MXR-mekanismin toiminta vesikirpulla Daphnia magna

Abstract

Ympäristössä esiintyy laajalti erilaisia eliöille haitallisia sekä luonnollisia että ihmisperäisiä aineita ja kemikaaleja. Haitallisten aineiden määrä ympäristössä tulee lisääntymään kasvavan kemikaalien käytön myötä. Eliöiden selviytymisen kannalta mekanismit, joilla haitallisia aineita voidaan poistaa soluista ja kudoksista ovat elintärkeitä. Tunnetuimpina mekanismeina haitallisia vierasaineita sekä solujen omien aineenvaihdunnan tuotteita vastaan pidetään erilaisia detoksifikaatioprosessaja. Näissä detoksifikaatioprosesseissa solun sisälle kertyneitä aineita pyritään poistamaan soluista entsymaattisen muutunnan avulla. Eräs solutasoinen mekanismi, jolla haitallisten aineiden pääsyä ja kertymistä soluihin sekä kudoksiin voidaan estää, on multiksenobioottiinen resistenssi MXR. MXR-mekanismi perustuu solukalvolla sijaitseviin ATP:tä sitoviin ja hydrolysoiviin ABC-proteiineihin. ABC-proteiinit ovat yksi laajimpia proteiiniryhmiä. Niitä on todettu esiintyvän kaikilla tutkituilla eliöillä. MXR-mekanismia hoitavat ABC-proteiinit omaavat laajan substraattispesifisyyden ja pystyvät siten poistamaan soluista myös monia haitallisia yhdisteitä. ABC-proteiinien toiminta voi kuitenkin estyä erilaisten ympäristöön joutuneiden kemikaalien vaikutuksesta, jolloin haitallisia aineita pääsee kertymään eliöiden soluihin. ABC-proteiinien esiintymistä voidaan helposti tutkia proteiinien substraatteina toimivien fluoresoivien väriaineiden tai radioaktiivisten aineiden sekä proteiinien toimintaa estävien tietyille ABC-proteiiniryhmille spesifisten inhibiittoreiden avulla. Tässä opinnäytetyössä tutkittiin MXR-mekanismin toimintaa sekä ABC-proteiinien esiintymistä täysikasvuisella vesikirpulla (Daphnia magna) proteiinien substraatteina ja inhibiittoreina toimivien aineiden avulla. Työssä tutkittiin myös nikkelin ja kadmiumin vaikutusta MXR-mekanismin toimintaan. Tuloksissa ainoastaan ABCB-proteiiniryhmän esiintymisestä saatiin selvyys D. magnalla kyseistä proteiiniryhmän toimintaa inhiboivan reversiini 205:n vaikutuksesta pitoisuuksilla 5 µM ja 20 µM. Vielä tiedetään ainoastaan vähän siitä, millaiset yhdisteet voivat toimia ABC-proteiinien toimesta poistettavina substraatteina ja niiden toimintaa estävinä inhibiittoreina. MXR-mekanismin ollessa keskeisessä asemassa estämässä haitallisten aineiden kertymistä eliöihin, tarvitaan lisää tutkimusta kyseistä mekanismia haittaavien aineiden selvittämiseen.

There exist various harmful chemicals in the environment. The amount of chemical will increases in the environment when the using of different chemical increases. So mechanisms that can help organisms to survive in polluted environments and to efflux harmful chemicals are vital. Xenobiotic toxicants and endogenous metabolites are usually efflux by detoxification processes which metabolize toxins to be more easily excreted from the cytoplasm. Organisms can also avoid natural toxins and anthropogenic chemicals via so called multixenobiotic resistance mechanism MXR. MXR mechanism is expression of transmembrane transporter proteins which can efflux both endogenous compounds and environmental toxins from cells. All multixenobiotic resistance proteins belong to the ATP-binding cassette superfamily ABC. These proteins use energy from ATP hydrolysis to transport molecules across cell membranes. ABC proteins are one of the largest protein classes known and they are present in all organism and living cells. ABC proteins possess very large substrate specificity. They can efflux many physically and chemically different chemicals from the cells. The effective xenobiotic transport by ABC proteins can be however inhibited by many chemicals. Inhibition of the transporter activity allows harmful chemicals enter to the cytoplasm. Presence of these proteins can be measured with fluorescent dyes or radioactive compounds which act as substrates of the transporter proteins and specific protein inhibitors. When effective transporter proteins exist in the cellular membrane, only a few dye molecules enter the cytoplasm. The aim of this study was to determine the function of MXR mechanism and the presence of ABC proteins with water flea Daphnia magna by using specific protein substrates and inhibitors. We also studied the effect of cadmium and nickel metals to the MXR mechanism. According to the results there exist only effective ABCC-family proteins in D. magna. Concentrations 5 µM and 20 µM of specific ABCC inhibitor reversin 205 caused more substrate accumulation in the D. magna cells than in the control. There is only limited information about what kind of chemicals can act as ABC protein inhibitors or substrates. More study is needed for the characterization of these compounds.