Projekti

Ekotoksiologija, toksikološka genomika in karcinogeneza

Holder: prof. dr. Tamara Lah Turnšek

Code: P1-0245

Duration: 1. 1. 2009 - 31. 12. 2018

Raziskovalni program P1-0245, v letnem obsegu  3,35 FTE, cenovne kategorije D, financira Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije iz državnega proračuna.

Povzetek


Danes priznavamo, da pojavnost raka skokovito narašča, predsvem kot posledica večjega onesnaženja okolja. Program raziskav karcenogeneze tako zajema proučevanje vpliva porušenega ravnotežja v vodnem okolju, vpliv bioloških peptidov na celice in jedrni material višjih organizmov, iniciaicjo in nadaljne procese progresije raka. V eutrofičnem vodnem okolju prekomerno razmnožene cianobakterije izločajo toksine, mikrocistine in vrsto peptidov z biološkimi učinkom na celice višjih organizmov. Te snovi namreč delujejo genotoksično in s tem povzroče spremembe celičnih biokemijskih poti, ki v določenih pogojih lahko vodijo do nastanka raka. Raziskave potekajo v treh smereh: A) raziskave površinskih voda obsegajo študije splošne evtrofikacije voda, s poudarkom na razrasti (cvetenju) cijanobakterij in njihovih učinkih na biodiverziteto. Usmerjene so na raziskave vpliva cikličnih peptidov na fotosintetski aparat različnih fitoplanktonskih organizmov in vitro ter proučevanje vplivov mikrocistinov na prevlado toksičnih cianobakterij v evtrofnih vodnih telesih. Pri našem delu ugotavljamo katere fitoplanktonske vrste so najbolj občutljive na prisotnost cikličnih peptidov v vodnem okolju in zato izključene iz vodnega telesa. B) ) raziskave vpliva bioloških toksinov, kot so mikrocistini, kakor tudi nekaterih drugih toksinov v okolju na celični genski ustroj, predvsem na rušenje ravnotežja med poškodbami DNA in njihovim popravljanjem ter morebitno mutageno delovanje toksinov, kar lahko vodi k iniciaciji in promociji raka. Raziskujemo akutne in dolgodobne toksične učinke na sesalske celice (CHO), in človeške jetrne celice (HepG2). Raziskujemo tudi mehanizme genotoksičnega delovanja nekaterih prehranskih karcinogenov, kot so heterociklični amini in specifičnih najpogostejših onesnaževalcev okolja, n.pr. kadmija ter njihovih kombinacij. Na podoben način proučujemo tudi mehanizme delovanja potencialnih rastlinskih antimutagenov (n.pr. učinkovin hmelja ). C) V sklopu kancerogeneze proučujemo mehanizme prehoda transformirane celice v rakavo celico, s poudarkom na študiju apoptoze, invazije in metastaziranja. V proučevanju spremenjenega celičnega signaliziranja raziskujemo proteolizno signaliziranje in proučujemo predvsem sistem cisteinskih proteinaz in njihovih inhibitorjev, katerih ravnotežje je v napredovanju raka porušeno, tako v tumorski celici, kakor tudi v tumorskem mikro-okolju. Proučujemo in vitro celični sistem raka dojke in gliomov, slednje zajema tudi klinične študije. Prepoznavanje in razumevanje opisanih pojavov (A) na celičnem in molekularnem nivoju je pomembno za zdravljenje vodnega okolja in za izboljšanje sistemov detekcije in določevanja učinkov bioloških strupov na molekularnem nivoju. Uporabnost teh raziskav je v razumevanju delovanja in praktični uporabi antimutagenih snovi naravnega izvora v preventivi raka (B). Poznavanje mehanizmov poškodb dednine in celične smrti vodi k preskušanju delovanja novih zdravil za zdravljenje raka (C). Spoznavanje spremenjenih poti proteoliznega signaliziranja je potencialnega pomena za razvoj novih diagnostičnih in prognostičnih parametrov.


Pomen za razvoj znanosti


Prednost in znanstvena izvirnost programa je v edinstveni interdisciplinarnosti skupine, ki omogoča povezavo raziskav cianobakterijskih sekundarnih metabolitov z analizo genotoskilnih genov in nadalje preučevanja vpliva metabolitov na človeške celice, kar lahko vodi do aplikacije v onkologiji. V zadnjem desetletju postaja vedno bolj očitno, da višji organizmi uporabljajo nekatere ključne elemente in mehanizme, ki izvirajo iz sveta bakterij. Mednje lahko uvrščamo tudi tiste, ki sodelujejo pri delitvi celic, notranji razdelitvi in trdnosti njihovih struktur. Posledično nam lahko raziskave bakterijskih produktov, ki so v naravi često v zelo velikem številu in mnogokrat nastopajo v izredno velikih količinah, pomagajo najti odgovore na vprašanja o delovanju človeških celic in odpirajo možnosti za razumevanje delovanja živih bitij na sploh. Takšni produkti so tudi ciklični cianopeptidi (CCP), ki so ogrožajo zdravje ljudi in okolja, saj vplivajo na celično ogrodje, na delitev celic in delovanj proteaz tudi pri višjih organizmih. Na drugi strani pa prav te lastnosti vodijo do načrtovanja novih zdravil, kar ima pomen v medicini oz človeško zdravje. Poleg tega smo v tem delu programa v preteklem letu pridobili nekatere uporabne ekotoksikološke podatke, ki so ključni za ocenjevanje okoljskega tveganja in odpirajo številne možnosti uporabe v regulative in manipulaciji vnosa antropogenih in naravnih hranil v vodna telesa. Toksikogenomske raziskave prinašajo nova spoznanja o molekularnih mehanizmih karcinogenega delovanja najbolj pogostih karcinogenih sestavin hrane in o mehanizmih antigenotoksične aktivnosti določenih sestavin hrane. Z uporabo predlaganih bioinformatskih pristopov in modernih tehnik analize izražanja genov bomo lahko identificirali specifične molekularne markerje mehanizmov delovanja znotraj celotnih procesov. Poleg tega je namen projekta ovrednotiti celične in molekularne metode glede njihove uporabnosti za predpostavljanje karcinogenih učinkov. Z uporabo molekularnih raziskav in genomskih analiz lahko dobimo bistveno več informacij iz poskusov, ki morajo biti za številne kemikalije v okviru zahtevanih osnovnih testov v vsakem primeru izvedeniTako bi se tudi bolje in lažje usmerili na tiste spojine in točke, ki predstavljajo največja tveganja za zdravje okolja in ljudi. S temi metodologijami se često lahko izognemo nadaljnjim dolgodobnim poskusom na testnih živalih in s tem zmanjšamo njihovo uporabo v raziskavah in farmacevtski industriji. Na področju karcinogeneze raziskujemo s proteolizo povezane procese v napredovanju možganskih tumorjev – glioblastomov (GBM). Tako v tumorjih bolnikov kot v mišjih ksenograftih prihaja do subcelične in celične prerazporeditve katepsinov in njihovih inhibitorjev, s čemer se lahko zvišana encimatska aktivnost, predvsem katepsina B, odraža v večji invaziji na invazivem robu tumorja. kar smo nedavno potrdili in vivo. Na področju apoptoze in autofagije GBM celic smo objavili mehanizem citotoksičnosti Trisenoxa (As2O3), sicer protilevkemičnega zdravila, na GBM celice. As2O3 sproži avtofagijo preko prostih radikalov in istočasno inhibira katepsin B, kar povzroči apoptoski preskok. Tega lahko močno ojačamo z inhibtorji katepsina L. Zdaj razvijamo nove inhibicijske probe, ki bodo potrdile njegovo lokalizacijo v jedru, kar smo že prikazali s protitelesi. Predpostavljamo , da je pomembna medsebojna regulacija s tumor supresorskim genom p53. V študiju medsebojnega vpliva mezenhimskim matičnih celic (MSC), ki smo jih izoliramo iz raznih virov, na celice GBM smo ugotovili, da tudi MSC zavirajo rast in invazijo GBM ter ugotovili nekaj pomembnih citokinov, n.pr. CCL2/MCP1, ki te učinke posredujejo in s tem njihovo popolnoma novo biološko vlogo.


Sestava programske skupine - povezava na SICRIS.
Bibliografski podatki in ostali podatki o programu - povezava na SICRIS