METALOTHIONEIN A JEHO ROLE V METABOLISMU VOLNÝCH RADIKÁLŮ. Branislav Ruttkay-Nedecký, Lukáš Nejdl, Markéta Vaculovičová, Vojtěch Adam a René Kizek

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "METALOTHIONEIN A JEHO ROLE V METABOLISMU VOLNÝCH RADIKÁLŮ. Branislav Ruttkay-Nedecký, Lukáš Nejdl, Markéta Vaculovičová, Vojtěch Adam a René Kizek"

Sára Vávrová
před 6 lety
Počet zobrazení:

1 METALOTHIONEIN A JEHO ROLE V METABOLISMU VOLNÝCH RADIKÁLŮ Branislav Ruttkay-Nedecký, Lukáš Nejdl, Markéta Vaculovičová, Vojtěch Adam a René Kizek

2 Volné radikály Volné radikály jsou chemické částice obsahující jeden nebo více nepárových elektronů a jsou velmi reaktivní. Volné radikály: a) vznikají během ozařování UV, rentgenovým nebo gama zářením b) jsou produkty reakcí katalyzovaných kovy c) jsou přítomny v ovzduší jako znečišťující látky d) jsou produkovány neutrofily a makrofágy během zánětu e) jsou vedlejší produkty mitochondriálního respiračního řetězce. Nejvýznamnějšími volnými radikály v aerobních organismech jsou reaktivní formy kyslíku (ROS) a reaktivní formy dusíku (RNS). Zdroj:

3 Přehled volných radikálů Reaktivní formy kyslíku Reaktivní formy dusíku Volné radikály Látky neradikálové povahy Volné radikály Látky neradikálové povahy Superoxidový radikál O 2 - Peroxid vodíku H 2 O 2 Oxid dusnatý NO Peroxynitrit ONOO - Hydroxylový radikál HO Kyselina chlorná HOCl Oxid dusičitý NO 2 Dusitany NO 2 - Alkoxylový radikál RO Ozon O 3 Dusičnany NO 3 - Peroxylový radikál ROO Singletový kyslík 1 O 2 Nitrosyl NO +

Metalothioneiny (MT) Metalothioneiny objevily pánové Margoshes a Vallee v roce 1957 izolovali je z koňských ledvin, jako Cd vázající proteiny objevitelé nazvali protein metalothionein, kovy vázající

4 Metalothioneiny (MT) Metalothioneiny objevily pánové Margoshes a Vallee v roce 1957 izolovali je z koňských ledvin, jako Cd vázající proteiny objevitelé nazvali protein metalothionein, kovy vázající sírný protein vyskytují se v lidech a celé živočíšné říši s velkým stupněm homologie jsou známé u eukaryotických mikroorganismů, vyšších rostlin a řady prokaryot jedná se o menší proteiny 6 10 kda jsou známy 4 savčí MT izoformy (MT1, MT2, MT3 a MT4) u živočíchů je jejich výskyt pozorován především v tkáních jako jsou játra, ledviny, slinivka a střevo vysoký obsah cysteinu až 30%, absence aromatických kyselin MT se podílejí na detoxifikaci buněk a regulaci homeostázy těžkých kovů v buňkách účastní se ochrany organismu před volnými radikály podporují regeneraci poškozené tkáně Zdroj: Department of Biochemistry, University of Zurich

Struktura metalothioneinu savčí metalothioneiny jsou jedno-řetězcové polypeptidy obsahují 61-68 aminokyselin, přičemž třetinu tvoří cysteiny.

5 Struktura metalothioneinu savčí metalothioneiny jsou jedno-řetězcové polypeptidy obsahují aminokyselin, přičemž třetinu tvoří cysteiny. k sulfhydrylovým skupinám cysteinů jsou vázány ionty kovů největší afinitou disponuje MT vůči Cu +, dále pak Cd 2+ a Zn 2+ Jeho terciární struktura je rozdělena na dvě domény, α a β thiolátové klastry α (C-terminální) je stabilnější a obsahuje 4 vazebná místa pro ionty kovů, β (N-terminální) dokáže pojmout 3 ionty. Převzato a upraveno z Petrlova, Potesil et al. 2006

6 Exprese metalothioneinu MT promotor má několik regulačních oblastí. Exprese MT je indukována mnoha vlivy ionty kovů přes MRE (metal response element), cytokiny přes STAT (signal transducers and activators of transcription), stresovými hormony glukokortikoidy přes GRE (glucocorticoid response element) a volnými radikály přes ARE (antioxidant response element). Mezi kovy indukující expresi patří především Zn, Cd, Cu, nicméně při fyziologických dějích takto vystupuje především Zn. Metylace promotoru snižuje expresi MT u některých nádorových buněk. Exprese MT je zahájena po vazbě transkripčního faktoru MTF-1 (metal regulatory-transcription factor 1) na regulační část genu pro MT zvanou MRE (metal responsive element). Buněčné zásoby Zn jsou ovlivněny příjmem Zn potravou. Zn společně s MT hraje důležitou roli při regulaci klíčových procesů jako jsou apoptóza, buněčné dělení a diferenciace. Převzato a upraveno z Davis and Cousins 2000.

7 Různé formy kyslíkových radikálů, které se tvoří například při intenzivní činnosti mitochondrií, musí být buňkou zlikvidovány. Pro tyto účely jsou syntetizovány látky, antioxidanty, které podléhají oxidaci namísto důležitých buněčných komponentů. Mezi ně patří MT a glutathion, které vytvářejí oxidačně redukční prostředí a za určitých podmínek jsou schopni se vzájemně oxidovat či redukovat. To je důvod, proč působení oxidačních faktorů indukuje expresi MT v buňkách. Z fyzikálního hlediska sem patří například rentgenové záření, což potvrdilo několik studií. U myší, jejichž tělo bylo ozařováno rentgenovými paprsky, byl zjištěn zvýšený výskyt mrna metalothioneinu I (Shibuya, Satoh et al. 1995). MT a oxidační stres Je předpokládáno, že MT funguje jako zhášeč radikálů či donor zinku enzymům účastnících se opravných procesů. Zdroj:

8 Antioxidační aktivita MT v publikacích Thornalley a Vasak (Thornalley and Vasak 1985) pozorovali, MT-1 izolovaný z králičích jater, který obsahoval Zn 2+ nebo Cd 2+ ionty zhášel volné hydroxylové ( OH) a superoxidové radikály (O 2- ) produkované in vitro pomocí reakce xantinu s xantinoxidázou. V podmíkách oxidačního stresu v přítomností zvýšené koncentrace reaktivních forem kyslíku nebo NO dochází k uvolnění zinku z MT. Inkubace plicních fibroblastů s NO vedla ke zvýšení koncentrace intracelulárního zinku, což nebylo pozorováno u MT nulových fibroblastů ( bez exprese MT) (St Croix, Wasserloos et al. 2002). Zinkovým MT indukované lidské leukemické HL-60 buňky byly odolnější vůči oxidačnímu stresu způsobeného peroxidem vodíku než normální buňky (Quesada, Byrnes et al. 1996). V další studii Sato et al. (Sato 1991) stanovil na dávce závislé změny v koncentraci MT-1 v potkaních tkáních po subkutánním podání paraquatu (činidla, které vytváří superoxidové radikály). 24 hodin po injekci koncentrace MT-1 v plicích stoupaly lineárně se zvyšující se dávkou paraquatu.

MT redoxní cyklus Nízký redoxní potenciál thiolátového klastru MT umožňuje jeho oxidaci mírnými buněčnými oxidanty, které jsou neustále přítomné v buňce s dynamickou změnou jeho redoxního stavu.

9 MT redoxní cyklus Nízký redoxní potenciál thiolátového klastru MT umožňuje jeho oxidaci mírnými buněčnými oxidanty, které jsou neustále přítomné v buňce s dynamickou změnou jeho redoxního stavu. Vazba kovu (většinou zinku ) je termodynamicky stabilní, ale oxidace thiolátového klastru MT vede k uvolnění kovů a vzniku MT-disulfidu anebo thioninu ( dojde-li k uvolnění všech kovů z MT). Redukce MT disulfidu nebo thioninu je možná, pokud jsou k dispozici buněčná redukční činidla jako redukovaný glutathion (GSH) společně se selénem, jako katalyzátorem a MT se rekonstituuje v přítomností kovů jako je zinek za fyziologických podmínek. Tenhle proces představuje MT redoxní cyklus. Převzato a upraveno z Eckschlager, Adam et al a Kang 2006.

10 Závěr Metallothioneiny (MT) se jeví jako multifunkčí molekuly. Fyziologických funkcí bylo dosud rozpoznáno několik: Předně jsou to významné přenašeče iontů kovů, Největší afinitu mají k Cu +, ale nejčastěji vážou Zn 2+, čímž se velmi intenzivně zapojují do homestázy těchto iontů v organismu. Při intoxikaci jinými těžkými kovy jako Cd 2+, Pb 2+, či Hg 2+, dokáží tyto kovy navázat (za uvolnění Zn 2+ ), a tím je pro buňku zneškodnit. Následná detoxikace poté proběhne pravděpodobně v ledvinách. MT mají také významnou antioxidativní roli. Spolu s GSH vytváří oxidačně redukční dvojici, která reguluje výskyt volných kyslíkových radikálů. Vytvářejí tak redukční prostředí, které pomáhá chránit nukleové kyseliny, fosfolipidové membrány a proteinové aparáty buňky před ionizujícími účinky vysokoenergetického záření a chemo-oxidačním působením toxických činidel. V poslední době se také stále více poukazuje na schopnost metalothioneinu regulovat expresi. Jako zásobník zinku dokáže přenášet esenciální kovy (hlavně zinek) na transkripční faktory a tak je aktivovat. Aktivované transkripční faktory se váží na regulační sekvence DNA a spouští transkripci. Kvůli zvýšené expresi MT u některých typů nádorů, mohou být MT využity jako potenciální nádorové markery.

11 Použitá literatura Eckschlager, T., V. Adam, et al. (2009). "Metallothioneins and Cancer." Current Protein & Peptide Science 10(4): Davis, S. R. and R. J. Cousins (2000). "Metallothionein expression in animals: A physiological perspective on function." Journal of Nutrition 130(5): Kang, Y. J. (2006). "Metallothionein redox cycle and function." Experimental Biology and Medicine 231(9): Petrlova, J., D. Potesil, et al. (2006). "Attomole voltammetric determination of metallothionein." Electrochimica Acta 51(24): Quesada, A. R., R. W. Byrnes, et al. (1996). "Direct reaction of H2O2 with sulfhydryl groups in HL-60 cells: Zinc-metallothionein and other sites." Archives of Biochemistry and Biophysics 334(2): Sato, M. (1991). "Dose-dependent increases in metallothionein synthesis in the lung and liver of paraquat-treated rats " Toxicology and Applied Pharmacology 107(1): Shibuya, K., M. Satoh, et al. (1995). "Induction of metallothionein synthesis in transplanted murine tumors by x- irradiation " Radiation Research 143(1): St Croix, C. M., K. J. Wasserloos, et al. (2002). "Nitric oxide-induced changes in intracellular zinc homeostasis are mediated by metallothionein/thionein." American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology 282(2): L185-L192. Thornalley, P. J. and M. Vasak (1985). "Possible role for metallothionein in protection against radiation-induced oxidative stress - kinetics and mechanism of its reaction with superoxide and hydroxyl radicals." Biochimica Et Biophysica Acta 827(1):

12 Poděkování Děkuji kolegům a za finanční podporu projektům CEITEC CZ.1.05/1.1.00/ a Liga proti rakovině Praha.

13 Děkuji za pozornost

Podobné dokumenty

CZ.1.07/2.4 .00/31.00233. republiky. VÝHLEDEM

CZ.1.07/2.4 .00/31.00233. republiky. VÝHLEDEM CZ.1.07/2.4.00/31.00233 Tento projekt je spolufinancovánn z Evropského sociálníhoo fondu a státního rozpočtu České PILOTNÍ STUDIE BIOMOLEKULA METALOTHIONEIN A JEJÍ VÝZNAMM PRO NANOBIOTECHNOLOGIE VÝZNAMEM