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Superossido dismutasi manganese dipendente e polimorfismi

Superossido dismutasi manganese dipendente e polimorfismi

La superossido dismutasi manganese dipendente (MnSOD), è un enzima antiossidante mitocondriale che catalizza la conversione dei radicali superossido in idrogeno perossido.

L’ MnSOD è codificata dal gene SOD2 localizzato al locus 6q25.  Il gene presenta due polimorfismi, C(-28)T e T175C:

  • il polimorfismo C(-28)T influenza la distribuzione intracellulare dell’enzima, prevenendo l’ingresso di quest’ultimo all’interno dei mitocondri. Tale polimorfismo è stato associato ad un rischio maggiore di sviluppo di alcune patologie, in particolare quelle cardiovascolari. Tuttavia è l’assenza del polimorfismo, e non la sua presenza, a favorire lo sviluppo di tali patologie. L’effetto favorevole della presenza di tale polimorfismo è dovuto al fatto che l’enzima rimane funzionale, ma distribuito all’interno della cellula invece che essere concentrato nei mitocondri. Il rischio di insorgenza delle suddette patologie diminuisce con una maggiore introduzione con la dieta di cibi ricchi di antiossidanti.
  • Il polimorfismo T175C, invece, riduce la stabilità dell’enzima attivo di circa 3 volte.

Lo studio dimostra l’esistenza di una relazione tra esposizione professionale a stirene e danno ossidativo agli acidi nucleici. In particolare, U-8-oxoGuo (specifico dell’ossidazione a carico dell’RNA) e U-8-oxoGua (derivante dalla riparazione del DNA ad opera di hOGG1) sono risultati gli indicatori più sensibili di danno ossidativo indotto dall’esposizione a stirene, mentre U-8-oxodG non ne era significativamente influenzato. Il polimorfismo dell’hOGG1 sembra svolgere un ruolo funzionale in vivo, modulando significativamente i livelli di danno ossidativo nel sangue e agendo come modificatore d’effetto. Infine, l’esposizione a stirene sembrerebbe in grado di indurre i meccanismi di riparazione del danno ossidativo al DNA.

hOGG1

La proteina hOGG1 presenta diversi polimorfismi di cui il più studiato è la variazione di una citosina con una guanina in posizione 1245 (1245C>G), che porta alla sostituzione amminoacidica di una serina con una cisteina nel codone 326 (Ser326Cys). La frequenza allelica di tale polimorfismo è del 22-45% in base alla popolazione considerata [64]; in particolare, nella popolazione caucasica, la variante allelica presenta una frequenza di circa il 22% [65][66]. L’effetto del polimorfismo sull’attività della proteina non è ancora stato del tutto chiarito; ad ogni modo, in base al risultato di diversi studi tesi a indagare il fenomeno della carcinogenesi [64], si può comunque presupporre che tale variazione vada a diminuire la funzionalità di hOGG1 [67].

Stress ossidativo & bilancio nutrizionale. Elementi in traccia ed enzimi.

Il bilancio tratta gli enzimi eritrocitari che rispondono allo stress ossidativo, glioligoelementi indispensabili per l’azione di questi, un marcatore delle riserve di ferro e un antiossidante idrofilo (acido urico). Questo bilancio completa il bilancio di vitamine e antiossidanti per la valutazione delle difese antiossidanti dell’organismo.

Parametri analizzati:

  • Glutatione perossidasi (GPX) Selenio
  • Superossido dismutasi (SOD) Rame
  • Emoglobina (HGB) Zinco
  • GPX/HGB SOD/HGB
  • Ferritina Urati

Genetica

  • OGG1 8-oxoguanina DNA-glicosilasi 1
  • SOD2 Superossido dismutasi 2
  • SULT1A1 Famiglia delle sulfotransferasi, citosolica, 1, membro 1
  • GSTM1 Glutatione-S-transferasi M1
  • GSTT1 Glutatione-S-transferasi teta 1
  • GSTP1 Glutatione-S-transferasi P1
  • COMT Catecol-O-metiltransferasi
  • IL6 Interleuchina 6
  • IL10 Interleuchina 10
  • NAT2 N-acetiltransferasi 2

Patofisiologia

La glutatione perossidasi 1 (GPX-1) è un enzima codificato da un membro del gruppo GPX1-8. La GPX-1 detossifica il perossido di idrogeno (H2O2). È il più importante enzima antiossidante nell’uomo. La superossido dismutasi (SOD) trasforma il superossido in ossigeno e H2O2. Questi due enzimi primari sono coinvolti nella regolazione dello stress ossidativo. Una sovraespressione di SOD può generare un eccesso di H2O2, mentre una sottoespressione provoca un eccesso di anione superossido O2, dannoso poiché l’O2 inibisce la GPX.

Nei pazienti coronarici un basso livello di GPX1 è associato a un maggior rischio di evento cardiovascolare. Le microcarenze di zinco hanno una prevalenza particolarmente elevata. La ferritina serve per valutare la presenza di un eccesso di ferro o di un’infiammazione, due condizioni pro-ossidanti accertate.

Anche se la presenza in eccesso può essere patologica, l’acido urico è un composto antiossidante idrofilo importante che gioca un ruolo preponderante nella capacità antiossidante del plasma.

Determinati medicamenti possono influire sulla condizione antiossidante o sul tasso degli oligoelementi. Per esempio, l’assunzione di estrogeni aumenta molto il rame sierico e può ridurre lo zinco.

Preferiamo una correzione degli squilibri adottando misure dietetiche appropriate; l’assunzione continuata di supplementi a dosaggio elevato senza controllo medico può provocare effetti indesiderati.

V1-03.11 Genetica

Quest’analisi si focalizza esclusivamente su una serie di fattori indipendenti di patologie specifiche. L’analisi comprende 17 varianti in 10 geni che codificano per diverse proteine responsabili dei meccanismi di difesa contro lo stress ossidativo (OGG1, SOD2, SULT1A1, GSTM1, GSTT1, GSTP1, COMT e NAT2).

Applicazioni cliniche e indicazioni. Determinazione e controllo degli stress ossidativi

Bilancio associato: vitamine e antiossidanti

  • GPX-1
  • SOD

Riduce l’idroperossidasi ossidando il glutatione. Converte l’anione superossido O2 in H2O2.

  • Cofattore: selenio
  • Cofattore: rame
  • Stabilizzatore: zinco

Diagnostica avanzata: il CYP3A4

Nell’uomo, la sottofamiglia del CYP3A è composta da almeno 4 geni ed il CYP3A4 sembra essere il più importante espresso sia nel fegato che nell’intestino. La variabilità interindividuale nell’attività catalitica è accentuata, tuttavia finora non è stata dimostrata l’esistenza di alcun polimorfismo genetico. I CYP3A rappresentano circa il 30 % di tutti gli isoenzimi del CYP450 presenti a livello epatico ed essendo caratterizzati una ampia specificità di substrato, contribuiscono al metabolismo di circa il 50 % dei farmaci utilizzati. Numerosi composti sono stati identificati come substrati del CYP3A4, tra cui antidepressivi triciclici (amitriptilina, clomipramina, imipramina), benzodiazepine (alprazolam, midazolam, triazolam), calcio-antagonisti (nifedipina, felodipina, diltiazem, verapamil), antibiotici (eritromicina, claritromicina, dapsone), antistaminici (terfenadina, astemizolo), e molti altri tra cui la ciclosporina, l’alfentanil e il lovastatin. Il CYP3A3/4 è anche responsabile del metabolismo di alcuni ormoni endogeni come ad esempio della 6b-idrossilazione di cortisolo, testosterone e desametasone. Farmaci quali gli antifungini azolici (ketoconazolo, itraconazolo, fluconazolo), antibiotici macrolidi (eritromicina claritromicina troleandromicina) e la cimetidina, sono potenti inibitori di questa isoforma. E’ interessante ricordare inoltre che anche alcuni flavonoidi naturali presenti nel succo di pompelmo (narigenina, quercitina) sono in grado di inibire il CYP3A4, e possono quindi determinare significative interazioni (midazolam, nifedipina, felodipina).

Il CYP3A4 è anche soggetto all’effetto induttore di farmaci quali alcuni antiepilettici (carbamazepina, fenitoina), barbiturici, rifampicina e glucocorticoidi (desametasone). Esempi relativi al fenomeno dell’induzione del CYP3A4 sono la riduzione dell’efficacia dei contraccettivi orali in seguito ad una diminuzione dei livelli di estradiolo o l’effetto induttivo della carbamazepina sul suo stesso metabolismo (autoinduzione) che si evidenzia in poco più di una settimana di terapia.Riveste un certo interesse il fatto che l’attività del CYP3A4 sembra essere più elevata nelle donne che negli uomini come dimostrato con il metilprednisolone. Si deve infine ricordare che il CYP3A4 è l’enzima maggiormente rappresentato a livello del tratto gastrointestinale, dove può essere responsabile del metabolismo di molti farmaci (terfenadina, astemizolo, triazolam).

Un elenco dei substrati, inibitori ed induttori dell’enzima, e di alcune comuni interazioni è presentato nelle tabelle di seguito.

Substrati, inibitori, ed induttori del CYP3A4

SUBSTRATI

INIBITORI

INDUTTORI

Antidepressivi

(Imipramina, amitriptilina, sertralina, venlafaxina, nefazodone)

Benzodiazepine (alprazolam, triazolam, midazolam)

Antifungini (ketoconazolo, astemizolo)

Inibitori delle proteasi (ritanovir, indinavir, nelfinavir, saquinavir)

Antidepressivi

(Nefazodone > fluvoxamina > fluoxetina > sertralina, paroxetina, venlafaxina)

Antifungini azolici (Ketoconazolo, itraconazolo, fluconazolo)

Carbamazepina
Desametasone
Fenobarbitale
Fenitoina
Rifampicina
Altri
Terfenadina

Verapamil
Testosterone
Teofillina
Carbamazepina
Cisapride
Desametasone
Eritromicina
Etinilestradiolo
Gliburide
Ciclosporina
Lovastatina
Altri
Cimetidina

Claritromicina
Diltiazem
Eritromocina
Inibitori delle proteasi

Esempi di interazioni tra farmaci metabolizzati dal CYP3A4

Farmaci interferenti

Meccanismo dell’interazione

Conseguenze cliniche

Fluoxetina-calcio antagonisti La fluoxetina, attraverso la formazione del metabolita norfluoxetina, inibisce l’attività del CYP3A4, enzima che metabolizza molti calcio antagonisti. Nausea, vampate, edema, mal di testa.
Fluoxetina-alprazolam La fluoxetina, attraverso la formazione del metabolita, norfluoxetina, inibisce l’ attività del CYP3A4, enzima che metabolizza l’alprazolam. L’interazione non è stata evidenziata con il triazolam, il quale viene metabolizzato principalmente a livello gastrointestinale. Diminuzione delle capacità cognitive e dell’attività psicomotoria.
Astemizolo-ketoconazolo Il ketoconazolo è un potente e selettivo inibitore del CYP3A4, utilizzato a tale scopo anche negli studi in vitro, e può inibire quasi completamente il metabolismo dell’astemizolo. Cardiotossicità

GSTP1 – glutatione S-tranferasi P1

GSTP1: Chemioterapia con derivati del platino

La famiglia di enzimi dimerici glutatione S-tranferasi ha un ruolo cruciale nella detossificazione di una grande numero di composti tossici, tra i quali vari agenti chemioterapici. Tali enzimi sono codificati da geni polimorfici comprendente 5 classi: alpha, Pi, Mu, Theta e Zeta. Tra questi, l’enzima codificato dal gene GSTP1 sembra quello maggiormente implicato nella detossificazione di chemioterapici derivati dal platino. Oltre al ruolo fisiologico di detossificazione da xenobiotici tossici, è stato dimostrato attraverso studi di transfezione e di farmacocinetica che molti agenti chemioterapici (come melfalan, ciclofosfamide, doxorubicina, vincristina ed altri) possono essere substrato del GSTP1.

Recentemente, un comune polimorfismo del gene GSTP1 è stato associato ad una probabilità maggiore sopravvivenza in pazienti con stadio avanzato di cancro colon-rettale dopo trattamento chemioterapico con 5-FU/oxaliplatino. Questo polimorfismo, denominato ILE105VAL, è caratterizzato da una singola sostituzione A>G a livello del nucleotide 1578 e determina a livello della proteina una sostituzione aminoacidica isoleucina>valina in posizione 105, con conseguente diminuizione dell’ attività enzimatica. La variante GSTP1 105Val ha una frequenza del 33% tra la popolazione Caucasica con un 14% di omozigoti. In questo studio è stato dimostrato che, i pazienti omozigoti AA hanno una probabilità di sopravvivenza a 18 mesi del 5%, mentre negli eterozigoti AG questa probabilità aumenta al 33% e raggiunge il 71% nei pazienti omozigoti GG. Questa riduzione di rischio in soggetti omozigoti GG risulta essere inoltre indipendente da marker prognostici noti quali stadio di differenziazione e localizzazione del tumore.

L’analisi del polimorfismo 1578A>G del gene GSTP1 può dunque essere utile da un punto di vista clinico per individuare e selezionare quei pazienti che possono beneficiare maggiormente della chemioterapia con derivati del platino.

Polimorfismi investigati:

Mutazioni del gene GSTP1 investigate

GSTP1 Allele

Esone/introne

Mutazione

Effetto sulla Proteina

Effetto sull’attività enzimatica

*A

wild type

*B

c.313A>G

I105V

*C

c.313A>G
c.341C>T

I105V, A114V

UGT1A1 – UDP-glucorosil-transferasi A1 UGT1A1 e Chemioterapia con irinotecan   Recenti evidenze suggeriscono che la farmacocinetica e la tossicità da trattamento chemioterapico con irinotecan risulti essere determinata dalla variabilità genetica a livello della regione TATA box del promotore del gene UDP-glucorosil-transferasi A1 (UGT1A1).Nella popolazione generale si osservano tre principali genotipi a livello del promotore di questo gene: il genotipo omozigote wild type, caratterizzato da 6 ripetizioni del dinucleotide timidina-adenina e denominato (TA)6/6, il genotipo omozigote mutato con 7 ripetizioni del dinucleotide TA denominato (TA)7/7, e il genotipo eterozigote denominato (TA)6/7 che possiede su un cromosoma l’allele wild type e sull’altro cromosoma l’allele con la ripetizione extra.L’introduzione del dinucleotide extra determina una diminuizione dell’attività enzimatica con conseguente aumento dei livelli del metabolica attivo dell’irinotecan ed insorgenza di gravi effetti collaterali. In particolare, come recentemente mostrato, tra i pazienti trattati con irinotecan, quelli aventi genotipo (TA)7/7 e (TA)6/7 mostrano una maggiore severità di effetti avversi, tra cui diarrea e neutropenia, rispetto a pazienti con genotipo (TA)6/6. L’analisi del polimorfismo (TA) 6/7 nel promotore del gene UGT1A1 può dunque essere utile da un punto di vista clinico per individuare i pazienti che possono beneficiare maggiormente della chemioterapia con irinotecan.

Mutazioni del gene UGT1A1 investigate

UGT1A1 Allele

Esone/introne

Mutazione

Effetto sulla Proteina

Effetto sull’attività enzimatica

*1

promoter repeat [TA] 6

wild type

*28

promoter repeat [TA] 7

Attività Diminuita

*36

promoter repeat [TA] 5

Attivita’ aumentata

*37

promoter repeat [TA] 8

Attività Diminuita

 

Cistationina Beta Sintetasi (CBS): polimorfismi C699T e T1080C

La CBS è un enzima necessario per convertire l’omocisteina in Cistatione. Tale enzima riduce i livelli di omocisteina. E’ stato dimostrato che due polimorfismi del gene CBS (C699T e T1080C) determinano un aumento dell’attività dell’enzima, riducendo la quantità di omocisteina nel sangue. Tali polimorfismi sono associati con un rischio ridotto di insorgenza di patologie coronariche.

PARAOXONASI 1 (PON1): polimorfismo Gln192Arg

La Paraoxonasi  è una glicoproteina calcio-dipendente, che circola nelle lipoproteine ad alta densità (HDL), in grado di prevenire la perossidazione delle lipoproteine a bassa densità (LDL) e di contrastare pertanto il processo ateromasico. Il gene PON1, codificante tale proteina, appartiene ad una famiglia multigenica insieme ad altri due geni PON-simili, denominati PON2 e PON3, tutti localizzati sul braccio lungo del cromosoma 7. Sono noti diversi polimorfismi del cluster dei geni PON: il polimorfismo Gln192Arg nel gene PON1; è stato associato a rischio cardiovascolare, in quanto favorenti il processo aterosclerotico

PANNELLO  METABOLISMO DEI SOLFITI

Elenco dei geni investigati e delle varianti genetiche studiate

Gene analizzato

Varianti genetiche studiate

SUOX

Q364X

S370S

S370Y

Cod.381del TAGA

CBS

Y233Y (C699T )

T1080C (A360A)

 

SUOX   (Solfito Ossidasi) polimorfismi Q364X, S370S, S370Y e Cod.381del TAGA

Il  gene SUOX  è coinvolto nella attività di detossificazione dei  solfiti nel nostro organismo; la solfito ossidasi è l’enzima terminale prodotto da questo gene nel processo di degradazione ossidativa degli aminoacidi contenenti Zolfo.

Sono state isolate quattro mutazioni del gene SUOX nelle linee cellulari di pazienti con insufficienza enzimatica di solfito ossidasi ( Kisker et al,1997 606887.0001-606887.0004).

Il molibdeno contenuto nella solfito ossidasi catalizza la conversione del solfito in solfato,il passaggio finale nella degradazione ossidativa di cisteina e metionina. Negli esseri umani l’insufficienza di questo enzima in genere conduce  ad anomalie neurologiche.

Delle quattro varianti identificate ed associate a insufficienza enzimatica  due sono legate al sito del solfato mentre le altre si trovano nel dominio che ne media la dimerizzazione (PMID:8719749).

L’insufficienza da solfito ossidasi neonatale è caratterizzata da gravi  disfunzioni neurologiche,atrofia del cervello,dislocazione del cristallino,incremento nelle urine di solfiti,tiosolfato,taurina e S-cisteina,e una bassa concentrazione di cisteina nel plasma.

Mutazioni nel  gene Suox, compromettono seriamente l’ attività detossificante,creando intolleranze spesso con esiti gravi.

I solfiti sono generati come sottoprodotti naturali del ciclo di metilazione dagli alimenti che ingeriamo o dalle sostanze che possiamo inalare; vengono infatti utilizzati in grande quantità come conservanti per evitare lo scolorimento o impedire la crescita dei microorganismi nell’industria alimentare ( frutta ,verdura, marmellate,cibi precotti, ,pesce,farine,vino ecc) ; sono impiegati per    mantenere  la stabilità e la l’efficacia di alcune medicine,per prevenire la ruggine e le incrostazioni  nell’acqua delle caldaie e persino per la produzione del cellophane per  confezionare gli alimenti.

La Food and Drug Administration stima che  una  persona  su cento  è sensibile  ai solfiti  ed il 5 per cento di questi soffre d’asma. Una persona  può sviluppare sensibilità ai solfiti in qualsiasi momento della sua vita; gli scienziati non hanno evidenziato la  concentrazione minima di solfiti necessaria per scatenare  una reazione nelle persone sensibili. Il sintomo più comune riportato dalle persone intolleranti è la difficoltà di respirazione,ma i sintomi possono variare molto da persona a persona;i solfiti possono essere causa di orticaria,nausea,dolore al petto, ed in alcuni casi di  gravi reazioni allergiche. I solfiti inoltre  emanano un gas, l’anidride solforosa che causa  irritazione nei polmoni e può portare  a severi attacchi di asma. Mutazioni del SUOX possono essere cause di rischio per alcuni tipi di cancro,compreso la leucemia.I solfiti potrebbero stimolare la risposta adrenergica di “Attacco- Fuga” del sistema nervoso autonomo e stimolare la risposta allo stress del cortisolo.

Soprattutto se associato ad una iperattività dell’enzima prodotto dal CBS (in caso di etero o omozigosi) è necessario ridurre l’apporto dietetico dei cibi e supplementi contenenti zolfo come la metionina, taurina e cisteina, che sono soprattutto concentrate nelle proteine animali (e che quindi conviene ridurre nell’alimentazione.)

Molti integratori come il GSH, MSM, NAC dovrebbero essere evitati,così come  alcuni farmaci utilizzati come antipertensivi o antibiotici o chelanti dovrebbero essere utilizzati con attenzione.

I solfiti  pertanto  risultano essere   neurotossici e possono accumularsi in caso di difettoso funzionamento del SUOX nella sua forma di eterozigote o di omozigote. Per accelerare il funzionamento del SOUX è consigliabile  la supplementazione con Molibdeno, Boro, Vitamina E e  VitaminaB12.

Cistationina Beta Sintetasi (CBS): polimorfismi C699T e T1080C

La CBS  è un enzima necessario  per convertire l’Omocisteina in Cistatione, agisce fondamentalmente come ponte tra l’aminoacido di partenza e il passaggio successivo del ciclo di metilazione che genera ammoniaca. Le mutazioni investigate determinano una alterazione che impedisce al  “ponte”  CBS di richiudersi; questa stato sbilanciato toglie gruppi metilici al resto del ciclo  provocando carenze importanti tra cui quella di vitamina B12. Sebbene in questa situazione si producano elementi utili quali  il glutatione e la taurina,vi sono però dei prodotti di scarto negativi come l’ammoniaca e i solfiti. A causa dell’aumentata attività CBS,questi gruppi sulfurei necessari al ciclo della metilazione vengono rilasciati nel sistema sotto forma di solfiti che sono tossici per l’organismo e determina un deterioramento dei prodotti del SUOX; E’ stato dimostrato che i due polimorfismi del gene CBS (C699T e T1080C) determinano un aumento dell’attività dell’enzima, riducendo la quantità di omocisteina nel sangue. Tali polimorfismi sono inoltre associati ad  un rischio ridotto di insorgenza di patologie coronariche. Alimenti ricchi di zolfo andrebbero evitati in caso di SUOX e CBS alterati.