addotti proteici con elettrofili organici sono stati studiati per più di 30 ANNI per tre scopi:
(a) monitoraggio del livello medio di esposizione individuale a particolari sostanze chimiche, sia endogeni che esogeni a cui il soggetto è esposto attraverso gli alimenti o la contaminazione ambientale;
(B) come indicatori quantitativi del singolo processo metabolico che converte una sostanza chimica nei suoi prodotti tossici in grado di danneggiare il DNA o proteine chiave (come nel caso di diversi, pesticidi)
C) fare correlazioni tra la modificazione proteica e il danno funzionale anno biologico (ad esempio inibizione enzimatica) infine causare danni alla salute specifica.
Questa recensione descrive il ruolo che i mass contemporaneo approcci spettrometria a base impiegate nello studio qualitativo e quantitativo di addotti proteine-electrophile giocano nella scoperta dei meccanismi di (bio) chimici di sostanze tossiche e mette in evidenza le direzioni future della ricerca in questo campo
è previsto che una descrizione olistica di funzioni cellulari si avvarrà di nuovi metodi analitici basati su tempo integrato misure metabolomica di un nuovo comparto biologico, il “adductome,” finalizzato a una migliore comprensione integrata risposta dell’organismo al ambientale e fattori di stress endogene.
Addotti al DNA
Xenobiotici reattivi in grado di legarsi chimicamente al DNA, si legano in modo covalente (legame forte mediante la condivisione di elettroni) con ossigeno e azoto sulle basi del DNA (G> A C> T) e più raramente con l’ossigeno sui gruppi fosfato (Dipple 1995)
questa tecnologia è utile anche nel monitoraggio biologico dell’esposizione ad agenti cancerogeni e ci da una indicazione della esposizione (biomarkers di esposizione/di dose) ma non è direttamente correlata al verificarsi di malattia:
la modifica puo’ avere una natura transitoria in quanto puo’ essere riparata (tranne, come ora noto , addotti in posizioni phosphodiestere ossigeno),
la cellula è in grado di attivare molteplici meccanismi di riparazione del DNA che rimuovono i danni e ripristinare la struttura originaria.
I meccanismi di riparazione del DNA comprendono riparazione per escissione , mismatch repair, riparazione di rotture del doppio filamento, e la riparazione cross-link.
Biochemistry (Mosc). 2005 How does a cell repair damaged DNA?Sharova NP .
Oltre a reagire con le basi del DNA, molte sostanze chimiche reagiscono con gli atomi di ossigeno dei legami internucleotidici fosfodiesteri per formare addotti phosphotriesteri (PTE).
In considerazione della loro stabilità in condizioni fisiologiche, è stato suggerito che le PTE possono essere marcatori utili per misurare l’esposizione genotossica cumulativa.
PTE sono stati considerati refrattari alla riparazione nelle cellule dei mammiferi
valuteremo i metodi analitici disponibili per la determinazione dei PTE, la loro stabilità in vitro e in vivo, i meccanismi per la loro riparazione , il loro possibile significato biologico e il loro ruolo potenziale come biomarcatori in studi di epidemiologia molecolare umana.
Mutagenesis. 2010 Jan; Phosphotriester adducts (PTEs): DNA’s overlooked lesion.Jones GD1, Le Pla RC, Farmer PB.
Metodiche Analitiche
Gli addotti al dna possono essere rilevati con tecniche analitiche sensibili, come ad esempio spettrometria di massa
(Andrews, Vouros, e Harsch, 1999 ; Turesky & Vouros, 2004 ; Singh & Farmer, 2006 ).
ADDOTTI ALLE PROTEINE
il DNA non è l’unico bersaglio cellulare di sostanze chimiche reattive.
la patogenesi di diverse malattie degenerative, come il diabete,
aterosclerosi, nefrotossicità e neurotossicitài può essere correlata alla generazione di “addotti”, cioè, la modificazione covalente tra i gruppi funzionali nucleofili di proteine strutturali e funzionali ed elettrofili reattivi .
I gruppi reattivi coinvolti più frequentemente sono:N gruppo amminico; il gruppo tiolo della catena laterale della cisteina; gli atomi di azoto eterociclici di istidina; gli aminoacidi e gruppi guanidinici i della catena laterale di lisina e arginina; gruppi carbossilici della catena laterale di acido aspartico e glutammico; anello fenolico della tirosina.
Quando i gruppi reattivi coinvolti sono essenziali per l’attività biologica della proteina bersaglio, come il sito attivo di enzimi o domini di legame o di trasduzione di recettori, il risultato è di solito una più o meno completa inibizione (dose-dipendente) della attivita’ biologica con la conseguete compromissione delle funzioni fisiologiche svolte dalla proteina
Un esempio e acetilcolinesterasi disattivata da pesticidi organofosforici o da agenti della guerra chimica.
In questo caso, la funzione biologica viene eventualmente ripristinata per un certo tempo dalla sintesi di nuove macromolecole funzionali per sostituire quelli irreversibilmente persi, la proteina non-più-funzionale è generalmente scartata e idrolizzata nei suoi aminoacidi costitutivi del sistema lisosomiale della cellula.
Questo non è l’unico effetto che il legame covalente di elettrofili alle proteine esercita sulle funzioni biologiche:
- gli elettrofili possono reagire su posizioni specifiche delle proteine con attività di rilevamento verso lo stress ossidativo e l’esposizione a xenobiotici
Elettrofili reattivi generati durante il metabolismo o nei processi patologici direttamente o indirettamente interferiscono sulle funzioni fisiologicche:
le cellule hanno acquisito, nel corso dell’evoluzione, un meccanismo complicato di difesa contro questa tossicità.
- esposizione a elettrofili e specie reattive dell’ossigeno (ROS) induce una soraregolazione della espressione genica di geni codificanti enzimi disintossicanti e antiossidanti
Tale sovraregolazione degli enzimi disintossicanti gli xenobiotici eì regolata dalla cascata Nrf2-Keap1
- Modulando l’attività dei canali ionici dei neuroni nocicettivi, avvertendo in tal modo l’organismo di esposizione corrente a sostanze chimiche irritanti o nocivi, come acroleina, cinnamaldhyde e olio di senape (Chao et al. 2008 ; Macpherson et al. 2007b ;. Tai et al, 2008 ).
La spettrometria di massa (MS) è la tecnica di scelta per la determinazione qualitativa e quantitativa di modificazioni post-traduzionali di proteine in vivo.
Quando la proteina xenobiotico-modificata mantiene ancora la sua funzione biologica in una misura che è ancora tollerabile dalla fisiologia cellulare, la proteina viene scartata solo alla fine naturale del suo ciclo di vita e può quindi essere impiegato come dispositivo di monitoraggio passivo della presenza della addotto generatrici molecola reattiva e del suo precursore chimico. Questo è il caso, per esempio, della emoglobina glicata (HbA1c)
Dosimetria Molecolare” di Esposizione.
In Medicina Preventiva e Del Lavoro (cancerogenesi tossicologia allergologia) gli addotti di molecole organiche elettrofili con Proteine o DNA possono essere impiegati, come misura di
1) biomarkers di dose di sostanze chimiche esogene presenti nell’ ambiente di vita o di lavoro e che gli individui esposti assorbono entro un lasso di tempo che è definito dalla durata della proteina nel corpo;
2) biomarkers di ” dose efficace ” dose del metaboliti reattivi elettrofili che vengono generati nello stesso periodo di tempo dalla dose inquinante assorbita dall’organismo dell’individuo esposto, in grado di reagire con le biomolecole bersaglio come DNA ( ” dose efficace “);
3) biomarkers di dose di specifici addotti di molecole organiche che sono responsabili derangement funzionale o deterioramento di biomolecole specificihe dalle loro funzioni nell’organismo sano ( effetto tossico ).
ad es la misura di inibitori dello dell’acetilcolinesterasi
gli addotti proteici del metabolita γ-dicarbonilico di esano
InConclusione da questa recensione emerge il ruolo rilevante che gli approcci di spettrometria di massa hanno nello studio qualitativo, quantitativo, dell’interazione di macromolecole di strutture biologiche con piccole molecole reattive con ‘approccio “dosimetria molecolare”
l’integrazione di tali dati con le atre omics in continua evoluzione aprira’ spazi per un approccio integrativo, possiamo ottenere un quadro più globale dei meccanismi molecolari che si verificano nelle tecnopatie e Malattie Ambientali
