Agente iniziante MECCANISMO D'AZIONE DEGLI INIZIANTI La fase di iniziazione è irreversibile L'azione dell'iniziante può rimanere comunque latente per lunghi periodi L'iniziante non ha una dose soglia per esplicare la sua attività L'unico tipo di interazione iniziante-organismo che soddisfi queste caratteristiche è una mutazione del genoma CH 3 O N H DNA chain timina adenina Agente iniziante N O citosina guanina H DNA chain E' stato effettivamente dimostrato che le sostanze inizianti interagiscono direttamente con il DNA causando mutazioni del genotipo che non necessariamente si manifestano a livello fenotipico

- + - - - - - - - - - - - - MECCANISMO D'AZIONE DEGLI INIZIANTI Nelle diverse basi azotate esistono gruppi chimici particolarmente vulnerabili all'azione degli agenti inizianti Tali gruppi corrispondono alle zone di parziale carica negativa - CH 3 O N H DNA chain timina adenina Generalmente gli inizianti sono molecole idrofiliche, con cariche positive distribuite sulla loro superficie + - - N O citosina guanina H DNA chain - - - - - - - Gli inizianti legano direttamente le zone a parziale carica negativa del DNA - - - Tali interazioni determinano modificazioni strutturali delle basi azotate che possono determinare distorsioni della doppia elica ed appaiamenti errati nel corso della duplicazione del DNA.

- + + + - - - + - + MECCANISMO D'AZIONE DEGLI INIZIANTI Il corretto appaiamento delle basi azotate A-T C-G dipende dall’assetto ed esposizione delle cariche elettriche presenti su di esse queste determinano la formazione dei legami elettrostatici che appaiano le diverse basi azotate. In dettaglio: due legami per la coppia AT e tre per CG - CH 3 O N H DNA chain timina adenina + + N O citosina guanina H DNA chain + - - - + - Dipendentemente da come vengono esposte sulla catena di DNA, C e G possono mettere a disposizione anche solo due delle loro cariche così come A ne potrebbe mettere in compartecipazione una aggiuntiva. Ciò rende possibile appaiamenti errati +

MECCANISMO D'AZIONE DEGLI INIZIANTI Il legame dei cancerogeni con il DNA porta alla formazione di addotti + N O guanina H DNA chain nitrosodialkylamines CH2R + N O guanina H DNA chain + OH HO benzo(a)pyrene + La presenza dell'addotto modifica: O N H N 1) l'assetto fisiologico delle cariche elettriche parziali presenti sulle basi azotate, generando cariche parziali aggiuntive guanina + N N N H DNA chain H O C CH 3 N 2) la configurazione stereochimica delle stesse basi azotate, esponendo ai legami cariche elettriche preesistenti ma inutilizzate 2-acetylaminofluorene Tali modificazione possono provocare quindi gli appaiamenti illegittimi A-C e G-T.

cancerogeni indiretti o procancerogeni cancerogeni diretti MECCANISMO D'AZIONE DEGLI INIZIANTI in base alle considerazioni fatte precedentemente, le sostanze cancerogene inizianti sono caratterizzate da: spiccata idrofilicità determinata da numerose cariche elettriche superficiali, elettrofilicità e da capacità mutagena Gli inizianti: possono essere distinti in due categorie: cancerogeni indiretti o procancerogeni cancerogeni diretti i cancerogeni diretti soddisfano tutte le caratteristiche chimico fisiche sopradescritte, mentre i procancerogeni solitamente sono sostanze neutre, idrofobe e lipofile. i cancerogeni diretti dimostrano attività mutagena in un classico test di mutagenesi di ames, mentre smascherare l'attività mutagena dei procancerogeni è più complesso

- - + - - + + + dimethyl carbamylchloride O mostarda uracile CH N-C Cl MECCANISMO D'AZIONE DEGLI INIZIANTI: CANCEROGENI DIRETTI dimethyl carbamylchloride Cl O CH 3 N-C - + mostarda uracile O N NH CH2-CH2-Cl - + -O-S-CH 3 O OH HC HO - + O CH 3 (CH 2 ) 16 -C-N - + n-stearoyl ethyl eneimine methyl methane sulfonate

MECCANISMO D'AZIONE DEGLI INIZIANTI: CANCEROGENI DIRETTI In virtù della loro elettrofilicità i cancerogeni diretti interagiscono direttamente con il DNA Ciò avviene prontamente nelle cellule degli epiteli di rivestimento (cute tratto gastro-intestinale, albero respiratorio) attraverso i quali sono assorbiti Tali epiteli sono costituiti da cellule labili, per cui l'effetto dei cancerogeni diretti viene enormemente limitato dalla contiuna e fisiologica perdita di cellule eventualmente trasformate Inoltre, in virtù della loro idrofilicità, i cancerogeni diretti vengono rapidamente eliminati dagli apparati escretori

? N-N=0 RCH NH O C-O-C H H O C CH N nitrosodialkyl uretano amine MECCANISMO D'AZIONE DEGLI INIZIANTI: PROCANCEROGENI N-N=0 RCH 2 NH 2 O C-O-C H 3 nitrosodialkyl amine uretano ? 2-acetylaminofluorene (aaf) H O C CH 3 N benzo(a)pyrene

Per tutti questi motivi i procancerogeni sono molto efficienti MECCANISMO D'AZIONE DEGLI INIZIANTI: CANCEROGENI DIRETTI I procancerogeni, sulla base della loro struttura chimica non possono interagire direttamente con il DNA Una volta assorbiti i procancerogeni vengono veicolati ad organi preposti alla modificazione di sostanze esogene per renderle compatibili con i meccanismi di escrezione (urine, feci, sudore) Gli organi particolarmente interessati a queste trasformazioni sono il fegato e la vescica A livello di questi organi i procancerogeni si accumulano e vengono modificati in modo da essere resi idrosolubili Acquisendo idrofilicità (cariche elettriche) essi acquisiscono automaticamente anche la capacità di interagire con il DNA (delle stesse cellule che hanno mediato la loro trasformazione Per tutti questi motivi i procancerogeni sono molto efficienti

+ + cancerogenesi ATTIVAZIONE METABOLICA DEI PROCANCEROGENI escrezione + + assorbimento + + attivazione accumulo + + + + + + + + + + escrezione assorbimento + + + cancerogeni diretti

protein protein protein O2 O protein H2O ATTIVAZIONE DEI PROCANCEROGENI La maggior parte dei procancerogeni viene metabolizzato (e quindi attivato) o ad opera delle ossidasi dipendenti dal citocromo P450 (ossidasi a funzione mista) del reticolo liscio delle cellule epatiche carcinogeno NADPH protein Fe++ carcinogeno protein Fe+++ carcinogeno protein Fe+++ riduttasi NADP+ O2 Carcinogeno-O attivato carcinogeno ossidato protein Fe+++ carcinogeno O protein Fe++O2 carcinogeno protein Fe+++ H2O

instable adduct DNA ATTIVAZIONE METABOLICA DEI PROCANCEROGENI benzo(a)pirene 7, 8 epoxide microsomal mono-oxygenase O 8 7 9 10 4 5 microsomal epoxide hydrase K-region O H DNA adduct O H N guanina DNA chain 7, 8 dihydrodiol microsomal mono- oxygenase O H 7, 8 dihydro diol 9,10 epoxide instable

Possono derivare anche dalla dieta ATTIVAZIONE METABOLICA DEI PROCANCEROGENI N C H 3 O O3 N C H 3 O S - N C H 3 O cytosolic sulfo transferase microsomal mono- oxygenase sulfate ester (AFF) N-hydroxy- (AFF) SO4 2-acetyl amino fluorene (AFF) Possono derivare anche dalla dieta instable

adducts + + instable - nitrenium ions SO4 O3 DNA ATTIVAZIONE METABOLICA DEI PROCANCEROGENI N C H 3 O guanina DNA N C H 3 O + O3 N C H 3 O S - sulfate ester (AFF) adducts DNA nitrenium ions instable N C H 3 O guanina DNA + N C H 3 O SO4

instable instable Nitroso dialkylamine -Hydroxynitrosamine C N R H O ATTIVAZIONE METABOLICA DEI PROCANCEROGENI Nitroso dialkylamine R C H 2 N O microsomal mono- oxygenase -Hydroxynitrosamine C N R H 2 O instable RCHO N R C H 2 O instable Alkyldiazohydroxide

+ + adducts instable R C H R C H N N R C H O Alkyldiazohydroxide OH- ATTIVAZIONE METABOLICA DEI PROCANCEROGENI N R C H 2 O Alkyldiazohydroxide instable OH- R C H 2 N + R C H 2 + diazonium ion carbocation DNA N O guanina H DNA chain CH2R N O guanina H DNA chain 2HCR adducts