Master Catania (3 Modulo

7/27/2019 Master Catania (3 Modulo

1/49

EPIDEMIOLOGIA MOLECOLARE DEITUMORI E DI ALTRE PATOLOGIE

CRONICO-DEGENERATIVE


2/49

GIORNI-SETTIMANE

ANNI-DECENNI

Analisi dimetaboliti

Mutagenicitdi escreti

Addotti aDNA e

proteine

Alterazioni metaboliche

Danno e riparazione del DNA

Mutazioni/Effetti citogenetici

Attivazione di oncogni

Delezione o mutazione digeni oncosoppressori

Effetti su proliferazione,differenziazione, apoptosi

FATTORIDI RISCHIO

MALATTIE

MARCATORI DIESPOSIZIONE

DOSE

MENTEEFFETTIVA

DANNIBIOLOGICIPRECOCI

BIOLOGICA-

MAINSTREAMSMOKE

SIDESTREAMSMOKE

ENVIRONMENTALCIGARETTESMOKE (ECS)


3/49

GIORNI-SETTIMANE

ANNI-DECENNI

Analisi dimetaboliti

Mutagenicitdi escreti

Addotti aDNA e

proteine

Alterazioni metaboliche

Danno e riparazione del DNA

Mutazioni/Effetti citogenetici

Attivazione di oncogni

Delezione o mutazione digeni oncosoppressori

Effetti su proliferazione,differenziazione, apoptosi

FATTORIDI RISCHIO

MALATTIE

MARCATORI DIESPOSIZIONE

DOSE

MENTEEFFETTIVA

DANNIBIOLOGICIPRECOCI

BIOLOGICA-

FATTORI PROTETTIVI

STOP


4/49

CELLULABERSAGLIO

CELLULAINIZIATA

CELLULA

NEOPLASTICA

DOSE DIESPOSIZIONE

DOSEFARMACOLOGICA

DOSECELLULARE

DOSEBERSAGLIO

DOSEMOLECOLARE

DOSIMETRIA DEGLI XENOBIOTICI

ADDOTTO AL DNA


5/49

40

30

20

10

0

0 50 100 150 200

BPDE-DNA adducts (FU)

Cigarettes/day

A. Izzotti et al., Carcinogenesis 12, 1281-1285, 1991

r = 0.57

P < 0.05


6/49

SIGNUM PROJECT (918 subjects)End-points: DNA adducts

8oxodG

Metabolic polymorphisms


7/49

ADDOTTI AL DNA DEL FEGATO DI WOODCHUCKS, INRELAZIONE ALLINFEZIONE CON IL VIRUS DELLEPATITE

WHV

WHV +

A. Izzotti et al., Chem.-Biol. Inter. 97, 273-285, 1995


8/49

MALATTIECARDIOVASCOLARI

DIAGNOSI

TERAPIA

EPIDEMIOLOGIA

PREVENZIONE

FATTORI DI RISCHIO E FATTORI PROTETTIVI

IL FENOMENO DELLICEBERG PER MALATTIE CRONICODEGENERATIVE

BPCO

CANCRO

DannoalDNA

Stressossidativo

Infiammazionecronica


9/49

THE 'OMICS TECHNOLOGIES

PROTEOME

Proteins

GENOME

DNA

Coloredby: SHAMvs CS,DefaultInterpretation( sham.txt)GeneList: mmu(484)

MIRNOME

MicroRNARNA

TRANSCRIPTOME

Chronicdegenerative

diseasesand critical

periodsof life

PROTECTIVE FACTORS


10/49

A. Izzotti et al., FASEB J. 23, 806812, 2009

mRNA

SHAM

Proteins

SHAM

1000 10000

1000

10000

DNA MicroRNA

SHAM

0,01 0,1 1 10 100

0,01

0,1

1

10

100

CIGA

RETTESMOKE

MOLECULAR EFFECTS OF CIGARETTE SMOKE IN RAT LUNG


11/49

COMMON PATHOGENETIC MECHANISMS

DNA damage

Epigenetic mechanisms

Oxidative stress

Chronic inflammation

Genetic predisposition

CancerStem cell

susceptibility

Agerelateddiseases

Perinatalvulnerability

Transplacentaldamage

Degenerativeheart diseases

Metabolicsyndrome

Neurological

disordersSkin ageingand alopecia

Diabetes

Chronic obstructivepulmonary diseases

Atherosclerosis

Eye diseases


12/49

Pathological conditionsPathological conditions

Cancer / Physical agentsCancer / Physical agents


13/49


Cancer / Chemicals

and

complex mixtures

Cancer / Chemicals

and

complex mixtures


14/49


Cancer / Microbial diseasesCancer / Microbial diseases


15/49


COPDCOPD(A.(A. IzzottiIzzotti etet al., FASEBal., FASEB JJ. 17, 1127. 17, 1127--29, 2003)29, 2003)

(R. Balansky et al., Carcinogenesis 30, 1398(R. Balansky et al., Carcinogenesis 30, 1398--401, 2009)401, 2009)


16/49


AlopeciaAlopecia

(R. Balansky et al., PNAS USA 103, 7823(R. Balansky et al., PNAS USA 103, 7823--28, 2006)28, 2006)


17/49


AtherosclerosisAtherosclerosis


18/49


Heart diseasesHeart diseases


19/49


Neurodegenerative diseasesNeurodegenerative diseasesS. La Maestra et al., Toxicol. Sci. 123, 471S. La Maestra et al., Toxicol. Sci. 123, 471--9, 20119, 2011


20/49

PROLIFERATION AND CHRONIC DEGENERATIVE DISEASES

DNA damageDNA repair

Oxidative stressChronic inflammation

Epigenetic mechanisms

Degenerativediseases of

the myocardium

Neuro-degenerative

diseases

Atheroscleroticplaque

Cancer

Proliferation


21/49


Eye diseasesEye diseases

(A. Izzotti et al., Am. J. Med. 114, 638(A. Izzotti et al., Am. J. Med. 114, 638--646, 2003)646, 2003)


22/49


Rare genetic diseasesRare genetic diseases(A. Izzotti et al., Neurology 71, 610(A. Izzotti et al., Neurology 71, 610--2, 2008)2, 2008)


23/49

Physiological situationsPhysiological situations

Pregnancy and perinatal

period

Pregnancy and perinatal

period

(A. Izzotti et al., Mutat. Res. Rev. 544, 441(A. Izzotti et al., Mutat. Res. Rev. 544, 441--449, 2003)449, 2003)


24/49


AgingAging

(R. Balansky et al., Cancer Res. 56, 1642(R. Balansky et al., Cancer Res. 56, 1642--7, 1996)7, 1996)


25/49


Stem cellsStem cells

(S. De Flora et al., Int. J. Oncol. 29, 521(S. De Flora et al., Int. J. Oncol. 29, 521--529, 2006)529, 2006)


26/49


27/49

A. Izzotti et al., FASEB J. 17, 126-129, 2003

DNA adducts/108 nucleotides

0 0,5 1 1,5 2 2,5

NAC

SHAM

ECS *ECS + NAC

MN PCE ()

0 2,5 5 7,5 10 12,5

NAC

SHAM

ECS *ECS + NAC

8-oxo-dG/105 nucleotides

0 5 10 15 20 25

NAC

SHAM

ECS *ECS + NAC

GENOMIC AND TRANSCRIPTIONAL ALTERATIONSIN MOUSE FETUS LIVER

TRANSPLACENTALCIGARETTE SMOKE


28/49

GSH

metabolism5/7 (71%)

Housekeeping

genes0/9 (0%)

Oxidative

damage4/7 (57%)

EXPRESSION OF 746 GENES IN A/J MOUSE FOETUS LIVER

SHAM

SMOKE

Xenobiotic

metabolism18/50 (36%)

Stress

response18/120 (15%)

Protein repair

and removal15/21 (71%)

Apoptosis11/23 (48%)

Cell cycle

regulation19/96 (20%)

Growth factors

and cytoskeleton8/99 (8%)

Transcription

factors6/100 (6%)

Cell

receptors5/99 (5%)


DNA repair7/115 (6%)

AngiogeninVEGF precursor

DNA repair7/115 (6%)

NACGPxGST 1

GST MGST GST Pi 1

Ox-stress proteinCatalaseCu-Zn SOD 1 prec.Mn SOD 2 prec.

Trypsin-relatedserine protease

1-Antitrypsinprecursor


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UNTREATEDPREGNANT

MICE

GENOMIC CHANGES IN MOUSE LUNG AT BIRTH

A. Izzotti et al., Mutat. Res. (Rev. Genetic Toxicol.), 544, 441-449, 2003

DNA adducts Expression of 746 genes8-oxo-dGuo

Newborn mice / fetuses

5.05.01.9P < 0.05 P < 0.001

2.00.9NS

NS

NACTREATEDPREGNANT

MICE


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INDUCTION OF LUNG TUMORS BY CIGARETTE SMOKEIN MICE EXPOSED EARLY IN LIFE

R. Balansky et al., Carcinogenesis 28, 223643, 2007

Time (months)

No.oflungtumors/mouse

5 6 7 8

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

Males

2 3 410

Incidence = 14/22 (63.6%)

Multiplicity = 6.1 1.64

Incidence = 12/16 (75.0%)

Multiplicity = 13.6 2.33

Females

5 6 7 82 3 410

Spontaneous deaths

Including one

malignant tumor


31/49

PRENATAL NACETYLCYSTEINE (NAC) PREVENTSCIGARETTE

SMOKEINDUCED LUNG TUMORS IN NEONATAL MICE

Incidence (%) Multiplicity (mean SE)

Sham

MCS

NACMCS

0 10 20 30 40 50 60 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.53.0

Sham

MCS

NACMCS

Sham

MCS

NACMCS

Sham

MCS

NACMCS

Total lungtumors

Microadenomas

Adenomas

Bronchoalveolar carcinomas

Total lungtumors

Microadenomas

Adenomas

Bronchoalveolar carcinomas



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PRENATAL NACETYLCYSTEINE (NAC) PREVENTS CIGARETTESMOKEINDUCED HISTHOPATOLOGICAL ALTERATIONS IN

NEONATAL MICE

Incidence (%)

0 5 10 15 20 25 30

ShamMCS

NACMCS

Alveolar epithelium hyperplasia

Emphysema

Urinary bladder epithelium hyperplasia

Sham

MCS

NACMCS

Sham

MCS

NACMCS



33/49


34/49

Ramos et al. (1996). In Casarett and Doulls Toxicology, The Basic Scienceof Poisons, pp. 487527


35/49


36/49

HUMAN ABDOMINAL AORTAWITH ATHEROSCLEROTIC

LESIONS

Extraction of DNA from smooth muscle cells


37/49

MOLECULAR EPIDEMIOLOGY

OF ATHEROSCLEROSISS. De Flora et al., FASEB J. 11: 1021-1031, 1997

The levels of 32P postlabelled DNA adducts in the aorta from85 atherosclerotic patients were significantly correlated with:

-Age of patients

-Number of cigarettes smoked currently

-High blood pressure

-Blood triglycerides

-Blood cholesterol (total/HDL)-SFS-positive DNA adducts

-Oxidative DNA damage (8-OH-dG)


38/49

0 5 10 15 20 25

DNA adducts/10 nucleotides8

MODULATION OF DNA ADDUCTS BY DIETARY

AGENTS IN THE AORTA OF SMOKE-EXPOSED RATS

A. Izzotti et al., Mutat. Res. 494, 97-106, 2001

ECS + OPZ

ECS + NAC

ECS + PEITC

ECS + D3T

ECS

SHAM

ECS + NAC + OPZ

P< 0.01

P< 0.01

P< 0.01

ECS + 5,6-BF


39/49


40/49

8oxodG DNA ADDUCTS


41/49

0 5 10 15 20 3525 30

DNA adducts/10 nucleotides8

MODULATION OF DNA ADDUCTS BY DIETARY

AGENTS IN THE HEART OF SMOKE-EXPOSED RATS

S. De Flora and A. Izzotti, Mutat. Res. 667, 15-26, 2009

ECS

SHAM

ECS + OPZ

ECS + NAC

ECS + PEITC

ECS + D3T

ECS + NAC + OPZ

P< 0.01ECS + 5,6-BF

P< 0.01

P< 0.001

P< 0.001

P< 0.05

ADDOTTI AL DNA DI RATTO


42/49

ADDOTTI AL DNA DI RATTO


Controlli Etanolo Fumo Fumo +Etanolo

Esofago

Fegato

Polmone

Cuore

DANNO OSSIDATIVO AL DNA NEL TRABECOLATO OCULARE


43/49

DANNO OSSIDATIVO AL DNA NEL TRABECOLATO OCULARE

(A. Izzotti et al., Am. J. Med. 114, 638-646, 2003)

25

20

15

10

5

0

GSTM1 - nulli GSTM1 +

Malati di glaucoma (n = 39)

GSTM1 - nulli GSTM1 +

Controlli (n = 47)

8

oxodG/1

05nucleotidI


44/49


45/49

BIOTRANSFORMATION OF GENOTOXIC AGENT IN MARINE SPONGES.

MECHANISMS AND MODULATION

S. De Flora et al.Mutagenesis 10, 357364, 1995


46/49

FIUMELAMBRO

FIUME PO

A CONTROLLIIN ACQUARIO

MONITORAGGIO BIOTOSSICOLOGICODELLACQUA

MONITORAGGIO BIOTOSSICOLOGICODEI SEDIMENTI

Bioindicatori alterati in trote stabulate

nel punto C:

Iniezione di estratti di sedimenti in

trote adulteA]

B] Esposizione per contatto di larve di trota

Mutagenicit della bile (1)

Induzione di enzimi microsomiali epatici (2)

Induzione dellattivazione metabolica di uncancerogeno nel fegato(2)

Effetti citogenetici (micronuclei ineritrociti(3)

Eliminazione di metaboliti fluirescenti conla bile (1)

BC

Induzione di enzimi microsomiali epatici (2)

Induzione di enzimi microsomiali in estrattidi larva (2)

Indicatori biotossicologici

(1) Marcatore di esposizione

(2) Marcatore di effetto biologicoprecoce

(3) Marcatore di danno genetico

MUTAGENICITY OF SEDIMENTS ALONG THE PO RIVER AND


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GENOTOXICITY BIOMARKERS IN FISH

L. Vigan et al., Mutat. Res. 515, 125134, 2002

ADDOTTI BPA DNA IN VITROADDOTTI BPA DNA IN VITRO


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A. Izzotti, S. Kanitz , F. DAgostini, A. Camoirano & S. De Flora, Mutat. Res. 679, 28-32, 2009

ADDOTTI BPADNA IN VITROADDOTTI BPADNA IN VITRO

SPOTS AUTORADIOGRAFICI

0 50 100 150 200 2500

1

2

3

4

5

6

7

8

Adducts/108

nucleotides

BPA dose (ng/l)

DOSEDIPENDENZA

FRAMMENTAZIONE DI SPERMATOZOI DI RATTI INDOTTA DA BPA


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A. Izzotti, S. Kanitz , F. DAgostini, A. Camoirano & S. De Flora, Mutat. Res. 679, 28-32, 2009

Studi epidemiologici suggeriscono che la qualit e quantit dello

sperma umano sono diminuite durante gli ultimi 6 decenni

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