Aktivace Ah receptoru polycyklickými aromatickými dusíkatými heterocykly - vztah struktury a aktivity

Mgr. Iva Sovadinová, Ph.D.

Advanced ('rigorózní') thesis

Abstract:

Toxické účinky spousty perzistentních organických polutantů jako polychlorovaných bifenylů (PCB) nebo polychlorovaných dibenzo-p-dioxinů a furanů (PCDD/F) jsou zprostředkovány přes aryhydrokarbonový receptor (Ah receptor). Polyaromatické uhlovodíky (PAH) a jejich deriváty byly v několika studiích také schopny aktivovat procesy zprostředkované přes Ah receptor, přesto jsou jejich toxické účinky málo prozkoumány. N-heterocyklické polyaromatické uhlovodíky (aza-PAH) jsou přirozeně se vyskytující deriváty PAH detekované ve všech složkách prostředí. Pro studium cytotoxicity a schopnosti těchto sloučenin indukovat genovou expresi zprostředkovanou přes Ah receptor byla zvolena metoda využívající transfekovanou buněčnou linii H4IIE-luc. Do testu byla vybrána sada 29 strukturně odlišných aza-PAH s 2-5 aromatickými jádry a jejich homocyklické analogy. Aza-PAH se ukázaly být významně cytotoxičtější a silnějšími induktory Ah receptoru než nesubstuituované PAH. Efektivní koncentrace se pohybovaly v rozmezí pM až mM. Několik aza-PAH (dibenz[a,h]akridin, dibenz[a,i]akridin) bylo silnějšími nebo srovnatelnými aktivátory Ah receptoru po 6hod expozici ve srovnání s referenční látkou 2,3,7,8-TCDD. Postavení QSAR (kvantitativní závislost struktury a aktivity) modelu identifikovalo elipsoidní objem, velikost molekuly a molekulovou refraktivitu jako důležité deskriptory pro schopnost aza-PAH aktivovat Ah receptor. Pro aktivní aza-PAH byly vypočítány relativní potence indukovat Ah receptor (IEF, indukční ekvivalenční faktory), které lze využít při stanovování dioxinové aktivity environmentálních směsí.

Abstract:

Toxic effects of many persistent organic pollutants (such as polychlorinated biphenyls or polychlorinated dibenzo-p-dioxins and furans) are mediated by aryl hydrocarbon receptor (Ah receptor). Similarly, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and their derivatives were also shown to activate AhR-mediated processes, but their toxic effects still remain to be fully elucidated. N-heterocyclic polycyclic aromatic hydrocarbons (aza-PAHs) are naturally occurring derivatives of PAHs detected in the atmosphere, terrestrial and aquatic ecosystems. We have used the H4IIE-luc transactivation cell assay to investigate in vitro cytotoxicity and potencies of 29 structurally diverse aza-PAHs (2-5 aromatic rings) and parent nonsubstituted PAHs to induce AhR-mediated gene expression. Aza-PAHs were found to be significantly more cytotoxic and active AhR-inducers than the non-substituted PAHs. Effective concentrations ranged from pM to mM and were used for derivation of induction equivalency factors (IEFs). Several aza-PAHs (such as dibenz[a,h]acridine, dibenz[a,i]acridine) were highly potent Ah receptor inducers after short 6 h exposures with efficacies equal to that of reference 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) and a potency similar or even greater than TCDD. Evaluation of quantitative structure-toxicity relationships identified ellipsoidal volume, molar refractivity and molecular size as the most important descriptors of AhR-inducing potencies of PAHs. The investigation of a broad set of aza-PAHs allowed good estimation of relative potencies (AhR-induction equivalency factors, IEFs).

Keywords

aza-PAH, dioxinová aktivita, cytotoxicita, indukční ekvivalentní faktor, QSAR aza-PAH, dioxin-like activity, cytotoxicity, induction equivalency factor, QSAR

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 6. 2006

Thesis defence

• Date of defence: 27. 6. 2006

Masaryk University

Faculty of Science

Advanced ('rigorózní řízení') programme / field:
Biology / Ecotoxicology