velikost textu

Využití transkriptomiky při studiu mechanismu působení komplexních směsí organických látek ve vnějším ovzduší se zaměřením na polycyklické aromatické uhlovodíky

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:
Využití transkriptomiky při studiu mechanismu působení komplexních směsí organických látek ve vnějším ovzduší se zaměřením na polycyklické aromatické uhlovodíky
Název v angličtině:
Use of transcriptomics to study mechanism of the action of complex mixtures of organic compounds occurring in the ambient air focusing on polycyclic aromatic hydrocarbons
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Helena Líbalová, Ph.D.
Školitel:
Ing. Jan Topinka, DSc.
Oponenti:
Mgr. Libor Krásný, Ph.D.
RNDr. Pavla Postlerová, Ph.D.
Id práce:
85127
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra biochemie (31-250)
Program studia:
Biochemie (P1406)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
9. 10. 2012
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Čeština
Abstrakt:
Abstrakt Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) tvoří rozsáhlou skupinu organických sloučenin vyskytujících se jako polutanty ve vnějším ovzduší. Kromě genotoxických účinků působí některé z nich jako kompletní karcinogeny, tzn. mají také negenotoxické a nádorově promoční vlastnosti. Ačkoli jsou účinky mnoha individuálních PAU dobře popsány, k expozici člověka ve vnějším prostředí dochází především působením komplexních směsí obsahujících PAU a pouze několik málo prací se věnuje problematice působení těchto reálných komplexních směsí. První část dizertační práce se zabývá změnami globální genové exprese v lidských embryonálních plicních fibroblastech po působení komplexních směsí obsahujících PAU extrahovaných z respirabilních prachových částic PM2.5 v ovzduší. Částice byly odebrány ve 4 lokalitách České republiky (Ostrava – Bartovice, Ostrava – Poruba, Karviná a Třeboň), které se liší mírou i zdroji znečištění ovzduší. Pro stanovení změn genové exprese jsme analyzovali buňky inkubované 24h se 3 subtoxickými koncentracemi organických extraktů částic z ovzduší (EOM) z každé lokality pomocí čipové technologie. Pro hlubší interpretaci dat jsme použili analýzu signálních drah s využitím databáze Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG). V každé lokalitě jsme identifikovali deregulované signální dráhy a geny s největšími příspěvky. Většina deregulovaných drah byla ovlivňována v závislosti na aktivaci arylhydrokarbonového receptoru (AhR). Největší změnu ve všech 4 lokalitách měla dráha Metabolismus xenobiotik cytochromy P450 a gen CYP1B1, který nejvíce přispíval k deregulaci dráhy. Analýza genové exprese prokázala, že ačkoli se jednotlivé lokality liší původem znečištění ovzduší, biologické účinky organických extraktů se kvalitativně významně neliší. Druhá část dizertační práce se zaměřuje na modulační účinky PAU na vznik a průběh specifického nádorového onemocnění prostaty. Linie androgen-senzitivních nádorových buněk prostaty (LNCaP) byla použita pro objasnění mechanismu přežívání buněk s poškozenou DNA a pro vysvětlení dalších mechanismů vedoucích k nádorové promoci a progresi. Po inkubaci se silnými mutageny benzo[a]pyrenem (B[a]P) a dibenzo[a,l]pyrenem (DB[a,l]P) jsme pozorovali indukci cytochromů P450, které se účastní metabolické aktivace PAU. Navzdory tvorbě velkého množství DNA aduktů v buňkách LNCaP, ńebyla indukována apoptóza, zástava buněčného cyklu, dvouřetězcové zlomy ani reparace DNA. Akumulace poškození DNA a neschopnost aktivace buněčné odpovědi u těchto buněk může vést až k rozvoji agresivnímu typu nádoru. Pro studium globálních změn v genové expresi buněk LNCaP jsme využili čipovou analýzu genové exprese a porovnali jsme expresní profily LNCaP inkubovaných s B[a]P a 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxinem (TCDD), negenotoxickým aktivátorem AhR. Z výsledků porovnání vyplývá, že existuje velký překryv stejných deregulovaných genů. Více než 64% signifikantně up- regulovaných a 47% signifikantně down-regulovaných genů bylo společných po inkubaci buněk s B[a]P i TCDD. Analýza signálních drah ukazuje na snížení exprese genů souvisejících s regulací a progresí buněčného cyklu. Tyto procesy pravděpodobně souvisí s negenotoxickými účinky B[a]P a významným působením aktivovaného AhR. Tato dizertační práce ukazuje možnosti využití transkriptomiky v různých mechanistických toxikologických studiích. Čipová analýza umožňuje zkoumat nejen působení komplexních směsí a jejich rozmanité účinky, ale také odhalit detailní mechanismus působení individuální sloučeniny, např. v konkrétním nádorovém onemocnění a vysvětlit klíčovou roli aktivace AhR při působení PAU.
Abstract v angličtině:
Abstract Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) represent a large group of organic compounds occuring as pollutants in ambient air. Besides their genotoxic effect, some of them are known to be complete carcinogens and act via nongenotoxic and tumor promoting mechanism. Although effects of many individual compounds are well-documented, human exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons in ambient air occurs through complex mixtures and only few studies describe the behavior of PAH in real complex mixtures. The first part of the thesis is dealing with the global gene expression changes in human embryonic lung fibroblasts (HEL) as a consequence of the effect of complex mixtures containing PAH extracted from the respirable airborne particles PM2.5. These particles were collected in 4 localities in the Czech republic (Ostrava – Bartovice, Ostrava – Poruba, Karviná, Třeboň) differing in the level of the air pollution. Gene expression changes induced by three subtoxic concentrations of organic extracts (EOM – extractable organic matter) from each locality after 24 hour incubation were examined by microarray analysis. Pathway analysis using the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) database was applied to interpret gene expression data. In each locality we identified several deregulated signaling pathways and most contributing genes. Most of deregulated pathways were dependent on activation of the arylhydrocarbon receptor (AhR). Among others, strongest deregulation by EOMs from all 4 localities exhibited AhR-dependent Metabolism of xenobiotics by cytochromes P450 and CYP1B1 as a gene with the most pronounced contribution to the pathway deregulation. The transcriptomic data did not differ substantially among the localities, suggesting that the air pollution originating mainly from various sources may have similar biological effect. The second part of the thesis is focused on the effect of PAU on the specific cancer disease – prostate cancer. We used prostatic androgen-sensitive cancer cells (LNCaP) to investigate the mechanism of their survival with damaged DNA and further events leading to tumor promotion and progression. After the treatment of cells by strong mutagenes, benzo[a]pyrene (B[a]P) and dibenzo[a,l]pyrene (DB[a,l]P), induction of cytochromes P450 was observed indicating the metabolic activation of PAH. Despite a significant amount of DNA adducts, neither apoptosis, cell-cycle arrest, double-strand breaks nor DNA repair were induced. The accumulation of DNA damage and the inability to activate DNA damage response may lead to the development of the aggressive cancer phenotype. To explore global changes in gene expression in LNCaP cells, microarray analysis was applied. We compared gene expression profiles of cells treated with B[a]P and nongenotoxic AhR activator 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD). Results of the comparison showed significant overlap of deregulated genes. Over the 64% of significantly up-regulated and 47% of significantly down-regulated genes were similarly affected by both B[a]P and TCDD. Pathway analysis indicated suppresed expression of genes associated with the regulation and progression of the cell cycle suggesting a key role of activated AhR in nongenotoxic effect of B[a]P in the LNCaP cell line. This thesis demonstrates that various applications of transcriptomics in the toxicology may be useful for numerous mechanistic studies. Microarray analysis to helps understand effects of complex mixtures containing many PAH as well as the detailed mechanism of action of individual compounds, for example in specific cancer disease and explain a prominent role of AhR activation by PAH.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Helena Líbalová, Ph.D. 3.29 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Helena Líbalová, Ph.D. 244 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Helena Líbalová, Ph.D. 225 kB
Stáhnout Posudek oponenta Mgr. Libor Krásný, Ph.D. 191 kB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Pavla Postlerová, Ph.D. 210 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 1.12 MB