Samband mellan lysosomalt redoxaktivt järn, oxidativ stress och DNA-skador av bland annat joniserande strålning | Application
Samband mellan lysosomalt redoxaktivt järn, oxidativ stress och DNA-skador av bland annat joniserande strålning
Registration number: LIO-10715
Ansökan om enbart Klinik ALF-medel eller i kombination med LFoU-medel 2008
Application started by: Bertil Gustafsson, 2007-05-29
Professional title at the time of application: Överläkare
Work place at the time of application: Univesitetssjukhuset, LMC, klinisk patologi och cytologi
Last updated / corrected by: Agneta Linghag, 2009-01-25
Application received by: Region Östergötland
Granted and completedGranted and completed
Applicant: Bertil Gustafsson
Överläkare, Univesitetssjukhuset, LMC, klinisk patologi och cytologi

Projektinformation

Sammanfattning

Autofagocytos är en aktiv och ständigt pågående process där bl a cellorganeller och långlivade proteiner innehållande järn bryts ned i lysosomer. Dessa är därför den del av cellen som är rikast på lågmolekylärt, labilt järn.

Det finns anledning misstänka att den lysosomala apparatens innehåll av lågmolekylärt järn i redoxaktiv form kan vara en viktig nyckel till förståelse av cellers känslighet för oxidativ stress som uppkommer i samband med behandling med flera vanliga cytostatika och även i samband med joniserande strålning. Vid oxidativ stress bildas nämligen väteperoxid i ökad mängd intracellulärt. Denna syremetabolit, mer diffusibel än vatten, sprids i cellerna och hamnar delvis i lysosomerna. Via en s k Fentonreakton, katalyserad av tvåvärt järn, spjälkas väteperoxid under bildning av hydroxylradikaler. Dessa är extremt reaktiva och kortlivade. Vid betydande oxidativ stress kommer även lysosomernas membran att destabiliseras, vilket leder till lysosomal ruptur med läckage av redoxaktivt järn till cytoplasman. Detta järn binds bl a till DNA och katalyserar där s k ”site-specific” DNA-skada. Denna skada blir mycket koncentrerad pga att en stor mängd hydroxylradikaler bildas lokalt inom ett litet område. Detta ger upphov till dubbelsträngsbrott på DNA, som i motsats till enkelsträngsbrott inte lätt kan repareras och därför ofta leder till celldöd.

Arbetsplan

A.Mängden ferritin intracellulärt ökas via kort pulsbehandling med ammunium-ferricitrat. Det är tidigare visat att endocytotiskt upptag av apoferritin kraftigt minskar cellers känslighet för oxidativ stress, vi hoppas kunna visa att det även påverkar känsligheten för joniserande strålning. Vidare är avsikten att använda den lipofila, lysosomotropa järncheleraren SIH för att minska lysosomernas järninnehåll och se vad detta betyder då cellen utsätts för joniserande strålning.
B.Mycket strålresistenta tumörceller har ofta höga halter av fas-II-proteinerna ferritin och/eller – SH-haltiga ”heat-chock” proteiner och metallothioniner som kan binda järn. När dessa fagocyteras finns goda skäl att tro att lysosomerna kommer att bli fattiga på redoxaktivt fritt järn och därigenom föga känsliga för den oxidativa stress som uppkommer i samband med bestrålning. Vi har nyligen visat att celler med ökade mängder metallothioniner har en dramatiskt minskad känslighet för oxidativ stress jämfört med normala celler. Frågan är nu om sådana celler även har ökad strålresistens?
C.När celler exponeras för 10 mM NH4CL leder detta till ökning av lysosomalt pH till omkr 6,5, vilket medför att nedbrytningen av proteiner upphör, eftersom flertalet lysosomala proteaser har surt pH-optimum. Efter ca 4 tim finns endast små mängder lysosomalt eller cytosoliskt fritt järn. Vi tror därför att sådana celler kommer att vara mindre känsliga för joniserande strålning än kontrollceller. Om så blir fallet anser vi att sambandet mellan lysosomalt fritt järn, oxidativ stress, lysosomal stabilitet,och ”site-specific” DNA-skada har stärkts ytterligare.

Betydelse

Icke-kirurgisk tumörbehandling grundar sig på principen att maligna celler tvingas i apoptos. Mekanismerna bakom apoptosprocessen är till avsevärd del klarlagda och på senare år har ett viktigt samspel mellan lysosomer, pro-caspaser och mitokondrier blivit allt mer uppenbart. En bättre kännedom om detaljerna, främst mekanismerna för hur normala och maligna celler reglerar den intralysosomala koncentrationen av labilt, järn och åtföljande känslighet för oxidativ stress kan förväntas öka möjligheterna att påverka effekter av cytostatika som initierar oxidativ stress samt troligen även verkan av joniserande strålning på såväl tumörvävnad som normal vävnad. Vårt arbete kring betydelsen av intralysosomalt redoxaktivt järn kan förhoppningsvis leda till utveckling av farmakologiska metoder för både sensitering och skydd av celler för utfallet av tumörbehandling och har hittills resulterat i flera arbeten i högimpact tidskrifter (se ref)

Referenser

1. Zdolsek JM, Zhang H, Roberg K, Brunk UT: H202-mediated damage to lysosomal membranes of J-774 cells. Free Rad Res Commun. 18:71-85, 1993.

2. Brunk UT, Neuzil J, Eaton JW: Lysosomal involvement in apoptosis. Redox Report 6: 91-97, 2001.

3. Zhao M, Antunes F, Eaton JW, Brunk UT: Lysosomal enzymes promote mitochondrial oxidant production, cytochrome c release, and apoptosis. Eur. J. Biochem. 270: 3778-3786, 2003.

4. Kurz T, Leake A, von Zglinicki T, Brunk UT: Relocalized redox-active lysosomal iron is an important mediator of oxidative stress-induced DNA damage. Biochem J. 378:1039-1045, 2004.

5. Tenopoulou M, Doulias P-T, Barbouti A , Brunk UT, Galaris D: The role of compartmentalized redox-active iron on oxidative stress-induced DNA damage and apoptosis. Biochem. J. 387: 703-710, 2005.

6. The lysosomal-mitochondrial axis theory of postmitotic aging and cell death.
Alexei Terman, Bertil Gustafsson, Ulf T Brunk.
Chemico-Biological Interactions 163: 29-37, 2006. (Impactvärde 2,0)

7. Mitochondrial damage and intralysosomal degradation in cellular aging.
Alexei Terman, Bertil Gustafsson, Ulf T Brunk.
Molecular Aspects of Medicine 27: 471-482, 2006. (Impactvärde ej listat)

8. Intralysosomal iron chelation protects against oxidative stress-induced cellular damage.
Tino Kurz, Bertil Gustafsson and Ulf T Brunk.
FEBS Journal 273: 3106-3117, 2006. (Impactvärde 3,2)

9. Lysosomal Labilization.
A..Terman, T. Kurz, B. Gustafsson and U. T. Brunk.
IUBMB Life 58(9): 531-539, 2006. (Impactvärde 2,1)

10. Autophagy, organelles and ageing.
A. Terman, B. Gustafsson and U. T. Brunk.
Journal of Pathology 211:134-143, 2007. (Impactvärde 6,2)

Ytterligare manuskript är under utarbetande.

Ange forskningsområdet

Cell- och molekylärbiologi

Decision

Decision date: 2007-10-31

Brief description of each costApplied sumDecision SEKLFoUDecision comment
Lönemedel ALF-läkare 1
Lön 4 st LUS-veckor Bertil Gustafsson105 60079 2000ALF 3 veckor
Allmän forskningsersättning
Sökta medel för ersättning av medarbetare ( Tino Kurz) och material/reagens191 80075 0000ALF 75 tkr
sum297 400154 2000 

Grant providers for application

Forsknings-ALF, ansökningar
Fund group: Klinisk patologi

Contributes with 154200 SEK


Samband mellan lysosomalt redoxaktivt järn, oxidativ stress och DNA-skador av bland annat joniserande strålning | Application, from Region Östergötland
http://researchweb.org/is/en/lio/ansokan/10715