Μελέτη των μοριακών μηχανισμών πρόκλησης βλαβών στο DNA και απόπτωσης σε κύτταρα που εκτίθενται σε υπεροξείδιο του υδρογόνου ( H2O2): o ρόλος των ιόντων σιδήρου

Abstract

Iron (Fe) is a critical nutritional element, essential for a variety of important biological processes. A great number of iron chelators have been tested for their potential anti-proliferative and cytotoxic effects. Iron availability plays important role in H2O2-induced signaling effects. In contrast to the prevailing idea of the proapoptotic action of H2O2, the continuous presence of low concetrations of H2O2 inhibit the apoptotic process. To determine the mechanism of cell death induced by iron chelators and the role of iron in signaling effects, we selected desferrioxamine (DFO). DFO represents a strong iron chelator, which is taken up by the cells by fluid-phase endocytosis, reaching the lysosomal compartment and other intracellular compartments. Treatment of Jurkat cells in culture with DFO induced a time- and dose-dependent apoptotic cell death of cells, in a mitochondrial-dependent manner because of the translocation of Bax to mitochondria. ASK1, an upstream MAP3K was activated through the formation of the complex ASK1-TRAF2. The earliest step in the mechanism of DFO-induced apoptosis was the perturbation of the endoplasmic reticulum function, namely endoplasmic reticulum stress. DFO caused upregulation of CHOP/GADD153 which implies a charastaristic marker of endoplasmic reticulum stress. These results implies the possible existence of Fe in the endoplasmic reticulum, which is needed for the oxidative modifications for the correct folding of newly synthesized proteins. In contrast to other inducers of apoptotic process, the continuous presence of of H2O2 failed to interrupt the apoptotic process under conditions of iron deprivation. The data presented here indicate for the first time an iron-dependent mechanism and the exact point of participation of Fe in the inhibitory action of H2O2. The possibility that iron-mediated oxidations of sensitive Cys residues in specific molecules, like procaspase-9 represent a common mechanism through which H2O2 and Fe exert its second-messenger role in signal transduction. Taken together, these results suggest the important role of iron in mechanisms related to the induction of apoptotis and the action as a messenger factor. The manipulation of intracellular iron, it may be an important target for pharmacological interventions. 124 However, further investigations are necessary for the elucidation of the exact role of iron as a signalling molecule and the existence in the endoplasmic reticulum. 0003891

Ο σίδηρος (Fe) αποτελεί ένα σηµαντικό στοιχείο καθώς εµπλέκεται σε µεγάλο αριθµό κυτταρικών λειτουργιών. Μεγάλος αριθµός σιδηροδεσµευτικών ενώσεων έχει εξετασθεί για την αναστολή της ανάπτυξή νεοπλασιών και την κυτταροτοξικότητα. Η διαθεσιµότητα των ιόντων σιδήρου παίζει ρόλο στη σηµατοδοτική δράση του Η2O2. Αντίθετα µε τη γενική παραδοχή ότι το Η2O2 αποτελεί ένα προαποπτωτικό µόριο, η συνεχής παρουσία χαµηλών συγκεντρώσεων H2O2, αναστέλλει την αποπτωτική διαδικασία. Για τη διερεύνηση της κυτταροτοξικότητας των σιδηροδεσµευτικών ενώσεων και το σηµατοδοτικό ρόλο του Fe επιλέχθηκε, η δεσφερριοξαµίνη (DFO). Η DFO είναι ισχυρός σιδηροδεσµευτικός παράγοντα, o οποίος εισέρχεται µε ενδοκυττάρωση υγρής φάσης και φθάνει στα λυσοσωµάτια, όπως πιθανά και σε άλλα ενδοκυττάρια διαµερίσµατα. Η έκθεση των κυττάρων Jurkat σε DFO προκάλεσε την αποπτωτική διαδικασία σε συνάρτηση του χρόνου επώασης και της συγκέντρωσης της DFO και µέσω της οδού των µιτοχονδρίων, λόγω µετατόπισης της πρωτεΐνης Bax στα µιτοχόνδρια. Η ASK1(ΜΑΡ3Κ) ενεργοποιήθηκε µέσω της αλληλεπίδρασης ASK1-TRAF2. Το πιο πρώιµο στάδιο του µηχανισµού πρόκλησης απόπτωσης από την DFO φαίνεται να είναι η πρόκληση στρες ενδοπλασµατικού δικτύου. Αυτό αποδείχθηκε µε την έντονη επαγωγή του χαρακτηριστικού δείκτη της κατάστασης του ενδοπλασµατικού δικτύου, την πρωτεΐνη CHOP/GADD153. Τα αποτελέσµατα υποδεικνύουν την πιθανή ύπαρξη Fe στο ενδοπλασµατικό δίκτυο, ο οποίος χρησιµοποιείται σε οξειδωτικές αντιδράσεις για τη σωστή αναδίπλωση των πρωτεϊνών. Σε αντίθεση µε άλλους προαποπτωτικούς παράγοντες, η συνεχής παρουσία H2O2 δεν ανέστειλε την αποπτωτική διαδικασία απουσία των ιόντων σιδήρου. Τα αποτελέσµατα αυτά αποδεικνύουν για πρώτη φορά ένα µηχανισµό εξαρτώµενο των ιόντων σιδήρου και το ακριβές σηµείο συµµετοχής του σιδήρου κατά την ανασταλτική δράση του H2O2. Η πιθανή οξείδωση ευαίσθητων καταλοίπων Cys της προκασπάσης-9, µέσω ενός µηχανισµού που εµπλέκεται ο σίδηρος αποτελεί ένα πιθανό γενικό µηχανισµό µε τον οποίο το H2O2 και ο Fe προκαλούν την µεταγωγή σηµάτων. Συνοψίζοντας τα παραπάνω προκύπτει, ο σηµαντικός ρόλος των ενδοκυττάριων επιπέδων σιδήρου, τόσο κατά την πρόκληση απόπτωσης όσο και κατά τη µεταγωγή σήµατος. Η ρύθµιση των επιπέδων σιδήρου µπορεί να έχει εφαρµογή σε κλινικό επίπεδο. ?στόσο, περαιτέρω έρευνα είναι απαραίτητη για τη διευκρίνηση και την απόδειξη του ρόλου του σιδήρου στο ενδοπλασµατικό δίκτυο και τη δράση του ως σηµατοδοτικό µόριο.