Qual o papel dos pesticidas na carcinogênese?
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Qual o papel dos pesticidas na carcinogênese? Tatiana de Almeida Simão Programa de Carcinogênese Molecular/CPQ/INCA Laboratório de Toxicologia e Biologia Molecular/DBq/IBRAG/UERJ p Etapas envolvidas em estudos de carcinogênese: Estudos epidemiológicos Identificação dos principais carcinógenos Estudos de carcinogênese experimental Estudos de genotoxicidade Estudos de metabolismo do carcinógeno Estudos das alterações no DNA e seu reparo Estudos de genes alterados e perfil mutacional Estudos em cultura de célula humana Análise de tumores humanos a O que causa câncer? d O que causa câncer? (Adaptado de Doll & Peto, 1981) Carcinogênese Absorção Xenobióticos Pré-carcinógenos Ativação Metabólica • Compostos que formam espécies reativas , eletrófilicas ou radioativas livres capazes de ligar covalentemente a sítios nucleofílicos presentes nas macromoléculas Carcinógenos • Dano ao Material Genético: a) Ligação covalente ao DNA b) Alteração da expressão de genes c) Interferência com o aparelho mitótico • Ativação de oncogenes • Inativação de genes supressores de tumor 1º evento Genético Iniciação • Fixação do dano genotóxico • Expansão da célula iniciada • Reversibilidade Proliferação Celular Promoção • Outras alterações do genótipo • Expansão clonal predominante de células com maiores vantagens fenotípicas para o crescimento • transição da benignidade para malignidade •Irreversibilidade Instabilidade Fenotípica e proliferação celular Progressão (Adaptado de Gomes-Carneiro et al., 1997) Absorção Xenobióticos Pré-carcinógenos Ativação Metabólica • Compostos que formam espécies reativas , eletrófilicas ou radioativas livres capazes de ligar covalentemente a sítios nucleofílicos presentes nas macromoléculas Carcinógenos 1º evento Genético Iniciação • Fixação do dano genotóxico • Expansão da célula iniciada • Reversibilidade Proliferação Celular Promoção • Outras alterações do genótipo • Expansão clonal predominante de células com maiores vantagens fenotípicas para o crescimento • transição da benignidade para malignidade •Irreversibilidade Instabilidade Fenotípica e proliferação celular Progressão evento desencadeador • Dano ao Material Genético: a) Ligação covalente ao DNA b) Alteração da expressão de genes c) Interferência com o aparelho mitótico • Ativação de oncogenes • Inativação de genes supressores de tumor (Adaptado de Gomes-Carneiro et al., 1997) ao Absorção Xenobióticos Pré-carcinógenos Ativação Metabólica Carcinógenos 1º evento Genético • Fixação do dano genotóxico • Expansão da célula iniciada • Reversibilidade Proliferação Celular • Outras alterações do genótipo • Expansão clonal predominante de células com maiores vantagens fenotípicas para o crescimento • transição da benignidade para malignidade •Irreversibilidade Instabilidade Fenotípica e proliferação celular Iniciação Promoção Carcinógeno não-genotóxico • Dano ao Material Genético: a) Ligação covalente ao DNA b) Alteração da expressão de genes c) Interferência com o aparelho mitótico • Ativação de oncogenes • Inativação de genes supressores de tumor Alterações na expresão genica • Compostos que formam espécies reativas , eletrófilicas ou radioativas livres capazes de ligar covalentemente a sítios nucleofílicos presentes nas macromoléculas Progressão (Adaptado de Gomes-Carneiro et al., 1997) Absorção Xenobióticos Pré-carcinógenos Ativação Metabólica • Compostos que formam espécies reativas , eletrófilicas ou radioativas livres capazes de ligar covalentemente a sítios nucleofílicos presentes nas macromoléculas Carcinógenos • Dano ao Material Genético: a) Ligação covalente ao DNA b) Alteração da expressão de genes c) Interferência com o aparelho mitótico • Ativação de oncogenes • Inativação de genes supressores de tumor 1º evento Genético Iniciação • Fixação do dano genotóxico • Expansão da célula iniciada • Reversibilidade Proliferação Celular Promoção • Outras alterações do genótipo • Expansão clonal predominante de células com maiores vantagens fenotípicas para o crescimento • transição da benignidade para malignidade •Irreversibilidade Instabilidade Fenotípica e proliferação celular Progressão (Adaptado de Gomes-Carneiro et al., 1997) Mecanismo de Carcinogênese (1º passo) >ria carcinógenos genotóxicos CYP Pré-cancerígeno GST Inócuo Cancerígeno - Estavéis em pH fisiológico Excreção - Eletrofílicos (adutos) - Hidrossolúveis característica comum dos carcinógenos genotóxicos ambientais Reparo do DNA + Inócuo Divisão celular DNA com mutação INICIAÇÃO Mecanismo de Carcinogênese (1º passo) CYP Pré-cancerígeno GST Excreção Inócuo Cancerígeno Reparo do DNA + Inócuo Divisão celular DNA com mutação INICIAÇÃO Mecanismo de Carcinogênese (1º passo) CYP Pré-cancerígeno GST Excreção Inócuo Cancerígeno Reparo do DNA + Inócuo Divisão celular MUTAÇÃO ⇒ INICIAÇÃO PRÉCARCINÓGENO FASE I ELETROFÍLICO FASE II (GST) EXCREÇÃO x G TG CAC REPARO X-G T G X-G T G SEM REPARO C AC C AC DIVISÃO CELULAR DNA NORMAL SEM MUTAÇÃO X-G T G G TG A AC C AC DIVISÃO CELULAR T TG X-G T G A AC A AC MUTAÇÃO v Câncer X Fatores Ambientais (Adaptado de Doll & Peto, 1981) Câncer X Fatores Ambientais (Adaptado de Doll & Peto, 1981) Tabaco Principal causa de morte evitável em todo o mundo. Organização Mundial de Saúde Um terço da população mundial adulta é fumante. Estima-se que 4,9 milhões de mortes ao ano sejam provocadas pelo tabaco. Tabaco Responsável por: • 25% das mortes por doença coronariana. • 85% das mortes por doença pulmonar obstrutiva crônica. • 25% das mortes por doença cerebrovascular. • 30% das mortes por câncer. • 90% das mortes por câncer de pulmão. Classe Química Número de Compostos Carcinógenos representativos e quantidades típicas na fumaça do cigarro (ng/cigarro) Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos 14 B[a]P Dibenz[a,h]antraceno 9 4 Nitrosaminas 8 NNK NNN 123 179 Aminas Aromáticas 12 4-aminobifenil 2-naftilamina 1,4 10 Aldeídos 2 Formaldeído Acetaldeído 16.000 819.000 Fenóis 2 Catecol 68.000 Hidrocarbonetos Voláteis 3 Benzeno 1,3-butadieno 59.000 52.000 Compostos Nitrosos 3 Nitrometano Outros Compostos Orgânicos 8 Óxido de etileno Acrilonitrila Compostos Inorgânicos 9 Cádmio Total 61 500 7.000 10.000 132 Adaptado de Hecht, 2003. Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos Fontes de Exposição: -Fumaça do tabaco -Poluição atmosférica -Alimentos pirolisados Tumores: Pulmão Benzo[a]pireno Ativação do Benzo[a]pireno envolve uma série de enzimas que catalisam diversas reações. epoxidação hidratação do epóxido epoxidação Resistente a epóxido hidrolase GST Conjugação com glutationa ligação ao DNA Excreção ativação de oncogene ou inativação de gene supressor de tumor CÂNCER Benzo[a]pireno Mutação G T induzido por Benzo[a]pireno G G C A BP T A Sawan et al., 2008 Padrão de mutação em TP53 específico em fumantes com câncer de pulmão G to T 12% 30% Smokers Non-Smokers G:C>T:A del/ins/complex A:T>C:G A:T>G:C A:T>T:A G:C>A:T G:C>A:T at CpG G:C>C:G Pfeifer et al., 2002. Se conhecemos as principais causas que levam ao aparecimento da maioria dos tumores Se muitas destas causas são passíveis de prevenção Por que não foi possível levar à transformação dos hábitos de vida e consequente redução da incidência da maioria dos tumores ???? Exemplo típico: Câncer de Pulmão 92% dos pacientes são fumantes 12% dos fumantes desenvolvem câncer de pulmão SUSCEPTIBILIDADE GENÉTICA Esta susceptibilidade ocorre em genes que interagem com compostos ambientais. Dentre estes genes, os mais relevantes são aqueles que participam da ativação de précarcinógenos e/ou da desintoxicação dos carcinógenos formados. CYP Pré-cancerígeno GST Excreção Inócuo Cancerígeno Reparo do DNA Divisão celular DNA com mutação INICIAÇÃO + Polimorfismos de Enzimas que Metabolizam Carcinógenos • Genes que codificam enzimas de biotransformação são polimórficos. • Polimorfismos podem apresentar alterações: – Na regulação da transcrição do gene (> ou <). – Na atividade da enzima. – Não ter consequência fenotípica. • Manifestações ambiental. • Genes de baixa penetrância (baixo risco). irão depender da exposição (Adaptado de Nerbert, 1996) E OS PESTICIDAS???? (Adaptado de Doll & Peto, 1981) E OS PESTICIDAS???? (Adaptado de Doll & Peto, 1981) AGENTS CLASSIFIED BY THE IARC MONOGRAPHS, VOLUMES 1–105 Agents (n) Groups Group 1 Carcinogenic to humans 108 (ex: Benzo[a]pireno) Group 2A Probably carcinogenic to humans (evidência limitada de 64 (ex: mate-quente) Group 2B carcinogênese em humanos e provas suficientes em animais experimentais) Possibly carcinogenic to humans (evidência limitada de carcinogênese em humanos e pouca evidencia em animais experimentais.) 272 (ex:acetaldeído) Not classifiable as to its carcinogenicity to humans Group 3 (evidência inadequada em humanos e inadequada ou limitada em animais 508 (ex: diazepan) experimentais) Group 4 Probably not carcinogenic to humans 1 (Caprolactama) IARC publica monografias agrupando os fatores ambientais quanto ao risco de desenvolver câncer . de PESTICIDAS E CÂNCER PESTICIDAS E CÂNCER *Grupo 2B: possivelmente carcinogênico em humanos (n=3). Grupo 3: provavelmente não carcinogênico para seres humanos (n= 15). * * * PESTICIDAS E CÂNCER PESTICIDAS E CÂNCER + +Grupo 2A: carcinogênico (n=2). Provavelmente em humanos *Grupo 2B: carcinogênico (n=5). possivelmente em humanos * * * + * Grupo 3: provavelmente não carcinogênico para seres humanos (n= 10). * PESTICIDAS E CÂNCER The Carcinogenic Potency Database (CPDB) Lois Swirsky Gold, PhD, Director http://potency.berkeley.edu/cpdb.html University of California, Berkeley A base de dados de potencial carcinogênico (CPDB) é uma fonte dos resultados de testes de carcinogênese crônicos e a longo prazo em animais experimentais, incluindo 1547 substâncias diferentes. A CPDB fornece um acesso simples à literatura de ensaios biológicos, com análises qualitativas e quantitativas de experimentos, tanto positivos quanto negativos, que foram publicados nos últimos 50 anos. publicações sobre este assunto vem aumentando nos últimos anos, entretanto ainda são necessários muitos estudos para maior compreensão deste tema. Os pesticidas atuam na iniciação e/ou promoção? Cipermetrina: potente inseticida amplamente utilizado (> 30% do uso global). ↓ toxicidade Uso prolongado e incontrolado: toxicidade aguda e crônica Incidência de tumores em múltiplas doses > dose única Carcinógeno completo em tumores de pele de camundongos suíços albinos Quais mecanismos? Genéticos e/ou epigenéticos? Fungicida. Carcinógeno multipotente. Mas qual é o mecanismo de ação? Camundongos proteômica da pele: S100A6 e S100A9 Estudos funcionais: células HaCaT tratadas com mancozebe superexpressaram S100A6 e S100A9 Marcadoras de diferenciação de queratinócitos e proliferação Análise de possíveis alvos que regulam essas proteínas: ERK1/2, COX-2, NFkB = superexpressão Mancozebe possui papel neoplásico em cels HaCaT com o envolvimento de S100A6, S100A9 e a via de transdução de sinal ERK1/2 Quais mecanismos? Genéticos e/ou epigenéticos? 7 organofosforados Células K562 tratadas e controle. Análise de metilação de todo genoma: ~14.000 genes. Os pesticidas podem modificar os níveis de metilação do DNA, sugerindo que os mecanismos epigenéticos contribuem para carcinonegênese induzida por pesticida. Pergunta inicial: Qual o papel dos pesticidas na carcinogênese? Exposição ambiental Susceptibilidade Mutações Genética Epigenética
