Aktivace AhR hraje hlavní roli v efektech environmentálních PAU na celulární endogenní metabolismus

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F00027162%3A_____%2F24%3AN0000182" target="_blank" >RIV/00027162:_____/24:N0000182 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Aktivace AhR hraje hlavní roli v efektech environmentálních PAU na celulární endogenní metabolismus

Popis výsledku v původním jazyce

Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) jsou významné polutanty životního prostředí, které vznikají nedokonalým spalováním uhlíkatých látek. Hlavním receptorem, který reguluje jejich metabolizaci je receptor pro aromatické uhlovodíky (AhR). Vedle dobře popsaných efektů jako je aktivace transkripce enzymů zapojených do detoxifikace PAU, AhR také ovlivňuje geny, které regulují energetický metabolismu buněk. V naší studii jsme zkoumali vliv čtyř vybraných PAU na genovou expresi související s energetickým metabolismem buněk. Do studie jsme vybrali fluoranthen (Fla) a pyrene (Pyr) - neaktivují AhR, nejsou genotoxické, benzo[a]pyren (BaP) - aktivuje AhR, zároveň je to silný genotoxin a prokázaný karcinogen a benzo[k]fluoranthen (BkF) aktivuje AhR, má 10x slabší genotoxický a karcinogenní efekt než BaP. Jako modelový induktor AhR jsme použili 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD), který není mutagen, ale je to lidský karcinogen skupiny 1. Studie byla provedena na diferencovaných HepaRG buňkách, které jsou považovány za vhodný model primárních hepatocytů. Zjistili jsme, že PAU aktivující AhR (BaP a BkF) ovlivňují hladiny genů, které se podílejí na regulaci transportu a metabolismu glukózy, lipidů a steroidů a to podobným způsobem jako modelový induktor AhR TCDD. Konkrétně snižují po 24h expozici expresi genu pro transportér glukózy SLC2A2, proteinu glukoneogeneze PCK1, glykogensyntázy GYS2 a zvyšují hladinu genu glykolytického enzymu hexokinázy 2 (HK2). Zjistili jsme, že tyto efekty přetrvávají i po 72h expozici s výjimkou GYS2 a HK2 po BaP, kdy hladiny exprese klesly na úroveň kontroly. Hladina glukózy uvolněná do média po 48 h byla snížena po expozici BkF a TCDD, ale BaP její hladinu významně neměnil. Metabolismus lipidů byl ovlivněn těmito látkami na úrovní syntézy triacylglycerolů (TAG), kdy byla mírně zvýšená exprese genu pro mitochondriální glycerolfosfát acyltransferázu (GPAM). Tady také přetrval efekt 72 h jen po expozici BkF. Hladina GPAM byla však zvýšená i po 24h expozici Pyr, který AhR neaktivuje. Pouze BaP zvyšoval expresi genu pro transportér mastných kyselin (CD36) a aktivaci mastných kyselin (ACSL5), které pak mohou vstoupit do beta-oxidace nebo syntézy glycerolipidů. Hladinu TAG jsme měřili barvením OilRedO a nebylo zjištěno žádné jejich navýšení. Produkt genu CYP4A11, který hydroxyluje mastné kyseliny, byl po námi studovaných AhR agonistech suprimovaný po 24 h i 72 h. K významné supresi došlo v obou časech po těchto látkách i u genu HMGCS2 Protein tohoto genu katalyzuje vznik HMG-CoA, který pak může být metabolizován na ketonové látky nebo cholesterol. Hladina cholesterolu měřená HPLC/MS/MS nebyla po žádném z měřených PAU změněná. Tato studie ukázala, že PAU ze skupiny agonistů AhR významně ovlivňují energetický metabolismus na úrovni exprese genů. Metabolomická analýza však v in vitro modelu HepaRG prokázala jen pokles hladiny glukózy a zvýšenou oxidaci mastných kyselin.

Název v anglickém jazyce

Activation of AhR plays a major role in the effects of environmental PAHs on cellular endogenous metabolism

Popis výsledku anglicky

"Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are significant environmental pollutants generated by incomplete combustion of carbon-containing materials. The primary receptor regulating their metabolism is the aryl hydrocarbon receptor (AhR). In addition to the well-described effects such as the activation of transcription of enzymes involved in PAH detoxification, AhR also influences genes that regulate cellular energy metabolism. In our study, we investigated the impact of four selected PAHs on gene expression related to cellular energy metabolism. We selected fluoranthene (Fla) and pyrene (Pyr), which do not activate AhR and are non-genotoxic; benzo[a]pyrene (BaP), which activates AhR and is a strong genotoxin and proven carcinogen; and benzo[k]fluoranthene (BkF), which activates AhR but has a tenfold weaker genotoxic and carcinogenic effect than BaP. As a model AhR inducer, we used 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD), which is non-mutagenic but classified as a Group 1 human carcinogen. The study was conducted on differentiated HepaRG cells, considered a suitable model of primary hepatocytes. We found that PAHs activating AhR (BaP and BkF) influence the expression levels of genes involved in the regulation of glucose, lipid, and steroid metabolism in a manner similar to the model AhR inducer TCDD. Specifically, after 24 hours of exposure, they decreased the expression of genes for the glucose transporter (SLC2A2), gluconeogenesis protein (PCK1), and glycogen synthase (GYS2) while increasing the expression of the glycolytic enzyme hexokinase 2 (HK2). These effects persisted after 72 hours of exposure, except for GYS2 and HK2 in BaP exposure, where expression levels returned to control levels. Glucose released into the medium after 48 hours was reduced following exposure to BkF and TCDD but was not significantly altered by BaP. Lipid metabolism was affected at the level of triacylglycerol (TAG) synthesis, with a slight increase in the expression of the gene for mitochondrial glycerol-3-phosphate acyltransferase (GPAM). This effect persisted for 72 hours only after BkF exposure. Interestingly, GPAM levels were also elevated after 24 hours of exposure to Pyr, which does not activate AhR. Only BaP increased the expression of genes for fatty acid transporter (CD36) and fatty acid activation (ACSL5), facilitating entry into β-oxidation or glycerolipid synthesis. TAG levels, assessed by Oil Red O staining, showed no significant increase. The product of the CYP4A11 gene, which hydroxylates fatty acids, was suppressed by AhR agonists at both 24 and 72 hours. Significant suppression of the HMGCS2 gene, which catalyzes HMG-CoA formation for ketone body or cholesterol synthesis, was observed after both time points. Cholesterol levels, measured by HPLC/MS/MS, were not altered by any of the PAHs tested. This study demonstrates that PAHs from the AhR agonist group significantly influence energy metabolism at the gene expression level. However, metabolomics analysis in the HepaRG in vitro model revealed only a decrease in glucose levels and increased fatty acid oxidation."

Druh

O - Ostatní výsledky

CEP obor

—

OECD FORD obor

30108 - Toxicology

Projekt

<a href="/cs/project/GA24-10086S" target="_blank" >GA24-10086S: Dopady působení polycyklických aromatických uhlovodíků na buněčné procesy spojené se stresovou signalizací a deregulací metabolismu</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2024

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů