A gomba eredetű sziderofórok érvédő tulajdonságai - alapkutatások és biotechnológiai lehetőségek

Átírás

1 A gomba eredetű sziderofórok érvédő tulajdonságai - alapkutatások és biotechnológiai lehetőségek Főépület Dr. Pócsi István Mikrobiális Biotechnológiai és Sejtbiológiai Tanszék Természettudományi és Technológiai Kar Tudományegyetemi Karok Debreceni Egyetem Élettudományi Épület

2 Kutatási előzmények: Az érrendszerbe kerülő hem, és a belőle felszabaduló redoxaktív vas élettani hatása igen káros, ugyanis aktívan hozzájárul az érelmeszesedés kialakulásához! eme uptake by endothelium synergizes polymorphonuclear granulocyte-mediated damage. Balla G, Vercellotti G, Eaton JW, Jacob S. Trans Assoc Am Physicians. 1990;103: Iron loading of endothelial cells augments oxidant damage. Balla G, Vercellotti GM, Eaton JW, Jacob S. J Lab Clin Med ct;116(4): emin: a possible physiological mediator of low density lipoprotein oxidation and endothelial injury. Balla G, Jacob S, Eaton JW, Belcher JD, Vercellotti GM. Arterioscler Thromb ov-dec;11(6): Endothelial cell heme oxygenase and ferritin induction by heme proteins: a possible mechanism limiting shock damage. Balla J, Jacob S, Balla G, ath K, Vercellotti GM. Trans Assoc Am Physicians. 1992;105:1-6. Induction of heme oxygenase is a rapid, protective response in rhabdomyolysis in the rat. ath KA, Balla G, Vercellotti GM, Balla J, Jacob S, Levitt MD, Rosenberg ME. J Clin Invest Jul;90(1): Ferritin: a cytoprotective antioxidant strategem of endothelium. Balla G, Jacob S, Balla J, Rosenberg M, ath K, Apple F, Eaton JW, Vercellotti GM. J Biol Chem Sep 5;267(25): Endothelial-cell heme uptake from heme proteins: induction of sensitization and desensitization to oxidant damage. Balla J, Jacob S, Balla G, ath K, Eaton JW, Vercellotti GM. Proc atl Acad Sci U S A ct 15;90(20): eme, heme oxygenase and ferritin in vascular endothelial cell injury. Balla J, Vercellotti GM, Jeney V, Yachie A, Varga Z, Eaton JW, Balla G. Mol utr Food Res ov;49(11): Review. eme, heme oxygenase, and ferritin: how the vascular endothelium survives (and dies) in an iron-rich environment. Balla J, Vercellotti GM, Jeney V, Yachie A, Varga Z, Jacob S, Eaton JW, Balla G. Antioxid Redox Signal Dec;9(12): Review.

3 em indukálta oxidatív stress és adaptáció vaszkuláris endotélium sejtekben - összefoglalás Balla et al. (2005) Mol utr Food Res 49,

4 Az E vitamin védő hatása Vitamin E, LDL, and endothelium. Brief oral vitamin supplementation prevents oxidized LDL-mediated vascular injury in vitro. Belcher JD, Balla J, Balla G, Jacobs DR Jr, Gross M, Jacob S, Vercellotti GM. Arterioscler Thromb Dec;13(12): xidized low-density lipoproteins and endothelium: oral vitamin E supplementation prevents oxidized low-density lipoprotein-mediated vascular injury. Balla J, Belcher JD, Balla G, Jacob S, Vercellotti GM. Trans Assoc Am Physicians. 1993;106: A Penicillium chrysogenum sziderofór termelése

5 Kutatási tevékenység: Támogatás ( ): RET, Szole-Meat Kft., Debreceni ús zrt.

6 (W/2008/020260) USE F SIDERPRES I PREVETI F VASCULAR DISEASES, PRDUCTI F SIDERPRES AD QUALIFYIG SIDERPRE CTAIIG MEAT- PRDUCTS Latest bibliographic data on file with the International Bureau Pub. o.: W/2008/ International Application o.: PCT/U2007/ Publication Date: International Filing Date: Chapter 2 Demand Filed: IPC:A61K 31/395 ( ), A23L 1/314 ( ), A61K 38/05 ( ), A61K 38/12 ( ), A61P 9/10 ( ), C12P 21/02 ( ), C12P 21/04 ( ), G01 33/12 ( ) Applicants:R-K- KFT. [U/U]; Gubacsi út 6/B, Budapest (U) (All Except US). BALLA, József [U/U]; Mikszáth Kálmán u. 66, Debrecen (U) (US nly). BALLA, György [U/U]; Mikszáth Kálmán u. 74, Debrecen (U) (US nly). PÓCSI, István [U/U]; Ötvenhatosok tere 5. III/9, Debrecen (U) (US nly). FÉSÜS, László [U/U]; Tessedik Sámuel u. 156, Debrecen (U) (US nly). JEEY, Viktória [U/U]; Károli Gáspár u. 396, Debrecen (U) (US nly). PÓCSI, Imre [U/U]; ánási út 55., ajdúdorog (U) (US nly). EMRI, Tamás [U/U]; Jerikó út 8, Debrecen (U) (US nly). GYÉMÁT, Gyöngyi [U/U]; Kishegyesi út 12 I/3, Debrecen (U) (US nly). RMÁ, Gyula [U/U]; Maros u. 24, Budapest (U) (US nly). KVÁCS, István [U/U]; Kaán Károly u. 9., Szolnok (U) (US nly). Inventors:BALLA, József; Mikszáth Kálmán u. 66, Debrecen (U). BALLA, György; Mikszáth Kálmán u. 74, Debrecen (U). PÓCSI, István; Ötvenhatosok tere 5. III/9, Debrecen (U). FÉSÜS, László; Tessedik Sámuel u. 156, Debrecen (U). JEEY, Viktória; Károli Gáspár u. 396, Debrecen (U). PÓCSI, Imre; ánási út 55., ajdúdorog (U). EMRI, Tamás; Jerikó út 8, Debrecen (U). GYÉMÁT, Gyöngyi; Kishegyesi út 12 I/3, Debrecen (U). RMÁ, Gyula; Maros u. 24, Budapest (U). KVÁCS, István; Kaán Károly u. 9., Szolnok (U). Agent:S.B.G. & K. PATET AD LAW FFICES; Andrássy út 113., Budapest (U).Priority Data:P UP U Title:USE F SIDERPRES I PREVETI F VASCULAR DISEASES, PRDUCTI F SIDERPRES AD QUALIFYIG SIDERPRE CTAIIG MEAT-PRDUCTS Abstract:The invention relates to the use of fungal siderophores in the treatment of vascular diseases primarily caused by endothelial cell origin, which compounds are especially useful for oral application. Furthermore, the invention relates to a preferred route of production of fungal siderophores by using specifically isolated and selected species of fungi, foods, preferably meat products, especially sausage and salami, which contain siderophores in controlled and efficient amount. The invention also relates to a qualifying system to determine if different foods have preventive effect on the vasculature as described above. Designated States:AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, B, BR, BW, BY, BZ, CA, C, C, C, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, D, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, G, GM, GT,, R, U, ID, IL, I, IS, JP, KE, KG, KM, K, KP, KR, KZ, LA, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LY, MA, MD, ME, MG, MK, M, MW, MX, MY, MZ, A, G, I,, Z, M, PG, P, PL, PT, R, RS, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SV, SY, TJ, TM, T, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, V, ZA, ZM, ZW. African Regional Intellectual Property rg. (ARIP) (BW, G, GM, KE, LS, MW, MZ, A, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW) Eurasian Patent rganization (EAP) (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM) European Patent ffice (EP) (AT, BE, BG, C, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, U, IE, IS, IT, LT, LU, LV, MC, MT, L, PL, PT, R, SE, SI, SK, TR) African Intellectual Property rganization (API) (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, G, GQ, GW, ML, MR, E, S, TD, TG). Publication Language:English (E) Filing Language:ungarian (U) Title: USE F SIDERPRES I PREVETI F VASCULAR DISEASES, PRDUCTI F SIDERPRES AD QUALIFYIG SIDERPRE CTAIIG MEAT-PRDUCTS Abstract: The invention relates to the use of fungal siderophores in the treatment of vascular diseases primarily caused by endothelial cell origin, which compounds are especially useful for oral application. Furthermore, the invention relates to a preferred route of production of fungal siderophores by using specifically isolated and selected species of fungi, foods, preferably meat products, especially sausage and salami, which contain siderophores in controlled and efficient amount. The invention also relates to a qualifying system to determine if different foods have preventive effect on the vasculature as described above.

7 3 C C 3 Fe 3+ C 3 C 3 Ferri-coprogen M r =821 M r,desferri =768 Egy kereskedelmi forgalomban kapható kék márványsajt sziderofór profilja. 3 C 3 C Fe 3+ Fe 3+ Fe 3+ C 3 C 3 C 3 C 3 Ferrichrome M r =740 M r,desferri =687 Ferrichrysin M r =800 M r,desferri =747 Ferrirubin M r =1010 M r,desferri =957 A penésszel érlelt sajtok sziderofór tartalma nagy, pl. a P. roqueforti gombával érlelteké elérheti a 38 mg/kg-ot, aminek több, mint 30 %-a vasmentes formában van!!! Vizsgálatainkkal igazoltuk, hogy a dezferrikoprogén, nagy molekulatömege ellenére, hatékonyan felszívódik patkányok tápcsatornájából, átmenetileg a májban akkumulálódok, majd, vassal komplexált formában, a székletbe és a vizeletbe választódik ki.

8 A dezferri-koprogén mind intravénás, mind orális adagolás esetén elsődlegesen a májban akkumulálódik. A vassal komplexált sziderofór gyorsan kiválasztódik a vizeletbe és székletbe. Csekély mennyiségű sziderofór halmozódott fel a lépben és a bél epitéiumban. A szérum sziderofór szint 0,01 mg/ml ( 12 µm) volt. A tápanyag összetétele, pl. alkohol- és olajtartalma a felszívódást nem befolyásolja. Teljes szérumvas patkányban 36 5 µm emberben 18 ±5 µm.

9 A Penicillium sziderofórok élettani hatása kedvező lehet! A Penicillium sziderofórok hatékonyan gátolják in vitro az LDL hem által katalizált oxidációját, amely folyamat fontos szerepet játszik az érelmeszesedés patogenezisében. emből felszabaduló vas.

10 A Penicillium sziderofórok beépülnek az LDL partikulumokba és gátolják azok hem mediálta oxidációját! Koprogén beépülése LDLbe Az LDL oxidációja lelassul

11 A Penicillium sziderofórok élettani hatása kedvező lehet! A sziderofórokba csomagolt vas inert, így nem keletkezhetnek hem jelenlétében sem olyan toxikus LDL oxidációs termékek, amelyek a makrofágokat és az érfalak endotéliumát károsítanák.

12 A gomba sziderofórok igen jelentősen csökkentik az oxidációnak kitett LDL citotoxicitását! A sziderofórokkal védett LDL citotoxicitása drámaian lecsökken vaszkuláris endotélium sejttenyészeteken! Dezferrisziderofőrok jelenlétében a stressz reszponzív heme oxigenáz 1 (-1) enzim indukciója is elmarad!

13 A koprogén az érfalban kialakuló lágy plakkok zsírtaltalmát is hatékonyan védi a hem mediálta oxidációval szemben! J Am Soc ephrol. 20, Kalcifikáció gátlása? Ferritin Prevents Calcification and steoblastic Differentiation of Vascular Smooth Muscle Cells. Zarjou A, Jeney V, Arosio P, Poli M, Antal-Szalmás P, Agarwal A, Balla G, Balla J. Departments of *Medicine, Clinical Biochemistry and Molecular Pathology, and Pediatrics, Medical and ealth Science Center, University of Debrecen, Debrecen, ungary; Dipartimento Materno Infantile e Tecnologie Biomediche, University of Brescia, Brescia, Italy; and Department of Medicine, ephrology Research and Training Center and Center for Free Radical Biology, University of Alabama at Birmingham, Birmingham, Alabama. Vascular calcification plays a role in the pathogenesis of atherosclerosis, diabetes, and chronic kidney disease. uman aortic smooth muscle cells (SMCs) undergo mineralization in response to elevated levels of inorganic phosphate (Pi) in an active and well-regulated process. This process involves increased activity of alkaline phosphatase and increased expression of core binding factor alpha-1, a bone-specific transcription factor, with the subsequent induction of osteocalcin. Mounting evidence suggests an essential role for the heme oxygenase 1 (-1)/ferritin system to maintain homeostasis of vascular function. We examined whether induction of -1 and ferritin alters mineralization of SMCs provoked by high Pi. Upregulation of the -1/ferritin system inhibited SMC calcification and osteoblastic differentiation. f the products of the system, only ferritin and, to a lesser extent, biliverdin were responsible for the inhibition. Ferritin heavy chain and ceruloplasmin, which both possess ferroxidase activity, inhibited calcification; a sitedirected mutant of ferritin heavy chain, which lacked ferroxidase activity, failed to inhibit calcification. In addition, osteoblastic transformation of SMCs provoked by elevated Pi (assessed by upregulation of core binding factor alpha-1, osteocalcin, and alkaline phosphatase activity) was diminished by ferritin/ferroxidase activity. We conclude that induction of the -1/ferritin system prevents Pi-mediated calcification and osteoblastic differentiation of human smooth muscle cells mainly via the ferroxidase activity of ferritin.

14 Kutatási tevékenység: Támogatás ( ): Kapuvári ús úsipari zrt., R-K- Kft., Szole Kft. A koprogén termelés optimalizálását számos gombafajban elvégeztük modell szervezet: eurospora crassa ptimális tenyésztési körülmények: p: 7.2 Aszpartát: 21 g/l Glükóz: > 40 g/l Vas: minimális ptimális kihozatal: 201 mg/l A. crassa koprogén termelésének a válasz felülete Tóth et al. (2009) Acta Biol ung 60, További sikeres optimalizálás történt: élelmiszeriparban felhasználható gombafajokkal

15 ipotézis: Finally, in the particular case of LDL oxidation and atherogenesis, the mind wonders to the famous French paradox wherein people who eat high lipid (often cheeserich) diets and drink wine are protected against atherogenesis. This has been explained with the possible anti-oxidant effects of wine, especially, red wine. But hold on maybe it is the cheese! The authors propose that traditional moldripened foods as well as the introduction of new-type functional foods and food additives rich in hexadentate trihydroxamatefungal siderophores might give us a new and powerful tool in preventing vascular diseases such as atherosclerosis. - Pócsi et al., Mol. utr. Food Res., 2008.???

16 További kutatások 1. A coprogén érelmeszesedést megelőző hatásának igazolása állatmodellben, ApoE deficiens egérben. 2. A coprogén Pb 2+ toxicitást védő hatásának az igazolása humán sejttenyészeteken. 3. A coprogén tumorellenes hatásának a tanulmányozása. 4. Új sziderofórok bevonása a vizsgálatokba, pl. a Streptomyces fajok által termelt desferrioxamine E.

17 Köszönjük a figyelmet!