Genetička toksikologija

1. Genetička toksikologija • Mehanizmi nastajanja genetskih oštećenja • Eksperimentalni modeli za otkrivanje • Procena rizika po zdravlje ljudi • Genotoksikologija proučava uticaj fizičkih i hemijskih agenasa na proces prenošenja naslednih osobina vodeći računa o moguć. posledicama po zdravlje ljudi

2. Vrste genetskih oštećenja • Genske mutacije • Hromozomske aberacije (strukturne) • Promene broja hromozoma (aneuploidija)

3. Supstance koje izazivaju genska oštećenja • Mutageni-izazivaju genske mutacije • Klastogeni-menjaju strukturu hromozoma • Aneugeni-menjaju broj hromozoma

4. Genske mutacije • Genske ili tačkaste mutacije promene u redosledu baznih parova u DNK koje su ograničene na jedan ili mali broj baznih parova • Mutageneza promena DNK sekvence gena i ulazak u proces nasledjivanja • DNK se formira iz dve purinske(gvanin i adenin) i dve pirimidinske baze(citozin i timin) pri čemu se gvanin iz jednog lanca uvek vezuje za citozin iz drugog lanca DNK a adenin za timin

5. Vrste genskih mutacija • Tranzicija- ako se promena u redosledu odnosi na isti tip baza (adenin umesto gvanina ili citozin umesti timina) • Transverzija-ako promena obuhvata purinsku bazu umesto pirimidinske • Spontano-pod uticajem gena u molekularnim procesima koji su uključeni u replikaciju i očuvanje DNK • Pod uticajem mutagena iz spoljašnje sredine poremećaji u sintezi i rasporedu aminokiselina ili stvaranje nefunkcionalnih gena

6. Posebni tipovi genskih mutacija • Vanfazne mutacije(“frameshift”)-kod kojih dolazi do dodavanja (insercije) ili gubljenja (delecije) jednog ili dva para baza u molekul DNK (nefunkcionalni geni) • Fazne mutacije-dodavanje ili gubljenje grupa od po tri bazna para-značajna promena RNK posle mesta mutacije • Ponavljanje tripleta-ponavljanje grupa od po tri baze i to u pojedinačnim genima( genske bolesti miotonična distrofija Huntington-ova bolest

7. Hromozomi čoveka • Kod ljudi postoji 46 hromozoma ili 23 para • Označeni su brojevima od 1 do 22 plus dva koja označavaju pol (XX ženski) I (XY muški)-normalan kariotip • Različite ćelije istog organizma i različite jedinke iste vrste imaju isti broj hromozoma osim polnih ćelija koje imaju polovinu broja hromozoma u odnosu na somatske ćelije

8. Hromozomske aberacije • Promene u strukturi hromozoma koje se mogu posmatrati svetlosnim mikroskopom • Te promene podrazumevaju prekidanje hromozoma do koga može doći na jednom ili oba hromatida i grupisanje prekinutih delova hromozoma • Aberacije tipa hromozoma-kada se ćelije izlože zračenju pre replikacije DNK-obe hromatide • Aberacije tipa hromatida-izlaganje ćelija posle replikacije DNK većinske aberacije-jedna hromatatida

9. Vrste hromozomskih aberacija • Homologi hromozomi su jednaki po broju i redosledu gena koje nose • Aberacije-promene u broju ili redosledu gena u hromozomima • Delecija i duplikacija-promene u broju • Inverzija i translokacija-promene u lokacij • Strukturne hromatidne i hromozomske promene nastaju posle pojave jednog ili nekoliko prekida i ponovnim prespajanjem raskinutih delova

10. Hromozomske aberacije • Delecija-gubitak naslednog materijala kraćih ili dužih delova hromozoma(pojedini sindromi i vrste maligniteta) • Duplikacija-povećanje naslednog materijala prilikom adicije deletiranog fragmenta na homologi hromozom(ozbiljni fenotipski poremećaji) • Translokacija-premeštanje delova nehomologih hromozoma-promena lokacije određenih segmenata hromozoma(ti delovi jednog hrom. mogu se vezati za kraj drugog-umetnuti u drugi-kod istovremene terminalne delecije dva nehom. hrom. mogu zameniti mesta i ponovo se vezati za hromozome • Inverzija-označava nastanak dva prekida na hromozomu pri čemu se segment između njih okreće za 180º i ponovo vezuje za odvojene delove hromozoma

11. Aneuploidija • Aneuploidija-gubitak ili dobijanje jednog ili više hromozoma • Poliploidija-odnosi se na kompletnu grupu hromozoma iz jedne ćelije • Kod ljudi normalan diploidni broj hromoz. 46-osobe sa 45 ili 47 aneuploidi sa 69 triploidi(poliploidi) • Aneuploidi kojima nedostaje jedan hromozom su monozomi-jedan višak trizomi • Down-ov sindrom-mongolizam trizomija 21 hrom. može i fatalno • Mentalna retardiranost kongenitalna obolenja srca češća pojava nekih oblika leukemije oslabljen imunološki status organizma rana pojava Alzheimer-ove bolesti

12. Zdravstveni značaj mutacija • Genetski poremećaji • Pojava maligniteta(kancerogeneza) • Mutacije u polnim ćelijama • Mutacije u somatskim ćelijama

13. Mutacije u polnim ćelijama • 15% trudnoća-spontani pobačaj polovina usled hromozomskih poremećaja • 0.6% rođene dece aneuploidija-trizomija (Down-ov sindrom) inverzije i translokacije molekularna analiza ukazuje na zamenu baznih parova(citozin-gvanin) ređe deleci. • Cistična fibroza i fenilketonurija se nasleđuju od prethodnih generacija • 6% novorođene dece kongenit.poremećaje(bolesti srca hipertenzija dijabet) • Genske mutacije u hromozomu 7-cistična fibroza gojaznost manja produkcija hormona rasta • Hromozom 11 dijabetes-hromozom X mentalna retardiranost nesposobnost razlikovanja boja hemofilija • Hromozom 1 maligni melanom kancer prostate • Hromozom 13 kancer dojke pankreasa i retinoblastom • Hromozom 14 neki oblici leukemije

14. Mutacije u somatskim ćelijama • Mutacija-trajna nasledno prenosiva promena u genetskom materijalu • Kancer-lokalna nekontrolisana deoba ćelija • Korelacija između mutagenosti i kancerog. hemijskih jedinjenja • Sindrom nestabilnosti hromozoma i nedost sposobnosti za reparaciju DNK –povećan rizik za kancer

15. Savremena teorija onkogenosti • Aktivacija onkogena i inaktivacija tumor supresorskih gena uzrok pojave tumora • Kancer bubrega debelog creva mozga dojke pluća mokraćne bešike • Aktivacija onkogena tačkastom mutacijom ili translokacijom hromozoma • Inaktivacija tumor supresorskih gena mutacijom tipa delecije

16. Kancerogeneza • Inicijalna faza-ireverzibilna indukcija neke genske promene • Faza promocije-dolazi do deobe iniciranih ćelija-benigni tumor-papilom • Faza progresije-nastavlja se proliferacija ćelija- genski poremećaji i metastaze

17. Mehanizmi nastajanja genskih oštećenja • Mutageneza-promene u strukturi DNK pod uticajem fizičkohemijskih i bioloških agenasa i reparatornih procesa DNK • Reakcija elektrofila sa funkcionalnim grupama DNK-kovalentni konjugati • Tačkaste mutacije hromozomske aberacije aneuploidija • Kancerogeni-metilacija alkilacija etilacija DNK • Endogeni kompleksi sa DNK-reparacija DNK • Nekovalentno vezivanje-umetanjem molekula mutagena između baznih parova DNK-adinelacijom(vezivanjem vodoničnim vezama sa spoljne strane DNK-aromatični policiklični ugljovodonici akridinske boje neki antibiotici • Mehanizmi aneuploidije i poliploidije-agensi koji sprečavaju deobu ćelija-dodatna replikacija hromozoma-prerana deoba centromera-neodgovarajućeg sparivanja homologih hromozoma-gubitak hromozoma • Aneugene supstance mogu istovremeno biti i klastogene i mutagene • Aneugeni-kolhicin diazepam vinblastin hloral hidrat kadmijum hlorid

18. Osnovni genotoksični testovi • Testovi za detekciju genskih mutacija • Testovi za otkrivanje hromozomskih promena • Testovi za otkrivanje efekata na nivou DNK

19. Testovi za detekciju genskih mutacija • Test reverznih mutacija kod Salmonela Typhimurium(tzv. Ames-ov test) • Test reverznih mutacija kod Escherichia coli • Test genskih mutacija u kulturi ćelija sisara • Test polno vezanih recesivnih letalnih mutacija kod Drosophila melanogaster • Test genskih mutacija kod Saccharomyces cervisiae • Spot test kod miša

20. Testovi za detekciju genskih mutacija • Jednostavni-brzi-reproducibilni-jeftini-pouzdani • Bakterijski i gljivični testovi nepouzdani za ljude • Spot test kod miša-test u kulturi ćelija sisara- test na vinskoj mušici- pouzdaniji • Problem metaboličke aktivacije supstance

21. Testovi za otkrivanje hromozomskih promena • In vitro citogenetski test • In vivo citogenetski test • Mikronukleus test • Test dominantno letalnih mutacija • Test naslednih translokacija • Citogenetski test na germinativnim ćelijama sisara

22. Testovi za otkrivanje hromozomskih promena • Direktno mikroskopom se posmatraju efekti kao što su aberacije hromatida i hromozoma-ćelije sa malim brojem hromozoma ili većim hromozomima kao što su limfociti periferne krvi • Ispitivanje klastogenog efekta kod ćelija sisara u kulturi-osetljivi jednostavni • In vivo testovi prednost-normalan metabolizam eliminacija supstance reparacija DNK ćelijska proliferacija(ćelije koštane srži glodara-brojanjem mikronukleusa u polihromatskim eritrocitima-analizom hromozoma u metafizi • Za ispitivanje promena u hromozomima germinativnih ćelija-poslednja tri testa

23. Testovi za otkrivanje efekata na nivou DNK • Oštećenje i reparacija DNK-neredovna sinteza DNK • Test mitotske rekombinacije kod Saccharomyces cervisiae • Izmena sestrinskih hromatida in vitro

24. Testovi za otkrivanje efekata na nivou DNK • Prekidi u lancu DNK ili stvaranje kompleksa sa ispitivanom supstancom mogu se direktno meriti savremenim metodama • Praćenje reparacije i neplanirane sinteze DNK • Diferencijalnim bojenjem hromatida- test sestrinske izmene

25. Registracija lekova u SAD-Japanu i Evropskoj uniji • Tri testa-skraćen program ispitivanja • Ispitivanje mutacija na bakterijama • In vitro citogenetsko ispitivanje promena na hromozomima ili ispitivanje po metodi mutacija timidin kinaze mišjeg limfoma • In vivo ispitivanje oštećenja hromozoma-hematopoetične ćelije glodara

26. Hemijski genotoksični agensi • Supstance prirodnog porekla • Jedinjenja koja se koriste ili nastaju u industrijskim procesima • Farmaceutski proizvodi • Pesticidi • Genotoksični agensi u hrani i vodi

27. Supstance prirodnog porekla • Alkaloidi-pirolizidinski alkaloidi široko rasprostranjeni u prirodi mutagana i kancerogena svojstva • Kofein-purinska baza klastogen efekat • Alfatoksin B1-proizvod metabolizma gljivice Aspergillus flavus-mutagena i kancerogena svojstva

28. Jedinjenja koja se koriste ili nastaju u industrijskim procesima • Najbrojnija grupa • Opasnost za radnike u proizvodnji lokalno stanovništvo-ako ulaze u satav proizvoda za znatno veću populaciju • Industrijski alkilirajući agensi-organski rastvarači-organska jedinjenja metala-teške metale-zagađivače vode i vazduha • Mutageni-aldehidi(formaldehid-acetaldehid-akrolein) epoksidi u izradi celuloznih vlakana i plastičnih masa-neorganska i organska jedinjenja arsena nikla olova hroma kobalta itd

29. Farmaceutski proizvodi • Antibiotici-streptomicin bleomicin doksorub • Citostatici-metotreksat ciklofosfamid vinkristin vinblastin • Sredstva sa dejstvom na CNS- narkotici antipsihotici-hlopromazin • Anestetici-haloton trihloretilen • Kontraceptivna sredstva • Kozmetička sredstva-boje za kosu(aromatični amini i razni aditivi)

30. Pesticidi-podela prema mutagenosti po EU • Poznati mutageni • Mogući mutageni • Potencijali mutageni • Alkilirajući agensi slobodni radikali • Organska halogena jedinjenja čijom biotransformacijom nastaje vinil hlorid • Organohlorna jedinjenja-DDT NAPUŠTEN sporo se matabolišu dugo zadržavaju-genotoksičnost

31. Genotoksični agensi u hrani i vodi • Nitrati i nitriti-konzervansi mesa i mesnih prerađevina-metaboliti opasni etilnitrozourea • Veštački zaslađivači-saharin razmena sestrinskih hromatida i aberacije hromoz. • Mikotoksini i proizvodi metabolizma nekih bakterija • Nitrozamini i derivati policikličnih aromatičnih ugljovodonika-benzopiren-nepotpuno sagorevanje organskih materija namirnice biljnog i životinjskog porekla • Voda-posle primene u poljoprivredi-iz industrijskih procesa-proizvodi raspadanja organskih materija • Hlorinacija vode-hlorfenoli i trihlormetan potentni mutageni