BENZO[a]PYREN, JEHO ZDRAVOTNÍ DOPADY A ZNEČIŠTĚNÍ NA OSTRAVSKU. R. J. Sram Ústav experimentální mediciny AV ČR, Praha (sram@biomed.cas.

Transkript

1 BENZO[a]PYREN, JEHO ZDRAVOTNÍ DOPADY A ZNEČIŠTĚNÍ NA OSTRAVSKU R. J. Sram Ústav experimentální mediciny AV ČR, Praha (sram@biomed.cas.cz) ARNIKA, Praha,

2 AIR PARTICLES (< 10 µm) (Filtres from HiVol Samplers -Winter, Summer) DNA binding activities in vitroacellularassay 32 P -postlabelingand HPLC analysisofdnaadducts R. J. Sram 2013 Binkova et al. 1999

3 CONTRIBUTION OF THE MAJOR PAH-DNA ADDUCTS TO THE TOTAL DNA ADDUCTS LEVEL FROM URBAN SAMPLES PAH-DNA adducts derivedfrom 9-OH-B[a]P anti -BPDE B[b]F B[k]F B[j]F CHRY B[a]A I[c,d]P R. J. Sram 2013 Totalradioactivity fromalldna adducts detected approx. 50 % (Binkova et al. 1999)

4 B[a]P 2012

5 AIR POLLUTION 2012 (CHMI) Locality PM10 µg/m 3 PM2.5µg/m 3 B[a]P ng/m 3 Ostrava-Poruba 35.1± ± ±5.0 Ostrava-Radvanice 49.5± ± ±13.7 Karvina 45.8±44.7 X 8.2±11.1 Havirov 44.3±43.7 X X Prague-Smichov 30.2± ±8.8 X Prague-Libus 27.8± ± ±1.5 Ceske Budejovice 22.8± ± ±2.0 x -not measured R. J. Sram2013

6 VÝZNAM k-pau VE ZNEČIŠTĚNÉM OVZDUŠÍ výsledky plodnost respirační kardiovaskulární těhotenství mužů nemocnost dětí, onemocnění, (IUGR, LBW, psychický cukrovka, působí jako ED) vývoj nádory RIZIKO PRO LIDSKÉ ZDRAVÍ R.J.Sram 2013

7 MECHANISM OF CARCINOGENIC ACTION OF PAHs Rundle, 2006

8 HUMAN STUDIES AND BIOMARKERS OF EXPOSURE, EFFECT AND SUSCEPTIBILITY PM2.5 Stationary monitoring DNA adducts by 32 P-postlabeling c-pahspersonalmonitoring Stationary monitoring VOC Cotinine Personal monitoring Stationary monitoring Triglycerids, Total, HDL and LDL cholesterol Chromosomal aberrations FISH, Oxidative damage micronuclei 8-oxodG, 15-F2T-isoP, proteins Genetic polymorphisms Gene expression VitaminsA, C, E R. J. Sram2013

9 PERSONAL MONITORING IN PRAGUE R.J. Sram 2013 (foto Ludvik Hradilek, Aktualne.cz)

10 AUTORADIOGRAPHS OF THIN LAYER CHROMATOGRAMS WITH DNA ADDUCTS PATTERN OF: DNA isolated from lymphocytes of subject sampled in January 2004 (1st sampling period) Water blank Positive control (DNA isolated from the lung of rats intraperitoneallytreated with 100 mg B[a]P/kg b.w.) R. J. Sram2013

11

12 CYTOGENETIC ANALYSIS FISH analysis R. J. Sram2013 t(ab);t(ab);t(ba) Three translocations betweenchromosome 1 andunpaintedchromosomes

13 R. J. Sram2013

14 R. J. Sram2013 MICRONUCLEI

15 R. J. Sram2013

16 REACTIVE OXYGEN SPECIES Endogenous sources Exogenous sources O 2 - SOD H 2 O 2 Catalase H 2 O + O 2 OH H 2 O R. J. Sram2013 Lipid peroxidation DNA oxidation Protein oxidation

17 Driven by: Pathway-1 surface reactivity OC-L PM Surface Reactivity Pathway-2 organiccompounds Phase I (Cyp1a1 ) OC-H PM ROS Oxidative Effect ROS Bioactivation Biotransformation ROS NFkB API Phase II (Gst, Ngo1 ) Conjugation Phase III Elimination R. J. Sram2013 Proinflammatoryresponse

18

19 100 SCSA -Acridine Orange Stained DNA Native DNA Stainability (green fluorescence) R. J. Sram Fragmented DNA (red fluorescence)

20

21 ? VÝSLEDKY MOLEKULÁRNĚ EPIDEMIOLOGICKÝCH STUDIÍ (genomová frekvence translokací-fish, mikrojadérka, fragmentace DNA ve spermiích) koncentrace >1 ng B[a]P/m 3 v ovzduší RIZIKO PRO LIDSKÉ ZDRAVÍ (WHO Bonn ) R. J. Sram 2013

22 Znečištěné ovzduší při koncentraci > 1 ng B[a]P/m 3 DNA adukty 32-postlabelling Genomovou frekvenci translokací Frekvenci jadérek Fragmentaci DNA ve spermiích R. J. Sram 2013

23 R. J. Sram 2013 VLIV ZNEČIŠTĚNÉHO OVZDUŠÍ NA VÝSLEDKY V TĚHOTENSTVÍ

24

25 PREGNANCY OUTCOME -RISK OF c-pahs AMBIENT EXPOSURE to15 ngc-pahs/m 3 /month (2.8 ngb[a]p/m 3 ) INDOOR EXPOSURE (50-60%) approximately to 9 ngc-pahs/m 3 /month (1.7 ngb[a]p/m 3 ) R. J. Sram 2013

26 DŮSLEDKY IUGR Dětská úmrtnost Dětská nemocnost Zpoždění vývoje Cukrovka Hypertenze Ischemická choroba srdeční R.J.Sram 2013

27 VLIV B[a]P NA EXPRESI GENŮ V TĚHOTENSTVÍ R. J. Sram 2013

28 Vývoj koncentrací polutantů (měsíce) B[a]P benzen 7 4 B[a]P (ng/m 3 ) benzen (µg/m 3 ) 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, PM2.5 (µg/m 3 ) PM2.5 Praha České Budějovice R. J. Sram

29 Výsledky stanovení DNA aduktů v žilní a pupečníkové krvi a v placentě (Porovnání -Praha a České Budějovice) Žilní krev matky Pupečníková krev Placenta Adukty/10 8 nukl. N Průměr ± S.D. B[a]P-like Celkové B[a]P-like Průměr ± S.D. Celkové Průměr ± S.D. B[a]P-like Celkové Praha ± ± ± ± ± ±1.06 Čes. Budějovice *± *± *± *± *± * #±1.46 R. J. Sram 2013 *p<0.001 významně vyššíhladiny celkových i tzv. B[a]P specifických DNA aduktů ve všech tkáních byly nalezeny u matek a dětí z Českých Budějovic #p<0.001 významně vyšší hladiny hladiny DNA aduktů v placentě než v žilní a pupečníkové krvi u matek a dětí z Českých Budějovic

30 MICRONUCLEI IN NEWBORNS PRAGUE (86) 2.17 MN/1000 BC CESKE BUDEJOVICE (92) 3.82 MN/1000 BC TOWN (40) 3.45 MN/1000 BC VILLAGES (52) 4.11 MN/1000 BC R. J. Sram 2013

31 Microarray analýza genové exprese -metodika Odběr vzorků -stabilizace expresního profilu (RNAlater, PAX system, LeukoLOCK) Izolace RNA a ověření kvality (Agilent Bioanalyzer) Gene expression profiling -přepis RNA do crna (Ambion) -hybridizace na HumanRef-8 Expression -skenování (Illumina ArrayReader) BeadArrays Statistická analýza dat (Illumina BeadStudio Software, R program) R. J. Sram 2013

32 Změny v transkriptomutěhotných žen v Praze vs. Českých Budějovicích Soubor: 35 nekuřaček z Prahy vs. 52 nekuřaček z Č. Budějovic -periferníkrev (PB), placenta(pl), pupečníkovákrev (UCB) Množství polycyklických aromatických uhlovodíků v ovzduší v Praze se začíná významně snižovat ZvýšenáhladinaDNA aduktů vevšech typechtkánímatekzč. Budějovic vporovnánísprahou Vyššíhladinaperoxidovaných lipidů u vzorků zprahy Cíl: srovnáníexpresních profilů vzorků PB, PL a UCB získaných odtěhotných žen zobou lokalit vzhledemkodlišnému působenígenotoxickýchlátekvtěchto lokalitách R. J. Sram 2013

33 DEREGULATION OF GENES Cord blood Change: 104 genes CB Increased expression incb: genes related to metabolism of xenobiotics Decreased expression incb genes related to immuneresponse andautoimmunediseases

34 ZÁVĚRY 1. Detekce zvýšené exprese genů spojených s působením genotoxickýchlátek ve všech tkáních z ČB je v souladu s vyšší expozicí genotoxickýmlátkám naměřenou v této lokalitě. vysoká míra tkáňové specifity (zejména u pupečníkové krve) opačný trend deregulace některých buněčných drah mezi vzorky periferní a pupečníkové krve (specifické imunitní procesy a snimi asociované autoimunitní choroby aktivované u periferní a naopak suprimované u pupečníkové krve z ČB Periferní krev Placenta 6 Pupečníková krev Vysokýpočetgenů detekovanýuplanaopaknízkýuucb,malýpřekryvderegulovanýchgenů mezi UCB a ostatními tkáněmi a opačná regulace imunitních procesů jsou známky, které poukazujíalespoň na částečnou detoxifikačnífunkciplacenty. R. J. Sram 2013

35 GAMETICKÉ MUTACE R. J. Sram 2013

36

37

38 POŠKOZENÍ GENOMU POČÁTEK NEMOCI NUTNOST PREVENCE! R. J. Sram 2013

39 PROGRAM OSTRAVA VÝSLEDKY VÝZKUMU

40 40

41 R.J.Sram 2013

42 ZDRAVOTNÍ STAV U DĚTÍ R. J. Sram 2013

43 Z. horních cest dýchacích + průdušek +hrtanu a průdušnice + plic + angína + z. středního ucha Incidence/dítě st 2 nd 3 rd 4 th 5 th 6 th roky M.O. (413) Hrab. (595) Zábř. (348) Por. (313) R. a B. (154) roky R.J.Sram 2013

44 ASTHMA BRONCHIALE U DĚTÍ R. J. Sram 2013

45 Comparison of no asthma vs. asthma t-test results In the Venn diagrams shown below, the t-test results obtained using all experiments either with a p-value cutoff of 0.01 or a p-value cutoff of 0.01 and at least a 1.5 fold change are compared no asthma vs. asthma P-value 0.01 P-value 0.01 fold change 1.5 no asthma vs. asthma control region no asthma vs. asthma no asthma vs. asthma control region genes specific for asthma in Prachatice no asthma vs. asthma Ostrava genes specific for asthma in Ostrava no asthma vs. asthma Ostrava no genes common for both regions R. J. Sram 2013

46 Souhrn Asthma bronchiale na Prachaticku -alergický typ astmatu, odpověď na alergen. Asthma bronchiale vostravě -nealergický typ astmatu, vyvolán iritanty - znečištěné ovzduší, ETS, virové infekce. R. J. Sram 2013

47 Znečištěné ovzduší ovlivňuje metylaci DNA u dětí Studované skupiny Celkem 200 dětí (7-15 let): Ostrava Bartovice a Radvanice -100 Prachaticko -odběr krve - březen 2010 Znečištění B(a)P 3/2010 -stacionární monitoring: 10.1 ng/m ng/m 3 Výsledky - Analýza metylovaných míst ve více než genech míst bylo rozdílně metylovaných

48 PERSONÁLNÍ ODBĚRY OSTRAVSKO B[a]P 14.6 ng/m 3 R. J. Sram 2013

49 Koncentrace B[a]P ze stacionárního měření HiVol v Ostravě, Karviné, Praze a Třeboni ng/m /2010 Ostrava-Bartovice 12/2009 Karviná 3/2010 Ostrava-Poruba 2/2010 Praha-Libuš (PM10) 12/2009 Třeboň dny R. J. Sram 2013

50 PROGRAM OSTRAVA -NOVÉ POZNATKY Adaptivní odpověď lidského organismu na zátěž k-pau ze znečištěného ovzduší Jako reakce na znečištění ovzduší jsou u Ostravanů exprimované specifické geny, které přispívají se snížení negativního dopadu znečištění na genetický materiál (adaptivní odpověď). Rozdílná exprese genů u dobrovolníků v Ostravě a Praze může naznačovat i rozdílné spektrum znečišťujících látek. Naše laboratoř jako první ukázala, že lidský organismus je schopen reagovat na velmi vysoké koncentrace k-pau adalších škodlivých látek adaptivní odpovědí, která je však zdlouhodobého hlediska proorganismusškodlivá. R. J. Sram 2013

51

52 ArcelorMittal, Hamilton Canada kpau 1 16 ng/m 3 (B[a]P ng/m 3 ) R. J. Sram 2013

53 R. J. Sram 2013

54 ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ V ČR (HODNOCENÍ RIZIKA) 1) 2) 3) 4) Koncentrace B[a]P > 1 ng/m 3 /rok(standard EU) jsou dlouhodobě překračovány u 60% populace ČR Proto lze zátěž populace B[a]Ppovažovat za nejvýznamnější riziko znečištěným ovzduším v ČR Pro většinu oblastí ČR představují největší zátěž B[a]Plokální topeniště, v Prazedoprava, pro MSK průmyslové zdroje Zdravotní rizika znečištěného ovzduší na zdraví populace by měla být hodnocena dle koncentrace B[a]P a nikoliv PM10 R.J.Sram 2013

55 ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ V ČR (HODNOCENÍ RIZIKA) 5) 6) 7) 8) Novým poznatkem jsou výsledky, které prokazují vliv B[a]Pna deregulaci genů u novorozenců (specificky genů ovlivňujících imunitu) Prokázaným důsledkem současného znečištění ovzduší je zvýšená nemocnost dětí předškolního věku, asthma bronchiale u dětí a kardiovaskulární úmrtnosti Zvýšené koncentrace B[a]Pbudou nepříznivě ovlivňovat současné a příští generace Proto by měl být přijat komplexní výzkumný program, který bude analyzovat vliv znečištěného ovzduší na populaci Moravskoslezského a Ústeckého kraje a navrhnout opatření, která by mohla zátěž populace snížit R.J.Sram 2013

56 PODĚKOVÁNÍ Podpořeno granty MŽP ČR Projekt AIRGEN (SP/1b3/8/08) MŠMT ČR Projekt ENVIRONGEN (2B06088) GAČR #P503/11/0084 GAČR #P S R.J.Sram 2013