TOKSİK MADDELER VE CANLILARA ETKİLERİ BIY435

... konulu sunumlar: "TOKSİK MADDELER VE CANLILARA ETKİLERİ BIY435"— Sunum transkripti:

1 TOKSİK MADDELER VE CANLILARA ETKİLERİ BIY435
Toksikoloji TOKSİK MADDELER VE CANLILARA ETKİLERİ BIY435

2 Kağnıdan Nu38 uçaklarına
1944’de Türk Hava Kurumu Uçak Fabrikası tarafından üretilip Damimarka’ya satılan  THK-5A uçağı  1932’de Selahattin Alan, kendi yaptığı MMV-I (Milli Müdafaa Vekaleti) adlı uçağın gövdesine, amblem olarak bir kağnı figürü koymuş, 1936 yılında tel motorlu olan ND 36’yı, 1928 yılında ise Nu.D 38 isimli 6 kişilik çift motorlu yolcu uçağını üretir.

3 Genetik toksikoloji Toksikolojinin bir alt dalı olan genetik toksikoloji, organizmanın normal biyolojik işleyişi sırasında veya kimyasal, fiziksel ve biyolojik etkenlere bağlı olarak hücrelerin DNA moleküllerinde meydana gelen değişiklikleri inceler.

4 Genotoksite Genetik toksisite, genotoksinlerin kromozom ve DNA yapısında meydana getirdiği hasarları kapsayan bir terimdir. Bu hasarlar genellikle gen mutasyonları, kromozom anormallikleri, DNA zincir kırıkları ve DNA eklentileridir.

5 Genotoksite Genetik toksisite ya da genotoksisite; çekirdek,
kromozom ve DNA yapısında meydana gelen DNA eklentileri, DNA kırıkları, gen mutasyonları, kromozom anormallikleri, klastojenite ve anöploidi gibi hasarları kapsayan genel bir terimdir.

6 Kanserleşme mekanizması
Kimyasal maddelerle oluşan kanser, çevresel ve endojen faktörler arasındaki etkileşmeleri içeren çok basamaklı kompleks bir prosestir. Bu mekanizmanın başlıca özelliği, somatik hücrelerin düzenli çoğalmasını sağlayan karmaşık kontrol sisteminin bozulmasıdır. Kimyasal karsinojenezisin neden olduğu malign neoplazma oluşumunda en az 3 önemli basamak bilinmektedir: 1) Başlangıç (initation); 2) Gelişme (promotion) 3) İlerleme (Progression).

7 Kanserleşme mekanizması

8 Kanserleşme mekanizması
Kimyasal karsinojenez gelişiminde 3 dönem; I- Başlangıç (initation); Kimyasalın DNA’da yaptığı değişiklik Geliştiricilerle karşılaşıncaya kadar sessiz devre. II- Gelişme (promotion) Başlama evresindeki hücre geliştirici ile çoğalır - tümör oluşumu III- İlerleme (Progression) İyi huylu tümörün kötü huylu tümöre dönüşmesi .

9 Genotoksik Non genotik kanserojenler
Genotoksik Karsinojenler DNA’da hasar oluştururlar. -Primer karsinojenler -Sekonder karsinojenler - İnorganik karsinojenler Epigenetik Karsinojenler Genotoksik etkileri yoktur. -Hormon modifikasyonu -İmmunsüpresör etki gibi mekanizmalar rol oynar.

10 Genotoksik Karsinojenler
Primer karsinojenler (doğrudan etkili olanlar) Alkilleyici ajanlar (dimetilsülfat) Aktif halojen bileşikleri Nitrözamidler Sekonder karsinojenler (biyoaktivasyon sonucu etkili ) PAH’lar Aflatoksin B1 Nitrozaminler İnorganik karsinojenler Kadmiyum, Nikel, Arsenik, Krom Asbest.

11 Kanser yapan maddeler sınıfları
Dünya Sağlık Örgütü’ne bağlı Uluslararası Kanser Araştırmaları Ajansı (IARC) tarafından insandaki karsinojenik etki risklerine göre kimyasaları 5 gruba ayırmıştır: Grup 1. İnsanda karsinojenik etkililer İnsanlarda kanser oluşturduklarına ait yeterli delil bulunan etkenler. Grup 2A. İnsanda karsinojenik etki olasılığı bulunanlar İnsandaki karsinojenik etkileri konusunda sınırlı delil ve deney hayvanlarındaki karsinojenik etkileri konusunda yeterli delil bulunan etkenler . Grup 2B. İnsanda muhtemelen karsinojenik etkili olanlar İnsandaki karsinojenik etkileri konusunda sınırlı delil ve deney hayvanlarındaki karsinojenik etkileri konusunda yeterli delil bulunmayan etkenler. Grup 3. İnsandaki karsinojenik etkileri yönünden sınıflandırılabilir olmayanlar Hiçbir gruba girmeyen etkenler. Grup 4. İnsanda karsinojenik etkisi olmayanlar İnsanda ve deney hayvanlarında karsinojenik etkileri yönünden delil bulunmayan etkenler.

12 DNA Hasarı

13

14 Mutasyona yol açan etkiler
MUTAGENLER Mutajen, biyolojide canlı organizmaların DNA veya RNA gibi hücresel bilgi ve yönetim zincirlerinin moleküler yapısını değiştirerek söz konusu organizmanın doğal olarak beklenen seviyenin çok üzerinde mutasyona uğramasına sebep olan fiziksel veya kimyasal etmenlerdir. Nükleer radyasyon sonucu oluşan gama ve güneşten yayılan UV ışınımlar en bilinen doğal mutajenlerdendir.

15 sentezlenen amino asit değişmez.
Nokta mutasyon BAZ değişimi: a) Silent (Sessiz) mutasyon: DNA üçlü (triplet) kodonunda bir nokta mutasyona rağmen kodondan sentezlenen amino asit değişmez. Ör: TTA Æ TTG (Transisyonel silent mutasyon) lösin lösin b) Missense (Kayıp) Mutasyon: DNA üçlü (triplet) kodonunda bir nokta mutasyon sonrasında kodondan sentezlenen aminoasit değişir. Ör: GCA Æ GAA (Transversiyonel missens mutasyon) alanin glutamik asit ATG GGA GCT CTA TTA ACC TAA met gly ala leu leu thr stop 6 ATG GGA GCT CTA TTT ACC TAA met gly ala leu phe thr stop c) Nonsense Mutasyon: Üçlü (triplet) kodonda meydana gelen bir nokta mutasyon sonrasında kodon STOP kodon oluşturur. Ör: TTA Æ TGA (Transversiyonel nonsense mutasyon) alanin STOP ATG GGA GCT CTA TTA

16 Nokta mutasyon INSERTION DELETION Change of the reading frame

17 Büyük ölçekli mutation / Kromosomal mutasyon

18 Fiziksel etkiye bağlı DNA hasarı
İyonize radyasyon - suyun iyon haline gelmesi (bazları etkilemesi) -> OH* radikaller; H2O2, O2- - Bazların oksitlenmesi, dimerization ... UV radiation - Aromatik halkların oluşması (bazlarda ) - Baz dimerizasyonu (T=T)

19 İyonize enerjinin direk indirek DNA hasarı

20 Kimyasallara bağlı DNA hasarı
Baz analogları - incorporation into DNA during replication (5-Br-Uracil: AT -> GC)

21 DNA Hasarı yapan toksik maddeler
HNO2, HSO3-,Hydroxylamine, Methoxyamine Bazlarda Deaminazasyona yol açar.(GC -> AT)

22 Kimyasalla bağlı DNA hasarı
Alkylsulphates, N-nitroso-alkyles, cis-platinum - alkylation of bases; crosslinks of dsDNA cisplatin cyclophosphamide

23 DNA Hasarı yapan toksik madeler
INTERCALATION & ADDUCT FORMATION Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) & derivatives (N-acetyl-2-aminofluorene (AAF), benzo[a]pyrene) Mycotoxins (aflatoxins) aduct formation with DNA (biomarkers)

24 Psoralen DNA Hasarı

25

26 Genotoksik maddeler

27 Genotoksik madeler

28 Kanserleşme

29 Kanserleşme

30 Kanserleşme Kanser, normal büyüme ve farklılaşmayı sağlayan mekanizmalar üzerindeki kontrolün kaybolması nedeniyle değişime uğramış bir hücrenin sınırsız çoğalması sonucu gelişen bir hastalıktır.

31 Kanserleşme Hücrelerin klonal olarak çoğalması, farklılaşması, bağımsız fakat koordineli fonksiyonlara sahip olması, organizmanın bir bölümünden faklı bir bölümüne taşınması, hasarlanma sonrası onarım olması veya olmaması için gerekli bilgilerin tümü genetik dağarcıkta bulunmaktadır. Fizyolojik koşullarda belli bir kontrol altında gerçekleşen bu işlemler kanserde bozulmuştur.

32 Kanserleşme Kontrolün kaybından bu fonksiyonların düzenlenmesinde hayati öneme sahip olan belli bir grup genin anormal fonksiyonu sorumludur. Anormal gen fonksiyonu genetik hasarla ilişkili olduğundan karsinogenezde ilk adım her zaman genetik hasardır. Genomun çeşitli bölgelerinde oluşan hasarların birikimi ile bozulan kromozom yapısı yeniden düzenlenir. Mitoz hasarlı DNA’nın kopyalanması ile devam eder, hasarlı genlerin ürünleri hücresel metabolizmayı değiştirir ve sonuçta hücre değişime uğrayarak bir tümör hücresine dönüşür.

33 TÜMÖR HÜCRELERİNDE GÖRÜLEN BİYOLOJİK VE BİYOKİMYASAL DEĞİŞİKLİKLER
Tümör hücreleri normal hücrelerde bulunmayan aşırı büyüme hızı, lokal invazyon, diferansiasyon, anaplazi ve metastaz gibi bir takım farklı özellikler gösterirler.

34 Genetik Toksisite Testleri
Genetik Toksisite Testleri Genetik sistemler ile genotoksisitesi test edilmek istenen maddelerin karsinojenik ve mutajenik potansiyelleri arasında ilişki kurulmasını sağlayan ve en yaygın olarak kullanılan standart in vitro ve in vivo mutajenite testleri; Ames testi, Comet testi, Kromozom anormallikleri (KA) testi, Kardeş kromatit değişimi (KKD) testi ve Mikronükleus (MN) testidir.

35 AMES Ames testi olarak da adlandırılan Salmonella/mikrozom mutajenite testi, kimyasal maddelerin mutajenik etkilerinin araştırılmasında kullanılan, test parametreleri açısından en iyi standardize edilmiş ve mutajen/karsinojen etkisi en iyi bilinen kimyasallarla geçerliliği en fazla kabul edilmiş bakteriyel test sistemlerinden biridir. Ayrıca hızlı, ucuz ve uygulanabilirliğinin kolay olması nedeniyle çok yaygın bir kullanım alanına sahipti

36 AMES

37 AMES Histidin operonunun değişik bölgelerinde çeşitli mutasyonlar içeren Salmonella typhimurium’unmutant suşları kullanılmaktadır. S. typhymurium’un yapay mutasyonla oluşturulmuş olan histidin sentezleme yeteneklerini kaybetmiş suşlarının, sitokrom P-450 enzimlerini içeren memeli karaciğer post mitokondriyal süpernatant (S9) varlığında veya yokluğunda, test bileşeni ile muamele edildikten sonra ikinci bir mutasyon geçirip histidini sentezleyebilen ve histidinden bağımsız ortamda çoğalması esasına dayanır.

38 AMES Histidinsiz ortamda üreyebilmelerine yol açan kendiliğinden geri mutasyona uğrayan koloniler sayılarak mutajenite Belirlenmektedir. Ortamda pozitif mutajen bir kimyasal madde varsa, geri mutasyonla çoğalan bakteri koloni sayısı istatistiksel olarak anlamlı artmaktadır

39 COMET testi Comet tekniği, çeşitli ajanların yol açtığı DNA tek ve çift zincir kırıklarının tespiti için kullanılan hassas, hızlı ve güvenilir bir yöntemdir. Tek hücre jel elektroforez (Single cell gel electrophoresis) tekniği olarak da adlandırılan Comet yöntemi, birçok memeli hücresinde çeşitli ajanların indüklediği DNA hasarı ve onarım bozukluğunun tayinini amaçlayan çalışmalarda kullanılmaktadır

40 COMET testi

41 COMET testi Floresan mikroskop ile incelenen preparatlarda zarar görmemiş DNA’lar comet (kuyruk) oluşturmazken, hasar görmüş DNA moleküllerindeki fragmentler farklı moleküler ağırlıklarına ve farklı elektrik yüklerine sahip olacaklarından elektriksel alanda farklı hızlarda hareket ederek çekirdekten dışarı doğru göç etmekte ve kuyruklu yıldız görünümü oluşturmaktadırlar (Şekil 3). Bu görünüm nedeniyle bu tekniğe "Comet" adı verilmiştir. Comet testi ile DNA hasarının kantitatif olarak saptanmasında; kuyruk momenti, kuyruktaki DNA yüzdesi ve kuyruk uzunluğu gibi parametreler kullanılmaktadır

42 COMET testi

43 COMET testi

44 Kromozom Anormallikleri (KA) Testi
Kromozom kırıkları DNA’daki onarılmamış çift zincir kırıklarından, yeni yapıya sahip kromozomlar ise DNA’daki zincir kırıklarının yanlış onarılmasından kaynaklanmaktadır. Genetik materyalde oluşan bu tip hasarlar tamir edilemediğinde ortaya çıkan yüksek KA frekansı ise, artmış kanser riskini göstermektedir . KA testi, mutajenler tarafından indüklenen çeşitli yapısal ve sayısal kromozomal anormalliklerin saptanması amacıyla sıklıkla kullanılan standart bir yöntemdir. In vitro KA testi ile memeli hücre kültürlerinde, in vivo KA testi ile genellikle kemik iliği hücrelerinde kromozom anormalliği frekansı değerlendirilebilmektedir. Ayrıca in vivo KA testi, özellikle mutajenik hasarın belirlenmesinde türe ve dokuya göre değişebilen metabolizma, farmakokinetik ve DNA onarım mekanizmaları gibi faktörlerin değerlendirilmesine de olanak sağlamaktadır

45 Kromozom Anormallikleri (KA) Testi
Trizomi 21

46 Kromozom Anormallikleri (KA) Testi

47 Kardeş Kromatit Değişimi (KKD) Testi
Kardeş Kromatit Değişimi (KKD) Testi KKD, kardeş kromatitlerin homolog lokusları arasında DNA replikasyon ürünlerinin simetrik değişimidir ve DNA çift zincir kırıklarının homolog rekombinasyon yoluyla onarılmasını göstermekedir. Ayrıca KKD’ler nokta mutasyonların indüksiyonu, gen amplifikasyonu ve sitotoksisite ile yakından ilişkilidir

48 Kardeş Kromatit Değişimi (KKD) Testi

49 Mikronükleus (MN) Testi
MN’ler genellikle hücre siklusunu kontrol eden genlerdeki eksiklerden, mitotik iğdeki hatalardan, kinetokordan veya mitotik aygıtın diğer parçalarından ve kromozomal hasarlardan kaynaklanan, hücrenin mitoz bölünmesi sırasında ortaya çıkan, esas çekirdeğe dahil olmayan, tam kromozom veya asentrik kromozom fragmanlarından köken alan oluşumlardır. MN sayısındaki artış, çeşitli ajanların hücrelerde oluşturduğu kromozom düzensizliklerinin ve somatik hücrelerdeki genomik kararsızlığın indirekt göstergesi olarak değerlendirilmektedir.

50 Mikronükleus (MN) Testi

51 Mikronükleus (MN) Testi