Genotoxické a negenotoxické působení polycyklických aromatických uhlovodíků na oválné jaterní buňky in vitro

RNDr. Lenka Švihálková Šindlerová, Ph.D.

Doctoral thesis

Genotoxic and nongenotoxic effects of polycyclic aromatic hydrocarbons on oval hepatic cells in vitro

Abstract:

Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH) jsou široce rozšířenými kontaminanty životního prostředí. Obecně jsou vnímány především jako látky s genotoxickými a mutagenními vlastnostmi. Studium PAH však ukazuje, že spektrum jejich vlastností je širší a mnoho těchto látek má i nádorově promoční vlastnosti. Tato práce se věnuje studiu genotoxických i negenotoxických vlastností vybraných skupin PAH v modelovém systému progenitorových (oválných) buněk jater potkana WB-F344. V první části práce byly studovány toxické účinky methylovaných naftalenů (MeNap), anthracenů (MeAnt) a fenanthrenů (MePhe). Většina těchto látek se chovala jako slabé ligandy arylhydrokarbonového receptoru (AhR), neindukovaly však proliferaci kontaktně inhibovaných buněk, která je závislá na tomto transkripčním faktoru. 1-MeAnt, 1-, 3- a 9-MePhe způsobovaly slabou fosforylaci proteinu p53 na Ser15, což naznačilo možné slabé genotoxické účinky. Expozice MePhe měla za následek koncentračně závislou inhibici GJIC, která však nebyla ovlivněna pozicí methylové skupiny (na rozdíl od MeAnt). Ve druhé části práce byly studovány toxické účinky dibenzoanthracenů a benzochrysenů. Nově zde byla stanovena schopnost benzochrysenů aktivovat AhR. Všechny látky indukovaly expresi mRNA detoxikačních enzymů CYP1A1, CYP1B1 a AKR1C9 a, s výjimkou BgChry, také proliferaci kontaktně inhibovaných buněk. BgChry jediný indukoval apoptózu, fosforylaci p53 na Ser15 a tvorbu aduktů s DNA. Inhibici GJIC způsobovaly pouze BgChry a BcChry, ale ani tyto látky nebyly schopny kompletního uzavření GJ. Třetí část práce se zabývala studiem methylovaných chrysenů (MeChry). Všechny látky se ukázaly být ligandy AhR a indukovaly proliferaci kontaktně inhibovaných buněk. 5-MeChry jediný vytvářel adukty na DNA, apoptóza a fosforylace p53 na Ser15 však nebyla pozorována. Pouze 5- a 6-MeChry inhibovaly GJIC. Pozice methylové skupiny hraje tedy u těchto látek, podobně jako u MeAnt, důležitou roli ve schopnosti uzavírat GJ. Naše studie ukázaly, že i PAH a jejich methylované deriváty, které nejsou běžně monitorovány, by mohly významně přispívat k toxickým účinkům směsí PAH, jako je aktivace AhR, genotoxicita či mechanizmy související s nádorovou promocí.

Abstract:

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are abundant environmental contaminants. They are mostly considered to be genotoxic and mutagenic compounds. However, recent studies of PAHs are indicative of nongenotoxic tumour promoting effects of PAHs. In this thesis we focused on some groups of PAHs abundant in environment and we studied their genotoxic and nongenotoxic effects on liver oval (progenitor) cell line WB-F344. In the first part of the thesis toxic effects of methylated naphthalenes (MeNap), anthracenes (MeAnt) and phenanthrenes (MePhe) were studied. Most of these compounds are weak AhR ligands. However, none of the studied compounds was able to induce proliferation of contact inhibited cells, which depends on this transcription factor. 1-MeAnt, 1-, 3- and 9-MePhe caused weak Ser-15 p53 phosphorylation, which suggested possible weak genotoxic properties. MePhe caused a concentration-dependent inhibition of GJIC, which was not affected by the position of methyl group. In the second part of the thesis, the toxic effects of dibenzoanthracenes and benzochrysenes were studied. For the first time, we determined the ability of benzochrysenes to activate AhR. All compounds studied were able to induce mRNA expression of detoxification enzymes CYP1A1, CYP1B1 and AKR1C9. They also induced proliferation of contact inhibited cells. The only exception was BgChry, which induced apoptosis, Ser-15 phosphorylation of p53 and formation of DNA adducts. Inhibition of GJIC was caused only by BgChry and BcChry, but even these compounds were not able to fully close GJ. The third part of the thesis concentrated on toxic effects of methylated chrysenes (MeChry). All of these compounds were found to be AhR ligands, and they induced proliferation of contact inhibited cells. Only 5-MeChry caused formation of DNA adducts, but neither apoptosis nor Ser-15 phosphorylation of p53 were observed. Only 5- and 6-MeChry inhibited GJIC, thus indicating the important role of the methyl group position. The studies presented in this work suggest that PAHs and their methylated metabolites, which are not routinely monitored might significantly contribute to the toxic effects of PAH mixtures, such as AhR activation, genotoxicity or the mechanisms associated with tumour promotion.

Keywords

Polycyklické aromatické uhlovodíky, oválné buňky, Ah receptor, cytochrom P450, p53, GJIC, proliferace, buněčný cyklus Polycyclic aromatic hydrocarbons, oval cells, proliferation, cell cycle

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 1. 2010

Thesis defence

• Date of defence: 17. 3. 2010
• Supervisor: prof. RNDr. Alois Kozubík, CSc.
• Reader: prof. RNDr. Luděk Bláha, Ph.D., RNDr. Pavel Rossner, Ph.D., doc. RNDr. Jitka Vostálová, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry (4-years) / Environmental Chemistry