Thuis
Contacten

    Hoofdpagina


Samenvatting Metabolisme en Toxicologie Esmee Castermans College 1 (23 feb)

Dovnload 277.62 Kb.

Samenvatting Metabolisme en Toxicologie Esmee Castermans College 1 (23 feb)



Pagina3/6
Datum13.11.2017
Grootte277.62 Kb.

Dovnload 277.62 Kb.
1   2   3   4   5   6

College 3 (25 feb)
Activatie van stoffen door het metabolisme
Activatie: Een stof die niet actief is, wordt door een metaboliet geactiveerd.

Toxificatie: De productie van toxische metabolieten.
Het metabolisme van xenobiotica zorgt meestal voor detoxificatie, maar ook soms voor toxificatie. Meestal maakt het het xenobioticum farmacologisch inactief, maar soms wordt het juist actiever.

Toxificatie: Omzetting die leidt tot het ontstaan van reactieve metabolieten of reactieve intermediairs die een covalente binding aangaan met weefsel-macromoleculen zoals DNA, RNA, eiwitten en lipiden, of het cellulaire milieu veranderen (bijv. redox-actieve stoffen)
Door metabolisme ontstaan er hele andere verbindingen die ook hele andere eigenschappen hebben.
Valium  demethylering naar nordizepam  hydroxylering naar oxazepam.

Asperine  deacetylering naar salicylzuur.


Bij paracetamol:

CYTP450 zorgt in een fase I reactie voor toxificatie. De OH verandert in een dubbel gebonden O en rechts onderin ontstaat een lading. Hiermee kan het molecuul binden aan cellen of macromoleculen en deze beschadigen of doden.

GST kan vervolgens door conjugatie voor detoxificatie zorgen in een fase II reactie waarbij SG gekoppeld wordt aan de benzeenring.

Al voordat de toxische metaboliet gevormd wordt door CYT P450, kan het ook gedetoxificeerd worden. SULT zorgt voor conjugatie van een sulfaatgroep op de plek van de OH groep in een fase II reactie.

Ook kan UGT zorgen voor detoxificatie door conjugatie van OG op de plek van de OH in een fase II reactie.
Een stof kan alleen toxisch zijn als er meer toxificatie is dan detoxificatie. (!) Bij paracetamol is heel veel detoxificatie, dus je moet super veel nemen voordat de detoxificatiemechanismen verzadigd zijn en de toxificatie de overhand kan nemen.
4-ipomeanol (komt voor in schimmels van zoete aardappels):

Mensen hebben CYP1A2 en CYP3A4 (in de lever) die hier gevoelig voor zijn. Bij de mens leidt het dus tot levertoxiciteit. Dieren hebben CYP4B1 (in de long) en krijgen dus longtoxiciteit. Er zijn dus species verschillen!


Reactieve metabolieten

Fase 1


  • Hydroxylamines (C-N-C met aan de N een OH groep)

  • Epoxiden (C-C-O driehoekje)

  • Radicalen (radicaal (C) atoom)

  • carbonylhalide (C=O met aan die C ook een halogeen (Cl, Br of I)

Al deze stoffen zijn heel actief omdat ze heel elektrofiel zijn.

Ze geven een off-target toxisch effect, omdat ze zo reactief zijn, dat ze met van alles en nog wat in de cel gaan reageren (on- en off target moeten we kennen!)


Fase 2

Niet altijd detoxificatie! Er kan een instabiele stof gevormd wordt die uiteenvalt in actieve componenten. Hierbij kan een carbonium ion (C+) of nitrenium ion (N+) gevormd worden. Ook kan een fase 2 reactie tot deconjungatie leiden en weer de toxische fase 1 stof worden.


Een voorbeeld van fase 2 toxificatie is 1,2-dibroomethaan. Glutathion (GSH) bindt aan een van de CH2-en als GS en hierdoor wordt 1 bromide eraf gegooid. De GS groep bindt vervolgens ook met de tweede CH2 (dus ook de tweede bromide wordt eraf gegooid) en wordt een CH2-GS+-CH2 driehoekje gevormd. Dit heet een thilranium ion, dat erg elektrofiel en dus reactief is.
Er kan ook toxificatie plaatsvinden door deconjungatie, bijvoorbeeld bij aniline-glucuronide. In de lever wordt er een OH groep en (onder invloed van UDPGA) een glucuronide groep aan gekoppeld. Vervolgens gaat het naar de nieren. Het glucuronzuur valt er hier door de pH af. De stof die overblijft is reactief en leidt tot blaasschade.

Een derde is N-acetylatie. NAT2 haalt een acetylgroep eraf en er ontstaat een reactieve metaboliet, namelijk een nitrenium ion. Ook hierbij is de lage pH van de blaas de trigger en kan het leiden tot blaasschade. (nitrenium ion onthouden)


N-acetylatie kan leiden tot de vorming van een toxisch nitrenium ion.

Aan een NH2 groep bindt met behulp van CYP1A4 een OH groep (een H gaat eraf). Onder invloed van NAT2 kan deze OH groep veranderen in een –O–C=O groep, die vervolgens eraf valt. Wat overblijft is een N+, die heel CH3

Reactief is en een carcinogene werking op het DNA kan hebben.
Toxificatie door glucuronidering (fase II):

2-naphtylamine heeft 2 benzeenringen en een NH2 groep. Deze groep kan omgezet worden in een –NHOH groep. Onder invloed van UGT kan 1 van de H’s een glucuronide groep worden. Dit wordt weer naar de nier verplaatst, waar de pH laag is en het glucuronzuur eraf valt. Het resultaat is een NH+ groep. Dit is een nitrenium ion en het kan covalent binden aan DNA.


Toxificatie door sulfatering (fase II)

Tamoxifen wordt door CYP omgezet (er komt een OH groep aan). Mensen zetten dat om in een stabiele stof door de H van de OH te vervangen in een glucuronide groep, maar ratten voeren een sulfatering reactie uit. Ze vervangen de H van de OH door een SO2H groep. Dit is instabiel en valt uit elkaar. Het resultaat is een carbonium ion dat reactief is en covalent aan DNA kan binden.


Toxische effecten:

  1. Additie aan DNA en RNA kan leiden tot carcinogenese

  2. Additie aan eiwitten, DNA en RNA kan leiden tot celbeschadiging en celdood.

  3. Additie aan vetten = lipideperoxidatie kan leiden tot celbeschadiging en celdood.


Variatie in metabolisme:
Variatie = species verschillen en individuele verschillen tussen mensen.
Speciesverschil bij oxyphenbutazone

Mens: hele lange halfwaardetijd

Hond: hele korte halfwaardetijd. (hebben meer enzymen die het omzetten)

Verklaring voor interindividuele metabole variatie:



  • Genetische aanleg

  • Leeftijd

  • Ziekte

  • Geslacht

  • Voeding

  • Andere xenobiotica en endogene stoffen (bijv. hormonen) dit gebeurt via inductie en inhibitie (o.a. competitie)

Genetische verschillen in metabolisme: door polymorfismen.

Isoniazide (een TB toxine) wordt geacetyleerd door een enzym (isoniazid N-acetyltransferase, NAT) om een anti-tuberculose werking te hebben. Isoniazid N-acetyltransferase heeft verschillende polymorfismen voor zowel NAT2 in de lever en darm als voor NAT1 in meerdere weefsels. Vooral polymorfismen in NAT2 maken een verschil.

Bij sommige mensen gaat de acetylering dus veel sneller dan bij de ander, afhankelijk van het polymorfisme. Je bent dus een poor- of een extensivemetablolizer. Poor metabolisers worden langer blootgesteld aan isoniazine en hebben dus meer toxiciteit.


Ook CYP2D6 heeft polymorfismen. De populatie is, net als bij isoniazid N-acetyltransferase, opgedeeld in extensive metabolizers (EM) en poor metabolisers (PM). Dit komt door een (punt)mutatie of deletie in het CYP2D6-gen. 7% van de bevolking is PM.
De mutatie is meestal een SNP (Single Nucleotide Polymorphism) (!). Als je de mutatie hebt, heb je minder CYP450 in de lever en wordt de stof die CYP om moet zetten (paracetamol) veel langzamer gemetaboliseerd. Daarom wordt de concentratie hoger en duurt het langer voordat de paracetamol is uitgewerkt.
EM-ers hebben een veel hogere dosis van nortripyline (zet een toxine om) nodig dan IM-ers en PM-ers. Ze ervaren geen effect en stoppen met het medicijn.
CYP2D6 zet ook codeïne om in morfine. Dit gebeurt door een demethyleringsreactie. Als je een PM-er bent zet je niet genoeg tot morfine om en vervaar je dus geen pijnstilling.
CYP2C19 heeft ook polymorfismen. 20% van de Aziaten en 2-5% van de Europeanen missen het actieve enzym. CYP2C19 zet benzodiazepines om.
Iso-enzymen:

  • Verklaring voor kwalitatieve en kwantitatieve verschillen in de vorming van metabolieten. Hieruit kun je dus een metabool patroon bepalen.

    • Tussen species

    • Tussen individuen

    • Tussen weefsels

  • Interacties van geneesmiddelen onderling

  • Interacties van geneesmiddelen met endogeen metabolisme

De leeftijd is van belang bij het fase II metabolisme. De expressie van bepaalde enzymen verschilt door het leven en op hele jonge leeftijd zijn bepaalde enzymen nog niet tot expressie gekomen! Ook zijn er individuele patronen van ontwikkeling van enzymsystemen en zijn er verschillen tussen enzymsystemen.


Wanneer je een leverziekte hebt, gaat de hoeveelheid enzymen omlaag. Hoe erger de ziekte, hoe minder je ervan hebt. Bepaalde enzymen nemen heel snel af bij de ziekte (CYP2C19 en CYP3A4), maar anderen doen er veel langer over (CYP2D6 en glucuronidation)

De omzettingscapaciteit van de enzymen wordt dus ook lager naarmate de ziekte vordert.


De paradox van moderne drug development

  1. Clinical trials bewijzen de effectiviteit van een drug in grote populaties met de normale dosissen.

  2. De medicijnen worden echter gebruikt om een individu te behandelen die grote variatie kan tonen in zijn respons op de drug.


Geneesmiddelinteracties:
Inductie: aanmaak van extra enzym.

Inhibitie: competitie om een enzym of destructie van een enzym.
De Milosevic case:

Milosevic slikte rifampicine en beta-blockers. Rifampicne werkt beta-blockers tegen. Als je de dosis beta-blockers dan verhoogt, is het weer werkzaam, maar als je dan stopt met rifampicine, krijg je een overdosis.


Rifampicine is een inducer van CYP450.

Een ander voorbeeld van een inducer is fenobarbital. Toediening van fenobarbital leidt tot kortere slaap bij konijnen.


Een inducer heeft meestal effect op de eiwitsynthese. De eiwitsynthese heeft 3 belangrijke fasen: transscriptie, translatie en afbraak.
Een lichaamsvreemde stof activeert een transscriptiefactor. Deze transscriptiefactor kan vervolgens naar de kern gaan en daar met een bepaald deel van het DNA binden (response of element). Dit leidt tot meer of minder transscriptie en dus meer enzymafgifte (bijv. CYP). Dit enzym gaat dan zijn werk doen.
Inductie van de Aryl Hydrocarbon Receptor (AHR):

Polycyclische koolwaterstoffen stimuleren de CYP1A1productie via de AHR : Een polycyclische koolwaterstof bindt aan een systolische receptor, de Aryl Hydrocarbon Receptor (AHR). In de nucleus vindt vervolgens binding met ARNT plaats en dit complex bindt met het XRE gen (xenobiotic responsive element). Er is activatie van de mRNA productie, en er is meer productie van CYP1A1

Inductie van de Constitutive Androstane Receptor (CAR):

Phenobarbital stimuleert de Cyp2B productie via CAR:.

Gefosforyleerde CAR in het cytosol wordt door phenobarbital gedefosforyleerd. Het gaat de kern in en bindt met RXR. Hier zorgt phenobarbital er ook voor dat weer gefosforyleerd wordt door de transscriptiefactor SRC-1. Het complex bindt aan het DNA op het PBREM gen en CYP2B6 wordt afgeschreven.
Effecten van CAR stimulatie:


  • Stijging van specifieke iso-enzym activiteit

  • Toename in SER eiwitten en lipiden

  • Toename in het levergewicht

  • Toename in de doorbloeding

  • Toename van andere enzymactiviteit zoals glucuronyl-transferase, GSH-transferase en epoxide hydrolase. Dit zijn allemaal detoxificatiemechanismen. CAR zorgt dus voor detoxificatie!

Let op! CAR heeft dus niet alleen invloed op CYP2B, maar op heel veel verschillende celtypen.
Inductie van de Pregnane X Receptor (PXR):

Rifampicine stimuleert de CYP3A4 productie via de PXR.

Het bindt in het cytosol aan de PXR en het complex migreert de celkern in. Hier bindt het aan RXR en samen binden ze aan het ER6 gen voor de transcriptie van CYP3A4.

PXR speelt een centrale rol bij de klaring van drugs en steroiden.


Ook PXR beïnvloed veel meer enzymen dan alleen CYP3A4. Een belangrijke andere is MDR1.
Inductie door alcohol:

Alcohol leidt tot meer CYP2E1, maar niet door stimulatie van de transscriptie, maar door stimulatie van de translatie. Het stabiliseert CYP2E1, dat onder andere betrokken is bij de afbraak van paracetamol.


Sint Jans kruid induceert allerlei medicijnen en vermindert zo de werking ervan.
CsA wordt in de lever wordt omgezet tot metaboliet door CYP3A4. Rifamficine zorgt voor meer productie van CYP en er wordt dus meer metaboliet gevormd. De CsA concentratie in het plasma neemt dus af.
De inductie van het metabolisme kan dus een groot effect hebben op de plasmaconcentraties van geneesmiddelen en dus ook op de werkzaamheid. Inductie van het metabolisme kan zowel voor detoxificatie als voor toxificatie zorgen.
Inhibitie:

  1. Competitie met een ander substraat.

  2. Vernietigen CYP door suïcide substraten (deze reactieve substraten, geproduceerd door CYP, reageren met CYP en remmen zo hun eigen aanmaak. De toxische metabolieten binden irreversibel aan C=C bindingen, bijvoorbeeld intestine in grapefruitsap.

  3. Na metabolisme is er reversibele binding aan CYP, o.a. bij cimitidine, methadon en SKF525A.

  4. Verlaging van de enzymconcentratie door beïnvloeding van de synthese en/of degradatie, bijv. metaalionen zoals kobalt en cadmium.

  5. Uitputting van de cofactoren.

  6. CO (in vitro) competeert met O2 voor heem in CYP.

CsA en ketoconazole (KTZ) competeren om een plek op CYP3A4. Als KTZ wint, wordt CsA minder omgezet. De CYP3A4 productie neemt af en de concentratie CsA in het plasma gaat dus omhoog, omdat er minder metaboliet gevormd wordt.


Grapefruitsap zorgt ervoor dat diazepam, een geneesmiddel, langzamer uit het lichaam verdwijnt. Dit vergroot de kans op bijwerkingen.

Wanneer het famacon intraveneus gegeven wordt, treedt dit effect niet op. Het effect varieert met de dosis sap.

Het sap inhibeert dus CYP3A4 in de darm. Het is hierbij een suïcide substraat.

De plasmaconcentratie van felodipine, de actieve stof in diazepam, is door grapfruitsap dus verhoogd (want het wordt minder omgezet in de actieve metaboliet).


Belangrijk drug-interacties die tot CYP3A4 inhibitie leiden:

  • Cyclosporine en FK506 leiden door CYP3A4 inhibitie tot neuro- en niertoxiciteit.

  • Terfenadine leidt tot cardiotoxiciteit

  • Midazolam/triazolam leidt tot overmatige sedation.

Er zijn meerdere interacties tegelijkertijd mogelijk.



  • Plasma clozapine is verhoogd in patiënten behandeld met fluvoxamine (potente inhibitor van CYP1A2).

  • De halfwaardetijd van clozapine is verlaagd in rokers (want roken induceert CYP1A2, hogere metabole klaring van clozapine.

Dus fluvozamine gaat het effect van roken op clozapine tegen (en andersom).
De ethanol en paracetamol paradox:

  1. Ethanol zorgt ervoor dat je beschermd bent bij en overdosis paracetamol. Ze competeren namelijk om de CYP2E1 receptor. Het verlaagt dus de kans op toxiciteit bij paracetamol. Er is sprake van inhibitie.

  2. Wanneer je chronisch alcohol gebruikt, is de gevoeligheid van CYP2E1 verhoogd, omdat je er extra van hebt aangemaakt (want alcohol zorgt daarvoor) en heb je juist een grotere kans op toxische effecten bij een overdosis paracetamol. Er is sprake van inductie.

Door de enzyminhibitie wordt de biobeschikbaarheid van het substraat verhoogd. Dit leidt tot een grotere kans op on-target effecten, want je hebt meer van de stof in je lichaam en dus meer binding aan de receptor.



Methoden om metabolisme te meten:

  • in vivo (proefdieren, mens, plasma, urine, feces)

  • precies gesneden plakjes weefsel (slices)

  • celkweken (vers geïsoleerd of cellijn)

  • microsomen (vesicles van SER)

  • cytosol

  • S9 fractie (cytosol + microsomen)

  • Enzymen die tot expressie worden gebracht in cellijnen (kunstmatig)

Kun je inhibitie meten met microsomen? Ja, want sommige van de enzymen die geïnhibeerd worden zitten in het membraan van het smooth ER. Als het enzym er niet zit, kan het dus niet.


Kun je inductie meten met microsomen? Nee, want in de microsomen zitten geen ribosomen, RNA, etc, dus je kan alleen inductie meten als je van tevoren de stofjes maakt en toedient.
Kun je in weefselplakjes inductie meten? Ja, dat zijn complete levende cellen.
Kun je een voorspelling doen van de metabole klaring in de mens aan de hand van een cellijn? Nee, want cellijnen zijn gede-differentieerd, dus de enzymen zijn heel anders geworden.
Microsomen worden gemaakt door het homogenaat eerst langzaam 30 min te centrifugeren. Het pellet bevat dan kernen en microsomen. Dan wordt het supernatant 60 minuten gecentrifugeerd op hoge snelheid. Het supernatant is dan het cytosol. Dan wordt het pellet gewassen en opnieuw 60 minuten snel gecentrifugeerd. Je houdt dan de microsomen over.
Cellulaire en moleculaire mechanismen van toxiciteit
Toxicant  delivery  a) interactie met target molecuul of b) verandering van de biologische omgeving van een cel  cellulaire dysfunctie of schade (leidt tot toxiciteit)  slechte reparatie en adaptatie (leidt tot toxiciteit).

De toxiciteit is de balans tussen schade en (goede) reparatie.


3 dingen hebben invloed op het proces dat plaatsvindt als een ultimate toxicant (ultimate, want het is de stof die uiteindelijk bindt en dat hoeft niet perse hetzelfde te zijn als de toxische stof die je binnenkrijgt) aan een target bindt.

  1. Attributen van de target

    1. Reactiviteit

    2. Bereikbaarheid

    3. Kritieke functie

  2. Reactie types

    1. Noncovalente binding (bijv. CO vergiftiging)

    2. Covalente binding

    3. Hydrogen abstraction

    4. Elektronen transfer

    5. Enzymatische reactie

  3. Uitkomsten

    1. Dysfunctie

    2. Vernietiging

    3. Neoantigeen formatie. (een lichaamseigen eiwit wordt veranderd doordat er een toxine aan bindt. Het lichaam herkent het eiwit niet meer en gaat er antigenen tegen maken.)


Stap 1: blootstelling van de target

Tijdens de delivery van de toxine naar de target vindt er absorptie, distributie naar de target, reabsorptie en toxificatie plaats. Hun tegenhangers zijn respectievelijk pre-systemische eliminatie, distributie weg van het target, excretie en detoxificatie.

Dit bepaalt hoe veel van de toxine het uiteindelijke target orgaan bereikt.

In het targetorgaan bindt de ultimate toxicant aan zijn targetmolecuul.


Ultimate toxicant: reactieve stof

> Radicalen (hebben een ongepaard elektron):



  • metabolieten van xenobiotica

  • metabolieten van O2

> Elektrofielen (willen een elektron binden):

  • epoxiden

  • isocyanaten

  • ketonen

  • acylhaliden

  • aromatische aminen

  • ester-glucuroniden (zuur-glucuroniden)


Stap 2; Reactie types:

  • Non-covalente binding: reversibel. Invloed op de activiteit van receptoren, enzymen, transporters etc.

  • Covalente binding: irreversibel. Door reactieve elektrofiele metabolieten

  • Waterstof abstractie: o.a. van lipiden. Door radicalen.

  • Elektronen overdacht: oxidatie/reductie. Quinonen, ROS vorming.

Irreversibele binding aan een eiwit betekent dat het nooit meer los laat, maar op een gegeven moment worden die eiwitten afgebroken. Het effect is dus niet voor eeuwig. Het effect is wel blijvend als de binding aan zo’n eiwit ervoor zorgt dat de hele cel doodgaat.
LMW (low molecular weigth) compounds:

  • Niet-covalente binding (reversibel, geeft bijeffecten)

  • Covalante binding (reactieve metaboliet)

  • Lipideperoxidatie

  • Oxidatie/reductie/ROS vorming

  • Incorporatie in het DNA/RNA

Dit geldt voor een groot deel van de geneesmiddelen, maar tegenwoordig worden er steeds meer biologicals gebruikt als geneesmiddelen. Dit zijn bijv. eiwitten, DNA gen therapie en siRNA. Een voorbeeld is een monoclonaal antilichaam. Dit is een antilichaam die heel specifiek tegen 1 eiwit gericht is. Deze biologicals hebben hele andere eigenschappen.

  • Immunlogische reactie (hier worden dus antilichamen tegen gemaakt!)

  • Bijeffecten door receptorbinding

  • Zeer soort-specifiek.


Stap 3: Effecten van toxische stoffen op de targets

  • dysfunctioneren van de target

    • Activatie

    • Remming

    • Verandering tertiaire structuur

    • Verstoring van de homeostase van de cel

  • Vernietiging van de target

    • Eiwit: afbraak door chaperones en ubiquitinilering

    • Lipiden: lipidperoxidatie

    • DNA: breuken

  • Neoantigen vorming = hapteen

    • Immunologische reactie

Binding van een toxine aan een targetmolecuul kan, wanneer deze target betrokken is bij cell maintenance, leiden tot slechte maintenance en dus bloeding in het lichaam. In dit geval heeft lokale binding effect op verschillende plekken.


Binding aan macromoleculen: de gevolgen

  • Eiwitten (vaak aan de –SH of –NH2 groepen)

    • Verstoorde functie  verstoorde homeostase  vele effecten, direct of indirect

    • Celdood

    • Hapteen vorming  antilichaam vorming

    • Alleen het feit dat er veranderde eiwitten gevormd worden, betekent niet per definitie dat het eiwit ook schadelijk is.

  • Lipiden

    • Verstoorde membraanfunctie

  • RNA

    • Remming van de eiwitexpressie

  • DNA

    • Mutaties  kanker

    • Crosslinking  celdood

Verstoring van de cel functies:



  • Genexpressie  Vaak binding aan transcriptiefactoren, verhoogde of verlaagde functie.

  • Signaal transductie.  Activatie van signalling pathways, celdeling, celdood en apoptose.

  • Neuronale activiteit.  Via binding aan een receptor of via beïnvloeding van neurotransmitter concentraties.

  • Mitochondriële schade  Verstoring van de ATP voorziening

  • Verhoging van de Ca2+ concentratie in het cytoplasma

Al deze mechanismen beïnvloeden elkaar en kunnen elkaar versterken.
De calciumconcentratie in de cel is heel laag. Er zijn allerlei processen die hier voor zorgen (ten kosten van ATP). Dit is nodig omdat Ca2+ een heel aantal enzymen activeert die zorgen voor necrose en apoptose van de cel. Een reactieve metaboliet kan er via verschillende mechanismen voor zorgen dat het Ca2+ niveau stijgt in de cel. Voorbeelden van deze mechanismen zijn ATP gebrek, membraanschade, mitochondriele schade, GSH depletie en oxidatieve stress.
Necrose: Er is ATP gebrek, ROS en LPO. De cel ploft uit elkaar, maar de afbraakstukjes blijven in vesicles. De kern wordt heel klein (piknose). De cellen om de necroserende cel ontvangen door de necrose vaak ook schade.

Er treedt karyolyse op (oplossing van de cel), de cel is eosinofiel (kleurt extra oranje van eosine kleurstof), de mitochondriën en het ER zwellen en er komen enzymen vrij in het bloed. Dit leidt uiteindelijk tot een ontstekingsreactie (!)


Apoptose: er is receptor-gemedieerde signaaltransductie. ATP blijft lang hoog. Er zijn mitochondriële toxines en DNA toxines. De cel plopt helemaal uit elkaar in kleine stukjes, ook de kern (blebvorming). DNA wordt in willekeurige stukjes gebroken en geeft in een gel een ladder. De chromatiden condenseren, de caspase-activiteit wordt verhoogd, de cel krimpt en er zijn apoptotic bodies.
De 3 fasen van apoptose:

  1. Initiation: de toxische stof richt schade aan  De apoptose machinerie wordt geactiveerd.

  2. Dicision: balans tussen pro- en anti-apoptotische factoren

  3. Execution: caspases breken eiwitten en DNA af. Dit hele proces is dus heel erg gereguleerd.


MOMP: Mitochondrial outer membrane permeability

MPTP: Mitochondrial permeability transition pore

De MPTP’s zijn poriën in het mitochondrionmembraan die open gaan staan bij schade. (mitchondriale schade, DNA schade of stimulatie dan de death receptor) Hierdoor komt cytochroom C de mitochondriën uit en gaat het procaspase 9 activeren tot caspase 9. Caspase 9 zet vervolgens procaspase 3 om in caspase 3.

Wanneer dit in een paar mitochondria gebeurt, overleeft de cel. Wanneer het bij wat meer mitochondria gebeurt, vindt er de gecontroleerde apoptose plaats. Wanneer het bij alle mitochondria gebeurt, is er geen ATP meer en gaat de cel in de ongecontroleerde necrose.
De death receptor induceert caspase 8 en die induceert caspase 3. Ook kan activatie van de death receptor leiden tot afgifte van cytochroom C uit de mitochondria. Liganden voor de death receptor zijn TNFalfa, FAS en TRAIL. Hogere concentraties hiervan activeren meer mitochondria van een cel en hoe meer er geactiveerd worden, hoe meer de dood gaat naar de kant van necrose.
Stap 4: reparatie, adaptatie en schade:

Reparatie kan plaatsvinden op moleculair (eiwitten, vetten en DNA), cellulair (autofagie van kapotte organellen en regeneratie van beschadigde axonen) of weefsel niveau (apoptose, cel reproductie en ECM reproductie. Dit geeft fibrose = littekenweefsel).

Reparatie van moleculen


  • Reparatie van eiwitten

    • Reduceren van geoxideerde S-S bruggen

    • Chaperone en heat shock eiwitten repareren beschadigde cellen

    • Ubiquitinilering: afbraak van eiwitten in het proteasoom

  • Reparatie van lipiden

    • Reductie van geoxideerde lipiden dmv GSH reductase.

  • Reparatie van DNA

Reparatie van cellen en weefsel:



  • Opruimen: beschadigde organellen (dmv. autofagie)

  • Apoptose: gecontroleerde cel-verwijdering

  • Regeneratie: Door proliferatie. Celdeling van naburige cellen als reactie op de uitscheiding van bepaalde signalen (o.a. cytokines) door de beschadigde cellen.

  • Celmigratie: bijv. in de darm. De overgebleven cellen dekken snel de gaten die ontstaan zijn af.

  • Ontstekingsreactie: Aantrekking van opruimcellen

  • Bescherming: acute fase eiwitten. Tegen het ontstaan van verdere schade.

Adaptatie:



  • Opregulatie van de bescherming (GST, Nrf/Keap) en reparatie van enzymen

  • Opregulatie van de excretie transporters (Pgp)

  • Compensatie voor functieverlies door opregulatie van de functie in de overgebleven cellen.

Als de adaptatie en reparatie falen, vindt er necrose (+ontsteking), bindweefselvorming (fibrose) of kanker plaats.


Het herkennen van toxiciteit kan met biomarkers.

Met –omics meet je het profiel van verschillende biomarkers. Voorbeelden van –omics zijn phospho-proteomics, kinomics, transscriptomics, proteomics en metabonomics. Ze werken allemaal samen, want meer DNA transscriptie betekent niet automatisch dat er ook meer eiwit gevormd wordt.


Microarray analysis:

Je neemt cellen uit een gezonde en vergifigde lever. Hier haal je RNA uit. Vervolgens pas je reverse transscription toe en voeg je labels in kleuren toe. Daarna doe je hybridisatie en ga je kijken hoeveel kleur elk vakje heeft. De ruwe data werk je uit en normaliseer je en uiteindelijk kun je zo kijken welke genen up- of downgereguleerd zijn ten opzicht van de controle. Hier kun je allemaal data uit halen, waaronder de toxische pathways.


Proteomics:

De voorbereidingsstappen zijn hetzelfde. Vervolgens doe je het RNA in een gel en scheidt je alle eiwitten. Met een spectrometer identificeer je dan de eiwitten.

Kinomics:

Je haalt lysate uit een weefsel en doet er kinases bij. Met chips markeer je de kinases die wel of niet geactiveerd worden.


Idiosyncratische toxiciteit:

  • treedt niet op bij de eerste blootstelling

  • er is geen duidelijke dosis-effect relatie

  • het is slecht reproduceerbaar in dierproeven

  • het komt maar weinig voor

De hypothese is dat de reactieve metaboliet koppelt aan een eiwit (hapteen).

Er wordt een co-stimulerende factor geproduceerd die de cellen extra gevoelig maakt. Hierdoor vindt er een immunologische reactie plaats. Dit komt bijvoorbeeld voor bij halothaan.

1   2   3   4   5   6


Dovnload 277.62 Kb.