Phd Antonia Asimakopoulou.Pdf
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ Φαρμακολογικός χαρακτηρισμός ουσιών που μεταβάλλουν τα επίπεδα H 2 S: μεταβολές στην κυτταρική σηματοδότηση και επιπτώσεις στις κυτταρικές λειτουργίες. ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΑΣΗΜΑΚΟΠΟΥΛΟΥ ΑΝΤΩΝΙΑ ΧΗΜΙΚΟΣ, MSc ΠΑΤΡΑ 2017 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ Φαρμακολογικός χαρακτηρισμός ουσιών που μεταβάλλουν τα επίπεδα H 2 S: μεταβολές στην κυτταρική σηματοδότηση και επιπτώσεις στις κυτταρικές λειτουργίες. ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ H παρούσα έρευνα έχει συγχρηματοδοτηθεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο - ΕΚΤ) και από εθνικούς πόρους μέσω του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» του Εθνικού Στρατηγικού Πλαισίου Αναφοράς (ΕΣΠΑ) – Ερευνητικό Χρημα τοδοτούμενο Έργο: ΘΑΛΗΣ: «Υδρόθειο (H 2 S) ένας νέος ενδογενής ρυθμιστής της αγγειογένεσης: μελέτες σηματοδότησης, φυσιολογικοί και παθοφυσιολογικοί ρόλοι και ανάπτυξη φαρμακολογικών αναστολέων». MIS : 380259, Φ.Κ.: D 554 ΑΣΗΜΑΚΟΠΟΥΛΟΥ ΑΝΤΩΝΙΑ ΧΗΜΙΚΟΣ, MSc ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Φαρμακολογικός χαρακτηρισμός ουσιών που μεταβάλλουν τα επίπεδα H 2 S: μεταβολές στην κυτταρική σηματοδότηση και επιπτώσεις στις κυτταρικές λειτουργίες. ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΤΟΠΟΥΖΗΣ ΣΤΑΥΡΟΣ ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΠΑΝ/ΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΠΑΠΑΠΕΤΡΟΠΟΥΛΟΣ ΑΝΔΡΕΑΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΕΚΠΑ ΜΕΛΟΣ ΤΡΙΜΕΛΟΥΣ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΤΙΚΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗΣ ΣΠΥΡΟΥΛΙΑΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΠΑΝ/ΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ ΜΕΛΟΣ ΤΡΙΜΕΛΟΥΣ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΤΙΚ ΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗΣ ΚΥΠΡΑΙΟΣ ΚΥΡΙΑΚΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΠΑΝ/ΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ ΜΕΛΟΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗΣ ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΠΑΝ/ΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ ΜΕΛΟΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗΣ ΠΟΥΛΑΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΠΑΝ/ΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ ΜΕΛΟΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗΣ ΦΟΥΣΤΕΡΗΣ ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΠΑΝ/ΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ ΜΕΛΟΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗΣ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Με την ολοκλήρωση της παρούσας διδακτορικής διατριβής, θα ήθελα να ευχαριστ ήσω όλους όσους συνέβαλλαν, ο καθένας με το δικό του τρόπο, σε αυτή την προσπάθεια . Είχα την τιμή να συνεργαστώ με αξιόλογους και διακεκριμένους ανθρώπους, ερευνητές, καθηγητές και θα ήθελα να εκφράσω την ευγνωμοσύνη μου . Αρχικά θα ήθελα να ευχαριστήσω ιδιαίτερα τον επιβλέποντα Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Σταύρο Τοπούζη για την άρι στη συνεργασία, την ευγενική διάθεση, τις πολύτιμες συμβουλές αλλά και τη δημιουργική κριτική και καθοδήγηση, την εμπιστοσύνη και κατανόηση που μου έδειξε όλα τα χρόνια της συνεργασίας μας. Θα ήθελα να ευχαριστήσω ολόθερμα τον Καθηγητή κ. Ανδρέα Παπαπετρόπ ουλο, μέλος τη ς τριμελ ούς συμβουλευτικής επιτροπής, για την άψογη συνεργασία , την αστείρευτη εμπιστοσύνη και γενναιοδωρία , την καθοδήγηση και υποστήριξη, αλλά και την αμέριστη κατανόηση και συμπαράσταση, όλα τα χρόνια της συνεργασίας μας. Επίσης θα ήθελα ν α ευχαριστήσω τον Καθηγητή κ. Γεώργιο Σπυρούλια , για τη συμμετοχή του στην τριμελή συμβουλευτική επιτροπή, την ειλικρινή διάθεση για συνεχή και εποικοδομητική συνεργασία, τη ν ανιδιοτελή βοήθεια και φιλοξενία , αλλά και την ευχάριστη ατμόσφαιρα από όλα τα μέ λη της ομάδας του. Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά την Καθηγήτρια κ. Ευαγγελία Παπαδημητρίου και τον Επίκουρο Καθηγητή κ. Εμμανουήλ Φουστέρη , για τη συμμετοχή στην επταμελή εξεταστική επιτροπή, για την ειλικρινή και ευγενική διάθεση αλλά και για τις γνώσεις και συμβουλές που μου παρείχ αν όλα τα χρόνια της παρουσίας μου στο Τμήμα Φαρμακευτικής . Είναι τιμή μου, και ευχαριστώ πάρα πολύ, να συμμετέχουν στην επταμελή εξεταστική επιτροπή ο Αναπληρωτής Καθηγ ητής κ. Κωνσταντίνος Πουλάς και ο Καθηγητής κ. Κυριάκος Κυπραίος. Δεν μπορώ να παραλείψω και να μην ευχαριστήσω τον αείμνηστο φίλο ερευνητή Ciro Coletta και τον Καθηγητή του UTMB, Csaba Szabo, των οποίων η προσφορά και διάθεση ήταν καταλυτική μεν για την ολοκλήρωση της παρούσας διατριβής, πολύ περισσότ ερο δε για τη διαμόρφωση του επιστημονικού, αλλά και προσωπικού, χαρακτήρα. Ευχαριστώ επίσης τους ερευνητές Zongmin Zhou και Katalin Modis για την συνεχή και αστείρευτη διάθεση, την εκμάθηση και κατάρτιση επιστημονικών αλλά και τεχνικών γνώσεων. Θα ήθελα ν α ευχαριστήσω ακόμα τον Καθηγητή Αθανάσιο Γιάννη και τον Ερευνητή Διονύσιο Βουρλούμη, για την εμπιστοσύνη τους να μελετήσω τις ενώσεις που συνέθεσαν οι ομάδες τους, καθώς και τον Καθηγητή κ. Σπύρο Τζαμαρία, την Ερευνήτρια Β΄ κ. Ελένη Ντότσικα και τον Ερευνητή Γ΄ κ. Δημήτριο Μπέη, οι οποίοι συνέβαλλαν, ο καθένας με διαφορετικό τρόπο, στην προσπάθειά μου να ολοκληρώσω την διδακτορική μου διατριβή. Είχα την τιμή και χαρά να δουλέψω και να συνεργαστώ με διάφορες επιστημονικές ομάδες σε διαφορετικά εργαστήρ ια. Από όλη τη διαδρομή μου στο επιστημονικό αυτό μονοπάτι, ξεχώρισαν για τη φιλία, την ευχάριστη και αμέριστη διάθεση, την κατανόηση, συμπαράσταση και υποστήριξη, οι συνάδελφοι και φίλοι Κατερίνα Τσίκα, Αθανασία Παυλίδου, Αντωνία Κατσούδα, Ίρις Μπιμπλή, Α θανασία Χατζηαναστασίου και ιδιαίτερα οι φίλοι μου, η Γεωργία Λαϊνιώτη και ο Παναγιώτης Μπουντούρης, οι οποίοι με βοήθησαν και με στήριξαν σε σημαντικά προσωπικά θέματα. Τέλος, θέλω να ευχαριστήσω την οικογένειά μου, τα αδέρφια μου Γεράσιμο και Σπυριδούλα και τους γονείς μας, Ανδρέα και Βίτα, οι οποίοι είναι αρωγοί σε κάθε βήμα μου και για αυτό τους αφιερώνω το πόνημα αυτό. Τους ευγνωμονώ και τους αγαπάω πάντα! Περιεχόμενα Περίληψη Summary Συντμήσεις 1. Εισαγωγή 1 1.1 Το H 2 S 3 1.2 Φυσικοχημικές ιδιότητες του H 2 S 4 1.3 Μεταβολισμός του H 2 S 5 1.3.1 Ενδογενής παραγωγή H 2 S 5 1.3.2 Ένζυμα βιοσύνθεσης H 2 S 6 1.3.3 Καταβολισμός του H 2 S 13 1.4 Μηχανισμοί σηματοδότησης που εκκινούνται από το H 2 S 14 1.5 Βιολογικές δράσεις του H 2 S 16 1.5.1 Το H 2 S στο κεντρικό νευρικό σύστημα 17 1.5.2 Το H 2 S στο καρδιαγγειακό σύστημα 17 1.5.3 H 2 S και καρκίνος 19 1.5.4 H 2 S και μεταβολισμός 21 1.5.5 H 2 S και οξειδωτικό στρες 22 1.6 Φαρμακολογία του H 2 S 23 1.7 Τεχνικές ανίχνευσης και προσδιορισμού 28 2. Σκοπός 33 3. Μέθοδοι 37 3.1 Καλλιέργειες βακτηριακών κυττάρων 39 3.1.1 Παρασκευή στερεού θρεπτικού υλικού 39 3.1.2 Εισαγωγή πλασμιδίου σε κύτταρα E.coli (μετασχηματισμός) 39 3.1.3 Αποθήκευση βακτηρίων 41 3.1.4 Απομόνωση πλασμιδιακού DNA μικρής κλίμακας (mini prep) 42 3.1.5 Απομόνωση πλασμιδιακού DNA μεγάλης κλίμακας (midi prep) 44 3.1.6 Εύρεση βέλτιστων συνθηκών πρωτεϊνικής έκφρασης 45 3.1.6.1 Ανάπτυξη προκαλλιέργειας 46 3.1.6.2 Ανάπτυξη καλλιέργειας μικρής κλίμακας 47 3.1.7 Καλλιέργεια μεγάλης κλίμακας 48 3.1.7.1 Kαλλιέργεια για την έκφραση της GST - CSE 48 3.1.7.2 Καλλιέργεια για την έκφραση της GST - CBS 48 3.1.7.3 Kαλλιέργεια για την έκφραση της GST - 3ΜSΤ 48 3.1.8 Λύση των βακτηριακών κυττάρων 49 3.2 Απομόνωση GST - χιμαιρικών πρωτεϊνών με χρωματογραφία συγγένειας 50 3.3 Καλλιέργειες ευκαρυωτικών κυττάρων 53 3.3.1 Θρεπτικά μέσα καλλιέργειας κυττάρων 54 3.3.2 Ανακαλλιέργεια κυττάρων 54 3.3.3 Μέτρηση κυττάρων σε αιματοκυτταρόμετρο Neubauer 56 3.3.4 Κατάψυξη κυττάρων 57 3.3.5 Απόψυξη κυττάρων 58 3.4 Απομόνωση πρωτεϊνών από καλλιέργειες ευκαρυωτικών κυττάρων 59 3.5 Προσδιορισμός συγκέντρωσης ολικής πρωτεΐνης σε διάλυμα 60 Ανάλυση πρωτεϊνών με ηλεκτροφόρηση σε πήκτ ωμα πολυακρυλαμιδίου 3.6 61 (SDS - PAGE) 3.7 Απεικόνιση πρωτεϊνών με χρώση Coomassie 63 3.8 Ανάλυση πρωτεϊνών κατά Western 64 3.9 Προσδιορισμός παραγωγής υδροθείου 66 3.9.1 Tεχνική του κυανού του μεθυλενίου 66 3.9.2 Τεχνική του AzMC φθορισμού 71 3.10 Έλεγχος της επίδρασης ουσιών στον πολλαπλασιασμό των κυττάρων 73 3.10.1 Τεχνική του ΜΤΤ 73 3.10.2 Τεχνολογία του xCELLigence 75 3.11 Στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων 76 4. Αποτελέσματα 77 Σάρωση χημικών ενώσεων και επιλογή ουσιών με ανασταλτική δράση 4.1 81 έναντι των ενζύμων βιοσύνθεσης H 2 S 4.1.1 Απομόνωση των ενζύμων CSE και CBS 81 4.1.2 Μελέτη και χαρακτηρισμός ουσιών ως αναστολέων παραγωγής H 2 S 82 4.1.3 Σάρωση βιβλιοθήκης χημικών ενώσεων LOPAC 88 4.1.4 Έκφραση και απομόνωση του ενζύμου 3MST 90 4.1.5 Έλεγχος δραστικότητας του ενζύμου 3MST in vitro 91 Προσδιορισμός συνθηκών αντίδρασης για την παραγωγή H S από το 4.1.6 2 92 ένζυμο 3MST in vitro 4.1.6.1 Μελέτη της ποσότητας του ενζύμου 92 4.1.6.2 Μελέτη της συγκέντρωσης του υποστρώματος 92 Έλεγχος της εκλεκτικότητας των αναστολέων των ενζύμων βιοσύνθεσης 4.1.7 94 H 2 S Μελέτη των τετρακυκλινών ως αναστολείς των ενζύμων βιοσύνθεσης 4.2 99 Η 2 S Επίδραση της Δοξυκυκλίνης και Δεμεκλοκυκλίνης στην παραγωγή Η S 4.2.1 2 99 in vitro 4.2.2 Επίδραση των τετρακυκλινών στην παραγωγή Η 2 S in vitro 102 Επίδραση της Δοξυκυκλίνης και Δεμεκλοκυκλίνη ς στον κυτταρικό 4.2.3 104 πολλαπλασιασμό 4.3 Επίδραση της SAM στο σηματοδοτικό μονοπάτι CBS/ H 2 S 109 4.3.1 Επίδραση της SAM στη δραστικότητα του ενζύμου CBS in vitro 109 4.3.2 Επίδραση της SAM στην παραγωγή H 2 S σε κυτταρικό σύστημα 110 4.3.3 Επίδραση της SAM στον κυτταρικό πολλαπλασιασμό 112 5. Συζήτηση 117 Παράρτημα Αποτελεσμάτων 139 Πίνακας α ποτελ ε σμ ά τ ων σάρωσης της βιβλιοθήκης LOPAC έναντι του ενζύμου 141 C Β S Πίνακας α ποτελ ε σμ ά τ ων σάρωσης της βιβλιοθήκης LOPAC έναντι του ενζύμου 156 CSΕ Σάρωση της βιβλιοθήκης LOPAC έναντι του ενζύμου CBS 171 Σάρωση της βιβλιοθ ήκης LOPAC έναντι του ενζύμου C S Ε 174 Βιβλιογραφία 177 Δημοσιεύσεις 213 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το υδρόθειο (H 2 S), είτε ενδογενώς παραγόμενο είτε εξωγενώς χορηγούμενο (μέσω «δοτών»), αποτελεί ένα σηματοδοτικό μόριο , με πλειοτροπικές και πολυπαραγοντικές βιολογικές δράσεις. Το H 2 S επηρεάζει διάφορε ς φυσιολογικές λειτουργίες όπως τη ρύθμιση του αγ γειακού τόνου, την αγγειογένεση και τη νευροδιαβίβαση, αλλά απορρύθμιση της παραγωγής του μ πορεί να οδηγήσει και σε παθολογικές καταστάσεις όπως νευροεκφυλιστικές καταστάσεις, καρκίνο, κυκλοφορικές και ενδοκρινικές διαταραχές. Η βιοσύνθεσ ή του γίνεται από ένζυμα του μεταβολισμού της L - κυστεΐνης, τη β - συνθετάση της κυσταθειονίνης (cystathionine β synthase, CBS) και τη γ - λυάση της κυσταθειονίνης (cystathionine γ lyase, CSE) καθώς και από το ένζυμο σουλφοτρανσφεράση του 3 - μερκαπτοπυροσταφυλικού (3 - mercaptopyruvate sulphurtransferase, 3MST). Τα δύο πρώτα ένζυμα χρησιμοποιούν ως υπόστρωμα το αμινοξύ L - κυστεΐνη ή/και την ομοκυστεΐνη και η δράση τους εξαρτάται από το συνένζυμο φωσφορική πυριδοξάλη (pyridoxal - 5’ - phosphate, PLP).