Fyziologie působení farmak a toxických látek aboratory Náplň předmětu/sylabus: ** Základní přehled chemických látek, které mohou cíleně nebo náhodně narušovat normální fyziologické procesy - antropogenní organické polutanty, farmaka, sekundární metabolity (dietární látky a neantropogenní toxiny); typy expozice - půda, vzduch, sedimenty, voda, potravní řetězec. ^"Základní typy farmak, farmakokinetika, toxické efekty farmak - cytostatika, hormonální přípravky, neuroleptické látky. r Principy regulace metabolismu, transportu a akumulace cizorodých látek v těle, enzymy I. a II. fáze biotransformace, antiox. enzymy, enzymy III. fáze. ■" Základní typy toxických efektů cizorodých látek (genotoxicita, hepatotoxicita, neurotoxicita, imunotoxicita, nádorová promoce, endokrinní aboratory Náplň předmětu: r Deregulace signální transdukce cizorodými látkami. "" HLH/PAS rodina proteinů - HIF1a, Ah receptor a jeho signalizační dráha. r Jaderné receptory (ER, AR, PR, GR, TR, RAR/RXR, CAR, PXR, PPAR)-jejich Ugandy, jejich úloha v regulaci metabolismu, fyziologické funkce zprostředkované modulací cílových genů. ~ Biosynteza a metabolismus přirozených ligandů NR (steroidy, mastné kyseliny, lipidové mediatory); hormonální regulace biosyntézy. " Principy hormonální regulace a endokrinní disrupce - bezobratlí. ~ Endokrinní regulace a disrupce - obratlovci - ER, AR, PR, GR. ~ Endokrinní disrupce, regulace embryonálního a postnatálního vývoje - obratlovci - RAR, RXR, PPAR, TR. aboratory Fyziologické aj. funkce (homeostáze, vývoj, diferenciace, rozmnožování etc.) jsou založeny na KOMUNIKACI - na stovkách různých signálních drah. Jak endogenní signály, tak cizorodé látky (dietární, enviroínmentální, farmaka,...) ovlivňují komunikaci: Externí stimuly endokrinní, parakrinní, autokrinní) Externí stimuly (cizorodé látky) „Receptory" Efektory, „zesilovače", regulační moduly Intracelulární receptory/ transkripční faktory (NHR, PAS,...) Genová exprese Produkty genové exprese (enzymy, cytokiny, růstové faktoj modulátory bun. cyklu—Ji—~~ Buněčný cyklus, proliferace / buněčná smrt, diferenciace, senescence aboratory Cells-*-(É^ řín) WNT -*■ (Frizzled) -*- Disheveled * G3K-3P I APC ----------------------*■ li-Catcnin---------^-^ [M TCF ECM -»■ C Inlegriňš^) L P-->■ Rac - |J-Catenin:TCF CdC42-*-P13K- _______^ \ p16 1 Anti-growth, factors (e.g.TGFM) (tgfjjr) iGrowth Factcirs (e.g.TGFiv) Hormones \ I I I She + + t i PKC Mos MKKa------^JNKs-^Jun- lil I I I ^ Grh2 SOS >* Cycl DCDK4 I 1 Hb I— HPV E7 1 E2Fs I p15' pZ7«--------------------- 1 Cycl ECDK2 — p21 -<-----------■ S ma ds I I ŕ I / I J ! (RTK )^ľ^-»-Ras-»-Fiaf-fc-MEK-»-MAPK —^WAFK—*-EIK-*-Fc /.7 / Abl L S MEKK- V Mad:Max- \ T ± ->iiflyc:Max- Changes in Gene Expression Cell ' Proliferation (Cell Cycle) |VDNA damage > >■„. sensor ^^ /—- CdC!2 Rac-*-Rho (e.g. Bombesin] -> C7-TMR) ■ (e.g. Estrogen)--------------------- G-Prot -»-Ad Cycl ■* PKA ■ f CREB Survival Factors (e.g-IGF1) r PKC ---------------------*NHR (e.g. ER) -*■ NF-kB------------------> NF-kB C RTK j —* P13K —> AW -** Attn H Ik B % 7 ? PTEN J ■* Stat 3,5 Stat 3,5 + > Bel XL Hod Jaks t (Cytokines) Cytokines ____,^ (o.g. IL-3yS)~_________ -------------*■ Mitochondria ■* t ," Abnormality \---------> Bim, etc Death Factors (e.g. Fast aboratory (Hanahan, Weinberg, Cell, 2000) /a .!._ Přehled farmak a dalších cizorodých látek, které l| modulují fyziologické, celulární, biochemické a molekulárně biologické procesy LASIFIKACE CIZORODÝCH LÁTEK PODLE PŮVODU: přírodní látky (peptidy, biogenní aminy, alkaloidy, polyfenoly, xanthofyly aj. barviva, srpenoidy, bakteriální toxiny, mykotoxiny); syntetická farmaka (farmaka vegetativního nervového systému, např. ß-blokatory 9bo inhibitory AChE, analgetika, cytostatika atd.); průmyslově produkované cizorodé látky (pesticidy, PCB, ftaláty, detergenty); průmyslové kontaminanty prostředí (dioxiny, PAH) anorganické látky LASIFIKACE PODLE ÚČINKU genotoxiny, tumorové promotéry endokrinní disruptory neurotoxické látky (inhibitory AChE, Ca2+, dopamin aj.) nnunomodulační látky chemoprotektivní látky (antioxidanty, inhibitory enzymů signální transdukce, hibitory CYP atd.) aboratory Přírodní látky odvozené z biogenních aminů Me OH / N(Me)3 x- muskarin MeO MeO NHMe MeO meškal in D(-)efedrin (redukcí OH: pervitin) Alkaloidy fYr" kN^ Me H0\ -ÁĹ CH=CH, N-Me nikotin morfin chinin (ROMe) R—N; >j-------N—R xanthiny (kofein, 1,3,7-trimethyl; theofylin, 1.3-diMe; theobromin, 3.7-diMe) Polyfenoly HO^ XOOH COOH COOH kys. chlorogenová (depsid kys. chinové 3,4-d i hyd roxy skoři cové) kys. ellagová (váz. na cukry tvoří gallotaniny Polyfenoly OH HO TO OH OH OH OH OC-^ VoH OH (-)epigalokatechingalát (EGCG). CHO il o<~u v>H OCH3 OCH, Isoflavon 7^^/° Flavon OH OH Flava non Kyselina kofeinová Kyselina f erul ová Syntetická farmaka: příklad metabolismu a toxických efektů aspirinu METABOLISMUS ASPIRINU (TOXICľlA PŘ KONCENTRACI > 300MG/LV KR/I) OCOCH3 sCOOH KYSEUNA ACE1YIASUCYIO/Á HYDR3ÝZA O-GUJC COOH ENOlfiUJWJrcNID OH COOH KYSEUNA SAUCYIOVÁ I RH'QDVAC > OXID. roSFOVUCE, MEÄBUCKÁACODÓZA CT CT" ^^CO-O-GUJC ^^CO-NH-CH,- COOH ES"ER3UJKUrcNID KYSEUNA SAUCYIMOOOVA Syntetická farmaka: cytostatika (příklad antimetabolitů) n HÚHfi rtOHjC É-azflurACi OH OH OH OH S-UKVtldirt Cytostatika Deriváty cisplatiny Bifunkční alkylační činidlo H CICHjCHa \ / CÍCHÁCH, / P=0 v eyklQtOBfamld \ / CHg H3N H3N Pt. .Cl Cl OCOCH, H3N H2N .Cl Pt. Cl OCOCH, OCOCH, H3N H2N .Cl Pt. Cl OCOCH, aboratory Antracyklinová antibiotika Ri R, -CHsO -GOCH, —CH^O —COCHjOH -<;h3o -c^n-n-co—cftH5 I I CH3 H -OH -COCH3 -H -COCH, daunorubicin adriamycln rubidii zon karminomycfn 4-demetoxydaunorublcln antracyklinová antibiotika Estrogeny C = CH titradtoi elhinylsfitradlol OPQ^ř difrtylttNtWttrol dielylsrrtbestrDtdila&lat Antiestrogeny CH, CH. ^n-c-c-o- R = CH,Ch, -tamoxifen R = CH,CH,Cs - lonmlttn Inhibitory enzymů signální transdukce Inhibitory proteinkináz: U0126(inh. MEK1/2) NH, / \ -S CN NH- H,N NC S- Inhibitory cyklooxygenáz: Indomethacin H3CO Ibuprofen CH3 W // C02H CH. ^C02H H,N hkC Průmyslové kontaminanty: organochlorove pesticidy a jejich rezidua Vysoce persistentní v prostředí i organismech; endokrinní disruptory, promotéry karcinogeneze Polychlorované dibenzo-p-dioxiny, dibenzofurany a bifenyly 2,3,7,8*tetra*chlorodibenzodioxin (TCDD) 2,3(7fťMetra-chlQnodibenzofuran {TCDF} Cl Cl Cl Cl 2,2\4,4\6,6,-Hexachlorobipheriyl (Not coplanar) 3 ,4 h5,3',4 P"-pentac Worbifenyl fPCB) Polycyklické aromatické uhlovodíky a jejich deriváty benzo[a]pyren 6 5 1-Nitropyren 6 5 1 -Methylpyren Metabolická aktivace PAH / struktury metabolitů cc2? C Y P-Peroxid*** rV??- I CYP1A1/CYP1BI Epoxide Hydrolase líiitlLynl Calíun -1^- IJcpurinaHnc UNA AdcluFl. AKRs HO* OH { > >ťrnlJ-nPrMI NAL>(ľ MiMf l>XA Adduce NAD

K F!0 iŕ-H2o o* e anion radical o2 _^_ Oxidative DNA Onídutivc DNA Diniigt BP-7.8-D ióne -^- S liable und Dr|» m rinn 4 in e. aboratory Peroxisomální proliferátory (do této skupiny patří jak léčiva, tak i průmyslové kontaminanty) ^^ CH3 I 0 CH2 II I C-O-CH-CH-C^-C^-CH-CH, C-0-CH,-CH-CH,-CH,-CH,-CH, II 2 I 2 2 2 S 0 CH2 I CH, Di(2-ethylhexyl)ftalát (DEHP) Detergenty CH3 CH3-(CH2)3-C-(CH2): SCLNa CH3 CH3 Tetrapropylenbenzensulfonan sodný 'ersistentní jsou íěkteré metabolity "residua"); ůzné mechanismy oxicity (ER, íarkotický účinek aj.) CH3-(CH2)-0-S03Na Alkylsulfonan sodný CH3-(CH2)15-------N+ Br- Cetylpyridiumbromid HO-(C2H40)-/ V R Polyglykoletery alkylovaných fenolů hohQ^r Alkylfenoly aboratory Fyziologické aj. funkce (homeostáze, vývoj, diferenciace, rozmnožování etc.) jsou založeny na KOMUNIKACI - na stovkách různých signálních drah. Jak endogenní signály, tak cizorodé látky (dietární, enviroínmentální, farmaka,...) ovlivňují komunikaci: Externí stimuly endokrinní, parakrinní, autokrinní) Externí stimuly (cizorodé látky) „Receptory" Efektory, „zesilovače", regulační moduly Intracelulární receptory/ transkripční faktory (NHR, PAS,...) Genová exprese Produkty genové exprese (enzymy, cytokiny, růstové faktoj modulátory bun. cyklu—Ji—~~ Buněčný cyklus, proliferace / buněčná smrt, diferenciace, senescence aboratory REGULACE BUNEČNÝCH PROCESŮ *~ Regulace tvorby aktivního enzymu: indukce/suprese biosyntézy (negat., pozitivní kontrola transkripce, mutace), regulace enzymové aktivity (allosterická regulace, de/fosforylace, zpětno-vazebná regulace produktem metabolismu), stabilizace a degradace proteinů, nespecifické mechanismy (ztráta energie -NAD(P)H, ATP). *~ Typy signalizace mezi buňkami (endokrinní, parakrinní, autokrinní, přímé komunikace - GJIC, „adherens junctions" aj.). *~ Intracelulární signální transdukce (bun. povrchové receptory, aktivace enzymů - MAPK, lipázy, sekundární „messengery", transkripční faktory). r Extracelulární chemické stimuly: hormony, růstové faktory, cytokiny, xenobiotika, dietární PUFA atd. aboratory