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



Podobné dokumenty
Monitorování hladiny metalothioneinu a thiolových sloučenin u biologických organismů vystavených působení kovových prvků a sloučenin

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

Abiotický stres - sucho

Toxikologie PřF UK, ZS 2016/ Toxikodynamika I.

10. Minerální výživa rostlin na extrémních půdách

Úvod do biochemie. Vypracoval: RNDr. Milan Zimpl, Ph.D.

TRANSPORT PŘES MEMBRÁNY, MEMBRÁNOVÝ POTENCIÁL, OSMÓZA

Bílkoviny = proteiny

spolupráce Vás zve na seminář: Abstrakt potenciál oblasti číslem k financování. projektu aplikacích. nicméně zůstává z důvodu administrativních

Název: Vypracovala: Datum: Zuzana Lacková

Minerální výživa na extrémních půdách. Půdy silně kyselé, alkalické, zasolené a s vysokou koncentrací těžkých kovů

Sarkosin jako jednoduchý test na rakovinu prostaty analytická studie přednášky Natalia Cernei

Lékařská chemie a biochemie modelový vstupní test ke zkoušce

Specifická imunitní odpověd. Veřejné zdravotnictví

PREZENTACE ANTIGENU A REGULACE NA ÚROVNI Th (A DALŠÍCH) LYMFOCYTŮ PREZENTACE ANTIGENU

LABIFEL: Laboratoře Biofyzikální Chemie a Elektrochemie

Izolace, separace a detekce proteinů a nukleových kyselin a jejich význam VOJTĚCH ADAM

Bílkoviny a rostlinná buňka

KONCENTROVANÝ DATLOVÝ SIRUP

MitoSeminář II: Trochu výpočtů v bioenergetice. Souhrn. MUDr. Jan Pláteník, PhD. Ústav lékařské biochemie 1.LF UK

V organismu se bílkoviny nedají nahradit žádnými jinými sloučeninami, jen jako zdroj energie je mohou nahradit sacharidy a lipidy.

Eva Benešová. Dýchací řetězec

Urychlení úpravy krvetvorby poškozené cytostatickou terapií (5-fluorouracil a cisplatina) p.o. aplikací IMUNORu

Renáta Kenšová. Název: Školitel: Datum:

BUNĚČNÁ TRANSFORMACE A NÁDOROVÉ BUŇKY

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Název: Vypracovala: Datum: Zuzana Lacková

VÝZNAM REGULACE APOPTÓZY V MEDICÍNĚ

Genetická kontrola prenatáln. lního vývoje

Proteiny krevní plazmy SFST - 194

Elektrochemický potenciál Standardní vodíková elektroda Oxidačně-redukční potenciály

Intermediární metabolismus. Vladimíra Kvasnicová

Mechanismy hormonální regulace metabolismu. Vladimíra Kvasnicová

RIGORÓZNÍ OTÁZKY - BIOLOGIE ČLOVĚKA

Bunka a bunecné interakce v patogeneze tkánového poškození

Co nás učí nádory? Prof. RNDr. Jana Šmardová, CSc. Ústav patologie FN Brno Přírodovědecká a Lékařská fakulta MU Brno

BÍLKOVINY. V organismu se nedají nahradit jinými sloučeninami, jen jako zdroj energie je mohou nahradit sacharidy a lipidy.

Název: Vypracovala: Datum: Zuzana Lacková

Renaissance Triple Set. Formula 3 KOMPLEX S ANTIOXIDANTY PRODLUŽTE SI MLÁDÍ!

Hořčík. Příjem, metabolismus, funkce, projevy nedostatku

BIOLOGICKÁ MEMBRÁNA Prokaryontní Eukaryontní KOMPARTMENTŮ

Glykolýza Glukoneogeneze Regulace. Alice Skoumalová

Specifická izolace microrna pomocí magnetizovatelných mikročástic

Humorální imunita. Nespecifické složky M. Průcha

5. Příjem, asimilace a fyziologické dopady anorganického dusíku. 5. Příjem, asimilace a fyziologické dopady anorganického dusíku

Energetický metabolizmus buňky

OBOROVÁ RADA Fyziologie a patofyziologie člověka

Apoptóza Onkogeny. Srbová Martina

UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE FARMACEUTICKÁ FAKULTA V HRADCI KRÁLOVÉ

Úloha 5 k zápočtu z přednášky B130P16 (praktické základy vědecké práce)

5. Lipidy a biomembrány

Propojení metabolických drah. Alice Skoumalová

ENZYMY. RNDr. Lucie Koláčná, Ph.D.

USPOŘÁDEJTE HESLA PODLE PRAVDIVOSTI DO ŘÁDKŮ

Obecný metabolismus.

OBOROVÁ RADA BIOCHEMIE A PATOBIOCHEMIE

Monitorování léků. RNDr. Bohuslava Trnková, ÚKBLD 1. LF UK. ls 1

Beličková 1, J Veselá 1, E Stará 1, Z Zemanová 2, A Jonášová 2, J Čermák 1

Stanovení biomarkerů oxidativního stresu u kapra obecného (Cyprinus carpio L.) po dlouhodobém působení simazinu Hlavní řešitel Ing.

Nové metody v průtokové cytometrii. Vlas T., Holubová M., Lysák D., Panzner P.

Struktura a funkce biomakromolekul

AMPK AMP) Tomáš Kuc era. Ústav lékar ské chemie a klinické biochemie 2. lékar ská fakulta, Univerzita Karlova v Praze

STANOVENÍ TĚŽKÝCH KOVŮ A KOVOVÝCH REZIDUÍ V ČL 2017

1. ročník Počet hodin

Výskyt MHC molekul. RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. ajor istocompatibility omplex. Funkce MHC glykoproteinů

AMH preanalytické podmínky

Biologie buňky. systém schopný udržovat se a rozmnožovat

vysoká schopnost regenerace (ze zachovalých buněk)

Tématické okruhy pro státní závěrečné zkoušky

Buněčný cyklus. Replikace DNA a dělení buňky

Galvanický článek. Li Rb K Na Be Sr Ca Mg Al Be Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi As CU Hg Ag Pt Au

ANÉMIE CHRONICKÝCH CHOROB

IMUNOGENETIKA I. Imunologie. nauka o obraných schopnostech organismu. imunitní systém heterogenní populace buněk lymfatické tkáně lymfatické orgány

ÚVOD DO TRANSPLANTAČNÍ IMUNOLOGIE

Radiobiologický účinek záření. Helena Uhrová

Antioxidanty vs. volné radikály

- Cesta GS GOGAT - Cesta GDH

Toxické látky v potravinách s nebezpečím onkologické aktivace

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

Struktura a funkce biomakromolekul

Identifikace a charakterizace metalothioneinu v nádorových buňkách pomocí MALDI-TOF/TOF hmotnostní spektrometrie

Síra. Deficience síry: řepka. - 0,2-0,5% SH, nedostatek při poklesu obsahu síranů pod 0,01% SH

Jan Krejsek. Funkčně polarizované T lymfocyty regulují obranný i poškozující zánět

2. Z následujících tvrzení, týkajících se prokaryotické buňky, vyberte správné:

Regulace glykémie. Jana Mačáková

BUŇKA ZÁKLADNÍ JEDNOTKA ORGANISMŮ

DUM č. 11 v sadě. 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika

Regulace metabolických drah na úrovni buňky

Fyziologická regulační medicína

Elektrochemická analýza metalothioneinu u pacientů s onkologickým onemocněním

STRATEGIE DETOXIKACE. MUDr. Josef Jonáš. Joalis s.r.o. Všechna práva vyhrazena

Těsně před infarktem. Jak předpovědět infarkt pomocí informatických metod. Jan Kalina, Marie Tomečková

Fakulta životního prostředí v Ústí nad Labem. Pokročilé metody studia speciace polutantů. (prozatímní učební text, srpen 2012)

Přehled energetického metabolismu

Tvorba ROS a oxidativní stres


Izolace RNA. doc. RNDr. Jan Vondráček, PhD..

Distribuce. Doc. PharmDr. František Štaud, Ph.D. Katedra farmakologie a toxikologie Univerzita Karlova v Praze Farmaceutická fakulta v Hradci Králové

Transkript:

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 TOHOTO PROTEINU V NÁDOROVÉ DIAGNOSTICE A LÉČBĚ S VÝHLEDEM VYUŽITÍ VÝSLEDKŮ V NANOMEDICÍNĚ Ing. Kateřina Tmejová, Ph.D., Doc. RNDr. Vojtěch Adam, Ph.

1.1 Úvod Metalothionein je nízkomolekulární protein o velikosti 6-10 kda, který byl izolován v roce 1957 Margoshesem a Valeem z koňské ledviny. Tento protein obsahuje ve své základní struktuře cysteiny a naopak neobsahuje žádné aromatické aminokyseliny. U savců byly nalezeny čtyři hlavní izoformy (MT-1 až MT-4) [1]. Exprese a lokalizace jednotlivých izoforem MT je variabilní jak na intracelulární úrovni, tak na úrovni jednotlivých tkání. MT-1 a 2 jsou přítomné zejména v tkáních jater, střev a ledvin, MT-3 v mozku a MT-4 v kůži [2]. MT-1 a MT-2 zajišťují především ochranu proti působení těžkých kovů, ale účastní se i udržování intracelulární homeostáze zinku [3]. Bylo zjištěno, že ztráta ochranných účinků MT vede ke stupňování patogenních procesů. MT má také antioxidační účinky. Hlavní funkcí MT v organismu je však zachování oxidačně-redukčních podmínek, transport iontů kovu a regulace exprese. V současné době je diskutována jeho role při nádorovém onemocnění. 1

1.2 Struktura MT Savčí metalothioneiny jsou jedno-řetězcové nízkomolekulární proteiny s počtem aminokyselin pohybujícím se od 61 do 68. Až třetinu aminokyselinových zbytků tvoří cystein. K sulfhydrylovým skupinám cysteinů jsou vázány ionty kovů, které v případě divalentních iontů vytvářejí tetraedrické uspořádání thiolátových klastrů [4]. Největší afinitou disponuje MT vůči Cu + (konstanta stability 10 19-10 17 ), dále pak Cd 2+ (10 17 10 15 ) a Zn 2+ (10 14 10 11 ) a není schopen vázat Cu 2+. Celkově je známo 18 iontů kovů, které MT dokáže vázat, ale pouze Cu +, Cd 2+, Pb 2+, Hg 2+, Ag + a Bi 2+ jsou schopny vytěsnit navázaný Zn 2+ ze struktury MT. Celkově lze koordinovat až 12 monovalentních nebo 7 divalentních iontů. Jeho terciární struktura je rozdělena na dvě domény, α a β, α-doména (C-terminální) je stabilnější a obsahuje 4 vazebná místa pro divalentní těžké kovy, β-doména (N-terminální) dokáže pojmout 3 divalentní kovové ionty [5]. 1.3 Exprese MT Geny pro MT jsou seskupeny blízko sebe na chromozomálním lokusu 16q12-22 u člověka a na chromozomu 8 u myši [6]. Exprese jaterního MT je indukována mnoha vlivy jako cytokininy, ionty kovů, stresovými hormony a širokou škálou chemikálií, které aktivují expresi nepřímo skrze stresovou reakci buňky [7]. Mezi kovy indukující expresi MT patří především Cu, Hg, Zn, Au, Cd a Bi. Nicméně při fyziologických dějích takto vystupuje především Zn (ostatní kovy pocházejí většinou z vnějšího prostředí a vyvolávají patologickou odpověď [8]). Zinek je po železe nejrozšířenější kov v organismu a je zřejmé, že velké množství proteinů je zaměřeno na udržování homeostáze tohoto prvku. Dobře popsaná je rodina transportních proteinů ZnT1-4, která se stará o příjem/výdej Zn 2+ přes membrány buněk u savců. Méně je ovšem známo o transportu zinku v intracelulárním prostoru. Hlavním podstatným proteinem je pravděpodobně právě metalothionein. Zvýšená hladina MT byla zjištěna u proliferujících buněk, což může být způsobeno zvýšenou potřebou zinku [9]. Studium exprese metalothioneinu na úrovni mrna ukazuje na roli tohoto proteinu při ochraně buňky vůči vysoké koncentraci Zn 2+ a při odchytu těchto iontů pro potřebu 2

jednotlivých buněčných procesů [2]. MT dále slouží jako rezervoár zinku pro zinekdependentní proteiny a jako zdroj Zn pro nově nesyntetizované apo-mt, či regulátory vlastní exprese [2]. I přes skutečnost, že MT má velkou afinitu k iontům zinku oproti ostatním Zndependentním proteinům, je MT schopen Zn 2+ uvolnit v závislosti na redoxním potenciálu, koncentraci Zn 2+ a případně dalších těžkých kovů. Vazbu MT-Zn je také možno narušit pomocí oxidace sulfhydrylových skupin. Za fyziologických podmínek se této oxidace účastní glutathion v oxidované formě (GSSG), jakožto součást oxidačně-redukčních buněčných regulačních mechanismů [10]. 1.4 Metalothionein a oxidativní stres Různé formy kyslíkových radikálů tvořených při intenzivní činnosti mitochondrií, jsou v buňkách likvidovány, aby nedošlo k poškození buněčných struktur. Z tohoto důvodu jsou syntetizovány látky tzv. antioxidanty, které podléhají oxidaci místo významných buněčných komponentů. Obrannou funkci zastávají také thioly, mezi které patří MT a glutathion. Tyto látky vytvářejí oxidačně-redukční prostředí a za určitých podmínek jsou schopny se vzájemně oxidovat či redukovat. 3

Metalothionein se účastní regulace hladiny volných radikálů také nepřímo a to navázáním iontů kovů, které jsou jejich potenciálními producenty (např. měď [11]). Předpokládá se, že MT funguje jako zhášeč volných radikálů nebo jako donor zinku enzymům, které se účastní opravných procesů. Byla také prokázána indukce exprese MT chemickými látkami indukujícími kyslíkové radikály. Cytostatická léčiva (např. bleomycin, adriamycin, cisplatina a její deriváty) jsou také dobrými aktivátory syntézy MT, zřejmě kvůli jejich schopnostem generovat volné radikály [12]. 1.5 Metalothionein a nádorová onemocnění Metalothionein byl již v dřívějších pracích asociován s buněčnou proliferací [11], kde má zřejmě funkci přenašeče a zásobníku Zn 2+. Zvýšená koncentrace MT byla pozorována rovněž u mnoha typů nádorových buněk. Přestože použití MT jako nádorového markeru není doposud díky nejednoznačné interpretaci příliš rozšířeno, je známo, že exprese MT je závislá na stupni diferenciace nádoru, stádiu onemocnění a dalších charakteristikách nádorových buněk [13]. Je známo, že MT může buď přímo nebo přes vazbu Zn 2+ (de)aktivovat celou řadu proteinů spojených s nádorovými onemocněními. Jako příklad lze uvést tumor-supresorový protein p53, jehož aktivní konformace je závislá na vazbě Zn 2+. Apo-MT je schopen vazby Zn 2+ ze struktury proteinu p53 a tím jeho inaktivace, což se projeví jako snížení afinity proteinu p53 k DNA a znemožnění spuštění pro-apoptotických signálů [14]. Mimo to, že se MT stará o homeostázi kovů v buňce a udržuje hladinu volných radikálů, chrání buňku také proti cizím potenciálně škodlivým látkám. Tato skutečnost může výrazně snížit efektivitu protinádorové léčby [15]. Vztah MT k nádorovému bujení doposud není zcela objasněn a v současné době je proto téma v centru zájmu mnoha vědeckých skupin [16-20]. 4

1.6 Závěr Metalothionein (MT) je nízkomoleku ulární protein s vysokým obsahem cysteinu, který se vyskytuje ve všech organismech. Tento protein ovlivňuje homeostázu iontů kovů, které se váží do jeho struktury. Navíc je známo, že MT vstupuje do oxidačně-redukční rovnováhy uvnitř buněk, ovlivňuje transport iontů kovů a reguluje exprese řady významných genů. Zkoumání metalothioneinu s cílem jeho využití v nanotechnologiíchh pro diagnostiku nádorových onemocnění má jistě j velký význam a lze pravděpodobně očekávat jeho využití jako nádorového markeru. Obrázek 1: Jednotlivé kroky přípravy vzorku pro stanovení MT. CZ.1..07/2.4.00/31.0023 5

Seznam použité literatury 1. A. T. Miles, G. M. Hawksworth, J. H. Beattie and V. Rodilla, Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology, 35 (2000) 35. 2. S. R. Davis and R. J. Cousins, Journal of Nutrition, 130 (2000) 1085. 3. M. Sato and M. Kondoh, Tohoku Journal of Experimental Medicine, 196 (2002) 9. 4. D. H. Hamer, Marine Environmental Research, 24 (1988) 171. 5. R. Nath, R. Kambadur, S. Gulati, V. K. Paliwal and M. Sharma, Crc Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 27 (1988) 41. 6. M. Karin, R. L. Eddy, W. M. Henry, L. L. Haley, M. G. Byers and T. B. Shows, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Biological Sciences, 81 (1984) 5494. 7. I. Bremner, Methods in Enzymology, 205 (1991) 25. 8. R. J. Cousins, Physiological Reviews, 65 (1985) 238. 9. R. Studer, C. P. Vogt, M. Cavigelli, P. E. Hunziker and J. H. R. Kagi, Biochemical Journal, 328 (1997) 63. 10. R. X. Jin, J. X. Huang, P. H. Tan and B. H. Bay, Pathology & Oncology Research, 10 (2004) 74. 11. R. K. Murray, D. K. Granner, P. A. Mayes and V. W. Rodwell, Harper s Illustrated Biochemistry, Lange Medical Books/McGraw Hill Medical Publishing Division, New York, 2003. 12. N. R. Bachur, S. L. Gordon and M. V. Gee, Cancer Research, 38 (1978) 1745. 13. S. E. Theocharis, A. P. Margeli, J. T. Klijanienko and G. P. Kouraklis, Histopathology, 45 (2004) 103. 14. C. Meplan, M. J. Richard and P. Hainaut, Oncogene, 19 (2000) 5227. 15. R. P. Perez, European Journal of Cancer, 34 (1998) 1535. 16. M. Kremplova, L. Krejcova, D. Hynek, P. Barath, P. Majzlik, V. Horak, V. Adam, J. Sochor, N. Cernei, J. Hubalek, R. Vrba and R. Kizek, International Journal of Electrochemical Science, 7 (2012) 5893. 17. S. Takahashi, Journal of Hematology & Oncology, 5 (2012). 18. M. Namdarghanbari, W. Wobig, S. Krezoski, N. M. Tabatabai and D. H. Petering, Journal of Biological Inorganic Chemistry, 16 (2011) 1087. 19. S. Krizkova, M. Masarik, P. Majzlik, J. Kukacka, J. Kruseova, V. Adam, R. Prusa, T. Eckschlager, M. Stiborova and R. Kizek, Acta Biochimica Polonica, 57 (2010) 561. 20. A. Vasatkova, S. Krizova, O. Krystofova, V. Adam, L. Zeman, M. Beklova and R. Kizek, Neuroendocrinology Letters, 30 (2009) 163. 6