Promutageny Chemické mutageny a jejich rozdělení „Metabolism usually results in the inactivation of the parent compound, but some of the metabolites generated are more toxic (genotoxic) than the parent compound“ Příklady a rozdělení promutagenů • polyaromatické a heterocyklické uhlovodíky (benzpyren, benzantracen, dimethylbenzantracen) • aromatické a heterocyklické primární, sekundární a terciální aminy a azobarviva (2-acetylaminofluoren, 2-aminofluoren, benzidin) • nitroarylové a nitrofuranové sloučeniny (furylfuramin, AF-2) • nitrosaminy a nitrokarbamáty (N-nitrosodomethylamin) • allytriaziny a dialkylhydraziny • acetamidy, thioamidy a karbamáty • některé chlorované uhlovodíky • přírodní produkty jako cykasin, safrol, mykotoxiny, pyrrolizidinové alkaloidy) Příklady promutagenů v životním prostředí Detekce a zjišťování promutagenů • In vitro homogenát z jater + detekční systém (např. Amesův test + S9 frakce) • Hostitelem zprostředkovaná aktivace (tzv. host mediated assay) • Testování mutagenity tělních tekutin (moč, krev) • Transgenní organismy (např. Drosophila melanogaster nesoucí geny pro glutathion-S-transferázu) Amesův test s metabolickou aktivací (Salmonella typhimurium) Plotnový test mutagenity podle Amese Nejpoužívanější kmeny: • TA 98 – posunové mutace • TA100 - substituce Provedení: a) bez metabolické aktivace -S9 b) s metabolickou aktivací +S9 (homogenát z jater) Nutno provést vždy i negativní kontrolu (kontrolní rozmezí spontánních revertant) a pozitivní kontrolu (použití známých mutagenů) Jednotlivé etapy metabolické aktivace promutagenů Vznik aktivních mutagenů/karcinogenů v průběhu metabolické aktivace Transformační reakce • většina enzymů je uložena v endoplazmatickém retikulu buněk • katalyzují vložení –OH, -O skupiny do lipofilní molekuly prostřednictvím hydrolytické (arylesterázy, karboxyesterázy, acetylesterázy) redukční, oxidativní reakce • Př. mikrozomální epoxydhydroláza katalyzuje přeměnu epoxidů na dihydrodioly !!! Metabolická aktivace benzpyrenu Transformační reakce – oxidační enzymy Příklady aktivace různých tříd chemických sloučenin mikrozomálními monooxygenázami Příklady některých chemických sloučenin aktivovaných mikrozomálními monooxygenázami Příklady dalších oxidoredukčních enzymů • Alkoholy – alkoholdehydrogenázy (játra, ledviny, střevo, plíce) • Aldehydy- aldehydehydrogenázy • Biogenní aminy – monoaminooxigenázy • Rostliny – peroxydázy a peroxygenázy Odbourávání alkoholu • Pivo (muž 75 kg) - 1 dvanáctka - 2 hodiny 3 minuty 1 desítka - 1 hodina 37 minut 2 dvanáctky - 4 hodiny 7 minut 4 dvanáctky - 8 hodin 13 minut 8 dvanáctek - 16 hodin 26 minut 10 dvanáctek - 20 hodin 32 minut Víno (muž 80 kg) - 2 deci - 2 hodiny 40 minut - 4 dcl - 5 hodin 20 minut - litr - 13 hodin 20 minut - litr a půl - 19 hodin 40 minut Destiláty (muž 80 kg) - 1 panák(0.05l) - 2 hodiny 12 minut - 2 panáky - 4 hodiny 24 minut - 4 panáky - 8 hodin 48 minut - 6 panáků - 13 hodin 12 minut - 8 panáků - 17 hodin 36 minut - 10 panáků - 22 hodin • Ženské tělo raguje na alkoholické nápoje jinak - rozdíly v krevní hladně při stejném množství vypitého alkoholu: • Tělo ženy alkohol jinak přijímá než u muže: ženské tělo obsahuje více tuku, do kterého alkohol neprostupuje. Má tak v těle "méně místa" a způsobuje rychleji opilost. Rovněž dětské tělo je velmi citlivé (díky malé hmotnosti) na množství alkoholu a rychle vede k opilosti a ev. smrti. • Konjugační reakce • slouží ke konjugaci s endogenními konjugačními činidly, jimiž jsou produkty metabolismu buňky (např. kyselina glukuronová, aktivní sulfát, aktivní methionin, aminokyseliny atd.) a následnému vyloučení z organismu • rekace jsou zprostředkovány řadou enzymů (transferázami např. glutathion S-transferáza (GSTs), sulfotransferáza, N-acetyltransferáza, UDP-glukuronyl transferázou aj.) • genetický polymorfismus !!! Konjugace s glutathionem N-acetyltransferáza (NAT) • katalyzuje přenos acetátu z acetyl CoA na primární aminovou a hydrazinovou skupinu – vytváří acetamidy a hydrazidy • klinicky prokázána v populaci existence „rychlých - EM“ a „pomalých - PM“ acetylátorů • výskyt polymorfních lokusů NAT1 a NAT2 – rozdílná citlivost k mutagenům – PM (5 – 20% Asiatů, 50% Afroameričanů, 65% bělochů, 90% populací u Středozemního moře) Např. pomalí acetylátoři (rr)– výskyt nádorů moč. měchýře, poškození jater, rychlí acetylátoři (RR, Rr) – vyšší četnost nádorů konečníku Acetylace u EM a PM Procesy ukládání - rostliny • export chemických látek do vakuol a mezibuněčného prostoru, zabudování do ligninu • možnost uchovávat zabudovaná xenobiotika v ligninu – riziko pro živočichy a člověka Příklady metabolické aktivace promutagenů - benzpyren Příklady metabolické aktivace promutagenů – aromatické aminy Příklady metabolické aktivace promutagenů - aflatoxiny Příklady metabolické aktivace promutagenů - dimetylnitrozamin Příklady metabolické aktivace promutagenů - dusičnany Rostlinné promutageny • látky mutagenní pro některé rostlinné druhy, ale nemutagenní pro savce či jiné organismy Detekce: a) in vitro - pomocí metabolické aktivace za účasti rostlinných mikrozomálních enzymů (tzv. S-1 frakce) např. (promutagen + S-1 frakce (extrakt z listů, hlíz rostlin) + testovací systém b) in vivo – zvýšení frekvence mutací u rostlin po aplikaci promutagenu (např. chromozomové aberace, genové mutace) testy na detekci mutací u rostlin Rostlinné promutageny - příklady Tyto promutageny nevykazují mutagenní aktivitu při použití Amesova testu s metabolickou aktivací (homogenát z jater), ale jsou aktivovány rostlinným metabolismem !!! • maleinhydrazid a jeho soli • atrazin a jiné s-triaziny • 1,2 – dibromethan • azid sodný Různé typy rostlin mohou aktivovat různé promutageny !!!! Faktory ovlivňující aktivitu biotransformačních reakcí organismu • mezidruhové rozdíly (nízké aktivity některých enzymů, jiné cesty zpracování substrátu) • vnitrodruhové rozdíly (endogenní vlivy – polymorfismus, exogenní vlivy – dieta, hladovění) • pohlaví (pohlavně ovlivněné izoformy enzymů) • věk (ve stáří klesá celkové množství P450 závislých monooxygenáz, postupný úbytek buněk ER) • genetické faktory Fenotypová variabilita v metabolismu mnoha významných chemických látek je důsledkem geneticky determinovaných rozdílů v aktivitě metabolizačních enzymů. Genetickou podstatou této variability je polymorfismus alel genů podmiňujících zpracování a přeměny chemických látek v lidském organismu Poymorfismus alel genu CYP2D6 Bimodální distribuce genu CYP2D6 v populaci Polymorfismus genu CYP2D6 a výskyt nádorů Kouření a zhoubné bujení Poymorfismus enzymů GST a kouření • GST – podílí se např. na biotransformaci aflatoxinu B1, PAH aj. • nositelé nulové alely GSTM1(homozygoti 40-50 % bělošské populace)- vyšší pravděpodobnost vzniku nádoru plic u kuřáků !!!