Toksikol
TOKSİK MADDELER VE oji
CANLILARA ETKİLERİ
BIY435
Kağnıdan Nu38 uçaklarına
• 1932’de Selahattin Alan, kendi yaptığı MMV-I (Milli Müdafaa Vekaleti) adlı uçağın gövdesine, amblem olarak bir kağnı figürü koymuş,
1944’de Türk Hava Kurumu Uçak Fabrikası tarafından üretilip
Damimarka’ya satılan THK-5A uçağı
1936 yılında tel motorlu olan ND 36’yı, 1928 yılında ise Nu.D 38 isimli 6 kişilik çift motorlu yolcu uçağını üretir.
Genetik toksikoloji
• Toksikolojinin bir alt dalı olan genetik toksikoloji,
organizmanın normal biyolojik işleyişi sırasında veya kimyasal, fiziksel ve biyolojik etkenlere bağlı olarak hücrelerin DNA moleküllerinde meydana gelen
değişiklikleri inceler.
Genotoksite
Genetik toksisite, genotoksinlerin
kromozom ve DNA yapısında meydana getirdiği hasarları
kapsayan bir terimdir.
Bu hasarlar genellikle gen mutasyonları,
kromozom anormallikleri, DNA zincir kırıkları ve
DNA eklentileridir
.Genotoksite
• Genetik toksisite ya da genotoksisite;
• çekirdek,
• kromozom ve
• DNA yapısında meydana gelen
• DNA eklentileri,
• DNA kırıkları,
• gen mutasyonları,
• kromozom anormallikleri,
• klastojenite ve anöploidi gibi hasarları kapsayan
genel bir terimdir.
Kanserleşme mekanizması
• Kimyasal maddelerle oluşan kanser, çevresel ve
endojen faktörler arasındaki etkileşmeleri içeren çok basamaklı kompleks bir prosestir.
• Bu mekanizmanın başlıca özelliği, somatik hücrelerin düzenli çoğalmasını sağlayan karmaşık kontrol
sisteminin bozulmasıdır. Kimyasal karsinojenezisin
neden olduğu malign neoplazma oluşumunda en az 3 önemli basamak bilinmektedir:
1) Başlangıç (initation);
2) Gelişme (promotion)
3) İlerleme (Progression).
Kanserleşme mekanizması
• Kimyasal karsinojenez gelişiminde 3 dönem;
• I- Başlangıç (initation); Kimyasalın DNA’da
yaptığı değişiklik Geliştiricilerle karşılaşıncaya kadar sessiz devre.
• II- Gelişme (promotion) Başlama evresindeki hücre geliştirici ile çoğalır - tümör oluşumu
• III- İlerleme (Progression) İyi huylu tümörün kötü huylu tümöre dönüşmesi .
Kanserleşme mekanizması
Genotoksik Non genotik kanserojenler
• Genotoksik Karsinojenler DNA’da hasar
oluştururlar. -Primer karsinojenler -Sekonder karsinojenler - İnorganik karsinojenler
• Epigenetik Karsinojenler Genotoksik etkileri yoktur. -Hormon modifikasyonu
-İmmunsüpresör etki gibi mekanizmalar rol
oynar.
Genotoksik Karsinojenler
• Primer karsinojenler (doğrudan etkili olanlar)
– Alkilleyici ajanlar (dimetilsülfat) –Aktif halojen bileşikleri
–Nitrözamidler
• Sekonder karsinojenler (biyoaktivasyon sonucu etkili )
–PAH’lar
–Aflatoksin B1 –Nitrozaminler
• İnorganik karsinojenler
–Kadmiyum,
–Nikel, Arsenik, – Krom Asbest.
Kanser yapan maddeler sınıfları
• Dünya Sağlık Örgütü’ne bağlı Uluslararası Kanser Araştırmaları Ajansı (IARC) tarafından insandaki karsinojenik etki risklerine göre kimyasaları 5 gruba ayırmıştır:
• Grup 1. İnsanda karsinojenik etkililer İnsanlarda kanser oluşturduklarına ait yeterli delil bulunan etkenler.
• Grup 2A. İnsanda karsinojenik etki olasılığı bulunanlar İnsandaki karsinojenik etkileri konusunda sınırlı delil ve deney hayvanlarındaki karsinojenik etkileri konusunda yeterli delil bulunan etkenler .
• Grup 2B. İnsanda muhtemelen karsinojenik etkili olanlar İnsandaki karsinojenik etkileri konusunda sınırlı delil ve deney hayvanlarındaki karsinojenik etkileri konusunda yeterli delil bulunmayan etkenler.
• Grup 3. İnsandaki karsinojenik etkileri yönünden sınıflandırılabilir olmayanlar Hiçbir gruba girmeyen etkenler.
• Grup 4. İnsanda karsinojenik etkisi olmayanlar İnsanda ve deney
hayvanlarında karsinojenik etkileri yönünden delil bulunmayan etkenler.
DNA Hasarı
Mutasyona yol açan etkiler MUTAGENLER
Mutajen, biyolojide canlı organizmaların DNA veya RNA gibi hücresel bilgi ve yönetim zincirlerinin moleküler yapısını değiştirerek söz konusu
organizmanın doğal olarak beklenen seviyenin çok üzerinde mutasyona uğramasına sebep olan
fiziksel veya kimyasal etmenlerdir. Nükleer radyasyon sonucu oluşan gama ve güneşten yayılan UV ışınımlar en bilinen doğal
mutajenlerdendir.
Nokta mutasyon BAZ değişimi:
•a) Silent (Sessiz) mutasyon: DNA üçlü (triplet) kodonunda bir nokta mutasyona rağmen kodondan
•sentezlenen amino asit değişmez.
•Ör: TTA Æ TTG (Transisyonel silent mutasyon)
• lösin lösin
•b) Missense (Kayıp) Mutasyon: DNA üçlü (triplet) kodonunda bir nokta mutasyon sonrasında kodondan
•sentezlenen aminoasit değişir.
•Ör: GCA Æ GAA (Transversiyonel missens mutasyon)
• alanin glutamik asit
•1 4 7 10 13 16 19
•ATG GGA GCT CTA TTA ACC TAA
• met gly ala leu leu thr stop
• 6
•ATG GGA GCT CTA TTT ACC TAA
• met gly ala leu phe thr stop
•c) Nonsense Mutasyon: Üçlü (triplet) kodonda meydana gelen bir nokta mutasyon sonrasında kodon
•STOP kodon oluşturur.
•Ör: TTA Æ TGA (Transversiyonel nonsense mutasyon)
• alanin STOP
•ATG GGA GCT CTA TTA
Nokta mutasyon INSERTION
DELETION Change of the reading frame
Büyük ölçekli mutation / Kromosomal mutasyon
Fiziksel etkiye bağlı DNA hasarı
İyonize radyasyon
- suyun iyon haline gelmesi (bazları etkilemesi) -> OH* radikaller; H
2O
2, O
2-
- Bazların oksitlenmesi, dimerization ...
UV radiation
- Aromatik halkların oluşması (bazlarda )
- Baz dimerizasyonu (T=T)
İyonize enerjinin direk indirek DNA hasarı
Kimyasallara bağlı DNA hasarı
Baz analogları
- incorporation into DNA
during replication
(5-Br-Uracil: AT -> GC)
DNA Hasarı yapan toksik maddeler
HNO
2, HSO
3-,Hydroxylamine, Methoxyamine
Bazlarda Deaminazasyona yol açar.(GC -> AT)
Kimyasalla bağlı DNA hasarı
Alkylsulphates, N-nitroso-alkyles, cis-platinum - alkylation of bases; crosslinks of dsDNA
cisplatin
cyclophosphamide
INTERCALATION & ADDUCT FORMATION
Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) & derivatives (N- acetyl-2-aminofluorene (AAF), benzo[a]pyrene)
Mycotoxins (aflatoxins) aduct formation with DNA (biomarkers)
DNA Hasarı yapan toksik madeler
Psoralen
DNA Hasarı
Genotoksik maddeler
Genotoksik madeler
Kanserleşme
Kanserleşme
• Kanser, normal büyüme ve farklılaşmayı
sağlayan mekanizmalar üzerindeki kontrolün kaybolması nedeniyle değişime uğramış bir hücrenin sınırsız çoğalması sonucu gelişen bir hastalıktır.
Kanserleşme
• Hücrelerin klonal olarak çoğalması, farklılaşması,
bağımsız fakat koordineli fonksiyonlara sahip olması, organizmanın bir bölümünden faklı bir bölümüne
taşınması, hasarlanma sonrası onarım olması veya olmaması için gerekli bilgilerin tümü genetik
dağarcıkta bulunmaktadır.
• Fizyolojik koşullarda belli bir kontrol altında
gerçekleşen bu işlemler kanserde bozulmuştur.
Kanserleşme
• Kontrolün kaybından bu fonksiyonların düzenlenmesinde hayati öneme sahip olan belli bir grup genin anormal
fonksiyonu sorumludur.
• Anormal gen fonksiyonu genetik hasarla ilişkili olduğundan karsinogenezde ilk adım her zaman genetik hasardır.
• Genomun çeşitli bölgelerinde oluşan hasarların birikimi ile bozulan kromozom yapısı yeniden düzenlenir.
• Mitoz hasarlı DNA’nın kopyalanması ile devam eder, hasarlı genlerin ürünleri hücresel metabolizmayı değiştirir ve
sonuçta hücre değişime uğrayarak bir tümör hücresine dönüşür.
Kanserleşme
TÜMÖR HÜCRELERİNDE GÖRÜLEN BİYOLOJİK VE BİYOKİMYASAL DEĞİŞİKLİKLER
• Tümör hücreleri normal hücrelerde bulunmayan
aşırı büyüme hızı, lokal invazyon, diferansiasyon,
anaplazi ve metastaz gibi bir takım farklı özellikler
gösterirler.
Genetik Toksisite Testleri
• Genetik Toksisite Testleri Genetik sistemler ile genotoksisitesi test edilmek istenen maddelerin
karsinojenik ve mutajenik potansiyelleri arasında ilişki kurulmasını sağlayan ve en yaygın olarak kullanılan
standart in vitro ve in vivo mutajenite testleri;
• Ames testi,
• Comet testi,
• Kromozom anormallikleri (KA) testi,
• Kardeş kromatit değişimi (KKD) testi ve
Mikronükleus (MN) testidir.
AMES
• Ames testi olarak da adlandırılan
Salmonella/mikrozom mutajenite testi, kimyasal maddelerin mutajenik etkilerinin araştırılmasında kullanılan, test parametreleri açısından en iyi
standardize edilmiş ve mutajen/karsinojen etkisi en iyi bilinen kimyasallarla geçerliliği en fazla kabul edilmiş bakteriyel test sistemlerinden biridir. Ayrıca hızlı, ucuz ve uygulanabilirliğinin kolay olması
nedeniyle çok yaygın bir kullanım alanına sahipti
AMES
AMES
• Histidin operonunun değişik bölgelerinde çeşitli
mutasyonlar içeren Salmonella typhimurium’unmutant suşları kullanılmaktadır.
• S. typhymurium’un yapay mutasyonla oluşturulmuş olan histidin
• sentezleme yeteneklerini kaybetmiş suşlarının, sitokrom P-450 enzimlerini içeren memeli karaciğer post
mitokondriyal süpernatant (S9) varlığında veya
yokluğunda, test bileşeni ile muamele edildikten sonra
• ikinci bir mutasyon geçirip histidini sentezleyebilen ve
histidinden bağımsız ortamda çoğalması esasına dayanır.
AMES
Histidinsiz ortamda üreyebilmelerine yol açan kendiliğinden geri mutasyona uğrayan koloniler sayılarak mutajenite Belirlenmektedir.
Ortamda pozitif mutajen bir kimyasal madde varsa, geri mutasyonla çoğalan bakteri koloni sayısı istatistiksel olarak anlamlı artmaktadır
COMET testi
• Comet tekniği, çeşitli ajanların yol açtığı DNA tek ve çift zincir kırıklarının tespiti için
kullanılan hassas, hızlı ve güvenilir bir
yöntemdir. Tek hücre jel elektroforez (Single cell gel electrophoresis) tekniği olarak da
adlandırılan Comet yöntemi, birçok memeli hücresinde çeşitli ajanların indüklediği DNA hasarı ve onarım bozukluğunun tayinini
amaçlayan çalışmalarda kullanılmaktadır
COMET testi
COMET testi
• Floresan mikroskop ile incelenen preparatlarda zarar
görmemiş DNA’lar comet (kuyruk) oluşturmazken, hasar görmüş DNA moleküllerindeki fragmentler farklı
moleküler ağırlıklarına ve farklı elektrik yüklerine sahip
olacaklarından elektriksel alanda farklı hızlarda hareket
ederek çekirdekten dışarı doğru göç etmekte ve kuyruklu
yıldız görünümü oluşturmaktadırlar (Şekil 3). Bu görünüm
nedeniyle bu tekniğe "Comet" adı verilmiştir. Comet testi
ile DNA hasarının kantitatif olarak saptanmasında; kuyruk
momenti, kuyruktaki DNA yüzdesi ve kuyruk uzunluğu gibi
parametreler kullanılmaktadır
COMET testi
COMET testi
Kromozom Anormallikleri (KA) Testi
• Kromozom kırıkları DNA’daki onarılmamış çift zincir kırıklarından, yeni yapıya sahip kromozomlar ise DNA’daki zincir kırıklarının yanlış
onarılmasından kaynaklanmaktadır. Genetik materyalde oluşan bu tip hasarlar tamir edilemediğinde ortaya çıkan yüksek KA frekansı ise, artmış kanser riskini göstermektedir .
• KA testi, mutajenler tarafından indüklenen çeşitli yapısal ve sayısal kromozomal anormalliklerin saptanması amacıyla sıklıkla kullanılan standart bir yöntemdir.
• In vitro KA testi ile memeli hücre kültürlerinde, in vivo KA testi ile genellikle kemik iliği hücrelerinde kromozom anormalliği frekansı değerlendirilebilmektedir. Ayrıca in vivo KA testi, özellikle mutajenik hasarın belirlenmesinde türe ve dokuya göre değişebilen
metabolizma, farmakokinetik ve DNA onarım mekanizmaları gibi
• faktörlerin değerlendirilmesine de olanak sağlamaktadır
