stanowi grupę 8 hydrofobowych (rozpuszczalnych w tłuszczach) kompleksów,
różniących się biodostępnością:
* a-, b-, g-, i d-tokoferoli
* a-, b-, g-, i d-tokotrienoli.
- Komercyjnie dostępne formy witaminy E zawierają naturalne lub syntetyczne a-tokoferole.
- a-tokoferol - najbardziej rozpowszechniony – aż 88 % calej puli wit. E w osoczu, jest
transportowany przez białko transportujące a-tokoferol (a-TTP, a-tocopherol transfer
protein) do lipoprotein HDL i LDL, chroniąc lipoproteiny przed peroksydacją przez wolne
rodniki.
Witamina E
Kirmiziz & Catzidimitriou. Vasc Health Risck Manag 2009
- Witamina E chroni lipidy przed
peroksydacją, gdyż jest donorem
wodorów dla wolnych rodników.
- Efektem działania witaminy E jest
mniejsza podatność LDL na
oksydację (i formowanie oxLDL), a
przez to mniejsza szkodliwość
oxLDL dla komórek śródbłonka.
• Główny antyoksydant rozpuszczalny w lipidach
• Powszechnie obecna jest w błonach komórkowych i lipoproteinach osocza krwi
• Różnice w poziomie w różnych błonach – leukocyty jednojądrzaste zawierają 10-krotnie więcej wit. E niż krwinki czerwone i płytki krwi
• Działanie antyoksydacyjne polega głównie na uczestnictwie w drugiej linii obrony przed RFT – zmiataniu wtórnych wolnych rodników organicznych i terminacji peroksydacji lipidów
• Dobrze zmiata również tlen singletowy
Witamina E
Skutki działania witaminy E
Kirmiziz & Catzidimitriou. Vasc Health Risck Manag 2009
- Badania na zwierzętach i analizy danych klinicznych sugerowały protekcyjny
wpływ suplementacji witaminą E na zapobieganie chorobom układu krążenia.
- Niektóre badania sugerowały, że dieta bogata w witaminę E może zmniejszać
ryzyko nowotworów.
Skutki podawania witaminy E
- Duże próby kliniczne wykazały, że
suplementacja witaminą E:
* nie wpływa na ryzyko rozwoju chorób
układu krążenia
* nieco zwiększa ogólne ryzyko śmierci
* nie wpływa na ryzyko rozwoju
nowotworu prostaty
Byers T. Am J Epidem 2010
Witamina A
- Witamina A – pochodne beta-jononowe o strukturze podobnej do trans-
retinolu
- Prowitaminy A – karotenoidy o aktywności biologicznej podobnej do witaminy
A (związków takich jest ponad 50 – najważniejszy β-karoten)
- W pożywieniu głownie witamina A (w postaci estrów retinolu) i prowitaminy
(głównie β-karoten)
- W osoczu krwi – 95% - trans-retinol
Karotenoidy – likopen, α-karoten, β-karoten, , γ-karoten,
Ksantofile (oksykarotenoidy) – zeaksantyna, luteina, astaksantyna
Witamina A
Najważniejsze funkcje:
- Podtrzymywanie wzrostu, reprodukcji, procesu widzenia, różnicowania
nabłonka, procesów odpornościowych
- Przeciwnowotworowe właściwości karotenoidów
- Działanie antyoksydacyjne – efektywne wygaszacze tlenu singletowego,
reagują z organicznymi wolnymi rodnikami, powstającymi w procesie
peroksydacji lipidów (podobnie jak tokoferol)
Karotenoidy – likopen, α-karoten, , β-karoten, , γ-karoten,
Ksantofile (oksykarotenoidy) – zeaksantyna, luteina*, astaksantyna * Szczególnie dużo w siatkówce oka
Byers T. Am J Epidem 2010
- Badania na zwierzętach zgodnie wskazywały na protekcyjny wpływ witaminy
A w zapobieganiu rozwojowi nowotworów
- Dwie duże próby kliniczne rozpoczęte w 1985 roku w Finlandii i USA
wykazały:
* 18% wzrost ryzyka nowotworów płuc po suplementacji wysokimi dawkami b-
karotenu
* 28% wzrost ryzyka nowotworów płuc po suplementacji b-karotenem i
retinolem
Witamina A w chemoprewencji
Kwas moczowy - Końcowy produkt przemian puryn
Szlak degradacji puryn - powstawanie kwasu moczowego
George & Struthers. Vasc Health Risck Manag 2009
- Kwas moczowy jest końcowym
produktem degradacji puryn u ludzi i
małp człekokształtnych.
* linia filogenetyczna człowiekowatych
utraciła aktywność oksydazy moczanowej
(urykazy), enzymu przekształcającego
kwas moczowy do alantoiny.
* u pozostałych ssaków końcowym
produktem metabolizmu puryn wydziela-
nym z moczem jest alantoina
* inne kręgowce (np. ryby) rozkładają
alantoinę do kwasu alantoinowego,
glioksylowego i mocznika
- Stężenie kwasu moczowego we krwi
ludzi jest wysokie (200-400 mM),
(powyżej ryzyko dny moczanowej)
Synteza kwasu moczowego
Sautin & Johnson. Nucleosid Nucleotid Nucleic Acid 2008
Synteza kwasu moczowego
So & Torens. J Clin Invest. 2010
Hiperurykozuria jest to
zwiększone wydalanie kwasu
moczowego z moczem
Hiperurykemia – zwiększone
stężenie kwasu moczowego we krwi.
Górna granica normy wynosi:
kobiety 360 μmol/L (6 mg/dL),
mężczyzni 400 μmol/L (6,8 mg/dL).
Poziom kwasu moczowego we krwi
- Korzyścią ewolucyjną pozwalająca na utrwalenie wysokiego poziomu kwasu
moczowego mogą być jego właściwości antyoksydacyjne:
* kwas moczowy jest zmiataczem tlenu singletowego, rodnika peroxylowego (RO2')
i rodnika hydroksylowego (HO') oraz nadtlenoazotynu, ale nie anionorodnika
ponadtlenkowego,
* sugerowano znaczenie antyoksydacyjnego działania kwasu moczowego dla
wydłużenia życia i zmniejszenia ryzyka nowotworów.
Kwas moczowy jako antyoksydant
So & Torens. J Clin Invest. 2010
Ważne badania wskazujące na antyoksydacyjne działanie kwasu moczowego Mutanty rosy Drosophila melanogaster Mutacja rosy – mutacja w genie kodującym dehydrogenazę ksantynową (enzym wytwarzający kwas moczowy)
Mutanty rosy są nadwrażliwe na działanie promieniowania jonizujacego, hiperoksji (podwyższonego ciśnienia tlenu) oraz parakwatu (herbicyd) Akumulacja dwóch mutacji, prowadzących do braku dehydrogenazy ksantynowej i SOD jest letalna
Ry+5 – kontrola
Ry506 – mutacja Promieniowanie jonizujace hiperoksja
Brak kwasu moczowego u D. melanogaster
Hilliker et al., PNAS 1992
Sautin & Johnson. Nucleosid Nucleotid Nucleic Acid 2008
Kwas moczowy
- Kwas moczowy jest głównym przeciwutleniaczem w ludzkiej surowicy.
Paradoksalnie, jego podwyższony poziom koreluje z:
* otyłością,
* insulinoopornością,
* nadciśnieniem,
* chorobami serca,
* udarami mózgu.
- Być może wzrost stężenia kwasu moczowego jest niewystarczającą reakcją
protekcyjną. Możliwe również że:
* ?-kwas moczowy ma głównie właściwości antyoksydacyjne w surowicy
* ?-kwas moczowy ma głównie właściwości prooksydacyjne w komórkach
- Poziom kwasu moczowego jest zwykle niższy u kobiet, z powodu hamującego
działania estrogenów.
choroby związane z nasilonym stresem oksydacyjnym
kwas moczowy
- W obecności ROS lub ONOO- kwas moczowy jest bardzo szybko degradowany, a
produkty jego rozkładu mogą być cytotoksyczne. W wysokich stężeniach lub w
obecności jonów Cu+/Cu2+ kwas moczowy (lub jego pochodne) może nasilać
peroksydację lipidów.
Kwas moczowy jako pro-oksydant
Sautin & Johnson. Nucleosid Nucleotid Nucleic Acid 2008
- Inkubacja adipocytów in vitro w obecności kwasu moczowego prowadzi do
indukcji produkcji ROS, prawdopodobnie poprzez indukcję ekspresji NOX.
Produkcja ROS (fluorescencja H2DCFDA)
Kwas moczowy jako pro-oksydant
Sautin & Johnson. Nucleosid Nucleotid Nucleic Acid 2008
MnTMPyP - odpowiednik SOD, transportowany
przez błonę komórkową (działanie kwasu
moczowego związane jest z generacją
anionorodnika ponadtlenkowego). Takie same
efekty dawała inhibicja NOX.
Czy antyoksydanty mogą leczyć?
Próby kliniczne z zastosowaniem witamin A, C, E oraz karetonoidów - choroby układu krążenia
Program WHO „MONICA”
- porównywano stężenia głównych antyoksydantów w osoczu krwi (α-tokoferol, askorbinian, witamina A, karotenoidy, selen) w 16 populacjach europejskich wykazujących sześciokrotne różnice umieralności z powodu choroby niedokrwiennej serca
- stwierdzono silną ujemną korelację między stężeniem α-tokoferolu w osoczu krwi a umieralnością na choroby niedokrwienne serca
- Ryzyko wynikające z niskiego poziomu wit. E może mieć nawet większe znaczenie niż klasyczne czynniki ryzyka, takie jak całkowite stężenie cholesterolu czy nadciśnienie
Am J Clin Nutr. 1991 Jan;53(1 Suppl):326S-334S.
Inverse correlation between plasma vitamin E and mortality from ischemic heart disease in cross-cultural epidemiology.
Gey KF, Puska P, Jordan P, Moser UK.
• Krótkoterminowe podawanie wit. C (1 gram na dobę przez 2 tygodnie) lub wit. E (600 mg/dobę przez 3 tygodnie) zmniejszało poziom substancji reagujących z kwasem tiobarbiturowym (szczególnie LDL ) podwyższonych u osób palących papierosy w dużych ilościach
• Podawanie koktajlu anty-oksydacyjnego znacznie obniżało stężenie związków reagujących z kwasem tiobarbiturowym w osoczu krwi osób starszych
„koktajl anty-oksydacyjny " β-karoten, witaminy B6, C, E, Zn, Se podawane przez rok, grupa kontrolna – placebo, porównanie do grupy osób młodych
• Podawanie osobom, u których stwierdzono niski poziom antyoksydantów po 600 mg wit. C, 300 mg α-tokoferolu, 27 mg β-karotenu i 75 μg Se na dobę przez 5 miesięcy prowadziło do obniżenia poziomu nadtlenków lipidów w osoczu krwi i zmniejszenia agregacji płytek krwi
Próby kliniczne z zastosowaniem witamin A, C, E oraz karetonoidów – choroby układu krążenia
• Stan pacjentów chorych na dusznicę bolesną przyjmujących przez 9 tygodni lub 6 miesięcy 1600 j. wit. E/dobę nie był lepszy niż stan grupy kontrolnej otrzymującej placebo
It is concluded that a large dose of vitamin E (1,600 I.U. of d-alpha-tocopherol succinate daily) for 6 months in patients with stable angina pectoris fails to increase the exercise capacity, improve left ventricular function, or reduce the frequency of chest pain.
Am Heart J. 1977 Apr;93(4):444-9. Quantitative evaluation of vitamin E in the treatment of angina pectoris.Gillilan RE, Mondell B, Warbasse JR
Próby kliniczne z zastosowaniem witamin A, C, E oraz karetonoidów – choroby układu krążenia
Wyniki wielu badań wskazuje, że krótkotrwałe zażywanie anty-oksydantów nie ma istotnego wpływu na przebieg miażdżycy
Inne efekty w badaniach in vivo
• Wit. E podawana w dawce 108 j.m/dobę zmniejsza objawy miażdżycy u naczelnych utrzymywanych na diecie arterogennej [Verlangieri i Bush, 1992]
• Wit. E zapobiega występowaniu miażdżycy u królików żywionych karmą bogatą w triglicerydy; Wit. E i A zapobiegają takim zmianom u kur [Liu et al, 1984]
Próby kliniczne z zastosowaniem witamin A, C, E oraz karetonoidów – choroby układu krążenia
• Ankietowe badania przeprowadzone w USA na 711 891 osobach nie wykazały związku pomiędzy ilością zażywanych wit. C i E a ryzykiem zachorowania na raka jelita grubego i odbytnicy, choć w grupie osób najstarszych (po 65 roku życia) zaobserwowano tendencję do niższej zachorowalności po ok. 10 letniej suplementacji
Próby kliniczne z zastosowaniem witamin A, C, E oraz karetonoidów – nowotwory
Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 2001 Jan;10(1):17-23. Vitamin C and vitamin E supplement use and colorectal cancer mortality
in a large American Cancer Society cohort. Jacobs EJ, Connell CJ, Patel AV, Chao A, Rodriguez C, Seymour J,
McCullough ML, Calle EE, Thun MJ
Badania przeprowadzone w Chinach na populacji 29 584 osób przyjmujących β-karoten (15 mg/dobę), wit. E (30 mg/dobę) oraz selen (50 µg/dobę) stwierdziły
- 10% obniżenie śmiertelności spowodowanej chorobami układów krążenia i nerwowego
- 21% obniżenie śmiertelności z powodu raka żołądka
Blot WJ, Li JY, Taylor PR, et al. Nutrition intervention trials in Linxian, China: supplementation with specific vitamin/mineral combinations, cancer incidence, and disease-specific mortality in the general population. J Natl Cancer Inst 1993;85:1483–92.
Próby kliniczne z zastosowaniem witamin A, C, E oraz karetonoidów – nowotwory
• Duże badanie przeprowadzone na 29 133 pacjentach, nałogowych palaczach z Finlandii, wykazało brak obniżenia śmiertelności po podawaniu witaminy E (50 mg dziennie) or β-karotenu (20 mg dziennie) przez okres 5-8 lat
Badanie ATBC (Alpha-Tocopherol, Beta Carotene Cancer Prevention )
Alpha-Tocopherol, Beta Carotene Cancer Prevention Study Group. The effect of vitamin E and beta carotene on the incidence of lung cancer and other cancers in
male smokers. N Engl J Med 1994;330:1029–35.
Próby kliniczne z zastosowaniem witamin A, C, E oraz karetonoidów – nowotwory
Wyniki programu ATBC wskazały nawet odmienną niż spodziewaną korelację
• w grupie przyjmujących wit. E stwierdzono co prawda niższą częstość występowania raka prostaty, jelita grubego i odbytnicy, ale częstość występowania nowotworów żołądka była wyższa niż w grupie kontrolnej
• w grupie przyjmującej β-karoten – nie zauważono zmniejszenia występowania żadnego nowotworu a wręcz nasilenie występowania raka płuc, prostaty i żołądka
Am J Clin Nutr. 1995 Dec;62(6 Suppl):1427S-1430S. Effects of alpha-tocopherol and beta-carotene supplements on cancer incidence in the Alpha-
Tocopherol Beta-Carotene Cancer Prevention Study. Albanes D, Heinonen OP, Huttunen JK, Taylor PR, Virtamo J, Edwards BK, Haapakoski J, Rautalahti M,
Hartman AM, Palmgren J, et al.
Próby kliniczne z zastosowaniem witamin A, C, E oraz karetonoidów – nowotwory
Czy antyoksydanty zwiększają ryzyko chorób nowotworowych?
Chemoprevention of lung cancer: the beta-Carotene and Retinol Efficacy Trial (CARET) in high-risk smokers and asbestos-exposed workers.
Omenn GS, Goodman G, Thornquist M, Barnhart S, Balmes J, Cherniack M,
Cullen M, Glass A, Keogh J, Liu D, Meyskens F Jr, Perloff M, Valanis B, Williams J Jr. IARC Sci Publ. 1996;(136):67-85. N
Beta-Carotene and Retinol Efficacy Trial (CARET)
- Kombinacja 30 mg β-karotenu i 25,000 IU witaminy A/dziennie
- 18 314 mężczyzn i kobiet z podwyższonym ryzykiem nowotworów płuc (nałogowi palacze i osoby narażeni na
działanie azbestu)
- Planowany czas badania – 24 miesiące
Wyniki
- Eksperyment przerwano po 21 miesiącach ze względu na niekorzystne wyniki:
zwiększenie o 28% nowotworów płuc oraz o 17% śmiertelności w grupie poddanej
„aktywnej interwencji” (β-karoten i wit A).
Próby kliniczne z zastosowaniem witamin A, C, E oraz karetonoidów – nowotwory
• 35 533 pacjentów podzielonych na 4 grupy - (selen, witamina E, selen + witamina E, i placebo)
There were no significant differences (all P>.15) in any other prespecified cancer end points. There were statistically nonsignificant increased risks of prostate cancer in the vitamin E group (P = .06) and type 2 diabetes mellitus in the selenium group (relative risk, 1.07; 99% CI, 0.94-1.22; P = .16) but not in the selenium + vitamin E group.
JAMA. 2009 Jan 7;301(1):39-51. Effect of selenium and vitamin E on risk of prostate cancer and other cancers: the Selenium and Vitamin E Cancer Prevention Trial (SELECT).
Lippman SM et al.
Próby kliniczne z zastosowaniem witamin A, C, E oraz karetonoidów – nowotwory
Beta-carotene did not work: aftermath of the ATBC study
(1) Źle dobrany czas interwencji (2) Źle dobrana grupa targetowa (3) Zła dawka (4) Zła substancja (5) Efekt prooksydacyjny (6) Zachwianie równowagi
6 możliwych przyczyn niepowodzenia próby ATBC i podobnych
Cancer Lett 1997;114:235-6.
Obniżenie poziomu α-tokoferolu pod wpływem β-karotenu
Xu MJ, Plezia PM, Alberts DS, Emerson SS, Peng YM, Sayers SM, et al.
Reduction in plasma or skin a-tocopherol concentration with long-term oral administration of carotene in humans and mice.
J Natl Cancer Inst. 1992;84:1559-65.
In a double-blind study, 45 normal subjects were randomly assigned to receive 0 (placebo), 15, 30, 45, or 60 mg of oral beta-carotene daily for approximately 9 months the decrease in plasma alpha-tocopherol levels was progressive and significant between 6 and 9 months of beta-carotene dosing in all dosage groups. The greatest decrease was observed during the 9th (last) month of dosing, with a decrease of 40% from baseline. All oral beta-carotene doses (15-60 mg/d), however, resulted in similar decreases in steady-state plasma levels of alpha-tocopherol and in only small differences in beta-carotene plasma levels.
β-karoten pro-oksydantem
Burton GW, Ingold KU. fi-Carotene: an unusual type of lipid antioxidant. Science 1984;224:569-73.
Kennedy TA, Liebler DC. Peroxyl radical oxidation of p-carotene: formation of p-carotene epoxides. Chem Res Toxicol 1991;4:290-5.
Ozhogina OA, Kasaikina OT. P-Carotene as an interceptor of free radicals. Free Radic Biol Med 1995; 19:575-81.
stosowanie naturalnych lub syntetycznych substancji w celu zahamowania, odwrócenia lub opóźnienia procesu
karcinogenezy
w przeciwieństwie do chemioterapii, chemoprewencja może ingerować we wczesne etapy procesu nowotworzenia
– przede wszystkim hamować inicjację i promocję
Chemoprewencja
Boesch-Saadatmandi, Loboda et al., J Nutr Biochem, 2010
Kwercetyna hamuje procesy zapalne
MikroRNA
• MikroRNA (miRNA) są małymi, niekodującymi cząsteczkami RNA, o długości ok. 21-23 nukleotydów regulujące ekspresję innych genów – działają jako endogenne represory poprzez hamowanie translacji albo promowanie degradacji mRNA
Ciesla et al., Anal Bioanal Chem 2011
Biogeneza mikroRNA
RNA Polymerase II
MikroRNA ulegają transkrypcji w sposób zależny od RNA Polimerazy II
Ciesla et al., Anal Bioanal Chem 2011
RNA Polymerase II
Pri-mikroRNAs są cięte przez specyficzny enzym „Drosha” – nukleazę RNazę III, i tworzą się pre-mikroRNA (ok. 60–70 nukleotydowe sekwencje)
Biogeneza mikroRNA
Ciesla et al., Anal Bioanal Chem 2011
RNA Polymerase II
pre-mikroRNAs są transportowane z jądra komórkowego do cytoplazmy przez eksportynę V
Biogeneza mikroRNA
Ciesla et al., Anal Bioanal Chem 2011
RNA Polymerase II
W cytoplazmie, pre-mikroRNA jest poddawany dalszej obróbce przez kolejny enzym – Dicer (inny enzym typu endorybonukleazy)
Biogeneza mikroRNA
Ciesla et al., Anal Bioanal Chem 2011
RNA Polymerase II
Dojrzały miRNA razem z pomocniczymi komponentami tworzy RISC - RNA-induced silencing complex, który bierze udział w wyciszaniu ekspresji genów
Biogeneza mikroRNA
• miRNA są zaangażowane w praktycznie wszystkie procesy w komórkach (szczególnie te ważne z punktu widzenia rozwoju nowotworu – proliferacja, różnicowanie, apoptoza)
• wiele badań wskazuje na istotną rolę miRNA w rozwoju wielu chorób, między innymi nowotworów mikroRNA jako biomarkery?
MikroRNA: mały może dużo
www.mirbase.org
Zmiany ekspresji miRNA w wybranych nowotworach
Jozwiak & Lipinska, Postepy Hig Med Dosw 2010
CDODA-Me - methyl 2-cyano-3,11-dioxo-18β-olean-1,12-dien-30-oate, a syntetyczna pochodna kwasu glicyretynowego (triterpenoid)
RKO i SW480 - komórki linii raka okrężnicy
-----> prowadziło to do zwiększenia ekspresji genów odpowiedzialnych za hamowanie progresji komórek nowotoworowych
Chintharlapalli et al., Int J Cancer, 2009
Czynniki chemoprewencyjne regulują ekspresję miR-27a
Wpływ różnych związków na specyficzne mikroRNA
• Kwas all-transretinowy (ATRA) – lek stosowany u pacjentów z białaczką szpikową promielocytową , W badaniach in vitro wykazano, iż ATRA indukuje ekspresję mikroRNA: miR-15a, miR-15b, miR-16-1,let-7a, let-7c, let-7d, miR-223, miR-342 i miR-107, natomiast hamuje ekspresję miR-181b
• Również u pacjentów, u których stosowano ATRA i chemioterapię zaobserwowano zwiększenie ekspresji let-7a, miR-15a, i miR-16-1 i wykazano, że ten proces jest odpowiedzialny za działanie antyproliferacyjne.
• W innym doświadczeniu, ATRA indukowała ekspresję miR-186, miR-215, i miR-223, ale obniżała ekspresję miR-17-5p, miR-25, miR-193, miR-195 i let-7a w ludzkiej linii białaczki promielocytarnej NB4.
• W tej samej linii komórkowej, inna grupa zaobserwowała obniżenie poziomu miR-146a. Spadek ten był odpowiedzialny za działanie antyproliferacyjne na drodze zależnej od TGF-b/SMAD4
Yi et al., Cancer Prev Res. 2013
Witamina D jest dobrze zbadanym czynnikiem o działaniu chemoprewencyjnym, a jej wpływ na poziom mikroRNA był analizowany na wielu liniach komórkowych in vitro
• W liniach białaczkowych, wit. D3 zwiększała ekspresję miR-32 a obniżała poziom miR-181
miR-181 - > p27 -> zatrzymanie cyklu
komórkowego w fazie G1
W komórkach nowotworu prostaty wzrost miR-98 pod wpływem wit. D3 jest odpowiedzialny za zahamowanie wzrostu
miR-98 - > areszt G2/M
Modulacja mikroRNA jako mechanizm anty-nowotoworowy
Shah et al., 2012
Mechanizmy działania czynników chemoprewencyjnych
Melchini, 2010
P450 Nrf2
GST, NQO1, HO-1,
NFkB AP1
microRNA
Zdrowych i spokojnych Świąt
Do zobaczenia na wykładzie 13.01.2017