Роль цитохромов CYP1A и CYP3A в генотоксическом действии бенз(а)пирена

Введение. Метаболиты бенз(а)пирена — генотоксичные соединения, накопление которых способствует канцерогенезу. Основным механизмом их образования является окисление бенз(а)пирена с участием цитохромов P450 (CYP). Ингибиторы основных цитохромов могут приводить к снижению скорости образования метаболитов и, как следствие, к уменьшению генотоксических эффектов метаболитов бенз(а)пирена. Индукторы цитохромов, напротив, способствуют усилению генотоксичности.

Цель исследования — разработка клеточной модели на основе линии HepaRG для исследования роли активности цитохромов в генотоксическом действии бенз(а)пирена.

Материал и методы. Для оценки влияния ингибиторов цитохромов CYP3A и CYP1A на генотоксические эффекты бенз(а)пирена в клетках HepaRG было определено содержание активных форм белков системы репарации ДНК, фосфорилированных форм белков сигнальных каскадов методом иммуноанализа по технологии Luminex xMAP. Оценку цитотоксичности бенз(а)пирена осуществляли с помощью мониторинга клеточного индекса.

Результаты. Ингибиторы цитохромов CYP3A и CYP1A, кетоконазол и α-нафтофлавон снижают токсические эффекты бенз(а)пирена и активацию системы репарации ДНК, оказывают разнонаправленное действие на фосфорилирование различных тирозинкиназ в сигнальных путях.

Заключение. Клетки гепатомы человека HepaRG представляют собой подходящую клеточную модель как для оценки вклада цитохромов в метаболизм ксенобиотиков, так и для изучения защиты клеток от генотоксического действия бенз(а)пирена ингибиторами цитохромов.

Ограничения исследования. Исследование выполнено на культуре клеток, для экстраполяции данных на организм требуется учитывать данные токсикодинамики и токсикокинетики.

1. Błaszczyk E., Mielżyńska-Švach D. Polycyclic aromatic hydrocarbons and PAH-related DNA adducts. J Appl Genet. 2017; 58(3): 321-30.

2. Moorthy B., Chu C., Carlin D.J. Polycyclic aromatic hydrocarbons: from metabolism to lung cancer. Toxicol Sci. 2015; 145(1): 5-15.

3. Shimada T., Yamazaki H., Mimura M., Inui Y., Guengerich F.P.Interindividual variations in human liver cytochrome P-450 enzymes involved in the oxidation of drugs, carcinogens and toxic chemicals: studies with liver microsomes of 30 Japanese and 30 Caucasians. J Pharmacol Exp Ther. 1994; 270(1): 414-23.

4. Кобляков В.А. Индукторы суперсемейства цитохрома Р-450 как промоторы канцерогенеза. Биохимия. 1998; 63(8): 1043-58

5. Niida H., Nakanishi M. DNA damage checkpoints in mammals. Mutagenesis. 2006; 21(1): 3-9.

6. Rodríguez-Fragoso L., Melendez K., Hudson L.G., Lauer F.T., Burchiel S.W. EGF-receptor phosphorylation and downstream signaling are activated by benzo[a]pyrene 3,6-quinone and benzo[a]pyrene 1,6-quinone in human mammary epithelial cells. Toxicol Appl Pharmacol. 2009; 235(3): 321-8.

7. Burdick A.D., Davis J.W., Liu K.J., Hudson L.G., Shi H., Monske M.L., et al. Benzo(a)pyrene quinones increase cell proliferation, generate reactive oxygen species, and transactivate the epidermal growth factor receptor in breast epithelial cells. Cancer Res. 2003; 63(22): 7825-33.

8. Kometani T., Yoshino I., Miura N., Okazaki H., Ohba T., Takenaka T., et al. Benzo[a]pyrene promotes proliferation of human lung cancer cells by accelerating the epidermal growth factor receptor signaling pathway. Cancer Lett. 2009; 278(1): 27-33.

9. Berge G., Øvrebø S., Botnen I.V., et al. Resveratrol inhibits benzo[a]pyrene-DNA adduct formation in human bronchial epithelial cells. Br J Cancer. 2004; 91(2): 333-8.

10. Cicinnati V.R., Shen Q., Sotiropoulos G.C., Radtke A., Gerken G., Beckebaum S. Validation of putative reference genes for gene expression studies in human hepatocellular carcinoma using real-time quantitative RT-PCR. BMC Cancer. 2008; 8(1): 350-62.

11. Livak K.J., Schmittgen T.D. Analysis of Relative Gene Expression Data Using Real-Time Quantitative PCR and the 2-ΔΔCT Method. Methods. 2001; 25(4): 402-8.

12. Бабаков В.Н., Роговская Н.Ю., Куpдюков И.Д., Бельтюков П.П., Дулов С.А., Радилов А.С. Влияние бенз(а)-пирена и эндогенного агониста арил-гидрокарбонового рецептора ficz на активацию транскрипционного фактора NF-kB и цитокиновый секретом в клетках гепатомы человека линии HepaRG. Медицина экстремальных ситуаций. 2018; 20(3): 432-8

13. Lewis D.F. 57 varieties: the human cytochromes P450. Pharmacogenomics. 2004; 5(3): 305-18.

14. Hodson P.V., Qureshi K., Noble C.A.J., Akhtar P., Brown R.S. Inhibition of CYP1A enzymes by alpha-naphthoflavone causes both synergism and antagonism of retene toxicity to rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Aquat Toxicol. 2007; 81(3): 275-85.

15. Бабаков В.Н., Роговская Н.Ю., Куpдюков И.Д., Бельтюков П.П., Дулов С.А., Радилов А.С. Влияние агонистов арилгидрокарбонового рецептора и липополисахарида на маркеры генотоксического действия бенз(а)пирена. Токсикологический вестник. 2019; (3): 19-25

16. Lübberstedt M., Müller-Vieira U., Mayer M., Biemel K.M., Knöspel F., Knobeloch D., et al. HepaRG human hepatic cell line utility as a surrogate for primary human hepatocytes in drug metabolism assessment in vitro. J Pharmacol Toxicol Methods. 2011; 63(1): 59-68.

17. Rhodes S.P., Otten J.N., Hingorani G.P., Hartley D.P., Franklin R.B. Simultaneous assessment of cytochrome P450 activity in cultured human hepatocytes for compound-mediated induction of CYP3A4, CYP2B6, and CYP1A2. J Pharmacol Toxicol Methods. 2011; 63(3): 223-6.

18. Patten Hitt E., DeLong M.J., Merrill A.H. Benzo(a)pyrene Activates Extracellular Signal-Related and p38 Mitogen-Activated Protein Kinases in HT29 Colon Adenocarcinoma Cells: Involvement in NAD(P)H:quinone Reductase Activity and Cell Proliferation. Toxicol Appl Pharmacol. 2002; 183(3): 160-7.

19. Gao M., Li H., Dang F., Chen L., Liu X., Gao J. Induction of proliferative and mutagenic activity by benzo(a)pyrene in PC-3 cells via JAK2/STAT3 pathway. Mutat Res - Fundam Mol Mech Mutagen. 2020; 821: 111720.

20. Vondráček J., Machala M. The role of metabolism in toxicity of polycyclic aromatic hydrocarbons and their non-genotoxic modes of action. Curr Drug Metab. 2020; 21.

21. Wei Y., Zhao L., He W., et al. Benzo[a]pyrene promotes gastric cancer cell proliferation and metastasis likely through the Aryl hydrocarbon receptor and ERK-dependent induction of MMP9 and c-myc.Int J Oncol. 2016; 49(5): 2055-63.

22. Burdick A.D., Ivnitski-Steele I.D., Lauer F.T., Burchiel S.W. PYK2 mediates anti-apoptotic AKT signaling in response to benzo[a]pyrene diol epoxide in mammary epithelial cells. Carcinogenesis. 2006; 27(11): 2331-40.

23. Ericson G., Balk L. DNA adduct formation in northern pike (Esox lucius) exposed to a mixture of benzo[a]pyrene, benzo[k]fluoranthene and 7H-dibenzo[c,g]carbazole: time-course and dose-response studies. Mutat Res Mol Mech Mutagen. 2000; 454(1-2): 11-20.

24. Arif J., Gupta R. Effect of inducer and inhibitor probes on DNA adduction of benzo[a]pyrene and 2-acetylaminofluorene and their roles in defining bioactivation mechanism(s).Int J Oncol. 1996; 8(4): 681-5.

25. Wills L.P., Zhu S., Willett K.L., Di Giulio R.T. Effect of CYP1A inhibition on the biotransformation of benzo[a]pyrene in two populations of Fundulus heteroclitus with different exposure histories. Aquat Toxicol. 2009; 92(3): 195-201.

26. Aluru N., Vuori K., Vijayan M.M. Modulation of Ah receptor and CYP1A1 expression by α-naphthoflavone in rainbow trout hepatocytes.Comp Biochem Physiol Part C Toxicol Pharmacol. 2005; 141(1): 40-9.

27. Casley W.L., Ogrodowczyk C., Larocque L., Jaentschke B., LeBlanc-Westwood C., Menzies J.A., et al. Cytotoxic doses of ketoconazole affect expression of a subset of hepatic genes. J Toxicol Environ Health. 2007; 70(22): 1946-55.

28. Korashy H.M., Brocks D.R., El-Kadi A.O.S. Induction of the NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1 by ketoconazole and itraconazole: a mechanism of cancer chemoprotection. Cancer Lett. 2007; 258(1): 135-43.

29. Kim S.-H., Henry E.C., Kim D.-K., Kim Y.-H., Shin K.J., Han M.S., et al. Novel Compound 2-Methyl-2H-pyrazole-3-carboxylic Acid (2-methyl-4-o-tolylazo-phenyl)-amide (CH-223191) Prevents 2,3,7,8-TCDD-Induced Toxicity by Antagonizing the Aryl Hydrocarbon Receptor. Mol Pharmacol. 2006; 69(6): 1871-8.

30. Voronov I., Li K., Tenenbaum H.C., Manolson M.F. Benzo[a]pyrene inhibits osteoclastogenesis by affecting RANKL-induced activation of NF-κB. Biochem Pharmacol. 2008; 75(10): 2034-44.