Késői toxikus hatások A krónikus hatások sajátos formái: Hatásuk az expozíció után csak hetekkel, hónapokkal, esetleg évekkel később alakul ki   Jellemző: az idő előrehaladtával a tünetek fokozódhatnak A különböző mechanizmussal kialakult tünetek hatása összeadódhat (azaz az a hatások additívek, ill. szinergisták is lehetnek)

A késői toxikus hatások típusai genetikai állományra ható (genotoxikus) daganatkeltő (karcinogén) utódokat károsító (teratogén) immunrendszert károsító (immuntoxikus) idegrendszert károsító (neurotoxikus) endokrin rendszert befolyásoló („endokrin disruptor”) Szerv-specificitás: kardio-, nefro-, hepato-, neurotoxikus hatások

A késői toxikus hatások eredete - környezeti legjelentősebbek a mezőgazdaságban használt vegyszerek (herbicidek, peszticidek, inszekticidek, fungicidok, műtrágyák, termésnövelők) pl.: klorát alapanyagú peszticidek felhasználói körében daganatok, immunológiai eltérések gyakorisága nő és nephritis, ill. akut vesekárosodás, methemoglobinémia, hemoglobinuria és hemolízis is gyakoribb

A késői toxikus hatások eredete - munkahelyi az összes megbetegedések mintegy 4-8%-át jelentik Magyarországon évente mintegy 1200-1400 új, munkahelyi eredetű daganatos eset

DNS * kb. 10%-a tartalmaz fehérje szintézishez felhasznált kódot (GÉN) (b.é. regulátor szekvenciák) * kb. 3%-a expresszálódik (exon)

Génexpresszió fenotípus DNA in cell mRNA protein Courtesy The Protein Society mRNA protein

a génátírás (transzkripció)

a DNS szerkezetében létrejövő eltérések Mutációk a DNS szerkezetében létrejövő eltérések

A mutáció szintjei molekuláris szint (mutációk) nukleotid csere nukleotid deléció (törlés, kiesés) nukleotid inzerció (behelyeződés) kromoszóma szint (klasztogén változások) szerkezeti változás kromoszóma számbeli változás

A pontmutációk fajtái: báziscsere tranzíció (Pu/Pu, Py/Py) transzverzió (Pu/Py, Py/Pu) deléció, inzerció

Gén: Génmutáció: egyetlen polipeptidlánc kódja akár egyetlen báziscsere 'végzetes' lehet

U C A G UUU Phenylalanine (Phe) UCU Serine (Ser) UAU Tyrosine (Tyr) UGU Cysteine (Cys) UUC Phe UCC Ser UAC Tyr UGC Cys UUA Leucine (Leu) UCA Ser UAA STOP UGA STOP UUG Leu UCG Ser UAG STOP UGG Tryptophan (Trp) CUU Leucine (Leu) CCU Proline (Pro) CAU Histidine (His) CGU Arginine (Arg) CUC Leu CCC Pro CAC His CGC Arg CUA Leu CCA Pro CAA Glutamine (Gln) CGA Arg CUG Leu CCG Pro CAG Gln CGG Arg AUU Isoleucine (Ile) ACU Threonine (Thr) AAU Asparagine (Asn) AGU Serine (Ser) AUC Ile ACC Thr AAC Asn AGC Ser AUA Ile ACA Thr AAA Lysine (Lys) AGA Arginine (Arg) AUG Methionine (Met) or START ACG Thr AAG Lys AGG Arg GUU Valine Val GCU Alanine (Ala) GAU Aspartic acid (Asp) GGU Glycine (Gly) GUC (Val) GCC Ala GAC Asp GGC Gly GUA Val GCA Ala GAA Glutamic acid (Glu) GGA Gly GUG Val GCG Ala GAG Glu GGG Gly

pontmutációk eredménye: - csendes („degenerált kód” – redundancia) - aminosav változás (oldallánc-típus – másodlagos fehérjeszerkezet - funkció) helytől függő hatás: (intergén régió / intron / exon / szabályozó szekvencia) leolvasási keretelmozdulás („frame-shift”) a protein termék megváltozása biológiai aktivitás változás – fenotípus változás

Mutáns szokatlan, eltérő fenotípus a mutációk mutánsokat hoznak létre Normális Mutáns DNS változás következtében megváltozott fenotípus

normális hemoglobin b lánc első hat aminosav Valine Histidine Thre.. Leucine Glutamic acid Proline CTC hemoglobin S b lánc első hat aminosav CAC Valine Histidine Thre.. Leucine Proline egyetlen nukleotid változása

sarlósejtes anémia (Sickle Cell Anemia) a hemoglobint kódoló gén megváltozott

a mutációk okai Spontán - termodinamikai 'instabilitás' véletlenszerű kb. 1/100,000 a génmutáció esélye Indukált mutagén hatásokra sugárzások…DNS törések UV sugárzás….timin dimerek drogok…kromoszómatörések Cigarettafüst… kémiai anyagok ...

„Pontmutációs betegségek” Hemophilia véralvadási faktor hiány Izomdisztrofia A dystrophin fehérje nem termelődik Neurofibromatosis jelátadás rosszul működik Aorta aneurizma Abnormális kollagén gyengíti az aortát

A mutáció típusai Germinális mutáció Szomatikus mutáció a meiózis során keletkezik az embrió minden sejtjét érinti Szomatikus mutáció a mitózis során keletkezik csak az érintett sejt utódsejtjeit érinti rák - daganatok

„kereteltolódási” mutáció egyetlen nukleotid törlése (v. behelyezése) megváltoztatja a fehérjekód értelmét példa: THE CAT ATE THE RAT az első E törlése után: THC ATA TET HER AT --- értelmetlen „kód”

Abnormális LDL Receptor ‘kereteltolódási’ (frame-shift) mutáció rossz fehérje keletkezéséhez vezet: funkciókiesés (STOP, v. csonka prot, v. más aminosavak) a: más aminosav (Tyr TAT - Cys TGT) b: pontmutáció Arg CGA STOP TGA c: inzerció+kereteltolódás, majd STOP

Magzati vizsgálatokkal meghatározhatók mutációk

Karcinogén daganatot indukáló anyag megváltoztatja a DNS-t nem változtatja meg a DNS-t mindennapi példák Cigarettafüst Sugárzások Vegyi anyagok Drogok

Daganatkeltő hatások A karcinogének egy adott populációban szignifikánsan emelik a daganatok gyakoriságát 2 fő típus: Mutagén (genotoxikus) daganatkeltő hatások: a genetikai állományban továbbörökíthető, a DNS információtartalmát érintő elváltozásokat, mutációkat okoznak Nem mutagén (epigenetikus) daganatkeltő hatások: modifikációk (azaz pl. a fehérjék térszerkezetének megváltoztatása) v. fehérjék expresszióváltozása útján hatnak

Karcinogén hatások mutagén karcinogének: megváltoztatják a genotípust ·  típusos mutagén karcinogének az iniciátorok ·  hatásuk sztochasztikus, küszöbdózisuk nincs ·  a mutagén karcinogének MINDIG géntoxikusak

Karcinogén hatások epigenetikus karcinogének : megváltoztatják a fenotípust ·   a DNS metiláltságát ·   génexpressziót ·   fehérjeszintézist ·   apoptotikus képességet ·   sejtfelszíni receptorokat ·   jelátvitelt ·   peroxiszóma proliferációt tipikus epigenetikus karcinogének a promóterek (kloroform, DDT, barbiturátok, hormonok) hatásuk determinisztikus, van küszöbdózisuk az epigenetikus karcinogének NEM géntoxikus ágensek

A karcinogenezis molekuláris háttere A sejtosztódást gének szabályozzák A szabályozó gének 4 osztálya: Promóterek – proto-onkogének Inhibítorok –szuppresszor gének – p53 Apoptózist szabályozó gének DNS repair gének

A karcinogenezis központjában nem-letális genetikai hibák állnak szuppresszor gének sérülése/elvesztése proto-onkogének amplifikációja apoptózis gének sérülése/elvesztése DNS repair gének sérülése/elvesztése

Kémiai karcinogenezis direkt ható karcinogének: alkilálószrek: Cyclophosphamide indirekt ható karcinogének: prokarcinogének az anyag metabolitja karcinogén: aktváció szükséges (ultimate carcinogen) Policiklikus szénhidrogének – benzpirán Aromás aminok, festékek – benzidin Természetes anyagok: pl. aflatoxin Egyebek: Vinil klorid, terpentin, stb.

Kémiai karcinogenezis: Iniciáció DNS hiba (pl. penzpirán) Promóció Histologiai változás – (pl. terpentin - ko-karcinogén) Malignus transzformáció: látható daganat – további DNS hibák

Örökletes tényezők: Örökölt „abnormális” gének (<5%) FAP – gén Chr5, polyposis  Adenocarcinoma colon Retinoblastoma – Rb gén – (Chr13) Neuroblastoma – (Chr17) Triszómia 21 – Down’s syndrome – gyermekkori leukémiák

Örökletes tényezők: sok örökletes betegség megnövekedett daganatkockázattal társul Típusok : magas kromoszómális fragilitással járó szindómák immunodeficienciával járó betegségek

A daganatkeltő hatás kritériumai Daganatkeltő: minden olyan ágens, ill. hatás, amely: a kísérleti állatokban, ill. az emberben daganatot okoz vagy szignifikánsan emeli az adott populációban létrejövő daganatok gyakoriságát

A daganat-kialakulás kockázatának becslése Ismert daganatkeltők listája: az ENSZ Nemzetközi Rákkutató Ügynöksége (IARC) rendszeresen összeállítja, ill. felújítja a rendelkezésre álló kísérletes és epidemiológiai adatok igen alapos kritikai elemzése alapján Ennek a listának a figyelembe vételével készülnek a nemzeti szabályozások, így a hazai is (lásd a kémiai biztonságról 2000. évi XXV. törvény és végrehajtási utasításainak vonatkozó mellékleteit) A primer daganat-prevenció egyik célja a hatékony kockázatkezeléssel a daganatok gyakoriságának jelentős csökkentése.

IARC karcinogenitási kategóriák IARC 1: emberben epidemiológiai adatokkal is bizonyítottan daganatkeltő anyagok IARC 2A: Emberben valószínűleg daganatkeltő anyagok (állatkísérletekben bizonyított hatás, de a humán epidemiológiai adatok még nem elegendőek, vagy nem konkluzívak) IARC 2B: Emberben feltehetően daganatkeltő anyagok (állatkísérletekben valószínű daganatkeltő hatás, humán epidemiológiai adatok hiányoznak, vagy elégtelenek) IARC 3.: Emberben daganatkeltés szempontjából nem besorolható anyag IARC 4.: nem rákkeltő  

DNS addukt bázispárosodás károsul – helytelen repair aktivitás – mutáció-kialakulás valószínű TCDD: 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin (dioxin) TCDBF: 3-methylcholanthrene (3MC) és tetrachlorodibenzofuran (RAR!) BCB: polchlorinated biphenyl b-NF: b-naphthoflavone

A hepatokarcinogenezis fázisai INICIÁCIÓ PROMÓCIÓ PROGRESSZIÓ Repair Apoptosis Apoptosis DNS-károsodás Proliferáció Proliferáció NORMÁLIS INICIÁLT FOKÁLIS RÁK SEJT SEJT LÉZIÓ

karcinogének felismerésének korlátai számos ipari, mezőgazdasági és háztartási vegyi anyag igen alacsony koncentrációban van jelen az élet során nagyszámú kémiai anyaggal exponálódunk hosszú 'lag fázissal' (az expozíciót követően hosszú idő után) jelentkeznek a daganatos megbetegedések

Accumulation of mutations during tumor progression Loeb L.A. Cancer Res. 61:3230-9 (2001)

'étkezési' karcinogenezis valószínűsíthető összefüggéseket találtak a daganatos megbetegedések megjelenési gyakorisága és a táplálkozási habitus között néhány asszociáció: rost-szegény diéta -- colon ca zsíros étrend -- emlő ca bétel-levél rágás -- szájüregi ca

protektív anyagok ???? antioxidánsok ??? megerősítésre várnak Beta-karotin Vitamin C, E Szelénium

Hormonális onkogenezis típusok: neoplázia indukciója hormonnal daganat hormonfüggősége malignitást indukáló hormonok ösztrogén – emlő ca ??? diethylstilbestrol (DES) – vagina/méhrák

ösztrogén-szerű kémiai szerkezetek endokin hatások 17-b-estradiol alachlor trans-resveratrol acetochlor

ösztrogén receptor (ER): sejtmagi fehérje NLS ösztrogén + xenoösztrogén fitoösztrogén inaktív ER monomer aktív ER dimer transzkripciós faktor DNS mRNS génátírás (transzkripció)

Neopláziák hormon-függősége daganatot nem okoz a hormon, de a daganatnövekedés hormon-függő a daganatsejtek hormon-receptort termelnek amely köt a hormonnal és aktiválódik a hormon-stimuláció hiánya lelassítja a daganatnövekedést, de meg nem állítja példák: prosztata CA emlő CA thyroid CA

Pathogenezis MALIGNUS NEOPLAZMA környezeti tényezők, vegyi anyagok, sugárzás, vírusok Pathogenezis genetikai háttér szomatikus sejtek genom-változása Aktiváció: növekedést serkentő proto-onkogének Inaktiváció: tumor szuppresszor gének a megváltozott géntermékek expressziója és a normális géntermékek hiánya MALIGNUS NEOPLAZMA