sod  =   superoxide dismutase = unieke anti-oxidant

bestellen

home

29 april 1993, NRC Handelsblad, 1200 woorden:
Als radicalen al te vrij worden, superoxide-dismutase beschermt tegen ALS

Amyotrofische lateraalsclerose (ALS) kan veroorzaakt worden door een mutatie in een enzym dat zorgt voor het onschadelijk maken van vrije radicalen. ALS is een ziekte, waarbij de zenuwcellen te gronde gaan in de hersenschors en in het ruggenmerg, die zorgen voor het bewegen van de skeletspieren. In de meeste gevallen raakt een patiënt met ALS binnen enkele jaren geheel verlamd. Uiteindelijk verliest hij (of minder vaak zij) alle mogelijkheden tot bewegen, eten en spreken, terwijl het bewustzijn wél volledig intact blijft.

Rond 1930 kreeg de toen beroemde basketballer Lou Gehrig amyotrofische lateraalsclerose en dat maakte op het Amerikaanse publiek zoveel indruk dat men de ziekte daar sinds die tijd Lou Gehrig's ziekte is blijven noemen. Gehrig ging na twee jaar dood aan longontsteking. In uitzonderingsgevallen kan de ziekte milder verlopen. Zo leeft de beroemde Britse astrofysicus Stephen Hawking al dertig jaar met ALS, waarvan de helft in een rolstoel.

Familiair bepaald

ALS is een zeldzame ziekte, die bij ongeveer 1 op 100.000 mensen voorkomt. Bij een klein gedeelte van de patiënten is de ziekte familiair bepaald. Onlangs hebben onderzoekers uit Amerika, Canada, België en Australië onder leiding van Robert Brown van het Massachusetts General Hospital in Boston bij 13 families met deze erfelijke vorm van amyotrofische lateraalsclerose kunnen aantonen dat de ziekte gekoppeld aan een mutatie van het enzym superoxide-dismutase-1 (SOD-1) op chromosoom 21 overerft (Nature, 4 maart 1993).

Superoxide-dismutase beschermt het lichaam tegen de schadelijke werking van vrije zuurstofradicalen. Die ontstaan bij allerlei chemische reacties in ons lichaam. Elk zuurstofatoom of -molecuul met in de buitenste atoomschillen een ongepaard elektron is een vrije radicaal. Door dat eenzame elektron heeft zo'n molecuul een buitengewoon grote neiging om een elektron weg te trekken van een ander molecuul. Dat molecuul wordt dan weer een nieuwe radicaal. Zo kan één radicaal een hele keten van reacties opwekken. Zoiets leidt plaatselijk tot ernstige weefselschade.

Deze reactieve zuurstofgroepen zijn weliswaar gevaarlijk, maar toch onmisbaar. De afweercellen gebruiken ze bijvoorbeeld om bacteriën te vernietigen. Als een afweercel door een aangeboren defect geen vrije radicalen kan aanmaken dan faalt het intracellulaire dodingsmechanisme en blijven de bacteriën binnen in de afweercel gewoon doorgroeien (chronische granulomateuze ziekte). Radicalen worden bijvoorbeeld ook in de lever gebruikt om giftige stoffen af te breken.

Anti-oxidantia

Radicalen zijn dus noodzakelijk voor de afweer. Radicalen ontstaan bovendien onontkoombaar op plaatsen in het lichaam waar zuurstof wordt verbruikt, en dat is vrijwel overal waar energie wordt verbruikt. Om de schade door kettingreacties van radicalen te verhinderen gebruiken levende wezens een heel scala aan anti-oxidantia die radicalen wegvangen. Daartoe behoren vitamine C en vitamine E en verder een stof als glutathion. Er zijn ook enzymen die als anti-oxidans werken, zoals het bovengenoemde superoxide-dismutase (SOD). SOD zorgt voor de verwijdering van het superoxide-radicaal (O2 -.).

Op het eerste gezicht lijkt de ontdekking van een mutatie in het superoxide-dismutase bij amyotrofische lateraalsclerose alleen van belang voor specialisten (en misschien op den duur voor patiënten). ALS is echter niet zo maar een zeldzame ziekte: het staat in het middelpunt van de neurologische research, omdat bij deze ziekte, net als bij de veel vaker voorkomende dementie van Alzheimer of de ziekte van Parkinson, bepaalde groepen zenuwcellen zonder duidelijke oorzaak wegschrompelen en verdwijnen: er zijn geen vaatafwijkingen, geen ontstekingsverschijnselen en er is geen enkele histologische verklaring te vinden.

Alle drie deze ziekten komen vooral op latere leeftijd voor, tussen 50 en 70 jaar. In sommige gevallen zijn de ziekten duidelijk familiair; ze kunnen zelfs tegelijk in één familie voorkomen. De rol van vrije radicalen bij ALS is dus van groot belang: men zou weleens dezelfde verklaring kunnen vinden voor de andere veel minder zeldzame degeneratieve ziekten van het zenuwstelsel.

Onlangs werd er in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA (1993;90:178-82) nog een andere genetische afwijking naar voren geschoven als oorzaak voor ALS. Daarin werd aangetoond dat er ook een mutatie in het gen GluR5 op chromosoom 21 is die samen met ALS overerft. De mutatie in het eiwit GluR5 zou afwijkende glutamaatreceptoren opleveren. Zenuwcellen met een dergelijke receptor zouden abnormaal heftig reageren op glutamaat. Glutamaat is de belangrijkste stimulerende overdrachtsstof in het centraal zenuwstelsel. Deze ontdekking past fraai binnen de al langer bestaande theorie dat ALS het resultaat is van langdurige overstimulatie van zenuwcellen door glutamaat (excitotoxiciteit). Die theorie is onder andere gebaseerd op de ontdekking dat de consumptie van glutamaatachtige stoffen door bewoners van het eiland Guam, in de vorm van de pitten van de sagopalm, leidt tot een ALS-achtig ziektebeeld. Bovendien zijn er bij sommige patiënten met ALS abnormaal hoge concentraties glutamaat aangetoond. Dat heeft toen geleid tot een hetze tegen het voedingsadditief mono-natriumglutamaat, dat als smaakversterker gebruikt wordt.

Het verband met de vrije radicalen is dat glutamaat binnen de zenuwcel een lichte stijging van het superoxide-radicaal veroorzaakt. Een jarenlange inwerking van een overmaat aan dit superoxide zou de excitotoxiciteit veroorzaken. De ontdekking van een mutatie in het superoxide-dismutase gen sluit daar dus mooi bij aan. ALS zou dus meerdere oorzaken kunnen hebben: het zou het resultaat kunnen zijn van een overmaat aan glutamaat, een abnormaal overgevoelige glutamaatreceptor of van een gestoorde functie van SOD. In alle gevallen ontstaat er dan een overmaat aan superoxide en dus excitotoxiciteit.

Cavia's

De ontdekkers van de mutatie in het superoxide-dismutase gen opperen dat patiënten met amyotrofische lateraalsclerose een experimentele behandeling moeten krijgen met anti-oxidantia. Het gekke is dat dit in het Academisch Medisch Centrum in Amsterdam al sinds de vijftiger jaren wordt gedaan. De vroegere professor Hartog-Jager is daar al mee begonnen, toen hij onderzoek deed naar de rol van het dieet bij ALS. Hij toonde aan dat cavia's die voer zonder anti-oxidanten kregen allemaal een ALS-achtig ziektebeeld kregen.

In het AMC heeft men echter onlangs laten zien dat het toedienen van anti-oxidanten niet voldoende is om ALS te genezen. Het hoofd van de neurologische kliniek, prof. J.M.B.V. de Jong, heeft dan ook zijn twijfels bij de uitspraak dat radicaalvangers ALS kunnen verminderen: "In 1992 hebben we een dubbelblind onderzoek afgesloten naar het effect van anti-oxidanten bij 110 patiënten met ALS. De helft van deze mensen kreeg een hoge dosis van de anti-oxidans N-acetylcysteïne (NAC) en de andere helft een placebo. We hebben maar een heel bescheiden positief effect geboekt: de placebo-groep overleed na een jaar en de NAC-groep na anderhalf jaar. Bij geen enkele patiënt stabiliseerde het ziektebeeld: ze gingen alleen iets minder snel achteruit."

Het toedienen van een flinke dosis vitamine C, E of een middel als NAC lijkt dus geen afdoende therapie tegen een overmaat aan vrije radicalen. Dergelijke behandelingen worden in de alternatieve geneeskunde met graagte toegepast om allerlei kwalen te behandelen. Megadoses vitaminen worden wel geadviseerd tegen het verouderen van ons lichaam. Het probleem met vrije radicalen is echter dat deze heel plaatselijk ontstaan - bij ALS binnen motorische zenuwcellen - en ter plekke reageren met andere eiwitten. Een behandeling met een anti-oxiderend geneesmiddel moet dus precies op de juiste tijd, op de juiste plaats en in de juiste dosering worden toegepast. Dat kon weleens de achilleshiel van iedere behandeling met anti-oxidanten blijken te zijn. Bron: Bartmeyer van Putten

 

Universiteit Maastricht:

Trefwoorden: Zuurstofradicalen, Geneesmiddeltoxiciteit en Superoxide Dismutase
Promotie drs. G.J.M. den Hartog
in de Faculteit der Geneeskunde
Titel: "Superoxide dismutase as toxicity modulator".
Promotores: Prof.dr. A. Bast; Prof.dr. W.J.F. van der Vijgh, VUA, Co-promotor: dr. G.R.M.M. Haenen.
Woensdag 18 juni 2003, 12.00 uur

Doxorubicine is een zeer effectief antitumor geneesmiddel. Een ernstige bijwerking, die de toepassing van dit geneesmiddel hindert, is de mogelijk fatale hartschade. Zuurstofradicalen lijken een belangrijke rol te spelen bij het ontstaan van deze hartschade. Antioxidanten zijn stoffen die deze zuurstofradicalen onschadelijk kunnen maken. Dit proefschrift beschrijft onderzoek met als voornaamste conclusie dat het antioxidant enzym superoxide dismutase de hartschade ten gevolge van doxorubicine kan voorkomen in muizen. Gelukkig wordt de antitumor werking van doxorubicine niet verminderd door superoxide dismutase. Dit biedt nieuwe perspectieven om de behandeling met doxorubicine veiliger en effectiever te maken

 

Wikipedia:

Superoxide dismutase is een essentieel enzym dat zuurstofradicalen in organismen 'opruimt'. De reactie die het enzym versnelt is voor zover bekend de allersnelste in de biochemie. Superoxide dismutase is een klasse van enzymen, welke een aantal verschillende metaalkernen kunnen hebben als actief centrum. Dit kan ijzer, koper/zink, mangaan of nikkel zijn. Het is afhankelijk van het gebruikte metaal welke ligandomgeving er is. De koper/zink variant is het effectiefst voor zover bekend. De koper/zink superoxide dismutase versnelt de volgende reactie:

 Cu^{2+} + 2O_2^\bullet\ \!\! ^- + 2H^+ \longrightarrow Cu^{2+} + O_2 + H_2 \! O_2
 

De overall-reactie bestaat in feite uit de volgende twee reacties:

 M^{n+1} + O_2^\bullet\ \!\! ^- \longrightarrow M^{n} + O_2
 M^{n} + O_2^\bullet\ \!\! ^- + 2H^+ \longrightarrow M^{n+1} + H_2 \! O_2

Opvallend hierbij is dat het enzym zowel Cu (I) als Cu(II) laat reageren met superoxide, het zuurstofradicaal. Hierdoor kan het enzym altijd actief zijn, zowel met een eenwaardig als met een tweewaardig koperatoom gebonden in het enzym. Hierdoor kan de reactie zo supersnel plaatsvinden. H2O2 wordt vervolgens "opgeruimd" door katalase, een enzym dat grofweg een factor 1000 langzamer werkt als superoxide dismutase.

Het is overigens ook niet voor niets dat superoxide dismutase zo snel reageert. Superoxide behoort namelijk tot de reactiefste moleculen, en zou praktisch met alles reageren wat het aan moleculen tegenkomt, dus ook met bijvoorbeeld DNA. Het snel opruimen van de radicalen is dan ook noodzakelijk. De radicalen komen zo nu en dan vrij als "ongeluk" bij diverse reacties.

Kooter IM
 

30 p in in English, 2004

RIVM rapport 630111001
download pdf (241Kb)  
 
Rapport in het kort
Deze inventarisatie is geschreven als product van het project 'Vermindering van onzekerheden in causale relaties tussen inhalatoire blootstelling en gezondheidseffecten', welke wordt uitgevoerd in het kader van het strategisch onderzoek Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (RIVM). Dit project richt zich op reductie van onzekerheden in de causale relaties tussen inhalatoire blootstelling en gezondheidseffecten met behulp van dierexperimenteel onderzoek. De onderliggende vraag hierbij is of de gezondheidseffecten ten gevolge van luchtverontreiniging veroorzaakt worden door oxidatieve stress.Oxidatieve stress kan enerzijds ontstaan door verhoogde blootstelling aan reactieve zuurstofdeeltjes of anderzijds door verlaging van antioxidantia. In beide gevallen kan dit resulteren in schade aan macromoleculen (eiwitten, lipiden en DNA). Biomarkers voor oxidatieve stress welke binnen het project van belang kunnen zijn, zijn: carbonyl niveaus als maat voor geoxideerde eiwitten, 'thiobarbituric acid-reactive substances' als maat voor lipide oxidatie en 8-hydroxy-deoxyguanosine als maat voor oxidatieve schade aan DNA. In de antioxidant respons kunnen, superoxide dismutase, heemoxygenase, metallothioneins, thioredoxine reductase en glutathion als waardevolle markers fungeren.  

RIVM - Bilthoven - Nederland - www.rivm.nl

 

Gamma-mangostin, a micronutrient of mangosteen fruit, induces apoptosis in human colon cancer cells.

Source

Department of Pharmacognosy, School of Pharmacy, College of Pharmacy, and Center of e-CAM, Taipei Medical University, 250 Wusing St., Taipei 110, Taiwan.

Abstract

Recently colorectal cancer rates have increased rapidly in Taiwan. The treatment of colorectal cancer includes surgery, radiation therapy and chemotherapy. Mangosteen (Garcinia mangostana) is a famous Asian tropical fruit. γ-Mangostin is a xanthone derivative isolated from the fruit hull. In previous studies, we found evidence of anti-inflammatory and anti-brain tumor activities in γ-mangostin. In this study, we performed further studies to assess the apoptotic effects of γ-mangostin on colorectal adenocarcinoma cells HT29. γ-Mangostin showed concentration and time-dependent cytotoxic effects on HT29 cells. Microscopic observation under Giemsa staining showed that γ-mangostin induced cellular swelling and the appearance of apoptotic bodies, characteristic of apoptosis in HT29 cells. In addition, flow cytometry analysis showed an increase of hypodiploid cells in γ-mangostin-treated HT29 cells, while enhancement of intracellular peroxide production was detected in the same γ-mangostin-treated cells by DCHDA assay and DiOC6(3) staining. In view of the above results, γ-mangostin has demonstrated anticancer activity and induces apoptosis in HT29 colorectal adenocarcinoma cells. The evidence suggests that γ-mangostin could serve as a micronutrient for colon cancer prevention and is a potential lead compound for the development of anti-colon cancer agents.

 

 

 

Universiteit Leiden
  contact   print   zoeken
 
       
 
 
   
 

Metaalarbeider op de gevoelige toer


Bron: Nieuwsbrief Universiteit Leiden 5 juli 2005

 
 

Koperman
Biochemicus Armand Tepper is, zoals hij zelf zegt, een ‘koperman’. Hij hoort bij de onderzoeksgroep van prof. Gerard Canters, waarin wordt gewerkt aan metaaleiwitten. Dat zijn eiwitten waaraan metaal-ionen gebonden zijn. Het metaal maakt dat het eiwit in een levende cel een hele reeks van functies kan uitvoeren, die voor eiwitten zonder metaal meestal te hoog gegrepen zijn. Haemoglobine in het bloed is een bekend voorbeeld van een metaaleiwit, maar ook het fotosynthetische systeem zit vol met metalen. Ook bij het proces dat energie uit suikers haalt zijn veel metaaleiwitten betrokken. 

Armand Tepper
Armand Tepper

 

Helderblauw
Metaaleiwitten zijn niet alleen van levens-belang in een organisme, maar maken ook het leven van een wetenschapper gemak-kelijker. Met gebruik van metaaleiwitten kun je namelijk een hele reeks spectroscopische technieken toepassen die met gewone eiwitten niet mogelijk zijn, zoals speciale variaties op NMR.  Een voordeel is alleen al dat metaaleiwitten een mooie kleur hebben, waardoor ze goed te onderscheiden zijn. ‘Wij zien de mooiste kleuren’, zegt Tepper. ‘Vooral koper en ijzer zijn heel mooi. Hae-moglobine is diep rood. En bepaalde koper-eiwitten hebben een prachtige helderblauwe kleur.‘ 

Links nitriet reductase en rechts pseudoazurine, beide kopereiwi
Metaaleiwitten hebben vaak een kleur.
Links nitriet reductase en rechts pseudoazurine, beide kopereiwitten

  
Bionanotechnologie
Met die spectroscopische technieken kunnen onderzoekers meer te weten komen over de functie van het metaal in het eiwit. Heel precies op atomair niveau kunnen ze tegenwoordig de mechanismen van eiwitten ontrafelen. Tepper: ‘Eiwitten zijn grote en zeer complexe moleculen. Maar we zijn nu zover dat we een beetje begrijpen hoe het werkt, en dat we die kennis ook kunnen toepassen. Dan zit je op het terrein van de bionanotechnologie.’

Elektronenverkeer
Een van de eigenschappen van metaaleiwitten is dat ze elektronenverkeer mogelijk maken als ze reageren met andere stoffen: ze nemen elektronen op of staan ze af. Dat gebeurt tijdens de zogenoemde redox-processen. ‘Redox’ is een samentrekking van reductie en oxidatie. Het molecuul dat een elektron afstaat heet geoxideerd, en het molecuul dat er een elektron bij krijgt heet gereduceerd.

Biosensor
Tepper zelf gaat kopereiwitten inzetten als hulpmiddel om een radicaal nieuwe procedure te testen voor het maken van een biosensor. Daarbij maakt hij gebruik van die redox-processen. Een biosensor is een sensor waarin biologische elementen zijn geïntegreerd. Biosensoren zijn handig, want biologische moleculen zijn heel specifiek. Tepper: ‘Neem de bekendste, de glucosesensor, waarmee glucose gemeten kan worden in het bloed. Die is gebaseerd op een gespecialiseerd eiwit dat in het lichaam glucose metaboliseert. Zo’n eiwit heeft dus als enige target dat glucosemolecuul. Een biosensor op basis van dat eiwit is daarom een heel gerichte detector, die allerlei ballast buiten beschouwing laat.’


Elektrisch stroompje
Er is op het ogenblik veel belangstelling voor metaaleiwitten als component van een biosensor, juist vanwege die elektronen-overdracht bij chemische reacties. Die maakt namelijk heel eenvoudige detectiemethoden mogelijk, zegt Tepper. ‘Elektronenoverdracht betekent: een elektrisch stroompje. En een elektrisch stroompje kun je vrij gemakkelijk meten.’ Om een biosensor te maken immobiliseert Tepper een kopereiwit op een vaste drager. Naar dat eiwit stuurt hij elektronen toe met behulp van een elektrode. Met die elektroneninjectie lokt hij een chemische reactie uit van het eiwit met het molecuul dat hij wil detecteren. In zijn geval is dat nitriet.

Het principe achter een biosensor gebaseerd op redoxeiwitten
Het principe achter een biosensor gebaseerd op redoxeiwitten

   
Nitriet
Nitriet, bekend van voedselindustrie en afvalwater, is een klein maar belangrijk molecuul in levende cellen. Het bestaat uit één stikstofatoom en twee zuur-stofatomen. Nitriet wordt spontaan gevormd bij de afbraak van NO, stikstof-monoxide. De nitrietconcentratie is dus een maat voor de hoeveelheid afgebroken NO. En NO is het molecuul waar het Tepper eigenlijk om te doen is.

Mystery Molecule
Werd stikstofmonoxide (NO) vroeger uitsluitend gezien als een giftig uitlaatgas, sinds de tweede helft van de jaren ‘80 is bekend dat dit gas een signaalfunctie heeft bij heel veel cruciale fysiologische processen. Het reguleert bijvoorbeeld de bloeddruk, en speelt daarom een belangrijke rol in het onderzoek naar hart- en vaatziekten. Ook geniet stikstofmonoxide nu bekendheid als neurotransmitter en als stimulator van het immuunsysteem. Al deze ontdekkingen hebben geleid tot een ware NO-hype in het onderzoek, culminerend in een Nobelprijs in 1998. Het probleem met deze ‘mystery molecule’ is dat hij binnen tien seconden wordt afgebroken in het bloed. Maar daarbij komt dus het nitriet vrij dat Tepper graag wil meten. Het gespecialiseerde kopereiwit dat hij in zijn biosensor gebruikt is nitriet reductase, dat in de natuur betrokken is bij de omzetting van nitriet.

Isolator
Maar als dit het enige was zou Tepper zijn Veni-subsidie helemaal niet nodig hebben. Er is echter een probleem: het metaalcentrum zit heel diep in het eiwit opgeborgen. In de natuur heeft dat een functie: de eiwitlaag wordt benut ten behoeve van de specificiteit, bijvoorbeeld voor de herkenning van een ander eiwit. Of om alleen dát molecuul aan het metaal te laten binden dat moet worden omgezet. Elektronoverdracht is zo alleen mogelijk door interactie met specifieke partnermoleculen, terwijl onbedoelde processen worden voorkomen. Maar voor een wetenschapper is het daardoor heel moeilijk om een stroom elektronen te laten lopen van de elektrode naar het metaal in het eiwit; het eiwit werkt als een isolator. Dit principiële probleem, zegt Tepper, heeft een vertragende werking gehad op de ontwikkeling van biosensoren die gebaseerd zijn op redox-eiwitten. Wat hij dus gaat doen is een radicaal nieuwe methode testen om dat probleem aan te pakken.

Patent
Hoe hij die eiwit-weerstand denkt te gaan overwinnen kan hij op dit moment nog niet zeggen, hoewel hij er alle vertrouwen in heeft dat het gaat lukken. Beter gezegd: juist omdat hij daar alle vertrouwen in heeft. Tepper denkt namelijk dat het idee interessant zou kunnen zijn voor een patent. En informatie voor een patent geef je niet prijs.

Interdisciplinair
Na een onderzoeksperiode in Napels is Tepper terug in de metaaleiwittengroep van Gerard Canters, bij wie hij in maart promoveerde op een ander kopereiwit. In die groep voelt hij zich thuis. Er zijn in Nederland niet zoveel groepen die gespecialiseerd zijn in metaaleiwitten. Het is daarbij een heel goede groep, vindt hij. Juist op het gebied van die kopereiwitten. Met zijn onderzoek komt Tepper steeds meer in interdisciplinair vaarwater terecht, wat hij als pure winst beschouwt. Vooral de bionanotechnologie ziet hij als zijn tweede vaderland. ‘Al heel lang voel ik de behoefte om meer toegepast onderzoek te doen. Ik denk heel erg technisch, en ik houd van het oplossen van technologische problemen.’

 
3D
Ook in zijn vrije tijd is Armand Tepper met scheikunde bezig, maar dan op een artis-tieke manier. Hij heeft altijd veel geschilderd, en raakte gaandeweg geïnteresseerd in het maken van driedimensionale beelden op de computer: fotorealistische afbeeldingen van moleculen. ‘Je kunt wetenschap zo artistiek maken als je wilt’, vindt hij. Het was gewoon een hobby, maar van het een kwam het ander, en steeds vaker weten belangstel-lenden hem te vinden. Hij werkt nu samen met zijn vriending die grafisch vormgever is.
Zie voor meer artistiek werk:
www.phantatomix.com/whatwedo.htm 

 Artistieke impressie van het actieve centrum van het enzym CuZn superoxide dismutase
Artistieke impressie van het actieve centrum van het enzym CuZn superoxide dismutase

 
     
 
Bron: Bart Meijer van Putten.

.