Faktory ovlivňující vznik a rozvoj nádorů Životní prostředí a životní styl Výživa – složky potravy Lipidové složky výživy – vysoce nenasycené mastné kyseliny (VNMK) VNMK a nádorová onemocnění Molekulární mechanismy působení VNMK Metabolismus VNMK – eikosanoidy Změny lipidů a jejich metabolismu při vývoji nádorů Praktické aspekty – klinika Faktory ovlivňující vznik a rozvoj nádorů Anand P et al., Pharmaceut Res 2008 Úloha genů a prostředí ve vývoji nádorů Geny spojené s rizikem různých typů nádorů Anand P et al., Pharmaceut Res 2008 Různé typy nádorů spojené s infekcí Anand P et al., Pharmaceut Res 2008 Typy nádorů spojované s konzumací alkoholu a kouřením Anand P et al., Pharmaceut Res 2008 Různé typy nádorů spojené s environmentálními karcinogeny Anand P et al., Pharmaceut Res 2008 Anand P. et al., Pharmaceutical Research 2008 Vznik a rozvoj nádorů genetické faktory + faktory vnějšího prostředí Bioaktivní složky potravy ovlivňují genetické a epigenetické děje spojené se vznikem různých patologických procesů Trujillo E., J Amer Diet Assoc., 106, 2006 ??Podíl výživy stále diskutován??? Ovoce, zelenina, koření a cerealie působící protinádorově Khan N. et al, Carcinogenesis 28, 2007 Indukce specifických signálních drah 10 Apoptóza indukovaná dietetickými faktory EGCG – zelený čaj Resveratrol – víno Genistein – sója Capsaicin – chilli papričky Lycopene – rajčata Gingerol – zázvor Luteolin – brokolice, petržel, tymián.. Apigenin – celer, petržel, heřmánek Delphinidin – brusinky, gran jablko, borůvky Silymarin – ostropestřec mariánský alkaloidy flavonoidy antokyany Důkazy in vitro a in vivo Důkazy in vitro Faktory životního prostředí a životního stylu Faktory ovlivňující přeměnu zdravé buňky v nádorovou v průběhu let 12 • Nekuřte • Pravidelně cvičte • Nebuďte sexuálně promiskuitní • Vyvarujte se dlouhému pobytu na přímém slunci • Vyvarujte se rizika hepatitidy B a C 13 Rady pro snížení rizika vzniku nádorů Reálné cíle pro snížení mortality na nádorová onemocnění Snížení úmrtnosti zahrnuje zejména změnu životního stylu: • omezení kouření a podporu zdravé výživy a fyzické aktivity 15 Strategie minimalizace rizika vzniku onemocnění •Fyzická aktivita •relaxace, „mír na duši“ •snížení stresu •žádné kouření •správná výživa 15 • zvýšený přísun kalorií (snížený) výdej • vysoký obsah tuků • nerovnováha v lipidovém metabolismu Negenetické příčiny vzniku kardiovaskulárních a nádorových onemocnění Zvýšení a snížení rizika onemocnění hraje roli v karcinogenezi řadou různých mechanizmů. Je prokázáno, že vysoký příjem kalorií a tvorba tukových zásob je rizikovým faktorem. Příjem, absorpce a metabolismus velkého množství potravy vyžaduje oxidativní metabolismus a produkuje více reaktivních kyslíkových radikálů, které poškozují DNA. Ukázalo se, že příjem tuků může zvyšovat riziko nádorů. Epidemiologické studie předpokládají pozitivní korelaci mezi příjmem tuků a nádory prsu, kolonu a prostaty. Navzdory dlouhé historie studií tuků a nádorů, zůstává řada protikladů. Ukazuje se, že nejen kvantita, ale i kvalita hraje důležitou roli a že se zde uplatňují i tuky rostlinné, zejména esenciální vysoce nenasycené mastné kyseliny (PUFAs) typu n-3, n-6, olivový olej atd. 16 Výživa – složení potravy Různé typy nádorů spojené s obezitou Anand P et al., Pharmaceut Res 2008 Siriwardhana N. et al., J Nutr Biochem 2013 Vliv složek výživy na funkce tukové tkáně Obezita vede k hypertrofii tukových buněk a zvýšené produkci prozánětlivých faktorů (adipokinů), ovlivňuje imunitní buňky Ochranné faktory Polyfenoly, n-3 nenasycené MK (PUFA), mononenasycené MK (MUFA) a konjugovaná kys. linoleová (CLA) zvyšují lipolýzu, oxidaci MK a zabraňují lipogenezi Relativní procento různých mastných kyselin v potravě a změny v průběhu vývoje lidské populace od lovců sběračů, zemědělskou společnost a společnost po průmyslové revoluci !!! Simopoulos AP, Exp Biol Med 2008 Stover PJ and Caudill MA J Am Diet Assoc 2008 Interakce živin a genomu Nutrigenetika vliv genetických variant na požadavek, utilizaci, toleranci a metabolismus živin vs. Nutrigenomika modulační úloha živin na evoluci genomu, frekvenci mutací, in-utero viabilitu Nutrigenomika zpětně ovlivňuje genetické variace pozorované v různých lidských populacích Genetické polymorfismy posouvají rovnováhu mezi příjmem a výdejem energie. Vyšší příjem energie, nízký poměr nenasycené/nasycené tuky, inzulinová resistence, a sedavý životní styl jsou rizikovými faktory vedoucími k obezitě a chronickým onemocněním (srdeční choroby, diabetes a nádory). To je vyvažováno fyzickou aktivitou a dietou bohatou na celá zrna, ovoce, zeleninu, sóju atd., která snižuje riziko těchto chorob. (Trujillo E., J Amer Diet Assoc., 106, 2006) Nerovnováha mezi příjmem a výdejem energie ve vztahu k obezitě a chronickým onemocněním Imbalance v lipidovém metabolismu hraje roli u mnoha závažných onemocnění Vysoká hladina cholesterolu je spojena s kardiovaskulárními chorobami, které jsou nejčastější příčinou úmrtí v populaci. Lipidy produkované buňkami imunitního systému jsou zahrnuty v zánětlivých onemocněních jako je revmatoidní artritida, sepse, astma, zánětlivé onemocnění střeva. Změny lipidů hrají úlohu také v neurodegenerativních a psychických onemocněních (Alzheimerova choroba, deprese, hyperaktivita, schizofrenie apod.) Lipidy a jejich metabolismus se uplatňují též při vzniku a rozvoji nádorových onemocněních. Zdraví - výživa – lipidy Lipidové složky výživy – vysoce nenasycené mastné kyseliny (VNMK) Více, nežli jen zdroj energie!!!! •strukturální a regulační úloha •dopad na fyziologické funkce organizmu •účinky na imunitní systém •regulace proliferace, diferenciace a apoptózy úloha v karcinogenezi (etiologie nádorů tlustého střeva, prostaty, prsu) 23 Lipidy Orešič M. et al. Trends in Biotechnology 2008 Mediátory a modulátory vnitrobun. signalizační sítě Metabolická rovnováha Zásobárna energie Různá biologická úloha lipidů TUKY (lipidy) NEJSOU POUZE ZDROJ ENERGIE !!! Strukturální a regulační úloha s významným dopadem na fyziologické funkce organismu Úloha v patofyziologii - nádory Aktivita proteinů (přenašečů, receptorů) ODPOVĚĎ a CHOVÁNÍ BUNĚK živočišné a rostlinné Mastné kyseliny s krátkým řetězcem – 6-12 C (SCFA) • kys. máselná • kys. propionová nasycené – 12 a více C • kys. palmitová • kys. stearová mononenasycené – 16 a 18 C, 1 dvojná vazba • kys. palmitoolejová • kys. olejová polynenasycené (PUFA) – 18 a více C, 2 a více dvojných vazeb • kys linoleová • kys. alfa-linolenová – esenciální MK 25 Zdroje tuků (Polyunsaturated fatty acids - PUFAs) - mastné kyseliny s 2 i více dvojnými vazbami. Tři hlavní skupiny PUFAs: n-3 (ω-3), n-6 (ω-6) a n-9, podle polohy dvojné vazby nejbližší ke koncovému metylovanému uhlíku. Tyto jsou metabolizovány stejným způsobem alternativními desaturačními a elongačními enzymy. Nomenklatura: Např. kyselina arachidonová - 20:4, n-6 20 - počet uhlíků 4 - počet konjugovaných dvojných vazeb n-6 - poloha první dvojné vazby od metylovaného konce molekuly Téměř všechny dvojné vazby jsou ve víceméně stabilní cis - konfiguraci. 26 Vysoce nenasycené mastné kyseliny - VNMK Struktura výchozích esenciálních mastných kyselin Kys. linoleová (n-6) a alfa-linolenová (n-3) 27 Kys. linolová (18:2, ω-6) kyselina arachidonová (AA, 20:4), rostlinné oleje zdroj eikosanoidů (prostaglandiny, leukotrieny) význam u různých nádorů. V experimentálních systémech často podpůrný účinek pro vznik a rozvoj nádorů Kys. alfa-linolenová (18:3, ω-3) kys. eikosapentaenová (20:5) a dokosahexaenová (22:6) z rybích a některých rostl. olejů (pupalka, len, rakytník) V experimentálních systémech často inhibiční účinek pro vznik a rozvoj nádorů Důležitý je poměr n-3: n-6 VNMK!!! rostl.oleje Řada n-6 a n-3 v záp dietě až 20:1 (1:1) rybí oleje plankton, řasy) Esenciální vícenenasycené mastné kyseliny (VNMK) 18 a více uhlíků 2 a více dvojných vazeb Savci je nedovedou syntetizovat Příjem v potravě Živočichové nedovedou syntetizovat n-3 a n-6 PUFAs de novo ani nedovedou přeměnit jednu sérii v druhou. Tyto esenciální mastné kyseliny musí být obsaženy v potravě podobně jako vitamíny. Jsou životně důležité jako složka všech membrán a permeabilní bariéry pokožky a jako prekursory eikosanoidů a s nimi souvisejících látek, které hrají důležitou regulační úlohu ve tkáních. Zdrojem jsou rostlinné oleje (n-6 PUFA) a rybí olej (n-3 PUFA) Tuky z potravy ovlivňují počátek a rozvoj řady onemocnění včetně nádorových. Existují v zásadně dvě úrovně ovlivnění: • změny složení mastných kyselin (MK) v buněčných membránách • přímá kontrola procesů v jádře na úrovni transkripce genů n-3 a n-6 PUFA jsou metabolicky i funkčně odlišné. Jejich rovnováha je důležitá pro homeostázu a normální vývoj. Efekty jsou pleiotropní. 30 Zatímco proteiny jsou geneticky determinovány, složení buněčné membrány s ohledem na lipidy (a tím i řada buněčných funkcí jako je aktivita membránových enzymů a přenašečů, vazba hormonů, mechanismy signálové transdukce) je z velké části závislé na příjmu z potravy. n-3 a n-6 PUFA mohou účinně a přímo řídit transkripci specifických genů (např. geny kódující lipogenní proteiny, delta desaturázy atd.). Tak může příznivý a nepříznivý účinek tuků na různé choroby zahrnovat kombinaci interaktivních regulačních mechanismů: •akutní, rychlá a přímá regulace exprese genů •dlouhodobá adaptivní modulace složení membrán, která může přímo ovlivnit příjem a přenos signálů hormonů, cytokinů, produkci eikosanoidů apod. Během průmyslové revoluce se drasticky poměr n-6:n-3 PUFA. V tzv. západní dietě je dnes místo 1:1 až 10-25:1. 31 Lipidové složky funfují spolu s cytokiny a hormony jako intra- i intercelulární mediátory a modulátory buněčné signalizační sítě Poměr obsahu n-6 a n-3 esenciálních vysoce nenasycených mastných kyselin (VNMK) ovlivňuje vlastnosti membrán, zejména jejich fluiditu a produkci látek vznikajících hydrolýzou membránových fosfolipidů. Tyto změny pak ovlivňují vazbu cytokinů, aktivitu receptorů i funkci na membránu vázaných signálních molekul (G proteinů, fosfolipáz atd.). 32 Santos CR, Schultze A, FEBS J 2012 Různé aspekty vývoje nádorů podporované lipidy Mechanismy působení VNMK ● vlastnosti buněčných membrán ● produkce protizánětlivých látek ● oxidativní metabolimus ● přenos buněčných signálů (uvnitř i mezi buňkami) ● metabolismus estrogenů ● metabolismus insulinu ● ovlivnění novotvorby cév (angiogeneze) ● antimetastatické účinky Možné mechanismy působení n-3/n-6 VNMK BUNĚČNÁ A MOLEKULÁRNÍ ÚROVEŇ n-3/n-6 VNMK soutěží o stejné pozice ve fosfolipidech (PL) buněčných membrán!! Složení PL je ovlivňováno množstvím těchto VNMK ve stravě VNMK se vestavují do fosfolipidů buněčných membrán, po příslušných podnětech jsou uvolňovány fosfolipázou A2 a metabolizovány za účasti COX a LOX enzymů na různé typy eikosanoidů (prostaglandiny, leukotrieny) Buněčná membrána Faktory ovlivňující vznik a rozvoj nádorů Životní prostředí a životní styl Výživa – složky potravy Lipidové složky výživy – vysoce nenasycené mastné kyseliny (VNMK) VNMK a nádorová onemocnění Molekulární mechanismy působení VNMK Metabolismus VNMK – eikosanoidy Změny lipidů a jejich metabolismu při vývoji nádorů Praktické aspekty – klinika Různé modely: • Jednoduchá difúze • CD36 (88kDa) a FABPpm (plasma membrane-associated fatty acid-binding protein (43kDa) vážou MK na povrchu, zvyšují lokální konc. a usnadňují tak difúzi • aktivní transport pomocí CD36 • Uvnitř buněk se MK vážou na cytoplasmatické vazebné proteiny (FABPc) před vstupem do metabolických či signálních drah • Malá část MK je transportována FABP a rychle aktivována membránovými acyl-CoA syntházami (ACS1) a tvoří estery acyl-CoA . • MK s dlouhým řetězcem > C22) jsou transportovány preferenčně a přímo konvertovány na estery acyl-CoA s velmi dlouhým řetězcem Schwenk RW Prostagl Leuk Ess Fatty A 2010 Transport MK přes cytoplasmatickou membránu Martin S. and Parton RG, Nature Rev 7, 2006 Tvorba LDs v endoplasmatickém retikulu Při nadbytku MK se syntetizují neutrální lipidy v membráně endopl. retikula (ER). Zralé LD se odštěpují z ER membrány a tvoří samostatné organely ohraničené monovrstvou fosfolipidů a spojené se specifickými proteiny. Rodina PAT proteinů (perilipin, ADRP, TIP-47). vznik „lipid droplets, lipid bodies“ •akumulace lipidových kapének (lipid droplets, LD) v cytoplazmě buněk (působení lipidových látek, indukce diferenciace a apoptózy ) •obsahují neutrální lipidy (obvykle triacylglyceroly nebo estery cholesterolu), obklopeny monovrstvou fosfolipidů za normálních podmínek - zásobárna energie a cholesterolu •důležité pro udržení homeostázy lipidů, pro lipidový metabolismus a signálování •souvislost s regulací procesů diferenciace a apoptózy není zcela objasněna •citlivé vitální barvení lipidových kapének •fluorescenční barvivo Nile Red (flow cytometrie)nebo BODIPY 493/503 (fluoresc. mikroskopie) 40 Akumulace lipidů v cytoplazmě Funkce LD a důležité proteiny s nimi spojené Bozza P et al., BBA 1794:540, 2009 Metabolismus VNMK eikosanoidy 42 Metabolizace n-6 a n-3 VNMK N-6 a n-3 VNMK soutěží o stejné enzymy (desaturázy a elongázy). 20C VNMK (DGLA, AA, EPA, DHA) jsou prekursory pro tvorbu různých typů eikosanoidů (prostaglandiny, leukotrieny, tromboxany) – soutěž o stejné enzymy (cyklooxygenázy, lipoxygenázy) Enzym účastnící se lipidového metabolismu, důležitý pro řadu buněčných procesů. Tři skupiny: •sekretovaná PLA2 (sPLA2), •na vápníku nezávislá PLA2 (iPLA2), •na vápníku závislá cytosolová PLA2 (cPLA2). Kromě úlohy v buněčném signálování souvisejí PLA2 s různými patologickými stavy, včetně zánětu, tkáňové reparace a nádorů. U řady nádorů jsou hladiny sPLA2 a cPLA2 zvýšeny. PLA2 jsou také cílem protinádorové terapie 44 Fosfolipáza A2 45 Laye JP and Gill JH, Drug Discovery Today 2003 PLA2 odštěpuje VNMK z sn-2 pozice fosfolipidů v membráně Uvolňování VNMK z fosfolipidů Prozánětlivé cytokiny (např. TNF alfa) indukují expresi cPLA2. Následuje fosforylace zprostředkovaná MAP kinázami. Ca2+ způsobuje translokaci cPLA2 z cytosolu do perinukleární membrány, kde je také její substrát a enzymy nutné k tvorbě eikosanoidů. Aktivovaná cPLA2 lyzuje membránové fosfolipidy a uvolňuje AA, která je metabolizovaná COX a LOX. Laye JP and Gill JH, Drug Discovery Today 2003 Aktivace cPLA2 Model konstitutivní overexprese cPLA2 a COX-2 u nádorových buněk Laye JP and Gill JH, Drug Discovery Today 2003 Indukce proliferace, přežívání, migrace a invaze nádorových epiteliálních buněk Wang D, DuBois RN, Nature Rev Cancer 2010 PGE2 a LTB4 podporují progresi nádoru Syntéza eikosanoidů a jejich vazba na receptory spřažené s G proteiny COX-2 je nadměrně exprimována u 40-90% kolorektálních adenomů a u 90% adenokarcinomů 50 Renehan A.G. Et al., Colorectal Disease 4, 2002:76-89 51 Zvýšená exprese COX-2 u nádorů COX-2 i 5-LPO stimulují buněčnou proliferaci, inhibují apoptózu a indukují neoangiogenezi 52Romano M and Claria J., FASEB J 17, 2003:1986-1995 Zvýšená exprese COX-2 u řady buněčných typů – makrofágy, fibroblasty, osteoblasty, endoteliální b. – podporuje růst nádoru řadou mechanismů: PGs závislé na COX-2 stimulují •vnitrobuněčné receptory (intrakrinní mechanismus), •PG receptory (autokrinní mechanismus) a •PG receptory jiných buněk endoteliální b. – proangiogenní efekty (parakrinní mechanismus) 53 Komunikace mezi různými typy buněk se zvýšenou expresí COX-2 podporuje karcinogenezi Gasparini G. Et al. The Lancet 4, 2003:605-615 Cyklooxygenázové dráhy kyselina arachidonová COX-1 COX-2 •endotoxin •cytokiny •mitogeny glukokortikoidy selektivní inhibitory COX-2 (coxiby – nimesulid, celecoxib) •žaludek •střevo •ledviny •krevní destičky konstitutivní indukovatelná aktivace inhibice 54 místa zánětu: •makrofágy •synoviální buňky neselektivní inhibitory COX-1 i COX-2 (NSAIDs – ibuprofen,indometacin, aspirin) Pidgeon GP et al Cancer Metastasis Rev, 503, 2007 Metabolismus LOX podporuje průchod buněk buněčným cyklem 12- a 15-LOX a jejich metabolity podporují průchod nádorových buněk buněčným cyklem. Jejich inhibice způsobuje zástavu buněčnou cyklu následovanou obvykle apoptózou. Pidgeon GP et al Cancer Metastasis Rev, 503, 2007 Úloha lipoxygenáz (LOX) v rozvoji nádorů Rovnováha v produkci různých isoforem LOX (pro- i protinádorově působících) a jejich biologická aktivita rozhoduje o vývoji nádorů. Účinky a molekulární mechanismy působení n-3 VNMK Dumas JF, Seminars in Cancer Biology 2017 Předpokládané protizánětlivé a protinádorové účinky n-3 VNMK zahrnují • změny vlastností buněčných membrán (fluidita, lipidové rafty) • suprese biosyntézy eikosanoidů odvozených od AA – změna imunitní odpovědi a modulace zánětu, proliferace, apoptózy, tvorby metastáz a angiogeneze •ovlivnění signálové transdukce, aktivity transkripčních faktorů (NFκB, PPARγ) a genové exprese – změny metabolismu, buněčného růstu a diferenciace •změny metabolismu estrogenů – redukce estrogeny stimulovaného růstu •zvýšená nebo snížená produkce volných radikálů (kyslíku, dusíku) •mechanismy zahrnující citlivost k insulinu Molekulární mechanismy působení n-3 VNMK Surette ME, CMAJ 2008 Omega-3 VNMK jsou inkorporovány do fosfolipidové dvojvrstvy buněčných membrán. Mohou modulovat aktivitu membránových proteinů, expresi genů a proteinů a fungují jako zásobárna bioaktivních lipidových mediátorů. 60 Serhan CN and Chiang N, Br J Pharmacol 2008 Resolviny a neuroprotektiny 61 Nové lipidové mediátory odvozené od n-3 VNMK Produkce a struktura mediátorů odvozených od DHA D resolviny D Neuroprotektiny Serhan CN and Chiang N, Br J Pharmacol 2008 Produkce a struktura mediátorů odvozených od EPA 63Serhan CN and Chiang N, Br J Pharmacol 2008 Hammamieh R, Breast Cancer Res Treat 2007, 101:7 Rozdílné účinky omega-3 a omega-6 VNMK na genovou expresi nádorových buněk prsu •VNMK fyzicky interagují s mitochondriální membránou, mění její permeabilitu otevíráním MTP (membrane permeability pores) a snižují tak membránový potenciál. •DHA je přednostně inkorporována do kardiolipinu, fosfolipidu vnitřní mitoch. membrány. To souvisí se stupněm nenasycenosti, indukcí oxidativního stresu, uvolněním cytochromu c a apoptózou. •VNMK modulují hladinu proteinů rodiny Bcl-2 (Bid, Bcl-2), které intereagují s lipidy mit. membrány. •Zvýšené množství VNMK vyvolává oxidativní stres (produkce ROS, NOS a lipidová peroxidace) 65 Děje na mitochondriích a oxidativní metabolismus Kardiolipin (Difosfatidyl glycerol, glycerolfosfolipid) • sn-1 – SFAs – LA, OA • sn-2 – PUFAs – DHA – přednostně se vestavuje do kardiolipinu – mění nenasycenost mit. membrány a oxidativní metabolismus. • Souvislost s aktivitou cytochrom c oxidázy a uvolňováním cytochromu c • Význam pro apoptózu 66 Hlavní součást membrán mitochondrií D’Errico I and Moschetta A Mol Cell Life Sci 2008 Exprese jaderných receptorů během vývoje nádorů kolonu TP53 – tumor protein 53 SMAD2 – Small mothers against decapentaplegic homolog 2 67 Mastné kyseliny a jejich metabolity fungují jako aktivátory PPARs Michalik L et al., Nature Rev Cancer 2004 Voutsadakis IA, J Cancer Res Clin Oncol 2007, 133:917 Důležité signální dráhy a molekuly indukované či inhibované PPARγ PPARγ indukuje fosfatázu PTEN vedoucí k inhibici kinázy Akt. Akt má antiapoptické účinky (inhibice kaspázy-9). PPARγ způsobuje zástavu bun. cyklu represí cyklinu D, indukcí p18, p21, p27 a interakcí s Rb. PPARγ rovněž potlačuje beta-katenin a COX-2 podporující karcinogenezi kolonu. Indukované geny Reprimované geny Narayanan BA et al., Cancer Res 2003 Microarray analýza lidské nádorové buněčné slinie kolonu CaCo-2 po působení DHA (48h) Změny lipidů a jejich metabolismu při vývoji nádorů Hanahan D and Weinberg RA Cell 2011, 144:646 Další znaky nádorů Schopnost modifikovat nebo reprogramovat buněčný metabolismus k podpoře proliferace Uniknutí z imunologického dohledu Genetická nestabilita (mutabilita) a zánět podporují nádorovou progresi Bjeloribi-Djefaflia S, Oncogenesis 2016 Hlavní změny metabolických drah lipidů u nádorových buněk Menendez JA and Lupu R Nature Rev 2007, 7:763 Během karcinogeneze se vyvíjí tzv. lipogenní charakter buněk 74 Zvýšená endogenní syntéza mastných kyselin a snížená citlivost k nutričním zásahům FASN – fatty acid synthase (syntáza mastných kyselin) pod transkripční kontrolou SREBP1c (sterol regulatory element-binding protein) Modulace traskripčního faktoru SREBP1c (sterol regulatory element - binding protein) Souvislost s regulací FASN u normálních a nádorových buněk. Hormonální a nutriční regulace FASN napojena částečně na PI3K/Akt a ERK1/2 signálovou transdukci regulující expresi a maturaci SREBP. U nádorových buněk hyperaktivace této dráhy v důsledku onkogenní deregulace (nadprodukce růst. faktorů, hyperaktivace receptorů, nebo ztráta funkce negativních regulátorů (např. PTEN) způsobí konstitutivní expresi či maturaci SREBP a transkripci FASN. Menendez JA and Lupu R Nature Rev 2007, 7:76375 Menendez JA et al Drug News Pespect 18, 2005 Ovlivnění exprese a aktivity FASN Zvýšení exprese a aktivity FASN během buněčné transformace, spojitost s působením a signálními drahami epidermálního růstového faktoru -EGF Zvýšená exprese a aktivace receptoru Her-2/neu a aktivace PI3K/Akt a MAPK signálních drah u nádorů prsu. 76 Prokázány změny ve složení a metabolismu lipidů!!!! • v plazmě nádorových pacientů • v nádorové tkáni a buňkách ve srovnání s nenádorovými Zejména snížení obsahu n-3 VNMK (DHA) ve srovnání s n-6 (kys. linolová a arachidonová) Integrovaný pohled na komplexní lipidové interakce, které určují výsledný tzv. LIPIDOM – lipidový profil jednotlivce. LIPIDOMIKA (část metabolomiky) se zaměřuje na analýzu lipidů izolovaných z buněk, tkání nebo tělních tekutin. Tyto poznatky slouží k objasnění funkcí lipidů v biologických systémech. Rozvoj analytických metod, bioinformatika S protekcí určitých typů nádorů (např. prsu) spojen složený indikátor kombinující zvýšené mononenasycené MK a nízký poměr omega6/omega3. Tento lipidom by se mohl stát templátem pro detekci rizika nádorů prsu ve vztahu k dietě. 77 Změny lipidů v rozvoji nádorů přispívají k rozvoji nádorových onemocnění zejména ovlivněním imunitního systému a buněčné kinetiky Metabolismus a obrat fosfolipidů v membránách i oxidativní metabolismus nádorových buněk se zásadně liší od buněk nenádorových. Nádorové buňky často vykazují: • změny ve spektru a koncentraci VNMK ve srovnání s normální tkání • zvýšenou periferní utilizaci VNMK z potravy • změny v oxidativním metabolismu a antioxidační ochranězvýšenou aktivitu enzymů metabolismu kys. arachidonové (COX2, 12-LPO...) a produkci eikosanoidů • sníženou citlivost k endogenním inhibitorům růstu (TGF-1), induktorům apoptózy (TNF, FasL, TRAIL) a diferenciace (butyrát) 78 Patologické změny v produkci a funkci cytokinů a eikosanoidů BougnouxP.etal,CancerEpidemiolBiomarkersPrev15,2006 Analýza hlavních komponent (PCA) mastných kyselin v tukové tkáni ukazující zvýšené riziko nádoru prsu Analýza (array) hladiny mastných kyselin u benigních a maligních nádorů prsu Bougnoux P. et al, Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 15, 2006 Praktické aspekty Klinika PRAKTICKÉ VYUŽITÍ POZNATKŮ O PŮSOBENÍ MASTNÝCH KYSELIN Nejedná se o farmaka, ale součást stravy, je možné použít poměrně vysoké dávky VYUŽITÍ : DIETETICKÁ DOPORUČENÍ Zdraví a prevence chorob Funkční potraviny Potraviny pro zvláštní lékařské účely TERAPEUTICKÉ VYUŽITÍ – nutriční farmakologie Výživa „šitá na míru“ Nosiče léků Kombinovaná terapie Pomocná (adjuvantní) terapie Parenterální a enterální výživa (optimalizace složení lipidových emulzí) Směsi přírodních olejů (sojový –LCT, kokosový – MCT), emulgované fosfolipidy (vaječný lecitin, sojové fosfolipidy), izotonizační přísada (glycerol) Tukové částice podobné chilomikronům Parenterální výživa – emulze součást tzv. „all-in-one“ vaků Funkce - zdroj energie a esenciálních MK Enterální a orální výživa Na základě nových poznatků o regulační úloze lipidů využití jako farmaka Nutriční farmakologie Výživa cílená na určité onemocnění – „Disease-specific nutrition“ 83 Složení a využití lipidových emulzí LCT - “long chain” triglyceridy - z rostlinných olejů s vysokým obsahem VNMK (důležitý poměr n-3 : n-6) - regulační funkce, mohou zyšovat nebo snižovat např. produkci TNF (kachektin) - prozámětlivý cytokin spojený s kachexií MCT - “medium chain” triglyceridy - nasycené MK (6-12 uhlíků) zdroj energie, působí proti supresi imunitních a fagocytárních funkcí u silně stresovaných pacientů. Složení lipidových výživ ovlivňuje spektrum lipidů v plasmě i v buněčných membránách, přičemž metabolismus a obrat fosfolipidů v membránách transformovaných-nádorových buněk se zásadně liší od buněk netransformovaných-nenádorových. 84 Význam složení tuků v parenterální výživě pacientů VNMK a nádorová onemocnění Prevence Epidemiologické studie – snížená incidence nádorů (kolonu) v populacích konzumujících velké množství ω-3 VNMK z mořské stravy Experimentální studie ● ω-3 VNMK inhibují karcinogenyindukovanou karcinogenezi ● redukují růst transplantovaných nádorů u laboratorních zvířat ● snižují proliferaci a indukují apoptózu u nádorových buněk kolonu in vitro. Klinické studie – EPA a DHA inhibují proliferaci epiteliálních buněk kolonu u pacientů s adenomy a vysokým rizikem nádorového onemocnění Terapie Při chirurgických zákrocích předoperační perorální nebo pooperační enterální či parenterální dieta s ω-3 VNMK zlepšuje postoperační zánětlivou a imunitní odpověď a snižuje infekci. Dieta s ω-3 VNMK zlepšuje nádorovou kachexii a kvalitu života Kombinace se standartní terapií (chemoterapie, záření) ● dieta s ω-3 VNMK netoxický způsob zvýšení účinků terapie ● samotné použití ω-3 VNMK užitečný přístup, jestliže je vyloučena toxická standartní terapie. ● Nádorové onemocnění prsu, kolonu a rekta, prostaty, slinivky břišní… ● NA ZÁKLADĚ POZNÁNÍ MECHANISMŮ PŮSOBENÍ !!! ● Prevence: obohacení stravy ● Terapie: podpora imunity protizánětlivé účinky celkové zlepšení stavu organismu (antikachektické účinky) posílení účinků chemoterapeutik – kombinovaná terapie umožňující snížení dávky VYUŽITÍ N-3 VNMK V PREVENCI A TERAPII ● kardiovaskulární onemocnění ● diabetes ● vývoj plodu a novorozence ● poznávací funkce a chování (hyperaktivita, autismus) ● neurodegenerativní a psychická onemocnění (Alzheimerova choroba, deprese, schizofrenie atd.) ● nádorová onemocnění VÝZNAM STRAVY OBOHACENÉ N-3 VNMK Vše, co chcete vědět o lipidech http://www.cyberlipid.org/ HofmanovaJ@email.cz Kontrolní otázky k tématu Jaké hlavní složky se podílejí na vzniku a rozvoji nádorových onemocnění? Jaké faktory vnějšího prostředí se podstatně podílejí na vzniku a rozvoji nádorových onemocnění? Co rozumíte pod pojmem biologicky aktivní složky výživy - příklady? Jak se vyvíjelo složení potravy zejména s ohledem na tuky v průběhu vývoje lidské společnosti? Jaká je různá biologická úloha lipidů? Které děje na buněčné úrovni mohou ovlivňovat? Které typy lipidů jsou významné s ohledem na nádorová onemocnění? Jak může obezita ovlivnit funkce tukové tkáně? Proč jsou některé nenasycené MK esenciální, vyjmenujte základní typy. Které jsou hlavní mechanizmy působení VNMK na buněčné a molekulární úrovni? Jak se dostávají VNMK do buněk? Kde v buňkách nacházíme VNMK jak jsou využívány? Jakým způsobem mohou VNMK ovlivňovat vlastnosti biomembrán? Co jsou to lipidové droplety a jaký je jejich význam pro fyziologii buňky? Jaká je funkce fosfolipáz A2 a jakým způsobem fungují v patologii zánětu a nádorů? Jaké metabolity vznikají z jednotlivých typů VNMK? Srovnejte působení metabolitů vznikajících z n-6 vs. n-3 VNMK vzhledem k rozvoji nádorového onemocnění. Popište uvolňování a metabolismus kyseliny arachidonové v buňkách. Které metabolity AA a jakým způsobem se uplatňují v rozvoji nádorů? Jaký je význam interakce specifických cytokinů a eikosanoidů v rozvoji nádorů? Jakým způsobem mohou prostřednictvím cytokinů a eikosanoidů interagovat buňky v nádorovém mikroprostředí? Které látky nazýváme nesteroidní antiflogistika a k čemu jsou využívány? Jaké jsou hlavní známé mechanizmy působení n-3 VNMK na buněčné a molekulární úrovni? Která VNMK je zvláště významná z hlediska funkce mitochondrií a proč? Jakým způsobem ovlivňují n-3 VNMK metabolizmus kyseliny arachidonové? Jaké transkripční faktory jsou důležité v souvislosti s působením VNMK a proč? Jaké změny v lipidech a jejich metabolizmu byly pozorovány u nádorových buněk ve srovnání s normálními buňkami? Jaké aspekty vývoje nádorů mohou být podporovány lipidy? Co rozumíš pod pojmem lipidom a lipidomika? Co znamená lipogenní charakter nádorových buněk a které molekuly jsou s touto vlastností spojeny? Jak je regulována exprese syntázy MK (FASN)? K čemu nádorové buňky potřebují zvýšenou syntézu lipidů? Co znamená nutriční farmakologie? Jak jsou poznatky o VNMK využívány v klinice? Které složky s ohledem na lipidy by dle vašeho názoru měla obsahovat výživa onkologických pacientů? Jak byste koncipovali studii (např. na hlodavcích) na důkaz pozitivního či negativního působení určitého typu lipidů na vznik a rozvoj nádoru?