Φυσιολογικός Ρόλος του Οξειδωτικού Στρες Δημήτριος Γαλάρης Εργαστήριο Βιολογικής Χημείας Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Ιατρική Σχολή Ενώτητα 2 Ελεύθερες Ρίζες- Δημήτριος Γαλάρης

Δραστικές Μορφές Αζώτου (RNS)

Οξείδια του αζώτου Τα οξείδια του αζώτου (ΝΟ., ΝΟ2., Ν2Ο) αποτελούν παραπροϊόντα της φωτοχημικής μόλυνσης της ατμόσφαιρας Κατά συνέπεια ήταν έκπληξη πρώτου μεγέθους όταν ανακαλύφθηκε ότι το ΝΟ. είναι ο παράγοντας που ρυθμίζει τη χάλαση των αγγείων Σήμερα είναι γνωστές αρκετές δραστικές ενώσεις που έχουν σαν βάση το άζωτο και καλύπτονται από τον όρο “Δραστικές Μορφές Αζώτου”

Φυσιολογικές δράσεις του ΝΟ. Αγγειοδιαστολή ΝΟ. Νευροδιαβιβαστής Αναστολή της πήξης του αίματος

Δημιουργία του ΝΟ Προκαλεί χαλάρωση και αγγειοδιαστολή. Μεταγωγέας σήματος μέσω της γουανυλικής κυκλάσης (συνδέεται και την ενεργοποιεί) Ένζυμο: Συνθετάση του ΝΟ

Συνθετάση του ΝΟ Αίμη NADPH CaM FAD FMN BH4 Arg Αναγωγάση Οξυγονάση

Συνθετάσες του ΝΟ (NOS) Ενδοθηλιακά κύττρα (eNOS) Κύτταρα του νευρικού ιστού (nNOS) Επαγόμενη ισομορφή σε διάφορους ιστούς (iNOS)

H2O2 O2.- ONOO- Δημιουργία ΟΝΟΟ- ΝΟ. + Ο2.- ΟΝΟΟ- SOD NO. ΝΟ. + Ο2.- ΟΝΟΟ- H2O2 O2.- ONOO- SOD k = 2.0 x 109 M-1s-1 k = 6.7 x 109 M-1s-1 NO.

Δραστικές Μορφές Οξυγόνου και μεταγωγή του σήματος

NADPH-οξειδάση

Επιπτώσεις ανάλογα με την ένταση του οξειδωτικού στρες

Φυσιολογικός ρόλος Τοξικές επιπτώσεις Ένταση του οξειδωτικού στρες Αμυντικοί μηχανισμοί Κυτταρικός πολλαπλασιασμός Διαφοροποίηση Κυτταρικός θάνατος Απόπτωση - Νέκρωση Φλεγμονή Φυσιολογικός ρόλος Τοξικές επιπτώσεις

G-protein-coupled receptors ΔΜΟ και μεταγωγή του σήματος Receptor Tyrosine kinases PDGF EGF VEGF Serine/threonine kinases TGF-b1 G-protein-coupled receptors Angiotensin II Serotonin Bradykinin Thrombin Cytokines TNF-α IL-1 INF-γ ROS

ROS generation in mitochondria Finkel, JCB 2011

Human isoforms of NADPH oxidase catalytic subunit

Τροποποίηση της δράσης RTKs μέσω ΔΜΟ

Localization of oxidant signaling Finkel, JCB 2011

Μηχανισμός Rhee et al. 2005

Τροποποίηση της δράσης πρωτεϊνών με οξείδωση Cys

Poole and Nelson 2008

Modifications of active site cys-215 in PTP1B Finkel, Science Signaling 2011

ΤΕΛΟΣ

Δημιουργία ενδο-μοριακών δισουλφιδικών δεσμών (S–S) Ευαίσθητες κυστείνες στην πρωτείνη RslA from Mycobacterium tuberculosis Η οξείδωση της RslA έχει σαν αποτέλεσμα την απελευθέρωση του Zn2+ λόγω της δημιουργίας δισουλφιδικού δεσμού στο CXXC motif. Η αλλαγή της δομής της πρωτεΐνης οδηγεί στην αποδέσμευσή της από τον παράγοντα σL ο οποίος στη συνέχεια ρυθμίζει την έκφραση γονιδίων που συμμετέχουν στη δημιουργία του κυτταρικού τοιχώματος

Metal-catalyzed oxidation of histidine

Συμπεράσματα ΙΙ Οι “Δραστικές Μορφές Οξυγόνου” παίζουν αποφασιστικό ρόλο στη μεταγωγή σημάτων στα κύτταρα Τα ένζυμα “NADPH οξειδάσες” (Nox) αποτελούν τη κύρια πηγή δημιουργίας ΔΜΟ για τις ανάγκες της μεταγωγής σημάτων στα κύτταρα Η οξείδωση συγκεκριμένων κυστεϊνών σε πρωτεΐνες που συμμετέχουν στη μεταγωγή σημάτων καθορίζει την εξειδίκευση της δράσης των ΔΜΟ Η εκτίμηση της ενδοκυττάριας συγκέντρωσης του Η2Ο2 μπορεί να γίνει σε πραγματικό χρόνο

Συμμετοχή των ιόντων σιδήρου στη μεταγωγή του σήματος

O2.- H2O2 H2O .OH SOD NADPH Mitochondrial Microsomal Oxidases Oxidases E.T.C. E.T.C. O2.- SOD Transduction of signals Fe2+? Prx H2O2 H2O CAT, GP Fe2+ .OH Oxidation of cell components Fe2+ + H2O2 Fe3+ + .OH + OH-

Πειραματικό Μοντέλο Fe ? H2O2 Απόπτωση Κύτταρα

Ο σίδηρος είναι απαραίτητος για τη πρόκληση απόπτωσης Control +240 λεπτά H202 -120 λεπτά -60 λεπτά -20 λεπτά 0 λεπτά +20 λεπτά +60 λεπτά +120 λεπτά Ιωδιούχο Προπίδιο Αννεξίνη-V-FITC

Σημεία στα οποία συμμετέχει ο σίδηρος στην μεταγωγή του σήματος

Συμπεράσματα Η δημιουργία μονοξειδίου του αζώτου αποτελεί τον κύριο ρυθμιστή σε σημαντικές φυσιολογικές λειτουργίες Ο ρόλος των Δραστικών Μορφών Οξυγόνου έχει αποφασιστική σημασία στη μεταγωγή του σήματος Το κατά πόσο τα ιόντα σιδήρου παίζουν κάποιο ρόλο στον μηχανισμό μεταγωγής του σήματος μέσω των Δραστικών Μορφών Οξυγόνου (Redox-signaling) παραμένει προς το παρόν άγνωστο