Toxicologia

Curso de Extensão Universitária

Módulo:

Introdução à Toxicologia

Responsáveis:

Prof. Dr. José María Monserrat

Prof. Dra. Laura Geracitano

Instituto de Ciências Biológicas

Universidade Federal do Rio Grande

Mecanismos de ativação e

detoxificação de compostos

tóxicos

Xenobiotico Metabólito

não tóxico Eliminação

Metabolito “ativado”

“Binding” a biomoléculas

(enzimas,receptores,

membranas, DNA)

Reparo celular

(Reparo de DNA,

síntese de

proteínas, etc)

Toxicidade (alterações

fisiológicas, injuria celular,

câncer)

Mecanismos de ativação e detoxificação


Xenobi ó tico

Citocromo P450 + O 2

Xenobi ó tico

oxidado

Transferases + GSH

Conjugado

Fase 0: Incorporação

Fase I: Oxidação

Fase II: Conjugação

Fase III: Exportação

ATP ADP

Xenobi ó tico

Citocromo P450 + O 2

Xenobi ó tico

oxidado

Transferases + GSH

Conjugado

ATP ADP


Fase 0

Condicionada pela quantidade de proteínas ou

canais presentes em cada tipo celular e pela

capacidade da molécula tóxica de poder se

mimetizar com metabolitos fisiológicos


Fase 0: Exemplo da incorporação da cianotoxina microcistina

Transportadores de ânions

orgânicos (OATPs)

Extracel.

Intracel.

OATP

GSH

MYC

HIPÓTESE

Aumento inicial

Depleção

Efeitos sobre a [glutationa] (GSH)


Fase 0: Exemplo da incorporação de microcistina em diferentes

órgãos

Fonte:

Cazenave et al.

(2005). Aquat.

Toxicol., 75:

178-190

(B) Corydora paleatus

(A) Jenynsia multidentata

(C) Odontesthes bonariensis


Fase 0: Exemplo da incorporação de diferentes formas

inorgânicas do arsênio


Fase 0: Exemplo da incorporação de arsênio

Diferentes linhagens celulares com

diferentes níveis constitutivos da

forma 9 da aquaporina (AQP9)

apresentam diferente sensibilidade ao

arsênio

Fonte: Leung et al. (2007).

Blood, 109: 740-746


Incluem reações

que podem estar

associadas a um

aumento da

toxicidade do

composto

parental

O processo

fisiológico

normal

OHCH3

CH3

O

P450 aromatase

Testosterona

OH

CH3OH

Estradiol

1

2

3

4

567

8

9

10

11

12

benzo[a]pirenoO

benzo[a]pireno 4,5 epoxido

Epoxidação

Hidroxilação

Fase I


Espécie Composto Concentração Taxa metabólica

o grupo no tecido (pmol/min/g)

animal (nmol/g)

Carassius PCP 10,0 19,20 3,70

auratus

Moluscos PCP 10,0 4,82 6,61

Peixe BaP 10,0 19,10 6,30

Crustáceos BaP 10,0 2,05 0,19

Fase I: Pode se observar nos peixes maior capacidade de

oxidação


Xenobiótico | Hemo3+-O2 | P450

NADPH Xenobiótico | Hemo3+ | P450

e-

NADPH o NADH

e- Xenobiótico | Hemo2+ | P450

O2

O2 Hemo3+ | P450

H+

H20 +

Xenobiótico-OH

Xenobiótico | Hemo2+ | P450

Xenobiótico

Sistema de

monooxigenases

dependente do

citocromo P450

Fase I: Citocromo

P450


Proteína

translocadora

(Hsp90) Agente indutor

(PAH, por exemplo)

Receptor Ah

Complexo

ativado

Citoplasma

Núcleo

Fase I


Núcleo

TATA Exon 1 Responsive

element

mRNA

mRNA

mRNA

Transcripção

Traducção Citocromo P450

Fase I


Análise imunocitoquímico de

CYP1A em brânquias de tilapia

(Oreochromis niloticus)

A: peces amostrados em um

local contaminado o (reservatório

Billings, São Paulo).

B: peces amostrados num local

referência.

Fase I

A

B

Fonte: Bainy et al. (1999).

Aquat. Toxicol., 44: 289-305


Fase II


Estas reações são

catalisadas por

enzimas

chamadas

glucuronidos

transferasae,

enzimas

associadas ao

retículo

endoplasmático,

onde ocorrem as

reações de Fase I,

diminuindo a vida

média dos

produtos desta

fase.

Fase II: Conjugação com derivados do ácido glucurônico


Esta é uma

das reações

de

conjugação

mais

estudadas.

Fase II: Conjugação com glutationa


Desde o ponto

de vista

ambiental,

existem toxinas

como a

microcistina

que são

substrato para

a conjugação

com a

glutationa

reduzida (GSH,

círculo

vermelho).

Fonte: Pflugmacher et al. (2001). Environ. Toxicol. Chem., 20: 846-852.

Fase II: Conjugação com glutationa, catalisada pela enzima glutationa-S-

transferase (GST)


GSH MIC + GSH MIC GST

Fonte: Pflugmacher et al. (1998).

Biochim. Biophys Acta, 1425: 527-533.

CI50 (g/l) Índice

Microcistina 36,33 8,37

Mic-GSH 272,51 4,43

Fonte: Metcalf et al. (2000).

FEBS Lett. 189: 155-158.

MIC+

GSH

MIC+

GSH

MIC

MIC

para fosfatases hepatossomático Fase II: Conjugação

com glutationa,

catalisada pela enzima

glutationa-S-

transferase (GST)


Fase II: A atividade da GST é muitas vezes utilizada como um índice da

capacidade de detoxificação de um organismo

Hypophthalmichthys molitrix

Aristichthys nobilis

Carassius auratus

Culter ilishaeformis

Fonte: Qiu et al. (2007). Toxicon, 50: 365-376.

Ejemplo de

aplicação


http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.fish.org.tw/chinese/magazine/mag-fi62.gif&imgrefurl=http://www.fish.org.tw/chinese/magazine/mag-fish-page-62.htm&h=205&w=540&sz=43&hl=pt-BR&start=11&sig2=5znerCpQPUorDCJz4zIi6A&tbnid=pElcSRoym3B4QM:&tbnh=50&tbnw=132&eid=&eid=SkBcR5n6LIjOgQLjk6z5Dw&prev=/images%3Fq%3DHypophthalmichthys%2Bmolitrix%26gbv%3D2%26svnum%3D10%26hl%3Dpt-BR%26sa%3DG

http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.chinabiodiversity.com/shwdyx/ruq/images/45.jpg&imgrefurl=http://www.chinabiodiversity.com/shwdyx/ruq/ruq2-en.htm&h=288&w=600&sz=49&hl=pt-BR&start=4&sig2=jSE-ywfhb_mn5P7C0nPAXQ&tbnid=79w-ZtTAYJRk7M:&tbnh=65&tbnw=135&eid=&eid=-0BcR4SNFabSggLx0o35Dw&prev=/images%3Fq%3DAristichthys%2Bnobilis%26gbv%3D2%26svnum%3D10%26hl%3Dpt-BR%26sa%3DG

http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://farm1.static.flickr.com/65/186851014_8cd12ef46d_o.jpg&imgrefurl=http://coolboarding.com/186851014/flickr-view.html&h=2304&w=3456&sz=339&hl=pt-BR&start=5&sig2=Y4H6J4VgkPHDsA9rCUrnyQ&tbnid=poFlUaoWnHD0tM:&tbnh=100&tbnw=150&eid=&eid=jEFcR7e7OZHGgQLl3KT5Dw&prev=/images%3Fq%3DCarassius%2Bauratus%26gbv%3D2%26svnum%3D10%26hl%3Dpt-BR%26sa%3DG

http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.xyac.edu.cn/jingpinke/yuleixue/yinggu/yg31.jpg&imgrefurl=http://www.xyac.edu.cn/jingpinke/yuleixue/yinggu/yinggu2.htm&h=369&w=724&sz=17&hl=pt-BR&start=5&sig2=8EWgPJxxlCmhHsvz-4dWHA&tbnid=mCxTKNoZ9TvlJM:&tbnh=71&tbnw=140&eid=&eid=zEFcR77ME5u6hAK_-aT5Dw&prev=/images%3Fq%3DCulter%2Bilishaeformis%26gbv%3D2%26svnum%3D10%26hl%3Dpt-BR%26sa%3DG

Neohelice granulata

(Decapoda)

Exemplo de aplicação: Aumento da

GST em brânquias posteriores dos

caranguejos expostos à microcistina

Exemplo de aplicação: Aumento da

GST em hepatopáncres dos

caranguejos expostos à microcistina

Fonte: Pinho et al. (2003). Comp.

Biochem. Physiol., C 135: 459-468

Fonte: Vinagre et al. (2003). Comp.

Biochem. Physiol., C 135: 67-75


Fase II: A atividade da GST é muitas vezes utilizada como um índice da

capacidade de detoxificação de um organismo

Exemplo de aplicação:

O trabalho de Best et al.

(2002) mostra que os lipo-

polisacárideos (LPS)

associados à

cianobactérias induzem

inibição da GST, o que

jogaria em contra do

processo de detoxificação

Danio rerio

Fonte: Best et al. (2002). Aquat.

Toxicol., 60: 223-231


GST 4 semanas

Órgão

Cérebro Músculo Fígado Brânquias 0

50

100

Controle

+AL

Ativid

ade

da G

ST

(n

mo

les C

DN

B-G

ST

/min

/mg d

e p

rote

ína

s) *

50

Corydora paleatus

Fase II: Estratégias de quimioprevenção com utlização

de antioxidantes (ácido lipoico, por exemplo)

Fonte: Monserrat et al. (2008).

Comp. Biochem. Physiol., C 148:

287-292


Fase III: Eliminação de metabólitos de substancias tóxicas para fora da célula


Pgp : eliminação de toxinas, drogas antineoplásicas ,

hidrocarbonetos, etc. Os transportadores MDR formam parte das Pgp

MRP : eliminação de toxinas por co-transporte com -

MDR

1 MRP

2

MDR

1

MRP

2

Ntcp Oatp

Apical

Baso -

lateral MRP

1

Transportadores de sais biliares Sódio dependentes : Ntcp

Sódio independentes: Oatp {

Transportadores da família ABC {

União estreita

GSH (MRP1) ou de conjugados com GSH (MRP2)



Inibidores das glicoproteínas P

Diretos: inibição por bloqueio do sítio ativo da

P-gp: verapamil

Indiretos: inibição da proteína quinase C que

fosforila as P-gp e as ativa: staurosporina

Quimio-sensibilisadores



Se verifica um aumento da concentração de proteína P-gp com dois

tipos de tóxicos. A funcionalidade é medida pela capacidade de

eliminação de rodamina: quanto menor é a fluorescência, maior é a

actividade. Observe que isso é verificado após exposição com cádmio

NA AUSÊNCIA DO INIBIDOR VERAPAMIL

Fonte: Eufemia e Epel (2000). Aquat. Toxicol., 49: 89-100.

Mytilus californianus



As células tipo

Lucena possuem

o fenótipo MDR,

que ameniza a

toxicidade da

microcistina em

concentrações de

0,8 µg/L. Isto

sugere um papel

das proteínas da

família MDR na

eliminação de

microcistinas

Fonte: Votto et al.

(2007). Cell Biol. Int., 31:

1359-1366.



As células tipo

Lucena possuem

fenótipo MDR e

apresentaram

menor dano de

DNA que as

células tipo K562.

Isto sugere um

papel das

proteínas da

família MDR na

eliminação de

microcistinas

Fonte: Votto et al.

(2007). Cell Biol. Int., 31:

1359-1366.



Fonte: Votto et al.

(2007). Cell Biol. Int., 31:

1359-1366.

As células tipo

Lucena possuem

fenótipo MDR e

apresentaram

menor

concentração de

espécies reativas

de oxígênio (RSO)

que as células tipo

K562. Isto sugere

um papel das

proteínas da

família MDR na

eliminação de

microcistinas



Diferenças na expressão da P-gp entre

“sea urchin” (Lytechinus amanesus) e

Urechis caupo quando expostos a petróleo

bio-degradado se traduz em uma maior

sensibilidade no caso da “sea urchin”

Fonte: Hamdoun et

al. (2002). Aquat.

Toxicol., 61: 127-140.

Lychetinus amanesus Urechis caupo


Jenynsia

multidentata

A exposição a 2 µg/L de microcistina levou a um aumento da expressão da P-gp (Fig. A) nas

brânquias do peixe J. multidentata, com um conseqüente aumento da quantidade de proteína

(Fig. B). Isto sugere um papel das proteínas da família MDR na eliminação de microcistinas

Fonte: Amé et al. (2007). Chemosphere, 74: 1179-1186.



Jenynsia

multidentata

Fuente: Amé et al. (2007). Chemosphere, 74: 1179-1186.



A exposição a 2 µg/L de microcistina levou a um aumento da expressão da P-gp (Fig. A) no

cérebro do peixe J. multidentata, com um conseqüente aumento da quantidade de proteína

(Fig. B). Isto sugere um papel das proteínas da família MDR na eliminação de microcistinas

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