La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Sostanze potenzialmente tossiche, studi di tossicità, decisioni regolatorie E stato stimato nel mondo vengono utilizzati circa 100.000 composti chimici.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Sostanze potenzialmente tossiche, studi di tossicità, decisioni regolatorie E stato stimato nel mondo vengono utilizzati circa 100.000 composti chimici."— Transcript della presentazione:

1

2 Sostanze potenzialmente tossiche, studi di tossicità, decisioni regolatorie E stato stimato nel mondo vengono utilizzati circa composti chimici. Ogni anno, circa nuovi composti sono immessi nel mercato. Questi composti sono presenti generalmente come miscele nei prodotti commerciali. Nei paesi industrializzati esistono 1-2 milioni di prodotti commerciali contenenti composti chimici sintetici.

3 Metalli (Cd, Cr, Hg, Pb), minerali (amianto), gas (CO, NO x ) esposizione a livelli molto elevati Tossine vegetali Pesticidi, fungicidi, erbicidi Radiazioni Farmaci Altre classi di composti potenzialmente tossici

4

5 Tossicologia: alcuni princípi 1.Dosis sola facit venenum (Paracelso, ) La tossicità è funzione di: dose x esposizione Questo principio ha la sua base biologica nel fatto che gli organismi viventi hanno meccanismi di detossificazione o riparazione, a diversi livelli (molecolare, cellulare, tissutale). La tossicità si manifesta quando lintensità/durata dellinsulto tossico supera la capacità di questi meccanismi

6 Non è quindi possibile definire una sostanza come tossica senza definire lesposizione (es., etanolo). Tuttavia, negli ultimi anni sono state osservate alcune apparenti eccezioni a questo principio (es.: cancerogeni, piombo).

7 Ambulatory Pediatrics: Vol. 3, No. 1, pp. 27–36. Prevention of Lead Toxicity in US Children Bruce P. Lanphear, MD, MPH, Kim N. Dietrich, PhD, and Omer Berger, MD … there is evidence indicating that there is no discernible threshold for lead-associated cognitive deficits.

8

9 2.A causa della variabilità interindividuale (genotipica e fenotipica), in determinate condizioni di esposizione una sostanza può essere tossica per alcuni individui ma non per altri (esempio estremo: allergie, idiosincrasie). Lindividuazione delle caratteristiche che conferiscono sensibilità è uno dei settori di ricerca potenzialmente più promettenti.

10 intervallo di esposizione in cui la risposta mostra variabilità interindividuale

11 Meccanismi di tossicità Meccanismi specifici non specifici Tossine animaliComposti organici Composti e vegetali di sintesi inorganici Farmaci

12 Meccanismi specifici Interazione selettiva con specifiche proteine (enzimi, canali ionici, trasportatori ecc.) danneggiamento di funzioni cellulari specifiche tossicità cellulare e/o dorgano. In genere legame non covalente. Razionale biologico: selezionate sostanze non tossiche per lorganismo che le produce; a scopo difensivo, leffetto tossico deve essere intenso e manifestarsi a breve termine.

13 Meccanismi non specifici 1.La sostanza, o un suo metabolita reattivo (es.: radicale libero, elettrofilo), reagiscono in modo aspecifico con diversi componenti cellulari (proteine, lipidi, acidi nucleici). Si formano o si rompono legami covalenti (formazione di addotti; ossidazioni; sottrazione di atomi). Ciò causa alterato funzionamento o distruzione dei componenti cellulari colpiti tossicità cellulare tossicità di organo/sistema. In genere, non è chiaro quali dei numerosi siti di attacco cellulare siano responsabili delleffetto tossico.

14 2.Alcune sostanze modificano la composizione dei fluidi biologici: pH (acidi e basi); composizione ionica (sali, chelanti); cofattori enzimatici (deplezione, malassorbimento) concentrazione di metaboliti intermedi (stimolazione o inibizione di vie metaboliche; es.: porfiria, steatosi) Queste alterazioni causano tossicità cellulare e/o dorgano.

15 N.B.: oltre a tossine che agiscono in modo selettivo, i vegetali contengono anche molti composti che danno tossicità con meccanismo non specifico. Molti farmaci e alcuni altri composti organici di sintesi danno tossicità con meccanismo specifico.

16 Tipi di tossicità Tossicità funzionale: alterazioni delle funzioni di un sistema (nervoso, cardiovascolare, endocrino) danno dorgano. Citotossicità: alterazione irreversibile di proteine (enzimi, canali ionici ecc.) o membrane (lipidi); disregolazione del metabolismo necrosi, apoptosi tossicità tissutale e dorgano o sistema (fegato, rene, SNC ecc.). Genotossicità: alterazione del DNA mutazioni, alterazioni cromosomiche cancerogenesi, malattie congenite. Reazioni allergiche: allergeni, apteni, modificatori degli antigeni cellulari risposta immunitaria.

17 1.Alterazione delle normali funzioni cellulari senza danno cellulare diretto tossicità dorgano o sistema (tossicità funzionale) Esempi: Una sostanza che provochi vasodilatazione (es. agonista istaminergico) non causa danni diretti ai vasi ma provoca ipotensione e riduzione del flusso ematico danni cerebrali, renali ecc. Una sostanza che causa contrazione della muscolatura vasale (es. agonista adrenergico) non danneggia i vasi ma causa tossicità renale, cerebrale, cardiaca. Una sostanza che stimoli il rilascio di insulina dalle cellule pancreatiche (senza danneggiarle) causa ipoglicemia e tossicità a carico del sistema nervoso centrale (danno neuronale indiretto) Una sostanza antagonista degli ormoni sessuali può causare tossicità riproduttiva senza causare danno diretto alle cellule dellapparato riproduttivo

18 2.Danno cellulare (citotossicità). Lalterato funzionamento o la distruzione della macromolecola bersaglio provoca una danno cellulare Lentità di tale danno dipende da: importanza della funzione del componente cellulare colpito capacità di riparazione da parte della cellula (rimozione dei componenti danneggiati e loro sostituzione )

19 Se il danno è irreversibile e/o esteso e/o coinvolge componenti cellulari essenziali, si ha la morte cellulare (necrosi). Nella maggior parte dei tessuti, le cellule morte possono essere sostituite da cellule dello stesso tipo (divisione cellulare) riparazione totale del danno. N.B.: i neuroni non possono suddividersi. Se larea necrotica è estesa, si ha infiammazione e formazione di tessuti connettivi di riparazione (tessuti cicatriziali) riparazione parziale del danno (la funzionalità dellorgano è diminuita o alterata). citotossicità

20 Se linsulto cellulare non è grave, si può avere alterazione del metabolismo della cellula senza morte cellulare. In questi casi si possono avere alterazioni di: dimensioni cellulari (atrofia o ipertrofia) proliferazione e differenziazione cellulare (iperplasia, metaplasia) accumulo di componenti cellulari (es. steatosi epatica) citotossicità

21 La morte cellulare può avvenire per necrosi o per apoptosi citotossicità

22 NecrosisApoptosis Stimuli Pathologic (hypoxia, toxins,etc.). Consequence of irreversible cell injury. Think of necrosis as "cell homicide". A physiologic, genetically regulated process. Occasionally activated by pathologic stimuli. Think of apoptosis as "cell suicide". Histology - Typically large numbers of cells affected - Cell swelling. - Cellular acidosis. - Organelle disruption. - Loss of membrane integrity. - Coagulation or liquefaction of cell proteins. - Usually only a few cells affected. - Cell shrinkage due to hydrolysis and cross-linking of structural proteins within the cytoplasm and nucleus. - Organelles remain normal. - Cell breaks down into membrane-bound fragments (apoptotic bodies) which are taken up by neighboring cells. DNA Breakdown Random, diffuse fragmentation and dissolution of the nucleus. Orderly nuclear condensation and fragmentation. Tissue Reaction Inflammation with secondary injury to surrounding normal tissues. No Inflammation or secondary tissue injury.

23 citotossicità

24 Siti di attacco cellulare 1.Membrane: Lipidi: perossidazione Proteine: enzimi, canali, pompe, trasportatori: alterazione della funzionalità citotossicità

25 Perossidazione lipidica Avviene ad opera di radicali (liberi): meccanismo non specifico Dato che i radicali hanno molti altri punti bersagli cellulari (proteine, DNA), il suo ruolo nel danno cellulare in molti casi non è ben definito (causa o effetto?) citotossicità: danno alle membrane

26

27 Nella perossidazione lipidica si formano prodotti di degradazione; questi sono utilizzati per misurare il grado di perossidazione; in genere si misura la formazione della malonildialdeide (dialdeide malonica)

28 CCl 4

29 Oxidative stress markers Mean renal MDA ( malondialdehyde) and GSH-Px ( glutathione peroxidase) levels in the control, CCl4 and CCl4+INF groups GSH-Px (u/mg protein) MDA (nmol/mg protein) Control45.4± ±0.5 CCl ±3.1*5.55±0.7* CCl4+Interferon46.5±6.4**4.27±0.3** *p 0.05 vs. control. Ratti trattati con CCl4 (s.c.) per 7 settimane

30 La perossidazione porta alla distruzione dei lipidi alterazione della struttura della membrana alterazioni della funzionalità. I lipidi ossidati possono a loro volta ossidare le proteine di membrana. La formazione di radicali può danneggiare strutture distanti dal sito iniziale dattacco.

31 Oxidative stress markers Mean renal MDA ( malondialdehyde) and GSH-Px ( glutathione peroxidase) levels in the control, CCl4 and CCl4+INF groups GSH-Px (u/mg protein) MDA (nmol/mg protein) Control45.4± ±0.5 CCl ±3.1*5.55±0.7* CCl4+Interferon46.5±6.4**4.27±0.3** *p 0.05 vs. control. Esempio; valutazione delleffetto ossidativo in ratti trattati con CCl4 (s.c.) per 7 settimane

32 La cellula ha numerosi sistemi redox, necessari al corretto metabolismo (GSH/GSSG, NAD/NADH, NADP/NADPH, piruvato/lattato ecc.). La diminuzione di GSH comporta, tra laltro, una diminuita protezione nei confronti dellossidazione dei tioli proteici alterazioni strutturali e funzionali. La detossificazione di ossidanti e radicali comporta un consumo di equivalenti riducenti ed un conseguente sbilanciamento dei sistemi redox alterazioni del metabolismo cellulare. Sbilanciamento dei sistemi redox cellulari citotossicità

33 Lalterazione dei sitemi redox può anche portare ad tossicità indiretta. Es.: la detossificazione di H 2 O 2 da parte della glutatione perossidasi porta alla formazione di glutatione ossidato (GSSG); la rigenerazione di glutatione ridotto ad opera della glutatione reduttasi comporta il consumo di NADPH alterazione del rapporto NAPD/NADPH alterazione di molte funzioni cellulari (es. efflusso di Ca ++ dai mitocondri). citotossicità

34

35 Anche lo sbilanciamento verso lo stato ridotto altera il metabolismo. Ad esempio, letanolo viene ossidato in due stadi ad acetato: etanolo + NAD acetaldeide + NADH acetaldeide + NAD acetato + NADH Negli alcolisti si ha quindi una sovrapproduzione di NADH, che favorisce la riduzione di piruvato a lattato e di ossalacetato a malato, diminuendo così la gluconeogenesi. Il risultato finale è una condizione di ipoglicemia. citotossicità

36

37 Disregolazione metabolica. Principali meccanismi Inibizione del metabolismo energetico (produzione di ATP) Aumento del Ca ++ libero intracellulare Alterazione della sintesi di macromolecole (acidi nucleici, proteine) citotossicità

38 Inibizione della produzione di ATP Può avvenire per blocco della glicolisi (es. iodoacetato) o della respirazione mitocondriale (es., cianuro, disaccoppianti) citotossicità

39 Il gradiente di H + viene utilizzato per generare ATP. I disaccoppianti provocano un trasporto di H + passivo attraverso la membrana inibizione della sintesi di ATP.

40 CN- si lega al Fe+3 del gruppo eme blocco del flusso degli elettroni

41 Inibizione totale necrosi cellulare Inibizione parziale e/o temporanea riduzione del metabolismo, aumentata sensibilità a stimoli tossici, ridotta capacità rigenerativa citotossicità

42 Aumento del Ca ++ intracellulare La concentrazione di Ca ++ intracellulare libero è strettamente regolata poiché Ca ++ è necessario per lattività di molti enzimi (proteasi, fosfolipasi, endonucleasi ecc.) e regola molte attività celllulari Sostanze che danneggiano i sistemi responsabili del mantenimento della concentrazione di Ca ++ provocano un suo aumento con attivazione di molti enzimi litici e conseguente morte cellulare (necrosi o apoptosi). citotossicità

43 proteasi Ca- dipendenti proteasi lisosomiali A-L e M-Z, 21/10

44 Reazioni allergiche e autoimmuni indotte da metaboliti reattivi Diverse sostanze possono modulare in modo aspecifico il sistema immunitario, determinando immunosoppressione (più comune) o immunostimolazione generalizzata (più raro, es.; silicosi, easclorobenzene) Molte sostanze si comportano da allergeni o apteni, inducendo una risposta immunitaria reazioni allergiche (Tipo I-IV). I metaboliti reattivi di alcune sostanze si legano covalentemente ad alcune proteine, modificandone le caratteristiche immunitarie malattia autoimmunitaria (es. epatite da alotano).

45 Formazione di composti tossici in vivo. Meccanismi di detossificazione Formazione di radicali. Per ossidazione di fenoli, idrochinoni, amine, idrazine. tioli ecc. da parte di CYP450 o perossidasi: R R.+ + 1e si forma una radicale cationico, che può sottrarre un atomo di idrogeno a lipidi ed altre molecole (proteine, DNA, glutatione ecc.). Per scissione omolitica di un legame C-H; es: CCl 4 subisce dealogenazione riduttiva ad opera di CYP450; si forma il radicale triclorometilico CCl 3.

46 Per riduzione ad opera della CYP450 reduttasi (e altre reduttasi): R + 1e R.- (radicale anionico); es.: doxorubicina, nitrofurantoina. I radicali anionici cedono il loro elettrone spaiato allO 2, formando cosi lanione superossido: R.- + O 2 R + O 2.-

47 Lanione superossido viene trasformato dalla superossido dismutasi (SOD) in perossido di idrogeno (H 2 O 2 ); H 2 O 2 (un ossidante) viene detossificato dalla catalasi: H 2 O 2 H 2 O + ½ O 2 Tuttavia, la formazione di anione superossido e/o di perossido di idrogeno può superare le capacità detossificanti di SOD e catalasi. H 2 O 2 può ricevere un elettrone da ioni metallici (Fe ++, Cr(V) ecc.), formando il radicale ossidrile (reazione di Fenton): H 2 O 2 OH. + OH - Il radicale OH. è estremamente reattivo e non può essere inattivato dagli antiossidanti

48 Anione superossido, perossido di idrogeno e radicale ossidrile vengono definiti ROS (Reactive Oxygen Species)

49 I radicali possono danneggiare anche proteine (principalmente ossidazione dei tioli) e DNA I ROS sono prodotti continuamente nel nostro organismo. Ad esempio la reazione: HypoxanthineHypoxanthine + O2 Xanthine + H2O2Xanthine (catalizzata dalla xantina ossidasi) genera perossido di idrogeno I ROS prodotti dalle cellule fagocitarie svolgono un ruolo nella difesa dagli agenti infettivi.

50 Protezione enzimatica H 2 O GSH H 2 O + GSSG Glutatione ridotto Glutatione ossidato Glutatione perossidasi Meccanismi di detossificazione dei ROS

51 Altri meccanismi di detossificazione dei radicali Il glutatione ridotto (GSH) reagisce con i radicali, cedendo un elettrone; si forma così il radicale tiilico GS. (relativamente stabile); lunione di 2 radicali GS. porta alla formazione di glutatione ossidato (GSSG), che viene poi ridotto dalla glutatione reduttasi (NADPH-dipendente)

52 Antiossidanti Vitamina E (alfa-tocoferolo), vitamina C (acido ascorbico) ed altri antiossidanti (es.: ß-carotene) reagiscono con i radicali liberi, cedendo un elettrone e trasformandosi in radicali stabili o detossificati dai sistemi enzimatici.

53 La reazione del radicale perossilico con la Vitamina E è molto più veloce della reazione con un altro lipide (10 9 vs 10 6 nmoli/sec)

54 Membrane lipid peroxidation. (a) Initiation of the peroxidation process by an oxidizing radical X, by abstraction of a hydrogen atom, thereby forming a pentadienyl radical. (b) Oxygenation to form a peroxyl radical and a conjugated diene. (c) Peroxyl radical moiety partitions to the water-membrane interface where it is poised for repair by tocopherol. (d) Peroxyl radical is converted to a lipid hydroperoxide, and the resulting tocopherol radical can be repaired by ascorbate. (e) Tocopherol has been recycled by ascorbate; the resulting ascorbate radical can be recycled by enzyme systems. The enzymes phospholipase A2 (PLA2), phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase (PH- GPx), glutathione peroxidase (GPx) and fatty acyl-coenzyme A (FA-CoA) cooperate to detoxify and repair the oxidized fatty acid chain of the phospholipid. (from Buettner 1993).

55

56 NEJM, Vol. 334: May 2, 1996 Number 18 Effects of a Combination of Beta Carotene and Vitamin A on Lung Cancer and Cardiovascular Disease Gilbert S. Omenn, M.D., Ph.D., Gary E. Goodman, M.D., M.S., Mark D. Thornquist, Ph.D., John Balmes, M.D., Mark R. Cullen, M.D., Andrew Glass, M.D., James P. Keogh, M.D., Frank L. Meyskens, M.D., Barbara Valanis, Dr.P.H., James H. Williams, M.D., Scott Barnhart, M.D., M.P.H., and Samuel Hammar, M.D. E possibile aumentare la capacità detossificante tramite la somministrazione di antiossidanti?

57 Methods We conducted a multicenter, randomized, double- blind, placebo-controlled primary prevention trial the Beta- Carotene and Retinol Efficacy Trial involving a total of 18,314 smokers, former smokers, and workers exposed to asbestos. The effects of a combination of 30 mg of beta carotene per day and 25,000 IU of retinol (vitamin A) in the form of retinyl palmitate per day on the primary end point, the incidence of lung cancer, were compared with those of placebo.

58

59

60 Formazione di elettrofili Si formano direttamente per ossidazione, principalmente da parte di CYP450 (es. epossidi di alcheni o aromatici), o per ossidazione e successivo riarrangiamento (es. N-ossidazione di amine).

61 Attivazione metabolica: formazione di metaboliti reattivi da parte del CYP450 Lossidazione da parte del CYP450 può portare alla formazione di composti elettrofili o radicalici (o loro precursori). Epossidi Chinoni, idrochinoni, chinonimmine N-idrossi ammine Radicali alchilici alogenati N.B. non tutti i composti di queste classi sono tossici; la loro tossicità dipende dalla loro reattività chimica, che dipende dalla struttura dellintera molecola. N.B. in diversi casi (es. aflatossina B1), il CYP450 catalizza sia lattivazione sia la detossificazione

62 Gli elettrofili ed i radicali cationici si legano covalentemente ai numerosi gruppi nucleofili presenti in macromolecole, proteine ed acidi nucleici. La reazione con le proteine può portare ad alterazioni della loro funzionalità (es. inibizione enzimatica) e delle loro caratteristiche antigeniche (patologie autoimmuni da xenobiotici). La reazione con il DNA può portare a mutazioni cancerogenesi. La reattività degli elettrofili verso i nucleofili è determinata dalla loro natura: elettrofili soft reagiscono preferenzialmente con nucleofi soft, elettrofili hard con nucleofili hard

63 Se lammina viene N- idrossilata (da CYP450) prima di essere acetilata, la NAT può, in questo caso, catalizzare una O- acetilazione. Il gruppo acetossi che si forma è un buon gruppo uscente. Si può formare uno ione nitrenio, elettrofilo altamente reattivo.

64 Meccanismi di detossificazione degli elettrofili Coniugazione con glutatione. Il gruppo tiolico del glutatione è nucleofilo. La reazione può essere spontanea o catalizzata dalla glutatione-S- transferasi (enzima di fase II). Detossificazione enzimatica: epossido idrolasi; riduzione enzimatica (es. chinoni, DT-diaforasi); ossidazione enzimatica (es. aldeidi, aldeide deidrogenasi)

65 Fallimento dei meccanismi di detossificazione Saturazione del potere detossificante: saturazione enzimatica, consumo dei coenzimi, deplezione delle molecole protettive (glutatione, es. paracetamolo) Reversibilità delle reazioni di coniugazione (es. naftilammine; i glucuronidi sono idrolizzati nel rene rilascio del composto ossidato formazione di metaboliti elettrofili tossici) In alcune reazioni di detossificazione si possono formare composti tossici (es. GS. )

66 Meccanismi di riparazione Riparazione molecolare: proteine: degradazione e neosintesi; riparazione enzimatica di specifici gruppi (es. riduzione di ponti disolfuro) lipidi: idrolisi + riduzione dellacido grasso perossidato (ossidazione del glutatione); ri- acilazione

67 Riparazione del DNA Il DNA subisce continuamente danni di vario tipo Esistono diversi meccanismi di riparazione, che sono essenziali al mantenimento dellintegrità del DNA I meccanismi di riparazione richiedono tempo Il danno al DNA determina, tra laltro, un arresto della progressione del ciclo cellulare, in modo da consentire la riparazione del danno. Se il danno è troppo esteso e non può essere riparato, si può avere apoptosi Se il danno non viene riparato e la cellula non va incontro ad apoptosi, il danno del filamento di DNA induce una mutazione nel filamento figlio se la cellula si replica i livelli di mutazione aumentano con la velocità di divisione cellulare

68 Types and rates of mutation Type Mechanism Frequency________ Genome chromosome10 -2 per cell division mutation missegregation (e.g., aneuploidy) Chromosome chromosome6 X per cell division mutation rearrangement (e.g., translocation) Gene base pair mutation per base pair per mutation (e.g., point mutation, cell division or or small deletion or per locus per insertion generation Mutation

69 Summary of DNA lesions Missing baseAcid and heat depurination (~10 4 purines per day per cell in humans) Altered baseIonizing radiation; alkylating agents Incorrect baseSpontaneous deaminations cytosine to uracil adenine to hypoxanthine Deletion-insertionIntercalating reagents (acridines) Dimer formationUV irradiation Strand breaksIonizing radiation; chemicals (bleomycin) Interstrand cross-linksPsoralen derivatives; mitomycin C (Tautomer formationSpontaneous and transient)

70 Types of base pair mutations CATTCACCTGTACCA GTAAGTGGACATGGT CATGCACCTGTACCA GTACGTGGACATGGT CATCCACCTGTACCA GTAGGTGGACATGGT transition (T-A to C-G) transversion (T-A to G-C) CATCACCTGTACCA GTAGTGGACATGGT deletion CATGTCACCTGTACCA GTACAGTGGACATGGT insertion base pair substitutions transition: pyrimidine to pyrimidine transversion: pyrimidine to purine normal sequence deletions and insertions can involve one or more base pairs

71 Spontaneous mutations can be caused by tautomers Tautomeric forms of the DNA bases Adenine Cytosine AMINOIMINO

72 Guanine Thymine KETOENOL Tautomeric forms of the DNA bases

73 Mutation caused by tautomer of cytosine Cytosine Guanine Adenine cytosine mispairs with adenine resulting in a transition mutation Normal tautomeric form Rare imino tautomeric form

74 Mutation is perpetuated by replication replication of C-G should give daughter strands each with C-G tautomer formation C during replication will result in mispairing and insertion of an improper A in one of the daughter strands A C which could result in a C-G to T-A transition mutation in the next round of replication, or if improperly repaired CGCG and CG C G C A CG TA

75 Chemical mutagens Deamination by nitrous acid

76 Derivation by hydroxylamine The formation of a quarternary nitrogen destabilizes the deoxyriboside bond and the base is released from deoxyribose Alkylation by dimethyl sulfate causes depurination

77 Attack by oxygen radicals

78 Thymine dimer formation by UV light

79 DNA damage, repair mechanisms and consequences. a, Common DNA damaging agents (top); examples of DNA lesions induced by these agents (middle); and most relevant DNA repair mechanism responsible for the removal of the lesions (bottom). b, Acute effects of DNA damage on cell-cycle progression, leading to transient arrest in the G1, S, G2 and M phases (top), and on DNA metabolism (middle). Long-term consequences of DNA injury (bottom) include permanent changes in the DNA sequence (point mutations affecting single genes or chromosome aberrations which may involve multiple genes) and their biological effects. Abbreviations: cis-Pt and MMC, cisplatin and mitomycin C, respectively (both DNA-crosslinking agents); (6–4)PP and CPD, 6–4 photoproduct and cyclobutane pyrimidine dimer, respectively (both induced by UV light); BER and NER, base- and nucleotide-excision repair, respectively; HR, homologous recombination; EJ, end joining.

80 Excision repair (base or nucleotide) ATGCUGCATTGATAG TACGGCGTAACTATC thymine dimer AT AG TACGGCGTAACTATC ATGCCGCATTGATAG TACGGCGTAACTATC ATGCCGCATTGATAG TACGGCGTAACTATC excinuclease DNA polymerase DNA ligase (~30 nucleotides) ATGCUGCATTGA TACGGCGTAACT ATGC GCATTGA TACGGCGTAACT AT GCATTGA TACGGCGTAACT deamination ATGCCGCATTGA TACGGCGTAACT ATGCCGCATTGA TACGGCGTAACT uracil DNA glycosylase repair nucleases DNA polymerase DNA ligase Base excision repair Nucleotide excision repair

81 Mechanism for base-excision repair

82 Homologous recombination: riparazione di rotture della doppia elica Identification of a homologous sequence. After identification of the identical sister chromatid sequence, the intact double- stranded copy is used as a template to properly heal the broken ends by DNA synthesis (III). Finally, the so-called Holliday- junctions are resolved by resolvases the 5'–3' exonuclease activity exposes both 3' ends.

83 Heterodimers of hMSH2/6 recognize single-base or insertion/deletion loops Heterodimeric complexes interact with MSH complexes and replication factors. Excision of the new strand past the mismatch and resynthesis Mismatch (post-replication) repair N.B. la riparazione post-replicativa è error prone

84 Mechanisms of Repair Mutations that occur spontaneously any time are repaired by excision repair (base excision or nucleotide excision) Mutations that occur during DNA replication are repaired when possible by proofreading by the DNA polymerases Mutations that are not repaired by proofreading are repaired by mismatched (post-replication) repair followed by excision repair

85 Difetti congeniti dei meccanismi di riparazione del DNA predispongono allo sviluppo di tumori.

86 Defects in DNA repair or replication All are associated with a high frequency of chromosome and gene (base pair) mutations; most are also associated with a predisposition to cancer, particularly leukemia Xeroderma pigmentosum caused by mutations in genes involved in nucleotide excision repair associated with a 2000-fold increase of sunlight-induced skin cancer and with other types of cancer such as melanoma Ataxia telangiectasia caused by gene that detects DNA damage increased risk of X-ray associated with increased breast cancer in carriers Fanconi anemia increased risk of X-ray sensitivity to sunlight Bloom syndrome caused by mutations in a a DNA helicase gene increased risk of X-ray sensitivity to sunlight Cockayne syndrome caused by a defect in transcription-linked DNA repair sensitivity to sunlight Werners syndrome caused by mutations in a DNA helicase gene premature aging

87 DNA repair activity Life span human elephant cow hamster rat mouse shrew Correlation between DNA repair activity in fibroblast cells from various mammalian species and the life span of the organism There is a direct correlation between DNA repair enzymatic activity and the life span of organisms, suggesting that DNA repair activity slows down cellular senescence and that cellular senescence is caused by mutations in DNA. Defects in DNA repair or replication can lead to a number of abnormalities.

88 Se i meccanismi di riparazione del DNA falliscono e la cellula non si attivano i meccanismi dellapoptosi, la mutazione viene fissata nelle cellule figlie. Se la mutazione altera la funzionalità di geni che stimolano (proto-oncogeni) o inibiscono la progressione della cellula nel ciclo cellulare (geni repressori dei tumori; p53 induce anche lapoptosi), si ha la trasformazione neoplastica della cellula.

89

90 The role of p53 in the cell cycle G1 S G2 M G0 DNA synthesis Growth and preparation for cell division Quiescent cells phase Mitosis apoptosis (cell death) p53 UV irradiation leads to cell cycle arrest

91 Normal colon cell Increased cell growth Adenoma I Adenoma II Adenoma III Carcinoma Metastasis Multistep carcinogenesis Stages in the evolution of colon cancer Chromosome 5q gene loss or mutation Ras gene mutation Chromosome 18 loss or mutation DCC tumor suppressor gene Chromosome 17 loss or mutation p53 tumor suppressor gene Other chromosome losses

92 Riparazione tissutale Riparazione 1.Morte delle cellule danneggiate 2.Sostituzione delle cellule morte (proliferazione) e della matrice extracellulare

93 Morte cellulare Livello di esposizione allagente necrogenico: basso apoptosi; indotta da danno a DNA, anche indiretto, se la riparazione del DNA fallisce alto necrosi Lapoptosi elimina le cellule danneggiate senza reazione infiammatoria; previene inoltre la trasformazione neoplastica.

94 Proliferazione cellulare Sono coinvolti vari tipi cellulari Negli organi parenchimali (fegato, rene, polmoni), il danno necrotico induce la produzione, da parte di cellule non parenchimali (macrofagi, cellule endoteliali), di fattori che stimolano la divisione cellulare e la sintesi di matrice extracellulare.

95 The mammalian cell cycle G1 S G2 M G0 DNA synthesis and histone synthesis Growth and preparation for cell division Rapid growth and preparation for DNA synthesis Quiescent cells phase Mitosis de-differenziazione

96

97 Il grado di divisione cellulare può essere valutato dalla sintesi di DNA lincorporazione di 3 H-timidina è un indicatore di sintesi di DNA.

98 Riparazione tissutale e necrosi La necrosi di un tessuto, indotta da una sostanza citotossica, avviene quando lentità del danno è tale da sormontare i meccanismi di riparazione: riparazione molecolare apoptosi sostituzione delle cellule danneggiate Ad es., il clordecone, blocca la proliferazione cellulare in risposta a CCl4 CCl4 causa necrosi a dosi normalmente non tossiche.

99 Figure 2. Detection of PrP mRNA expression in rat liver tissue. Untreated ((a, c) ) and CCl 4 -treated ((b, d–f)) rat livers were stained with Azan-Mallory stain ((a, b) ) and in situ hybridization for PrP mRNA expression with antisense riboprobe ((c, d, f)) and sense probe ((e)). Effetti istologici di CCl4 nel fegato

100 Infiammazione Il danno tissutale causa il rilascio di citochine infiammatorie (TNF, IL-1) da parte dei macrofagi residenti (nel fegato le cellule di Kupffer) inizio della reazione infiammatoria. I mediatori dellinfiammazione aumentano il danno.

101

102 Institution: Corso di Laurea in Servizio Sociale - Univ. La Sapienza Sign In as Personal SubscriberSign In as Personal Subscriber FIG. 1. GdCl 3 protects against MCT/LPS-induced liver injury. LPS (7.4 x 10 6 EU/kg) or saline vehicle (Veh) was administered, iv, to rats 4 h after ip administration of MCT (100 mg/kg) or saline vehicle. Rats were pretreated with 10 mg GdCl 3 -6H 2 O/kg or saline vehicle, iv, 24 h before LPS administration. TNF- concentration (A), ALT (B) and AST (C) activities, and HA concentration (D) were evaluated in plasma 18 h after MCT administration. N.B.: GdCl 3 elimina selettivamente le cellule di Kupffer

103 Le citochine rilasciate da macrofagi e cellule endoteliali alterano la sintesi delle proteine epatiche: proteine di fase acuta (positive): proteina C-reattiva, alfa2-macroglobulina, alfa1-antiproteasi ecc.; oltre a svolgere uno ruolo fisiologico (inibizione proteasi ecc.) hanno valore diagnostico. proteine di fase acuta negative: albumina, transferrina ecc.

104

105 Fibrosi Danno cellulare proliferazione cellulare + produzione di matrice extracellulare, mediata principalmente da TGF-. La sovrapproduzione di TGF- cessa quando il danno tissutale è riparato. Se ciò non avviene, si sviluppa fibrosi.

106 Ratti trattati con CCl4 (s.c.) per 9 settimane Fibrosi misurata come contenuto in idrossiprolina

107 Enzymatic hydroxylation of procollagen proline residues in the synthesis of collagen The protein collagen is unusual in its widespread modification of proline to 4-hydroxyproline (also called hydroxyproline).proline


Scaricare ppt "Sostanze potenzialmente tossiche, studi di tossicità, decisioni regolatorie E stato stimato nel mondo vengono utilizzati circa 100.000 composti chimici."

Presentazioni simili


Annunci Google