Transcript Serbest Radikaller ve Kanser İlişkisi

Serbest Radikaller
Ve Kanser ilişkisi
Serbest Radikal Nedir?
Ortaklanmamış elektron taşıyan ve diğer
biyolojik materyallerle reaksiyona girme eğilimi
taşıyan atom veya moleküllere serbest radikal
adı verilmektedir. İnsan vucudunda bütün
hücrelere hiçbir zorlukla karşılaşmadan giren ve
en çok kullanılma özelliğine sahip olan
moleküler oksijen (O2) yapısı itibariyle radikal
olmaya çok uygun olduğundan serbest radikal
denilince aslında serbest oksijen radikalleri,
daha genel bir tabirle reaktif oksijen türleri
(ROS) akla gelmektedir.
Serbest Radikal Kaynakları

Radyasyon
 Atom bombası denemeleri
 Nükleer atıklar
 Nükleer sızıntılar ( kazalar )
 Nükleer tıp ( radyoloji, radyoterapi, radyoaktif
araştırmalar )

Ultraviyole Işınları
 Güneş Işığı (UV )
 Evlerde veya sanayide kullanılan elektronik cihazlar

Hava Kirliliği
 Isınma veya ısıtma amaçlı kullanılan yakıtlar ( kalorifer
dumanı... vs )
 Eksoz borularının atıkları
 Sigara dumanı
 Enerji santralleri
Serbest Radikallerin Meydana
Geliş Şekilleri
1-) Kovalent bağlı normal bir molekülün, her bir
parçasında ortak elektronlardan birinin kalarak
homolitik bölünmesi.
X:Y → X.+Y.
2-) Normal bir molekülden tek bir elektronun kaybı.
X:Y → X-:Y+
3-) Normal bir moleküle tek bir elektronun eklenmesi.
A + e- → A- .
Serbest Radikal Reaksiyonları ve
Serbest Radikal Türleri
 Süperoksid anyon radikali ( O2.- )
 Hidroperoksil radikali (HO2. )
 Hidrojen peroksid ( H2O2 )
 Hidroksil radikali (•OH )
 Alkoksil radikali (RO•)
 Singlet oksijen ( O12 )
 Nitrik oksit ( NO )
 Peroksinitrit (ONOO-)
 Organik hidroperoksi (ROOH)
Moleküler Oksijen
(diradikal)
Reaktif Oksijen Türleri (ROS)
1. Süperoksit Anyon Radikali (O2•-)
Tüm aerobik hücrelerde oksijen molekülünün
bir elektron alarak indirgenmesi sonucu
meydana gelir
O2 + e - →
.O2
O2.- + e- + 2H+
H2O2 + O2.-
H2O2
Fe veya Cu
iyonları
•OH + -OH +O2
2. Perhidroksi Radikali (HO.2)
3. Hidrojen Peroksit ( H2O2 )
O2 + 2e- + 2H+
O2.- + e-+ 2H+
.2O2 + 2H+
H2O2 +O2
H2O2 +O2
H2O2 +O2
4. Hidroksil Radikali ( •OH )
Hidroksil radikali (•OH), canlılarda
başlıca şu mekanizmalarla oluşabilir:
1) Fenton reaksiyonu: Hidrojen peroksit Fe+2
ve diğer geçiş metalleri varlığında
indirgenerek (•OH) radikali meydana gelir.
O• -2 + Fe+3
O2 + Fe+2
H2O2+ Fe+2
•OH + -OH + Fe+3
2. Haber-Weiss Reaksiyonu: Hidrojen
peroksit, süperoksit anyon radikali ile
reaksiyona girerek hidroksil radikalini
oluşturur.
H2O2+ O•2
•OH+ -OH + O2
3. Suyun yüksek enerjili iyonize edici
radyasyona maruz kalması sonucunda
hidroksil radikali oluşur.
χ veya γ ışını
H-O-H
• H + • OH
5. Singlet Oksijen ( 1O2 )
Oksijenin
elektronlarından
birinin
dışarıdan enerji alması sonucunda kendi
dönüş yönünün ters yönünde olan farklı bir
orbitale yer değiştirmesi sonucu olur.
O2- e-
1O
2
6. Nitrik Oksit (NO•)
NO2• + O2•
ONOO • + H+
ONOO•
• OH + NO
2
7. Peroksil Radikali (ROO • )
Serbest Oksijen Radikallerinin Etkileri
Oksidatif DNA Hasarı ve
Karsinogenesis
Reaktif oksijen türleri, çeşitli olaylar ve
yolaklar aracılığıyla oluşur.
Bir insan hücresinin bir günde hidroksil
radikaller ve diğer benzer reaktif türler tarafından
yaklaşık 1.5x105 oksidatif darbeye maruz kaldığı
tahmin edilmektedir.
Hidroksil radikalin DNA molekülünün tüm
bileşenleriyle reaksiyona girerek hem pürin hem
de pirimidin bazlara ve aynı zamanda
deoksiriboz omurgaya hasar verdiği
bilinmektedir.
Bu “oksidatif hasar” olaylarından doğan
genetik materyalin kalıcı modifikasyonu,
mutajenesis, karsinojenesis ve yaşlanmanın ilk
adımını temsil eder.
Çeşitli kanser dokularında serbest
radikallerin aracılık ettiği DNA hasarı
oluşmuştur.
Bugüne kadar DNA oksidasyonundan doğan
yüzden fazla ürün belirlenmiştir.
ROS’un sebep olduğu DNA hasarı tek ya da
çift zincirli DNA kırılmalarını, pürin, primidin
veya deoksiriboz modifikasyonlarını ve DNA
çapraz bağları içermektedir.
DNA hasarı kesilme ya da transkripsiyon
endüksiyonu, sinyal transdüksiyon yolaklarının
endüksiyonu, kopyalama hataları ve genomik
instabilite ile sonuçlanabilir ve bunların hepsi
karsinojenesis ile ilişkilidir.
8-hidroksiguanin (8-OH-G)oluşumunun
mekanizmalarını gösteren bir örnek verilmiştir.
İnsan idrarında 8-OH-G varlığı ilk olarak
Ames ve meslektaşları tarafından rapor
edilmiştir.
Bu oksidize DNA prodüktü önemlidir çünkü
hem oldukça kolay şekilde oluşur hem de
mutajen ve karsinojendir.
8-hidroksiguaninin keto-enol tautomerizme
uğradığını ve bu nedenle 8-OH-G’nin çoğu
zaman 8-oxoguanin veya 8-oxo-G olarak
adlandırıldığını görüyoruz; ancak 8-oxo-G ile 8OH-G eşittir.
Hidroksil radikali, (3-10)x109M-1s-1lik bir
alan içerisinde ikinci dizi oran sabitinde çift bağlı
DNA bazları ekleyebilir ve timinin metil
grubundan ve 2’ deoksiribozun beş karbon
atomunun her birinden yaklaşık 2x109M-1s-1
lık bir oran sabitinde H-atomu abstract eder.
DNA bazlarının OH radikalleri bir ekleme
reaksiyonu yoluyla üretilirken, timinden türeyen
radikal ve karbon merkezli şeker radikalleri
abstraksiyon reaksiyonlarından doğar.
Baz ve şeker radikallerinin bundan başka
reaksiyonları; çeşitli modifiye bazlar ve şekerler,
bazsız bölgeler, bağ kırılmaları ve DNA protein
çapraz bağlarına yol açabilir.
ROS’a ek olarak, peroksinitritler ve nitrojen
oksitler gibi reaktif nitrojen türleri (RNS) de DNA
hasarında belirtilmiştir.
Peroksinitritlerin, guanin ile reaksiyona
girdikten sonra 8-nitroguanin oluşturduğu ortaya
konmuştur. Yapısı nedeniyle bu addüktün G:C
T:A transversiyonlarına neden olma potansiyeli
vardır.
Bu lezyonun DNA’daki stabilitesi düşük
olmasına karşın, bu nitrojen addüktü RNA’da
stabildir.
8-nitroguanin ile karsinojenesis süreci
arasındaki potansiyel bağlantı bilinmemektedir.
Neoplazide oksidatif nükleer DNA hasarının rolüne
yönelik kapsamlı çalışmalara ek olarak kersinojenesis
sürecinde mitokondrial oksidatif DNA hasarının ilgisi
hakkında da kanıt bulunmaktadır.
Mitokondriyal DNA’nın oksidasyona nükleer
DNA’dan daha açık olduğu gerçeğini açıklamaktadır:
(i) fizyolojik koşullar altında mitokondriya, tüketilen
oksijenin ~%5’ini süperoksit anyona ve daha sonra
hidrojen perokside dönüştürür;
(ii) mitokondriyal DNA onarım kapasitesi sınırlıdır
çünkü nükleotid eksizyon onarımından tamamen
yoksundur;
(iii) mitokondriyal DNA histonlar tarafından
korunmaz.
Hidrojen peroksit ve diğer reaktif oksijen türlerinin
mitokondriyal biyojenesis, transkripsiyon ve
mitokondriyal genomun replikasyonunda bulunan
nükleer genlerin aktivasyonunda belirtilmiştir.
Her ne kadar mutasyona uğramış mitokondriyal
DNA’ya sahip tümör hücreleri bölgesi ve mitokondriyal
DNA değişikliklerinin kanser sürecine ne derecede
katkıda bulunduğu yeterli bir biçimde ortaya konmamış
olsa da mitokondriyanın karsenojenesis ile
bağlantısını destekleyen önemli miktarda bilgi
bulunmaktadır.
Bu bağlantı, mitokondriyal DNA parçacıklarının
nükleer DNA’nın içine girmemiş olduğu gerçeğini
destekler ve bu da onkojenlerin aktivasyonu için olası
bir mekanizma öne sürer.
Sonuç olarak oksidatif genetik DNA
modifikasyonunda gözlemlendiği gibi, oksidatif
hasar ve mitokondriyal DNA’daki mutasyonun
endüksiyonu, mitokondriyadan türemiş ROS,
mitokondriyal genlerde mutasyonların
endüksiyonu ve muhtemelen mitokondriyal
genlerin nükleer DNA’ya girişi gibi
karsinojenesis sürecinin birçok evresine dahil
olabilir .
Yukarıda tanımlandığı gibi oksijen radikalleri
mutajenesise yol açabilecek bazı DNA baz
değişiklikleri başlatabilir.
Ancak, DNA baz modifikasyonlarını
onarabilen spesifik ve genel onarım
mekanizmaları bulunmaktadır.
Asıl ilgi çekici gerçek ise, onarım
mekanizmalarının etkinliği, reaktif oksijen
türlerine maruz kalmalarını takiben artabilir
çünkü pek çok DNA onarım enzimlerinin
ekspresyonu oksidatif stresten sonra upregulate
olur.
Nükleer DNA’da oksidize olmuş bazların
~%90’ı tek nükleotid onarım mekanizmaları
tarafından ve kalan %10 da uzun yama baz
eksizyon onarımı ile onarıldığından tek nükleotid
baz eksizyon onarımı, 8-OH-G’nin onarımı için
birincil yoldur.
8-OH-G lezyonu için bir tamir
mekanizmasının ilk kanıtı, röntgen ışınına
tutulmuş bir farenin karaciğerinde
gözlemlenmiştir; bu lezyonun seviyelerinin
zamanla azaldığı görülmüştür.
Bir onarım enzimi kısmi olarak E. coli’den
arındırılmış ve daha sonra, klonlanan DNA
onarım enzimi ile, yani daha önce E. coli’den
izole edilmiş formamidopirimidin -DNA glikozilaz
FPG proteini- ile aynı olduğu görülmüştür.
Nükleer DNA’daki DNA onarım
mekanizmalarına ilişkin önemli bilgiler
bulunmasına karşın, mitokondriyadaki
onarım sistemlerine dair çok daha az şey
bilinmektedir.
Ancak nükleer DNA onarım
mekanizmaları ile karşılaştırıldığında
mitokondriyondaki DNA onarım
kapasitesinin oldukça düşük olduğu
görülmektedir.
Hasar görmüş onarım kapasitesi
mitokondriyal fonksiyon bozukluğuna ve
dejeneratif hastalıkların baş göstermesine
yol açabilir.
Lipit peroksidasyonun tüm süreci, üç evreden oluşur;
başlangıç, yayılma ve sona erme -bu süreç Şekil ‘de
sunulmaktadır.
Oluştuktan sonra peroksil radikalleri (ROO),
endoperoksitlere (malondialdehidin prekürsörü (öncüsü?))
bir siklizasyon reaksiyonu yoluyla yenden düzenlenebilir
ve peroksidasyon işleminin son ürünü malondialdehid
(MDA) olur.
Lipid peroksidasyonun malondialdehid haricinde ana
aldehid ürünü 4-hidroksi-2-nonenal’dir (HNE)
MDA, bakteriyel hücre ve memeli hücrelerinde
mutajen, farelerde ise karsinojendir.
Hidroksinonenal, zayıf biçimde mutajendir ancak onun,
lipid peroksidasyonun ana toksik ürünü olduğu
görülmektedir.
Buna ek olarak, HNE’nin sinyal transdüksiyon yolakları
üzerinde güçlü etkileri vardır, bunun da hücrelerin fenotipik
özellikleri üzerinde önemli bir etkisi vardır.
MDA, DNA bazları G, A ve C ile sırasıyla M1G, M1A ve M1C
addüktlerini oluşturacak şekilde reaksiyona girebilir.
Doku bakımından M1G addüktlerinin tespit sınırının altından 106
nükleosit başına 1.2 addükt gibi bir yüksekliğe (bu da yaklaşık hücre başına
6000 addükte tekabül eder) kadar çeşitlilik gösteren büyüklüklerde olduğu
görülmüştür.
M1G’nin E.coli’de mutajen olduğunu, T’ye transversiyon, A’ya da
transisyon başlattığını onaylamıştır.
Mutasyon sıklıkları, benzer sistemlerde 8-oxo-G için rapor edilenlerle
benzerlik göstermektedir.
M1G, hem bakteriyel hem de memeli nükleotid eksizyon onarım
yolakları tarafından ve aynı zamanda E.coli’de yanlış eşleşme yoluyla
onarılır.
M1G’nin reaktif işlevselliği majör olukta mevcutken, N2-oxo-propenildG’nin reaktif işlevselliği DNA’nın minör oluğunda mevcuttur. DNA içerisinde
M1G ve N2-oxo-propenal-dG’nin birbirine dönüşmesi DNA-DNA zincir arası
çapraz bağlara veya DNA-protein çapraz bağlarına yol açabilir.
Pek çok yazar tarafından hidroksil radikalinin proteinlerin
oksidasyonundan sorumlu ana türleri temsil ettiği öne sürüldüyse de, kesin
deneysel kanıt yoktur. Welch et al. tarafından gerçekleştirilen yeni bir
çalışma, ferritin’in, sistein, tirosin ve diğer bazı rezidülerin oksidasyonunu
içeren demir tarafından alana özgü modifikasyonunu ispatlamaktadır.