Étude du continuum exposition-effet cancérogène du benzo[a]pyrène

Le benzo[a]pyrène (BaP) est un contaminant environnemental de la famille des hydrocarbures aromatiques polycycliques ayant été classé cancérogène chez l’humain. Cependant, la relation entre l’exposition et les effets est toujours mal documentée. L’objectif de cette thèse était de mieux documenter la relation quantitative entre l’exposition au BaP, l’évolution temporelle des biomarqueurs d’exposition et l’apparition d’altérations biologiques précoces, à partir d’études expérimentales chez le rat. Dans un premier temps, nous avons déterminé l’effet de 4 doses de BaP (0.4, 4, 10 et 40 µmol/kg) sur plusieurs biomarqueurs d’exposition (3- et 7-OHBaP, 4,5- et 7,8-diolBaP, BaPtétrol et 1,6-, 3,6- et 7,8-diones-BaP), les adduits à l’ADN et l’expression de gènes impliqués dans le métabolisme du BaP, la réparation de l’ADN et le stress oxydatif. Le BaP et ses métabolites ont été mesurés dans le sang, les tissus et les excrétas, 8 h et 24 h après l’administration intraveineuse de BaP par chromatographie liquide à ultra haute performance (UHPLC) couplée à la fluorescence. Les adduits à l’ADN ont été quantifiés dans les poumons par immuno-essai en chémoluminescence. L’expression des gènes dans les poumons a été réalisée par PCR quantitative en temps réel (qRT-PCR). Les résultats ont révélé une bonne relation dose-excrétion pour le 3-OHBaP, le 4,5-diolBaP et le 7,8-diolBaP et ils ont également renforcé l’utilité du 4,5-diolBaP comme potentiel biomarqueur du BaP en plus du 3-OHBaP. De plus, l’augmentation dose-dépendante de la formation des adduits et de l’expression de certains gènes impliqués dans le métabolisme et le stress oxydatif a suggéré l’intérêt de ces derniers comme biomarqueurs d’effet précoce. Dans un second temps, nous avons évaluer le profil cinétique des biomarqueurs en lien avec la modulation temporelle de la formation des adduits à l’ADN et de l’expression génique, en utilisant la dose de 40 µmol/kg de BaP telle qu’établie dans l’étude précédente, avec une série de mesures sur une durée de 72 h après l’injection intraveineuse de BaP. Il est apparu que le 3- et le 7-OHBaP ainsi que le 4,5- et le 7,8-diolBaP semblaient être de bons biomarqueurs d'exposition; les hydroxyBaP et diolBaP présentaient des cinétiques différentes, mais tous ces métabolites étaient corrélés de façon significative aux adduits BaPDE dans les poumons. L’expression de certains gènes et l’étude de leur profil cinétique a également permis de faire des liens avec la formation des adduits et de mieux comprendre le métabolisme du BaP. Après ces résultats, il semblait alors logique de s’intéresser à l’effet de la voie d’exposition dans un context d’exposition multiple de la population. Les données mesurées dans le sang et les excréta, après administration de 40 µmol/kg de BaP par voie intraveineuse, intratrachéale, orale, et cutanée, ont encore une fois montré l'intérêt de mesurer plusieurs métabolites pour l’évaluation de l’exposition en raison des différences en fonction de la voie d’administration du composé et des différences dans la cinétique de plusieurs biomarqueurs, notamment entre les hydroxy (3- et 7-OHBaP) et les diols-BaP (4,5- et 7,8-diolBaP). Les résultats suggèrent aussi que la mesure de ratios de concentrations de différents métabolites pourrait aider à indiquer le moment et la principale voie d’exposition. Ces données ont permis une meilleure compréhension du continuum entre l’exposition et les effets.

Modélisation toxicocinétique du benzo(a)pyrène et 3-hydroxybenzo(a)pyrène pour l’interprétation des données de surveillance biologique de l’exposition chez les travailleurs

De nombreux travailleurs sont exposés aux hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). Le benzo(a)pyrène (BaP) fait partie de ce groupe de polluants. Cette substance a été classée cancérogène reconnu chez l’humain. Pour évaluer l'exposition aux HAP cancérogènes, plusieurs chercheurs ont proposé d’utiliser la mesure du 3-hydroxybenzo(a)pyrène (3-OHBaP) dans l’urine des travailleurs exposés. Dans le cadre du présent projet, deux approches de modélisation ont été développées et appliquées pour permettre une meilleure compréhension de la toxicocinétique du BaP et son biomarqueur d’intérêt actuel, le 3-OHBaP, et pour aider à interpréter les résultats de surveillance biologique. Un modèle toxicocinétique à plusieurs compartiments a été développé sur la base des données préalablement obtenues sur le rat par notre groupe. Selon le modèle, le BaP injecté par voie intraveineuse est rapidement distribué du sang vers les tissus (t½ ≈ 4 h), avec une affinité particulière pour les poumons et les composantes lipidiques des tissus. Le BaP est ensuite distribué vers la peau et le foie. Au foie, le BaP est promptement métabolisé et le 3-OHBaP est formé avec une demi-vie de ≈ 3 h. Le métabolisme pulmonaire du BaP a également été pris en compte, mais sa contribution à la cinétique globale du BaP a été jugée négligeable. Une fois formé, le 3-OHBaP est distribué vers les différents organes presque aussi rapidement que la molécule mère (t½ ≈ 2 h). Le profil temporel du 3-OHBaP dans le rein montre une accumulation transitoire en raison de la différence observée entre le taux d’entrée (t½ = 28 min) et le taux de sortie (t½ = 4,5 h). La clairance totale de 3-OHBaP du corps est principalement gouvernée par le taux de transfert de la bile vers le tractus gastro-intestinal (t½ ≈ 4 h). Le modèle toxicocinétique à plusieurs compartiments a réussi à simuler un ensemble indépendant de profils urinaires publiés sur le 3-OHBaP. Ce modèle toxicocinétique à compartiments s'est avéré utile pour la determination des facteurs biologiques déterminants de la cinétique du BaP et du 3-OHBaP. Par la suite, un modèle pharmacocinétique à base physiologique (PCBP) reproduisant le devenir du BaP et du 3-OHBaP chez le rat a été construit. Les organes (ou tissus) représentés comme des compartiments ont été choisis en fonction de données expérimentales obtenues in vivo chez le rat. Les coefficients de partition, les coefficients de perméabilité, les taux de métabolisation, les paramètres d'excrétion, les fractions absorbées et les taux d'absorption pour différentes voies d’exposition ont été obtenus directement à partir des profils sanguins, tissulaires, urinaires et fécaux du BaP et du 3-OHBaP. Les valeurs de ces derniers paramètres ont été calculées par des procédures Monte-Carlo. Des analyses de sensibilité ont ensuite été réalisées pour s’assurer de la stabilité du modèle et pour établir les paramètres les plus sensibles de la cinétique globale. Cette modélisation a permis d’identifier les facteurs déterminants de la cinétique: 1) la sensibilité élevée des paramètres de la métabolisation hépatique du BaP et du 3-OHBaP ainsi que du taux d'élimination; 2) la forte distribution du BaP dans les poumons par rapport à d'autres tissus; 3) la distribution considérable du BaP dans les tissus adipeux et le foie; 4) la forte distribution du 3-OHBaP dans les reins; 5) le transfert limité du BaP par la diffusion tissulaire dans les poumons; 6) le transfert limité du 3-OHBaP par la diffusion tissulaire dans les poumons, les tissus adipeux et les reins; 7) la recirculation entéro-hépatique significative du 3-OHBaP. Suite à des analyses de qualité des ajustements des équations du modèle aux données observées, les probabilités que les simulations reproduisent les données expérimentales par pur hasard se sont avérées toujours inférieures à 10% pour les quatre voies d’exposition : intraveineuse, orale, cutanée et respiratoire. Nous avons extrapolé les modèles cinétiques du rat à l’humain afin de se doter d’un outil permettant de reconstituer les doses absorbées chez des travailleurs exposés dans diverses industries à partir de mesures de l'évolution temporelle du 3-OHBaP dans leur urine. Les résultats de ces modélisations ont ensuite été comparés à ceux de simulations obtenues avec un modèle toxicocinétique à compartiment unique pour vérifier l’utilité comparative d’un modèle simple et complexe. Les deux types de modèle ont ainsi été construits à partir de profils sanguins, tissulaires, urinaires et fécaux du BaP et du 3-OHBaP sur des rats exposés. Ces données ont été obtenues in vivo par voie intraveineuse, cutanée, respiratoire et orale. Ensuite, les modèles ont été extrapolés à l’humain en tenant compte des déterminants biologiques essentiels des différences cinétiques entre le rat et l’humain. Les résultats ont montré que l'inhalation n'était pas la principale voie d'exposition pour plusieurs travailleurs étudiés. Les valeurs de concentrations de BaP dans l’air utilisées afin de simuler les profils d’excrétion urinaire chez les travailleurs étaient différentes des valeurs de concentrations de BaP mesurées dans l’air. Une exposition au BaP par voie cutanée semblait mieux prédire les profils temporels observés. Finalement, les deux types de modélisation se sont avérés utiles pour reproduire et pour interpréter les données disponibles chez des travailleurs.

O papel das substâncias húmicas na disponibilidade de metais e benzo[a]pireno e indução de metalotioneínas em peixes

Pós-graduação em Química - IBILCE

Estudo das alterações bioquímicas em sangue e diferentes órgãos de Phrynops geoffroanus (Schweigger, 1812) (Testudines: Chelidae) coletados em ambiente contaminado ou expostos ao benzo[a]pireno

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Avaliação do estresse oxidativo e atividade da δ-aminolevulínico desidratase em tecidos de tilápias do Nilo (Oreochromis niloticus) exposta a chumbo e benzo[a]pireno

Pós-graduação em Biologia Animal - IBILCE

Avaliação da expressão dos genes cFOS, IL-1b, CYP1a1 e CYP1b1 em Danio rerio expostos a Benzo[a]pireno e tratados com ligantes do receptor P2X7

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Mikrosomale Biotransformation von Benzo[ghi]perylen, einem mutagenen polyaromatischen Kohlenwasserstoff ohne das Strukturelement der Bay-Region des kanzerogenen Benzo[a]pyrens

Kanzerogene polyaromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs), wie Benzo[a]pyren, besitzen eine Bay-Region mit ortho-kondensiertem Benzoring. Dadurch ist die enzymatische Bildung von Bay-Region-Dihydrodiolepoxiden (Oxiranylring in der sterisch abgeschirmten Molekülbucht) möglich, die als ultimal kanzerogene Metaboliten der PAKs gelten. Diese lösen durch DNA-Modifikation Primärläsionen aus, die, sofern sie nicht enzymatisch repariert werden, bei der DNA-Replikation Fehler verursachen (Mu-tationen). Der Mehrstufenprozeß der Kanzerogenese (Promotion und Progression) führt schließlich zur neoplastischen Entartung der Zelle. Benzo[ghi]perylen (BghiP) repräsentiert eine Gruppe von PAKs, die keine „klassische“ Bay-Region besitzen und daher keine vicinalen Dihydrodiolepoxiden bilden können. Trotzdem ist BghiP mutagen, z. B. in den Stämmen TA98 und TA100 von Salmonella typhimurium (1,3- bzw. 4,3 his+-Revertanten/nmol) nach metabolischer Aktivierung mit der postmitochondrialen Fraktion von Ratten nach Behandlung mit 3-Methylcholanthren. Hemmung der mikrosomalen Epoxidhydrolase (mEH) mit 1,1,1-Trichlor-2-propenoxid (TCPO) steigert die bakterielle Mutagenität von BghiP im Stamm TA98 um das 4-fache, was Arenoxide als ultimale Mutagene wahrscheinlich macht. Dieses Ergebnis wird au-ßerdem durch Untersuchung der DNA-Bindung mit dem Verfahren des 32P-Postlabelings bestätigt (Dr. Fickler, Institut für Toxikologie, Universität Mainz). Danach bildete mikrosomal aktiviertes BghiP drei Addukte (ein Hauptaddukt, zwei Nebenaddukte), die durch Hemmung der mEH mit TCPO verstärkt wurden (das Hauptaddukt um 29%). Um den für die bakterielle Mutagenität von BghiP verantwortlichen Metaboliten zu identifizieren, wurde die mikrosomale Biotransformaton von BghiP aufgeklärt. Umsetzung von BghiP mit Lebermikrosomen von Ratten nach Behandlung mit Aroclor 1254 lieferte 17 mit Ethylacetat extrahierbare Metaboliten. Zwölf dieser Metaboliten konnten durch eine Kombination von chromatographischen, spektroskopi-schen und biochemischen Methoden identifiziert werden. Daraus ergeben sich zwei Biotransformati-onswege: Weg I beginnt mit einem Angriff von Cytochrom P450-abhängigen Monooxygenasen an Position 7 und der Bildung des 7-Phenols. Dieses wird dann in das 7,8- bzw. 7,10-Diphenol überführt, die schließlich zu den mehrkernigen Chinonen an der 7,8- bzw. 7,10-Position oxidiert werden. Im Bio-transformationsweg II werden die K-Regionen von BghiP durch Cytochrom P450 funktionalisiert. Zu-nächst entstehen das auf indirektem Weg identifizierte 3,4-Oxid und das 3,4,11,12-Bisoxid, die in mikrosomalen Umsetzungen von BghiP nur nach Hemmung der mEH gebildet werden. Enzymatische Hydrolyse des 3,4-Oxides ergibt das trans-3,4-Dihydrodiol, das zum 3,4-Chinon oxidiert wird. Ebenso entsteht aus dem 3,4,11,12-Bisoxid das trans-3,4-trans-11,12-Bisdihydrodiol, aus dem durch Oxidati-on das trans-3,4-Dihydrodiol-11,12-Chinon hervorgeht. Untersuchung der stereoselektiven enzymati-schen Bildung der K-Region-trans-Di¬hydrodiole ergaben eine präferentielle Entstehung der 3R,4R- bzw. 3R,4R,11R,12R-Enantiomere. Untersuchungen der bakteriellen Mutagenität der Hauptmetaboliten 3,4-Dihydrodiol und dem 7-Phenol machte deutlich, dass beide Biotransformationswege I und II von BghiP zur bakteriellen Mutagenität beitragen. Das 7-Phenol aus Weg I ist ein proximales Mutagen, was auch von Phenolen anderer PAKs bekannt ist. Das 3,4-Dihydrodiol aus Weg II wird so schwach zu Mutagenen aktiviert, dass dem vermutlich gebildete 3,4-Dihydrodiol-11,12-oxid keine große Bedeutung als ultimales Mutagen von BghiP zukommt. Die Bestimmung der direkten mutagenen Aktivität (ohne metabolische Aktivierung) der mutmaßlich ultimal mutagenen Arenoxide von BghiP ergab, dass die des 3,4,11,12-Bisarenoxides sehr gering war (1,3 his+-Revertanten/nmol im Stamm TA98). Das 3,4-Oxid hingegen bewirkte einen deutlichen gentoxischen Effekt in den Stämmen TA98 und TA100 (5,5 bzw. 10 his+-Revertanten/nmol). Dies wurde durch die Bestimmung der DNA-Bindung mit dem 32P-Postlabeling, in dem das 3,4-Oxid für das Hauptaddukt von BghiP verantwortlich gemacht werden konnte, bestätigt. Daher kommt dem 3,4-Oxid als ultimales Mutagen die größte Bedeutung für die Gentoxizität von BghiP zu. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen bei PAKs ohne Bay-Region auf Arenoxide schließen, die eine notwendige Voraussetzung für DNA-Bindung und Mutagenität sind.

Regulation der Stress-aktivierten Proteinkinasen durch den gentoxischen Benzo[a]pyren-Metaboliten BPDE

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) sind ubiquitäre Verschmutzungen der Umwelt und entstehen während der unvollständigen Verbrennung organischen Materials wie Holz, Kohle und Erdöl. Werden diese chemisch nicht reaktiven PAK in den Körper aufgenommen, durchlaufen sie eine Reihe von enzymatischen Umsetzungen, die unter der Bezeichnung Fremdstoffmetabolismus zusammengefasst werden. Die chemische Umsetzung des PAK und Prokarzinogens Benzo[a]pyren (B[a]P) führt u.a. zur Bildung des reaktiven Metaboliten B[a]P-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxid (BPDE). BPDE ist stark elektrophil und kann auf Grund dieser Eigenschaft an nukleophile Makromoleküle wie Proteine und DNA binden. Die Bildung von BPDE-DNA-Addukten resultiert in der Entstehung von Mutationen und kann zur Tumorbildung führen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte die Wirkung von BPDE als Modellsubstanz für gentoxische Agenzien auf intrazelluläre Signalkaskaden und die Konsequenzen der BPDE-Exposition bezüglich der Zellaktivität untersucht werden. Es konnte gezeigt werden, dass BPDE-Behandlung von Mausfibroblasten eine intrazelluläre Signalkaskade induziert, welche zur Aktivierung der Stressaktivierten Proteinkinasen (SAPK) JNK und p38 führt. An dieser Signalkaskade sind Src-ähnliche Kinasen beteiligt. BPDE-Behandlung führt in den untersuchten Mausfibroblasten zur Induktion von DNA-Einzelstrangbrüchen, deren Auftreten zeitlich mit der SAPK-Aktivierung korreliert. Die BPDEinduzierten DNA-Strangbrüche sind die Folge der Entfernung dieser Läsionen aus dem Genom durch die Nukleotidexzisionsreparatur (NER). Erkannt werden BPDE-DNA-Addukte durch die NERProteine XPA und XPC (Xeroderma Pigmentosum Komplementationsgruppe A und C). Nach der Erkennung von BPDE-DNA-Addukten kommt es zur Rekrutierung von Nukleasen, welche die vorliegende Läsion und umliegende Nukleotide aus dem Genom entfernen. In XPA- und XPCdefizienten Mausfibroblasten induziert BPDE daher keine DNA-Strangbrüche. Jedoch ist nur in XPCdefizienten Zellen, aber nicht in XPA-defizienten Zellen, die SAPK-Aktivierung drastisch reduziert. Behandlung von Mausfibroblasten mit Benzo[c]phenanthren-3,4-Diol-1,2-Epoxid, einem PAK, dessen DNA-Addukte schlecht durch NER-Faktoren erkannt und repariert werden, führt zu keiner SAPKAktivierung. Die Aktivierung von p38 und JNK scheint demnach abhängig zu sein von der Erkennung des primären DNA-Schadens. Die XPC-abhängige SAPK-Aktivierung schützt die Zellen vor BPDEabhängiger Toxizität, da sowohl XPC- als auch p38-defiziente Mausfibroblasten eine höhere Sensitivität gegenüber BPDE zeigen als korrespondierende Wildtypzellen. Zusamenfassend konnte in dieser Arbeit ein neuer Signalweg beschrieben werden, in dem DNASchäden, verursacht durch BPDE, über die XPC-abhängige DNA-Schadenserkennung, die Aktivierung der SAPK induziert. Diese Aktivierung der SAPK schützt vor BPDE-induzierter Toxizität.

Nanomolar Levels Of Pahs In Extracts From Urban Air Induce Mapk Signaling In Hepg2 Cells.

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are common environmental pollutants that occur naturally in complex mixtures. Many of the adverse health effects of PAHs including cancer are linked to the activation of intracellular stress response signaling. This study has investigated intracellular MAPK signaling in response to PAHs in extracts from urban air collected in Stockholm, Sweden and Limeira, Brazil, in comparison to BP in HepG2 cells. Nanomolar concentrations of PAHs in the extracts induced activation of MEK4 signaling with down-stream increased gene expression of several important stress response mediators. Involvement of the MEK4/JNK pathway was confirmed using siRNA and an inhibitor of JNK signaling resulting in significantly reduced MAPK signaling transactivated by the AP-1 transcription factors ATF2 and c-Jun. ATF2 was also identified as a sensitive stress responsive protein with activation observed at extract concentrations equivalent to 0.1 nM BP. We show that exposure to low levels of environmental PAH mixtures more strongly activates these signaling pathways compared to BP alone suggesting effects due to interactions. Taken together, this is the first study showing the involvement of MEK4/JNK/AP-1 pathway in regulating the intracellular stress response after exposure to nanomolar levels of PAHs in environmental mixtures.

Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos em margarina, creme vegetal e maionese

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are a group of compounds that have been the subject of much concern due to their toxic potential. In this study, margarine?s, vegetable cream and mayonnaise available on the Brazilian market were analyzed for pyrene, chrysene, benzo(a)pyrene, benzo(b)fluoranthene and dibenzo(a,h)anthracene. The analytical methodology involved liquid-liquid extraction, clean-up on silica gel column and determination by high performance liquid chromatography using fluorescence detector. Variable levels of contamination were found within differents brands of the same product and within differents batches of the same brand. The total PAH content was in the range of 4.1 to 7.1mug/kg in vegetable cream, 1.7 to 3.9mug/kg in margarine and 1.0 to 21.7mug/kg in mayonnaise. In general the products which according to the label contain corn oil showed the highest levels of contamination. Based on these results and on the importance of fat, oils and derived products for the intake of PAHs, it is recommended that producers of margarine, vegetable creams and mayonnaise start to control the contamination of the vegetable oils used in the elaboration of these products, in order to reduce the exposure of consumers to excessive amounts of potentially carcinogenic compounds.

Modulatory effect of Byrsonima basiloba extracts on the mutagenicity of certain direct and indirect-acting mutagens in Salmonella typhimurium assays

Byrsonima basiloba A. Juss. species is a native arboreal type from the Brazilian ""cerrado"" (tropical American savanna), and the local population uses it to treat diseases, such as diarrhea and gastric ulcer. It belongs to the Malpighiaceae family, and it is commonly known as ""murici."" Considering the popular use of B. basiloba derivatives and the lack of pharmacological potential studies regarding this vegetal species, the mutagenic and antimutagenic effect of methanol (MeOH) and chloroform extracts were evaluated by the Ames test, using strains TA97a, TA98, TA100, and TA102 of Salmonella typhimurium. No mutagenic activity was observed in any of the extracts. To evaluate the antimutagenic potential, direct and indirect mutagenic agents were used: 4 nitro-o-phenylenediamine, sodium azide, mitomycin C, aflatoxin B(1), benzo[a] pyrene, and hydrogen peroxide. Both the extracts evaluated showed antimutagenic activity, but the highest value of inhibition level (89%) was obtained with the MeOH extract and strain TA100 in the presence of aflatoxin B(1). Phytochemical analysis of the extracts revealed the presence of n-alkanes, lupeol, ursolic and oleanolic acid, (+)-catechin, quercetin- 3-O-alpha-L-arabinopyranoside, gallic acid, methyl gallate, amentoflavone, quercetin, quercetin-3-O-(2 ''-O-galloyl)-beta-D-galactopyranoside, and quercetin-3-O-(2 ''-O-galloyl)-alpha-L-arabinopyranoside.

Evaluation of the genotoxic and anti-genotoxic activities of Silybin in human hepatoma cells (HepG2)

Silybin (SB), a constituent of the medicinal plant Silybum marianum, is reported to be a potent hepatoprotective agent, but little is currently known regarding its genotoxicity, mutagenicity and potential chemopreventive properties. In this study, we evaluated the ability of SB to induce DNA migration and micronuclei (MN) formation in human hepatoma cells (HepG2). Also, possible preventive effects of SB on MN formation induced by three different mutagens, bleomycin (BLEO), benzo[a] pyrene (B[alpha] P) and aflatoxin B(1) (AFB(1)), were studied. To clarify the possible mechanism of SB antimutagenicity, three treatment protocols were applied: pretreatment, in which SB was added before the application of the mutagens; simultaneous treatment, in which SB was added during treatment and post-treatment, in which SB was added after the application of the mutagens. At concentrations up to 100 mu M, SB was non-genotoxic, while at a concentration of 200 mu M, SB induced DNA migration, generated oxidized DNA bases, reduced cell viability, decreased the replicative index of the cells and induced oxidative stress. It is noteworthy that SB was able to reduce the genotoxic effect induced by B[alpha] P, BLEO and AFB1 in pretreatment and simultaneous treatments but had no significant effect on DNA damage induction in post-treatment. Taken together, our findings indicate that SB presents anti-genotoxic activity in vitro, which suggests potential use as a chemopreventive agent.

Effect of Annatto on Micronuclei Induction by Direct and Indirect Mutagens in HepG2 Cells

Annatto (AN), a natural food colorant rich in carotenoids, has been reported as being an effective antioxidant, but little is known about its potential chemopreventive properties. In this Study, we evaluated the ability of AN to protect human hepatoma cells (HepG2) from micronucleus (MN) induction against three different mutagens: benzo(a)pyrene (B(a)P), doxorubicin (DXR), and methyl methanesulfonate (MMS). In an attempt to clarify the possible mechanism of anti mutagenicity of AN, three protocols of treatment were applied (pretreatment; simultaneous treatment, and post-treatment with AN following treatment with the mutagens). Also, cells exposed only to AN were assayed for cytotoxicity and mutagenicity. A dosage up to 10 mu g/ml of AN was devoid of mutagenic activity. Protective effects were seen on micronuclei induced by B(a)P and DXR using pre and simultaneous treatment, but AN had no significant effect on MN induction by MMS in any of the protocols. Our results also show that exposure of cells to concentrations of AN higher than 10 mu g/ml decreased cell viability. Taken together, our findings indicate that AN presents antimutagenic activity in vitro, but its protective effect is dependent on the mutagen and on type of treatment suggesting its potential use as a chemopreventive agent. Environ. Mol. Mutagen. 50:808-814, 2009. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

PM(2.5) and PM(10): The influence of sugarcane burning on potential cancer risk

In Brazil, sugarcane fields are often burned to facilitate manual harvesting, and this burning causes environmental pollution from the large amounts of soot released into the atmosphere. This material contains numerous organic compounds such as PAHs. In this study, the concentrations of PAHs in two particulate-matter fractions (PM(2.5) and PM(10)) in the city of Araraquara (SE Brazil, with around 200,000 inhabitants and surrounded by sugarcane plantations) were determined during the sugarcane harvest (HV) and non-harvest (NHV) seasons in 2008 and 2009. The sampling strategy included four campaigns, with 60 samples in the NHV season and 220 samples in the HV season. The PM(2.5) and PM(10) fractions were collected using a dichotomous sampler (10 L min(-1), 24 h) with Teflon (TM) filters. The filter sets were extracted (ultrasonic bath with hexane/acetone (1:1 v/v)) and analyzed by HPLC/Fluorescence. The median concentration for total PAHs (PM(2.5) in 2009) was 0.99 ng m(-3) (NHV) and 3.3 ng m(-3) (HV). In the HV season, the total concentration of carcinogenic PAHs (benz(a)anthracene, benzo(b)fluoranthene, benzo(k)fluoranthene, and benzo(a)pyrene) was 5 times higher than in the NHV season. B(a)P median concentrations were 0.017 ng m(-3) and 0.12 ng m(-3) for the NHV and HV seasons, respectively. The potential cancer risk associated with exposure through inhalation of these compounds was estimated based on the benzo[a]pyrene toxic equivalence (BaP(eq)), where the overall toxicity of a PAR mixture is defined by the concentration of each compound multiplied by its relative toxic equivalence factor (TEF). BaP(eq) median (2008 and 2009 years) ranged between 0.65 and 1.0 ng m(-3) and 1.2-1.4 ng m(-3) for the NHV and HV seasons, respectively. Considering that the maximum permissible BaPeq in ambient air is 1 ng m(-3), related to the increased carcinogenic risk, our data suggest that the level of human exposure to PAHs in cities surrounded by sugarcane crops where the burning process is used is cause for concern. (C) 2010 Published by Elsevier Ltd.

Metabolic activation of polycyclic aromatic hydrocarbons and other procarcinogens by cytochromes P450 1A1 and P4501B1 allelic variants and other human cytochromes P450 in Salmonella typhimurium NM2009

A variety of polycyclic aromatic hydrocarbons and their dihydrodiol derivatives, arylamines, heterocyclic amines, and nitroarenes, were incubated with cDNA-based recombinant (Escherichia coli or Trichoplusia ni) systems expressing different forms of human cytochrome P450 (P450 or CYP) and NADPH-P450 reductase using Salmonella typhimurium, tester strain NM2009, and the resultant DNA damage caused by the reactive metabolites was detected by measuring expression of umu gene in the cells. Recombinant (bacterial) CYP1A1 was slightly more active than any of four CYP1B1 allelic variants, CYP1B1*1, CYP1B1*2, CYP1B1*3, and CYP1B1*6, in catalyzing activation of chrysene-1,2-diol, benz[a]anthracene-trans-1,2-, 3,4-, 5,6-, and 8,9-diol, fluoranthene-2,3-diol, dibenzo[a]pyrene, benzo[c]phenanthrene, and dibenz[a,h]anthracene and several arylamines and heterocyclic amines, whereas CYP1A1 and CYP1B1 enzymes had essentially similar catalytic specificities toward other procarcinogens, such as (+)-, (-)-, and (+/-)-benzo[a]pyrene-7,8-diol, 5-methylchrysene-1,2-diol, 7,12-dimethylbenz[a]anthracene-3,4-diol, dibenzo[a,l]pyrene-11,12-diol, benzo[b]fluoranthene-9,10-diol, benzo[c]chrysene, 5,6-dimethylchrysene-1,2-diol, benzo[c]phenanthrene-3,4-diol, 7,12-dimethylbenz[a]anthracene, benzo[a]pyrene, 5-methylchrysene, and benz[a]anthracene. We also determined activation of these procarcinogens by recombinant (T. ni) human P450 enzymes in S. typhimurium NM2009. There were good correlations between activities of procarcinogen activation by CYP1A1 preparations expressed in E. coli and T. ni cells, although basal activities with three lots of CYP1B1 in T. ni cells were very high without substrates and NADPH in our assay system. Using 14 forms of human P450S (but not CYP1B1) (in T. ni cells), we found that CY1P1A2, 2C9, 3A4, and 2C19 catalyzed activation of several of polycyclic aromatic hydrocarbons at much slower rates than those catalyzed by CYP1A1 and that other enzymes, including CYP2A6, 2B6, 2C8, 2C18, 2D6, 2E1, 3A5, 3A7, and 4A11, were almost inactive in the activation of polycyclic aromatic hydrocarbons examined here.