Karcinogeneze – vztah dietárních faktorů, toxických látek a dalších k rozvoji a vzniku nádorových onemocnění či dalších civilizačních chorob Biofyzikální ústav AV ČR, v.v.i., Brno Čím se zabýváme? 1. molekulární a buněčná toxikologie/farmakologie; 2. metabolismus tuků, xenobiotik i regulačních molekul a jejich vztah k civilizačním, především nádorovým, onemocněním; • studiem mechanismů vnitrobuněčné signalizace a komunikace mezi buňkami – normální vs. nádorové buňky; • dopad toxických látek na signalizaci a metabolismus – buňky jater, epitelu plic či tlustého střeva – „první linie“ • jakou roli hrají tyto mechanismy při vzniku a rozvoji nádorových (i dalších civilizačních) onemocnění a jak by bylo možné je využít k terapii? Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU)   A 0 50 100 150 200 250 Třeboň Praha Poruba Bartovice Karviná koncentrace[ng/m 3 ] PASU PANU oxidované PAU alkylované PAU ostatní PAU 16 US EPA PAU B 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Třeboň Praha Poruba Bartovice Karviná % PASU PANU oxidované PAU alkylované PAU ostatní PAU 16 US EPA PAU Langlebiges Gift Ein Dioxin-Skandal erschüttert Deutschland: Hühner, Puten und Schweine haben auf deutschen Bauernhöfen vergiftetes Futter gefressen. Ein Futtermittelhersteller hatte technische Fette aus der DieselProduktion für Tiernahrung genutzt. Über Eier oder Fleisch nehmen Menschen die Dioxine auf, wo sie sich in Leber und Gewebe einlagern. O O Cl Cl Cl Cl Dioxiny, PCB, plastifikátory, pesticidy a další Obecný model chemické karcinogeneze • dlouhodobý vícestupňový proces (chronická expozice) zahrnující poškození DNA a mutagenezi (fáze iniciace), expanzi iniciovaných buněk (promoce) a maligní transformaci vedoucí ke vzniku zhoubného nádoru (progresi); jsme vystaveni komplexním směsím toxických látek – ovzduší, voda, potrava – řada karcinogenů; • většina identifikovaných karcinogenů jsou skutečně mutageny, které buď přímo, nebo po bioaktivaci specifickými enzymy způsobují poškození DNA a chromozómů – proto je dlouhodobě věnována pozornost hlavně jejich genotoxickým účinkům; • již od 80. let začíná být zřejmé, že tato hypotéza je velmi zjednodušená – chemické karcinogeny (vč. environmentálních toxikantů) nejsou jednoduše mutageny, ale mají řadu dalších účinků přispívajících ke vzniku a rozvoji nádorových onemocnění; iniciace promoce progrese BUNĚČNÉ MECHANISMY???? Goodson et al., Carcinogenesis, 2015 Možné mechanismy působení environmentálních karcinogenů ?? Activace a účinky receptoru pro aromatické uhlovodíky (AhR): „Classical“ AhR-regulated genes: contain xenobiotic response elements (XRE) or dioxin responsive elements (DRE) in their promoter region: • phase I and II enzymes - CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1, UDPglucuronosyltransferase,GST-Ya, NQO1; • AhRR. AhR-regulated genes involved in control of cell proliferation and cell death: • pro-apoptotic genes - Bax; • immediate - early response genes – Jun, Fos; • cell cycle regulation – p27Kip1, p21Waf/Cip. AhR součást sítě jaderných receptorů - PXR, CAR, ER, PPAR, RAR/RXR Jacobs et al., J. Steroid Biochem. Mol. Biol. 2003, 84: 117–132 ME Surette, CMAJ 2008 DHA ??? ● Rozdíly ve složení a metabolismu lipidů během vývoje nádoru (indikátor rizika) ● Odlišné změny lipidů po působení mastných kyselin ● Rozdíly v citlivosti k fyziologickým regulátorům i toxickým látkám ● Rozdíly v odpovědi na terapii Bougnoux P. et al, Cancer Epidemiol Biomarkers Prev, 2006 Lipidové rafty Lipidomika – komplexní analýza změn lipidů spojených se vznikem a rozvojem CRC Ve všech stádiích rozvoje uplatnění bioaktivních složek výživy stimulace či zástava progrese Tammarielo AE and Milner JA J Nutr Biochem 21:77, 2010 Rozvoj nádorů kolonu Multifaktoriální a komplexní etiologie Genetické i epigenetické změny, životní styl, výživa Epidemiologické, experimentální a dnes již i klinické studie prokazují protektivní úlohu n-3 VNMK (plankton, rybí olej) a mastné kyseliny s krátkým řetězcem BUTYRÁTU z vlákniny V ZÁNĚTU I KARCINOGENEZI KOLONU Psyllium Interakce mezi AhR a dalšími signálními dráhami: • regulující vývoj organismu (Wnt/-kateninová signalizace, dráha Hippo); • endokrinní signalizace – estrogenní a androgenní hormony; • metabolismus endogenních a cizorodých látek (xenobiotika); metabolická disrupce?; • zánět a imunitní reakce; • definice molekulárních mechanismů působení toxických látek – uplatnění při vývoji specifických testů jejich toxicity; Metodiky: • kvantitativní real-time RT-PCR, Western blotting, genomika; • průtoková cytometrie, fluorescenční mikroskopie; • hmotnostní spektrometrie a lipidomika; • regulace genové exprese – EMSA, ChiP, expresní DNA mikroarraye; • manipulace genové exprese – siRNA, transientní a stabilní transfekce buněk; vývoj geneticky modifikovaných buněk (CRISPR/Cas9); • in vitro buněčné kultury, in vivo pokusy, práce s klinickým materiálem; vývoj modelů plicních buněk; • in vitro testy toxicity Jan Vondráček Skupina buněčné a molekulární toxikologie Oddělení cytokinetiky Biofyzikální ústav AV ČR, v.v.i. vondracek@ibp.cz