Oxidatieve stress als modulator in metaaltoxiciteit

Abstract

Sinds het einde van de 19e eeuw en het begin van de 20e eeuw werden zware metalen wijd verspreid in de lucht, de bodem en het water als gevolg van antropogene activiteiten. Door opwaaiend stof en accumulatie in landbouwproducten kunnen ze opgenomen worden door mens en dier. Zware metalen zijn zeer toxisch en verstoren verschillende fysiologische processen bij zowel mens en dier (long-, nier-, lever- en botschade) als bij planten (verstoring van de groei en fotosynthese). Op cellulair niveau is een algemeen effect waarneembaar, namelijk oxidatieve stress. Dit is een onevenwicht in de redoxbalans waarbij het aantal geoxideerde substraten in de cel groter is dan het aantal gereduceerde. Deze geoxideerde moleculen kunnen reageren met proteïnen en DNA in de cel. Ze kunnen ook aanleiding geven tot lipidenperoxidatie waardoor de celmembranen worden aangetast. Als bescherming tegen de reactie van deze geoxideerde moleculen, activeert de cel haar antioxidatief systeem. Dit bestaat uit enzymen (catalase, superoxidedismutase, …) en metabolieten (glutathion, ascorbaat). In deze studie werd er gekeken naar het effect van enkele zware metalen, Cu en Cd, op oxidatieve stress gerelateerde parameters in de cel. Als een testorganisme werd gebruik gemaakt van Arabidopsis thaliana omdat voor deze plant een grote beschikbaarheid bestaat van moleculaire informatie en technieken. Na behandeling werd een nutriëntenprofiel opgesteld en werd het gehalte aan lipidenperoxidatieproducten en H2O2 bepaald. De expressie van ROS-producerende enzymen zoals de lipoxygenasen en NADPH-oxidasen werd ook nagegaan. Verder werden de effecten van zware metalen op het antioxidatieve verdedigingsmechanisme onderzocht op zowel transcriptioneel als metabolisch niveau. Uit deze studie kan besloten worden dat blootstelling aan zware metalen, zoals Cu en Cd, leidt tot oxidatieve stress op cellulair niveau. Dit kan afgeleid worden uit de stijging in H2O2 en lipidenperoxidatie na toediening van Cu en Cd. De mechanismen die hiertoe leiden zijn echter verschillend voor beide metalen. Cu is een redoxactief metaal en kan via redoxcycling tussen zijn verschillende oxidatievormen hydroxylradicalen vormen, die vervolgens aanleiding kunnen geven tot oxidatieve stress. Bij Cd is het ontstaan van oxidatieve stress eerder een indirect mechanisme te wijten aan een verhoogde activiteit van NADPH-oxidasen en lipoxygenasen. Verder wordt het antioxidatief systeem aangetast op zowel transcriptioneel als metabolisch niveau.