toxicologia
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Módulo:
Introdução à Toxicologia
Responsáveis:
Prof. Dr. José María Monserrat
Prof. Dra. Laura Geracitano
Instituto de Ciências Biológicas
Universidade Federal do Rio Grande
Xenobiotico Metabólito
não tóxico Eliminação
Metabolito “ativado”
“Binding” a biomoléculas
(enzimas,receptores,
membranas, DNA)
Reparo celular
(Reparo de DNA,
síntese de
proteínas, etc)
Toxicidade (alterações
fisiológicas, injuria celular,
câncer)
Mecanismos de ativação e detoxificação
Xenobi ó tico
Citocromo P450 + O 2
Xenobi ó tico
oxidado
Transferases + GSH
Conjugado
Fase 0: Incorporação
Fase I: Oxidação
Fase II: Conjugação
Fase III: Exportação
ATP ADP
Xenobi ó tico
Citocromo P450 + O 2
Xenobi ó tico
oxidado
Transferases + GSH
Conjugado
ATP ADP
Mecanismos de ativação e detoxificação
Fase 0
Condicionada pela quantidade de proteínas ou
canais presentes em cada tipo celular e pela
capacidade da molécula tóxica de poder se
mimetizar com metabolitos fisiológicos
Mecanismos de ativação e detoxificação
Fase 0: Exemplo da incorporação da cianotoxina microcistina
Transportadores de ânions
orgânicos (OATPs)
Extracel.
Intracel.
OATP
GSH
MYC
HIPÓTESE
Aumento inicial
Depleção
Efeitos sobre a [glutationa] (GSH)
Mecanismos de ativação e detoxificação
Fase 0: Exemplo da incorporação de microcistina em diferentes
órgãos
Fonte:
Cazenave et al.
(2005). Aquat.
Toxicol., 75:
178-190
(B) Corydora paleatus
(A) Jenynsia multidentata
(C) Odontesthes bonariensis
Mecanismos de ativação e detoxificação
Fase 0: Exemplo da incorporação de diferentes formas
inorgânicas do arsênio
Mecanismos de ativação e detoxificação
Fase 0: Exemplo da incorporação de arsênio
Diferentes linhagens celulares com
diferentes níveis constitutivos da
forma 9 da aquaporina (AQP9)
apresentam diferente sensibilidade ao
arsênio
Fonte: Leung et al. (2007).
Blood, 109: 740-746
Mecanismos de ativação e detoxificação
Incluem reações
que podem estar
associadas a um
aumento da
toxicidade do
composto
parental
O processo
fisiológico
normal
OHCH3
CH3
O
P450 aromatase
Testosterona
OH
CH3OH
Estradiol
1
2
3
4
567
8
9
10
11
12
benzo[a]pirenoO
benzo[a]pireno 4,5 epoxido
Epoxidação
Hidroxilação
Fase I
Mecanismos de ativação e detoxificação
Espécie Composto Concentração Taxa metabólica
o grupo no tecido (pmol/min/g)
animal (nmol/g)
Carassius PCP 10,0 19,20 3,70
auratus
Moluscos PCP 10,0 4,82 6,61
Peixe BaP 10,0 19,10 6,30
Crustáceos BaP 10,0 2,05 0,19
Fase I: Pode se observar nos peixes maior capacidade de
oxidação
Mecanismos de ativação e detoxificação
Xenobiótico | Hemo3+-O2 | P450
NADPH Xenobiótico | Hemo3+ | P450
e-
NADPH o NADH
e- Xenobiótico | Hemo2+ | P450
O2
O2 Hemo3+ | P450
H+
H20 +
Xenobiótico-OH
Xenobiótico | Hemo2+ | P450
Xenobiótico
Sistema de
monooxigenases
dependente do
citocromo P450
Fase I: Citocromo
P450
Mecanismos de ativação e detoxificação
Proteína
translocadora
(Hsp90) Agente indutor
(PAH, por exemplo)
Receptor Ah
Complexo
ativado
Citoplasma
Núcleo
Fase I
Mecanismos de ativação e detoxificação
Núcleo
TATA Exon 1 Responsive
element
mRNA
mRNA
mRNA
Transcripção
Traducção Citocromo P450
Fase I
Mecanismos de ativação e detoxificação
Análise imunocitoquímico de
CYP1A em brânquias de tilapia
(Oreochromis niloticus)
A: peces amostrados em um
local contaminado o (reservatório
Billings, São Paulo).
B: peces amostrados num local
referência.
Fase I
A
B
Fonte: Bainy et al. (1999).
Aquat. Toxicol., 44: 289-305
Mecanismos de ativação e detoxificação
Estas reações são
catalisadas por
enzimas
chamadas
glucuronidos
transferasae,
enzimas
associadas ao
retículo
endoplasmático,
onde ocorrem as
reações de Fase I,
diminuindo a vida
média dos
produtos desta
fase.
Fase II: Conjugação com derivados do ácido glucurônico
Mecanismos de ativação e detoxificação
Esta é uma
das reações
de
conjugação
mais
estudadas.
Fase II: Conjugação com glutationa
Mecanismos de ativação e detoxificação
Desde o ponto
de vista
ambiental,
existem toxinas
como a
microcistina
que são
substrato para
a conjugação
com a
glutationa
reduzida (GSH,
círculo
vermelho).
Fonte: Pflugmacher et al. (2001). Environ. Toxicol. Chem., 20: 846-852.
Fase II: Conjugação com glutationa, catalisada pela enzima glutationa-S-
transferase (GST)
Mecanismos de ativação e detoxificação
GSH MIC + GSH MIC GST
Fonte: Pflugmacher et al. (1998).
Biochim. Biophys Acta, 1425: 527-533.
CI50 (g/l) Índice
Microcistina 36,33 8,37
Mic-GSH 272,51 4,43
Fonte: Metcalf et al. (2000).
FEBS Lett. 189: 155-158.
MIC+
GSH
MIC+
GSH
MIC
MIC
para fosfatases hepatossomático Fase II: Conjugação
com glutationa,
catalisada pela enzima
glutationa-S-
transferase (GST)
Mecanismos de ativação e detoxificação
Fase II: A atividade da GST é muitas vezes utilizada como um índice da
capacidade de detoxificação de um organismo
Hypophthalmichthys molitrix
Aristichthys nobilis
Carassius auratus
Culter ilishaeformis
Fonte: Qiu et al. (2007). Toxicon, 50: 365-376.
Ejemplo de
aplicação
Mecanismos de ativação e detoxificação
Neohelice granulata
(Decapoda)
Exemplo de aplicação: Aumento da
GST em brânquias posteriores dos
caranguejos expostos à microcistina
Exemplo de aplicação: Aumento da
GST em hepatopáncres dos
caranguejos expostos à microcistina
Fonte: Pinho et al. (2003). Comp.
Biochem. Physiol., C 135: 459-468
Fonte: Vinagre et al. (2003). Comp.
Biochem. Physiol., C 135: 67-75
Mecanismos de ativação e detoxificação
Fase II: A atividade da GST é muitas vezes utilizada como um índice da
capacidade de detoxificação de um organismo
Exemplo de aplicação:
O trabalho de Best et al.
(2002) mostra que os lipo-
polisacárideos (LPS)
associados à
cianobactérias induzem
inibição da GST, o que
jogaria em contra do
processo de detoxificação
Danio rerio
Fonte: Best et al. (2002). Aquat.
Toxicol., 60: 223-231
Mecanismos de ativação e detoxificação
GST 4 semanas
Órgão
Cérebro Músculo Fígado Brânquias 0
50
100
Controle
+AL
Ativid
ade
da G
ST
(n
mo
les C
DN
B-G
ST
/min
/mg d
e p
rote
ína
s) *
50
Corydora paleatus
Fase II: Estratégias de quimioprevenção com utlização
de antioxidantes (ácido lipoico, por exemplo)
Fonte: Monserrat et al. (2008).
Comp. Biochem. Physiol., C 148:
287-292
Mecanismos de ativação e detoxificação
Fase III: Eliminação de metabólitos de substancias tóxicas para fora da célula
Mecanismos de ativação e detoxificação
Pgp : eliminação de toxinas, drogas antineoplásicas ,
hidrocarbonetos, etc. Os transportadores MDR formam parte das Pgp
MRP : eliminação de toxinas por co-transporte com -
MDR
1 MRP
2
MDR
1
MRP
2
Ntcp Oatp
Apical
Baso -
lateral MRP
1
Transportadores de sais biliares Sódio dependentes : Ntcp
Sódio independentes: Oatp {
Transportadores da família ABC {
União estreita
GSH (MRP1) ou de conjugados com GSH (MRP2)
Mecanismos de ativação e detoxificação
Fase III: Eliminação de metabólitos de substancias tóxicas para fora da célula
Inibidores das glicoproteínas P
Diretos: inibição por bloqueio do sítio ativo da
P-gp: verapamil
Indiretos: inibição da proteína quinase C que
fosforila as P-gp e as ativa: staurosporina
Quimio-sensibilisadores
Mecanismos de ativação e detoxificação
Fase III: Eliminação de metabólitos de substancias tóxicas para fora da célula
Se verifica um aumento da concentração de proteína P-gp com dois
tipos de tóxicos. A funcionalidade é medida pela capacidade de
eliminação de rodamina: quanto menor é a fluorescência, maior é a
actividade. Observe que isso é verificado após exposição com cádmio
NA AUSÊNCIA DO INIBIDOR VERAPAMIL
Fonte: Eufemia e Epel (2000). Aquat. Toxicol., 49: 89-100.
Mytilus californianus
Mecanismos de ativação e detoxificação
Fase III: Eliminação de metabólitos de substancias tóxicas para fora da célula
As células tipo
Lucena possuem
o fenótipo MDR,
que ameniza a
toxicidade da
microcistina em
concentrações de
0,8 µg/L. Isto
sugere um papel
das proteínas da
família MDR na
eliminação de
microcistinas
Fonte: Votto et al.
(2007). Cell Biol. Int., 31:
1359-1366.
Mecanismos de ativação e detoxificação
Fase III: Eliminação de metabólitos de substancias tóxicas para fora da célula
As células tipo
Lucena possuem
fenótipo MDR e
apresentaram
menor dano de
DNA que as
células tipo K562.
Isto sugere um
papel das
proteínas da
família MDR na
eliminação de
microcistinas
Fonte: Votto et al.
(2007). Cell Biol. Int., 31:
1359-1366.
Mecanismos de ativação e detoxificação
Fase III: Eliminação de metabólitos de substancias tóxicas para fora da célula
Fonte: Votto et al.
(2007). Cell Biol. Int., 31:
1359-1366.
As células tipo
Lucena possuem
fenótipo MDR e
apresentaram
menor
concentração de
espécies reativas
de oxígênio (RSO)
que as células tipo
K562. Isto sugere
um papel das
proteínas da
família MDR na
eliminação de
microcistinas
Mecanismos de ativação e detoxificação
Fase III: Eliminação de metabólitos de substancias tóxicas para fora da célula
Diferenças na expressão da P-gp entre
“sea urchin” (Lytechinus amanesus) e
Urechis caupo quando expostos a petróleo
bio-degradado se traduz em uma maior
sensibilidade no caso da “sea urchin”
Fonte: Hamdoun et
al. (2002). Aquat.
Toxicol., 61: 127-140.
Lychetinus amanesus Urechis caupo
Mecanismos de ativação e detoxificação
Jenynsia
multidentata
A exposição a 2 µg/L de microcistina levou a um aumento da expressão da P-gp (Fig. A) nas
brânquias do peixe J. multidentata, com um conseqüente aumento da quantidade de proteína
(Fig. B). Isto sugere um papel das proteínas da família MDR na eliminação de microcistinas
Fonte: Amé et al. (2007). Chemosphere, 74: 1179-1186.
Mecanismos de ativação e detoxificação
Fase III: Eliminação de metabólitos de substancias tóxicas para fora da célula
Jenynsia
multidentata
Fuente: Amé et al. (2007). Chemosphere, 74: 1179-1186.
Mecanismos de ativação e detoxificação
Fase III: Eliminação de metabólitos de substancias tóxicas para fora da célula
A exposição a 2 µg/L de microcistina levou a um aumento da expressão da P-gp (Fig. A) no
cérebro do peixe J. multidentata, com um conseqüente aumento da quantidade de proteína
(Fig. B). Isto sugere um papel das proteínas da família MDR na eliminação de microcistinas