velikost textu

Molecular mechanism of apoptosis induced by photodynamic activation in cancer cells

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Molecular mechanism of apoptosis induced by photodynamic activation in cancer cells
Název v češtině:
Molekulární mechanismy apoptózy vyvolané fotodynamickou aktivací v nádorových buňkách
Typ:
Rigorózní práce
Autor:
RNDr. Irena Moserová, Ph.D.
Id práce:
130425
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
Program studia:
Biologie (N1501)
Obor studia:
Genetika, molekulární biologie a virologie (NGEMOVI)
Přidělovaný titul:
RNDr.
Datum obhajoby:
8. 1. 2013
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Informace o neveřejnosti:
Příloha práce byla vyloučena ze zveřejnění.
Jazyk práce:
Angličtina
Abstrakt:
Abstrakt Fotodynamická terapie (PDT) je terapeutický prostředek používaný při léčbě nádorů. Tato metoda je založena na aplikaci fotosenzitivní látky, která se hromadí v nádorových buňkách a po ozáření světlem způsobuje jejich usmrcení. Hlavním cílem této disertační práce bylo studium nových fotosenzitivních látek - porfyrinů s glykolovou substitucí. Porfyriny obsahující jeden až čtyři nízkomolekulární glykolové řetězce vázané éterovou vazbou v pozici meta na meso-tetrafenylporfyrin (mTPP(EG)1-4) byly porovnány s fluorinovanými (pTPPF(EG)4) a nefluorinovanými (pTPP(EG)4) deriváty majícími glykolový řetězec v para pozici. Vstup do buněk a fotodynamická aktivita byly výrazně závislé na koncových skupinách glykolových substituentů. Porfyriny s hydroxyglykolovou substitucí, na rozdíl od porfyrinů s methoxyglykolovou substitucí, byly účinněji transportovány do buněk a způsobovaly hojně apoptózu v nádorových buňkách in vitro. Po počátečním otestování byly vybrány a detailně analyzovány prototypy hydroxy etylenglykolových derivátů. Para deriváty pTPP(EG)4 a pTPPF(EG)4 se akumulují především v lysozomech, zatímco meta deriváty mTPP(EG)1-4 v endoplazmatickém retikulu (ER). Pozice etylenglykolového řetězce na porfyrinovém kruhu má vliv nejen na nitrobuněčnou lokalizaci ale i na účinnost fotodynamické terapie in vivo. PDT zprostředkovaná meta deriváty vedla u NuNu myší k úplnému vymizení nádorů (lidský karcinom prsu MDA-MB-231). Po fotoaktivaci oba typy derivátů indukují smrt nádorových buněk pomocí reaktivních druhů kyslíku (reactive oxygen species, ROS). Para deriváty pTPP(EG)4 a pTPPF(EG)4 aktivují p38 MAP kinázovou signální kaskádu, která následně spustí mitochondriální apoptickou dráhu. Na rozdíl od para derivátů, meta derivát porfyrinu mTPP(EG)4 vyvolává dramatické změny homeostázy Ca2+ projevující se zvýšenou hladinou Ca2+ v cytoplazmě, aktivací kalpainů a stresových kaspáz - 12 nebo -4. Stres endoplazmatického retikula vede k rozvoji tzv. unfolded protein respose (UPR), jejíž součástí je PERK signální dráha aktivovaná fosforylací PERK, eIF2α. Následně jsou indukovány transkripční faktory ATF4 a CHOP, které regulují geny odpovídající na stresové podněty. Úlohu PERK dráhy v mTPP(EG)4-zprostředkované buněčné smrti potvrzují pokusy, kdy vyřazení (knockdown) genu PERK nebo jeho utlumení chrání buňky před apoptózou. Výsledky získané analýzou mechanismu buněčné smrti navozené PDT jasně dokládají, že mTPP(EG)4 představuje nový fotosensitizér s lokalizací mimo mitochondrie, který má schopnost velmi účinně aktivovat apoptózu v rakoviných buňkách. Navíc je při odstranění experimentálních nádorů výrazně účinnější než klinicky používaný Foscan. Předkládaná práce tak ukazuje zajímavý způsob, jak dále vyvíjet fotosensitizéry pro budoucí použití v klinické praxi.
Abstract v angličtině:
Abstract Photodynamic therapy (PDT) is a treatment modality for cancer. It combines selective accumulation of chemical compounds, called photosensitizers (PS), with light to irreversibly damage cancer cells via oxidative stress. The main goal of this thesis was to study photosensitizers represented by a unique group of newly synthesized porphyrin derivatives with glycol chain substitution. Glycol-functionalized porphyrins containing one to four low molecular weight glycol chains that are linked via ether bonds to the meta-phenyl positions of meso-tetraphenylporphyrin (mTPP(EG)1-4) were compared with fluorinated (pTPPF(EG)4) and nonfluorinated (TPP(EG)4) derivatives having glycol chains in para-phenyl positions. The cellular uptake and photodynamic activity was significantly dependent on terminal groups of the glycol substituent. Hydroxy glycol porphyrins, in contrast with methoxy glycol porphyrins, exhibited efficient intracellular transport and high induction of apoptosis in tumor cell lines in vitro. After initial testing effective prototype hydroxy ethylene glycol derivatives were selected and analyzed in detail. Para derivatives pTPP(EG)4 and pTPPF(EG)4 accumulated mainly in lysosomes whereas meta derivatives mTPP(EG)1-4 in the endoplasmic reticulum (ER). Position of ethylene glycol chain on the porphyrin ring affected not only intracellular localization but also PDT efficacy demonstrated by permanent ablation of human breast carcinoma (MDA-MB-231) in nude mice following treatment with meta derivatives. After photoactivation, both types of derivatives induced death of tumor cells via reactive oxygen species (ROS). Para derivatives pTPP(EG)4 and pTPPF(EG)4 activated the p38 MAP kinase cascade, which in turn induced the mitochondrial apoptotic pathway. In contrast, meta porphyrin derivative mTPP(EG)4 induced dramatic changes in Ca2+ homeostasis manifested by Ca2+ rise in the cytoplasm, activation of calpains and stress caspase-12 or caspase-4. ER stress developed into unfolded protein response. Immediately after irradiation the PERK pathway was activated through phosphorylation of PERK, eIF2α and induction of transcription factors ATF4 and CHOP, which regulate stress response genes. PERK knockdown and PERK deficiency protected cells against mTPP(EG)4-mediated apoptosis, confirming the causative role of the PERK pathway. Analysis of the cell-death mechanism revealed that mTPP(EG)4 represent a novel nonmitochondrially localized photosensitizer that has a profound ability to induce apoptosis in tumor cells and exhibits a superior PDT efficacy in elimination of experimental tumors in comparison to clinically used photosensitizer Foscan. The presented work thus suggests an interesting avenue for further development of photosensitizers aiming at their future clinical application.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce RNDr. Irena Moserová, Ph.D. 3.24 MB
Stáhnout Příloha k práci RNDr. Irena Moserová, Ph.D. 1.89 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce RNDr. Irena Moserová, Ph.D. 132 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky RNDr. Irena Moserová, Ph.D. 53 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 493 kB