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

Podobné dokumenty
CZ.1.07/ / republiky. VÝHLEDEM

Antioxidanty vs. volné radikály

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

Abiotický stres - sucho

Tvorba ROS a oxidativní stres

Monitorování hladiny biochemických markerů, včetně thiolových sloučenin

Ukázka knihy z internetového knihkupectví

Energetický metabolizmus buňky

METABOLISMUS SACHARIDŮ

Bílkoviny a rostlinná buňka

Toxické látky v potravinách s nebezpečím onkologické aktivace

VÝZNAM REGULACE APOPTÓZY V MEDICÍNĚ

Rich Jorgensen a kolegové vložili gen produkující pigment do petunií (použili silný promotor)

Struktura a funkce biomakromolekul

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

Vliv selenu na metabolismus laboratorního potkana

Kyslík a vodík. Bezbarvý plyn, bez chuti a zápachu, asi 14krát lehčí než vzduch. Běžně tvoří molekuly H2. hydridy (např.

Toxikologie PřF UK, ZS 2016/ Toxikodynamika I.

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

BUNĚČNÁ TRANSFORMACE A NÁDOROVÉ BUŇKY

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Chemická reaktivita NK.

ANÉMIE CHRONICKÝCH CHOROB

Metody výzkumu patofyziologie volných radikálů. Milan Číž

DÝCHÁNÍ. uložená v nich fotosyntézou, je z nich uvolňována) Rostliny tedy mohou po určitou dobu žít bez fotosyntézy

Elektrochemický potenciál Standardní vodíková elektroda Oxidačně-redukční potenciály

Magnetické částice pro detekci nádorových onemocnění, založené na protilátkách Vojtěch Adam

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/

Intermediární metabolismus. Vladimíra Kvasnicová

Testové úlohy aminokyseliny, proteiny. post test

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

Organické látky. Organická geochemie a rozpuštěný organický uhlík

Lékařská chemie a biochemie modelový vstupní test ke zkoušce

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce translace

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

Exprese genetické informace

Exprese genetického kódu Centrální dogma molekulární biologie DNA RNA proteinu transkripce DNA mrna translace proteosyntéza

8. Polysacharidy, glykoproteiny a proteoglykany

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

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

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce, RNA processing Translace

Struktura proteinů. - testík na procvičení. Vladimíra Kvasnicová

BUNĚČ ORGANISMŮ KLÍČOVÁ SLOVA:

ÚSTAV LÉKAŘSKÉ CHEMIE A BIOCHEMIE


Biologické odstraňování nutrientů

Systém HLA a prezentace antigenu. Ústav imunologie UK 2.LF a FN Motol

Bílkoviny = proteiny

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

FOTOSYNTÉZA. Princip, jednotlivé fáze

Eva Benešová. Dýchací řetězec

Enzymy charakteristika a katalytický účinek

Zkušební okruhy k přijímací zkoušce do magisterského studijního oboru:

ÚVOD DO TRANSPLANTAČNÍ IMUNOLOGIE

Specifická izolace microrna pomocí magnetizovatelných mikročástic

RECEPTORY CYTOKINŮ A PŘENOS SIGNÁLU. Jana Novotná

Sekunda (2 hodiny týdně) Chemické látky a jejich vlastnosti Směsi a jejich dělení Voda, vzduch

"Učení nás bude více bavit aneb moderní výuka oboru lesnictví prostřednictvím ICT ". Základy genetiky, základní pojmy

METABOLISMUS SACHARIDŮ

(molekulární) biologie buňky

BIOCHEMICKÉ PROCESY V ORGANIZME ČLOVEKA V PROCESE STARNUTIA

Komplementový systém a nespecifická imunita. Jana Novotná Ústav lékařské chemie a biochemie 2 LF UK

Tématické okruhy pro státní závěrečné zkoušky

Elektrochemická analýza metalothioneinu u pacientů s onkologickým onemocněním

Biosyntéza a metabolismus bílkovin

- Cesta GS GOGAT - Cesta GDH

Otázky a odpovědi. TIENS Kardi krillový olej s rakytníkem řešetlákovým

Název: Vypracovala: Datum: Zuzana Lacková

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

EFFECT OF CADMIUM ON TOBACCO CELL SUSPENSION BY-2

VÝSLEDKY PROJEKTU G-NEW DOPAD ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ NA GENOM NOVOROZENCU

1. ročník Počet hodin

Molekulární mechanismy diferenciace a programované buněčné smrti - vztah k patologickým procesům buněk. Aleš Hampl

Biotransformace Vylučování

OXIDAČNÍ STRES JOŠKO IVICA

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

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

Kosmetika a kosmetologie Přednáška 6 Stárnutí kůže

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

Látky jako uhlík, dusík, kyslík a. z vnějšku a opět z něj vystupuje.

Témata bakalářské a diplomové práce Počátek řešení v roce 2012

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

20. Radionuklidy jako indikátory

Typy nukleových kyselin. deoxyribonukleová (DNA); ribonukleová (RNA).

METABOLISMUS TUKŮ VĚČNĚ DISKUTOVANÉ TÉMA

Mendělejevova tabulka prvků

Translace (druhý krok genové exprese)

Specifická imunitní odpověd. Veřejné zdravotnictví

Univerzita Karlova v Praze - 1. lékařská fakulta. Buňka. Ústav pro histologii a embryologii

Nukleové kyseliny. DeoxyriboNucleic li Acid

Biologie buňky. systém schopný udržovat se a rozmnožovat

Propojení metabolických drah. Alice Skoumalová

Renáta Kenšová. Název: Školitel: Datum:

Stárnutí organismu Fyziologické hodnoty odchylky během stárnutí

Biologické odstraňování nutrientů

Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují

PATOBIOCHEMIE ve schématech

Biochemie stárnutí - Volné radikály a antioxidanty. Petr Tůma

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

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Transkript:

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

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: http://www.hsport.cz/9-antioxidanty-a-volne-radikaly.php

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 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. 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

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.

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:http://zdravi.e15.cz/news/checkpro?id=468259&seo_name=mlada-fronta-zdravotnicke-noviny-zdn

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. 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. 2009 a Kang 2006.

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.

Použitá literatura Eckschlager, T., V. Adam, et al. (2009). "Metallothioneins and Cancer." Current Protein & Peptide Science 10(4): 360-375. Davis, S. R. and R. J. Cousins (2000). "Metallothionein expression in animals: A physiological perspective on function." Journal of Nutrition 130(5): 1085-1088. Kang, Y. J. (2006). "Metallothionein redox cycle and function." Experimental Biology and Medicine 231(9): 1459-1467. Petrlova, J., D. Potesil, et al. (2006). "Attomole voltammetric determination of metallothionein." Electrochimica Acta 51(24): 5112-5119. 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): 241-250. Sato, M. (1991). "Dose-dependent increases in metallothionein synthesis in the lung and liver of paraquat-treated rats " Toxicology and Applied Pharmacology 107(1): 98-105. Shibuya, K., M. Satoh, et al. (1995). "Induction of metallothionein synthesis in transplanted murine tumors by x- irradiation " Radiation Research 143(1): 54-57. 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): 36-44.

Poděkování Děkuji kolegům a za finanční podporu projektům CEITEC CZ.1.05/1.1.00/02.0068 a Liga proti rakovině Praha.

Děkuji za pozornost