In vitro toxikologie nových xenobiotik - role jaderných receptorů

RNDr. Jaroslav Janošek, Ph.D.

Doctoral thesis

In vitro toxicology of new xenobiotics - the role of nuclear receptors

Abstract:

Abstrakt (česky) Interakce se signálními drahami jaderných receptorů patří k nejdůležitějším mechanismům chronické toxicity organických polutantů jako PCDD/Fs, PCBs, PAHs atd. Interakce Ah-receptoru (AhR; z anglického aryl hydrocarbon receptor, receptor s klíčovou rolí při toxicitě dioxinového typu) a estrogenního receptoru (ER) s látkami z životního prostředí je již dlouho předmětem rozsáhlých výzkumů. Kromě klasických ligandů AhR jako výše zmíněné persistentní polutanty byla v posledních letech objevena řada nových látek interagujících s AhR a ER včetně některých přírodních sloučenin. V této práci jsme se zaměřili na několik skupin látek přítomných v životním prostředí, konkrétně produkty fotolýzy chlorfenolů v ledu, N-heterocyklické polycyklické aromatické uhlovodíky (azaareny) a huminové látky. Chlorfenoly jsou chlorované organické sloučeniny používané v papírenském průmyslu, při výrobě herbicidů a pesticidů, a proto v prostředí velmi rozšířené. Jsou schopné dostávat se díky dálkovému transportu do polárních oblastí, kde jsou zachyceny v krystalové struktuře ledu a sněhu a podléhají zde fotochemickým transformacím. V naší studii jsme ukázali, že tyto fotoreakce mohou vést ke vzniku relativně persistentních sloučenin (chlorovaných bifenyldiolů), které vykazují dioxinovou aktivitu a mohou být (ve spojitosti s globálním oteplováním nebo se sezónním táním ledu) uvolňovány do akvatického prostředí a představovat pro divoce žijící zvířata nebezpečí. Azaareny jsou, podobně jako jejich mateřské sloučeniny, polycyklické aromatické uhlovodíky, v prostředí všudypřítomné. Mohou pocházet z přírodních zdrojů, ale většina je do prostředí uvolňována z antropogenních činností. V naší studii jsme ukázali, že některé z těchto látek mohou vykazovat dioxinovou aktivitu. Zvláště látky s vyšší molekulovou hmotností jako dibenz[a,h]akridin a dibenz[a,i]akridin vykazovaly velmi silnou AhR aktivitu, v krátkých expozicích dokonce vyšší než samotné TCDD. Huminové látky jsou přírodní sloučeniny nejasné struktury vznikající při rozkladu organické hmoty. V našich experimentech jsme ukázali, že tyto látky nejen indukují AhR-aktivitu dokonce již v environmentálně relevantních koncentracích, ale vykazují také poměrně silné antiestrogenní efekty. Vzhledem k těmto zjištěním se zdá, že huminové sloučeniny jsou zajímavou skupinou látek vyžadující další výzkum.

Abstract:

Abstract Interactions with nuclear receptor signalling pathways belong to the most important mechanisms of chronic toxicity of organic pollutants such as PCDD/Fs, PCBs, PAHs, etc. Among the nuclear receptors, aryl hydrocarbon receptor (AhR; connected with so-called dioxin-like toxicity) and estrogen receptor (ER) and their interactions with environmental xenobiotics have been subjects of extensive research. Besides the classical AhR agonists, a plenty of new substances interacting with AhR and ER have been described including some natural compounds. In this work, we have focused on several groups of compounds occurring in the environment, namely products of photolysis of chlorophenols in ice, N heterocyclic PAHs (azaarenes) and humic substances. Chorophenols are chloroorganic compounds commonly used in paper, herbicide and pesticide industries, and thus widespread in the environment. They are able to undergo long-range transport and thus reach polar regions where they are trapped in ice matrix and may undergo photochemical transformations. In our study, we have shown that these photoreactions may lead to formation of relatively persistent compounds (chlorobiphenyldiols) eliciting dioxin-like activity, which can be in connection with global warming or seasonal melting of ice released into the aquatic environment and represent significant risks for wildlife. Azaarenes are, similarly to their parent compounds PAHs, ubiquitous in the environment. Some of them may originate from natural sources, but the greatest amounts are released into the environment from sources related to anthropogenic activities. In our study, we have revealed that some of these compounds are able to elicit significant dioxin-like activity. Among these, particularly those with high molecular weight such as dibenz[a,h]acridine or dibenz[a,i]acridine were shown to be very strong AhR inducers with affinities to AhR after short exposures even exceeding that of TCDD itself. Humic substances are natural compounds of uncertain and diverse structures formed during decay of organic matter. Our study has shown that these compounds not only induce AhR mediated activity even at environmentally relevant concentrations but elicit also significant antiestrogenic effects. With respect to these findings, humic compounds seem to be an interesting group of substances which require further investigation.

Keywords

Ah-receptor, estrogen receptor, estrogenní receptor, huminové látky, humic substances, azaarenes, N-heterocyclic PAHs, azaareny, aza-PAHs, chlorované fenoly, chlorophenols

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 4. 2006

Thesis defence

• Date of defence: 5. 4. 2006
• Supervisor: prof. RNDr. Ivan Holoubek, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry / Environmental Chemistry