Gen SOD2 (OMIM 147460) położony jest na długim ramieniu chromosomu 6 w pozycji 6q25.3. Składa się on z 14203 pz. 6 sekwencji kodujących (1022 pz) wyznacza manganową dysmutazę ponadtlenkową (dysmutazę ponad-tlenkową 2; MnSOD, SOD2) [11]. Manganowa dysmutaza ponadtlenkowa jest zbudowanym z 223 aminokwasów homo-tetramerem z masą cząsteczkową każdej z podjednostek wynoszącą ok. 23 kDa. W centrum aktywnym enzymu znajdują się jony manganu [13].
Manganowa dysmutaza ponadtlenkowa występuje głównie w macierzy mitochondrialnej. Niewielkie jej ilo-ści znajdują się również w przestrzeniach zewnątrzkomór-kowych i peroksysomach [24]. Dysmutaza ponadtlenkowa 2 odgrywa kluczową rolę w promocji komórkowego różni-cowania i kancerogenezie. Stanowi ona nie tylko ważną linię obrony przeciwko nadtlenkom powstającym w procesie fosforylacji tlenowej, ale jest również niezbędna do prawi-dłowego funkcjonowania tkanek poprzez utrzymanie inte-gralności enzymów mitochondrialnych wrażliwych na bez-pośrednią inaktywację przez RFT. Jak wykazały badania
POLIMORFIZM GENóW OBRONY ANTYOKSYDACYJNEJ A RYZYKO ROZWOJU RAKA 21 na myszach, inaktywacja genu SOD2 prowadzi do
zwyrod-nienia układu nerwowego, uszkodzenia serca, akumulacji lipidów w wątrobie i mięśniach szkieletowych oraz ciężkiej kwasicy metabolicznej i ma skutek śmiertelny [25]. W sto-sunku do zmian nowotworowych gen SOD2 wykazuje dzia-łanie supresorowe: zmniejsza zdolność rozsiewu komórek guza, wydłuża czas podziału komórkowego oraz całkowicie hamuje lub co najmniej opóźnia formowanie się guza [26].
Najczęściej analizowanym polimorfizmem genu SOD2 jest zmiana typu missense – Val16Ala (rs4880). Polega ona na tranzycji 47T>C, efektem której jest substytucja waliny (GTT) na alaninę (GCT) w kodonie 16 genu. Zmiana ta jest usytuowana w obrębie sekwencji sygnałowej MTS (mito-chondrial targeting sequence), odpowiedzialnej za kiero-wanie powstałego białka MnSOD do mitochondrium [27].
Shimoda -Matsubayashi i wsp. [28] uważają, iż rodzaj ami-nokwasu w sekwencji MTS determinuje strukturę drugorzę-dową białka, a tym samym może mieć wpływ na lokaliza-cję enzymu w komórce i jego transport do mitochondrium – miejsca jego biologicznego wykorzystania. Przypuszcza się, iż struktura α -helisy (α -helix), niezbędna do prawidło-wego transportu białka, jest charakterystyczna dla -MnSOD, zaś obecność waliny warunkuje strukturę β -kartki (β -sheet), która cechuje się gorszymi parametrami prze-nikania do macierzy mitochondrialnej. Prekursor białka Val -MnSOD ulega częściowemu zatrzymaniu w wewnętrz-nej błonie mitochondrialwewnętrz-nej i w mniejszym stopniu niż prekursor Ala -MnSOD przekształca się w biologicznie czynny homotetramer [29]. Zaburzenia w transporcie dys-mutazy ponadtlenkowej 2 mogą skutkować brakiem peł-nej obrony przed RFT w mitochondrium i w konsekwencji utlenianiem białek i lipidów oraz powstawaniem mutacji w mitochondrialnym DNA [27]. W większości typów pier-wotnych nowotworów złośliwych obserwuje się wyraźny spadek aktywności MnSOD. Gen SOD2 powszechnie uwa-żany jest za supresorowy – jak wykazały bowiem badania, zwiększona ilość białka MnSOD może hamować prolife-rację i wzrost guza [26]. Z drugiej jednak strony wysoka produkcja H2O2 przez Ala -MnSOD może, zwłaszcza przy braku skutecznego działania ze strony peroksydazy glu-tationowej, katalazy czy białek naprawy DNA, wykazy-wać efekt rakotwórczy. Ocenia się, że Ala -MnSOD ma ok.
30–40% wyższą aktywność niż Val -MnSOD [29]. Wysoki poziom H2O2 związany z nadekspresją SOD2 odnotowano m.in. w komórkach raka prostaty [30]. Ponadto skuteczna obrona przed RFT może paradoksalnie zmniejszyć zdol-ność komórek do ulegania innym mechanizmom ochron-nym, takim jak apoptoza, a tym samym pozwalać na wzrost i proliferację zmutowanych komórek [31].
Polimorfizm Val16Ala opisywano u osób chorych na pro-gerię i z objawami przedwczesnego starzenia [27]. Wykazano, iż osoby (zwłaszcza kobiety) z homozygotycznym warian-tem 47CC cechuje zwiększona podatność rozwoju spora-dycznej postaci schorzenia neuronów motorycznych [32], zaś z genotypem 47TT częściej zapadają na sporadyczną postać idiopatycznej kardiomiopatii rozstrzeniowej [33].
Liczni badacze wskazują też na związek zmiany Val16Ala z rozwojem nowotworów. Pierwsze doniesienie pochodzi z 1999 r., kiedy to Ambrosone i wsp. [31] opi-sali istnienie asocjacji pomiędzy nosicielstwem zmienio-nego allela a zwiększonym ryzykiem rozwoju raka piersi (OR = 1,8; 95% CI = 0,9–3,6). Te i kolejne badania pozwo-liły na wyodrębnienie grupy kobiet z najwyższym ryzy-kiem zachorowania na raka piersi. Wśród nich znajdują się:
kobiety w wieku przedmenopauzalnym z homozygotycz-nym układem 47CC (OR = 4,3; 95% CI = 1,7–10,8) [31] oraz kobiety w wieku postmenopauzalnym stosujące estroge-nową terapię zastępczą, będące jednocześnie nosicielkami co najmniej jednego zmienionego allela (OR = 2,5; 95%
CI = 1,3–4,8) [34]. Na wzrost ryzyka rozwoju raka piersi u kobiet z niekorzystnym genotypem 47CC wpływa ponadto wysoki BMI, stosowanie doustnych środków antykoncep-cyjnych oraz długoletnie palenie papierosów [34, 35, 36].
Właściwa dieta, bogata w antyoksydanty, pomaga obniżyć ryzyko rozwoju raka piersi [31].
Obecność alaniny w kodonie 16 genu SOD2 (genotyp 47CC i/lub 47TC) wiąże się ponadto ze zwiększonym ryzy-kiem zachorowania na raka prostaty [23], zwłaszcza raka prostaty o wysokim stopniu morfologicznej złośliwości [37], raka płuc [38, 39] i raka jajnika [40]. Inne badania wska-zują na powiązanie genotypu 47TT i/lub 47TC ze wzro-stem ryzyka rozwoju nowotworów, w tym raka piersi [41], płuc [42], pęcherza moczowego [43] i trzustki [44].
Wiele danych literaturowych nie potwierdza związku zmiany Val16Ala ze zwiększonym ryzykiem rozwoju nowo-tworów. Metaanaliza obejmująca 7366 pacjentów ze zdia-gnozowanym nowotworem złośliwym i 9102 osób zdro-wych, oparta na 13 publikacjach, wykazała brak asocjacji pomiędzy homozygotycznym układem 47CC a zwiększo-nym ryzykiem rozwoju raka (OR = 1,02; 95% CI = 0,91–1,14), w tym raka piersi (OR = 0,98; 95% CI = 0,90–1,07) [45].
Nie można wykluczyć, iż zwiększone ryzyko zachorowania na nowotwory u nosicieli zmiany Val16Ala jest wynikiem interakcji z innymi czynnikami genetycznymi oraz środo-wiskowymi. Cox i wsp. [46] wykazali, że samo nosicielstwo zmiany Val16Ala nie predysponuje do rozwoju nowotworów piersi. Cytowani autorzy odnotowali bowiem, iż kobiety, które obok genotypu SOD2 47CC posiadają w układzie homozygotycznym zmianę Pro198Leu w genie GPX1, niemal dwukrotnie częściej chorują na raka tego narządu (OR = 1,87; 95% CI = 1,09–3,19). Inne badania wykazały blisko dwukrotnie większe ryzyko raka prostaty (OR = 1,97;
95% CI = 1,33–2,91) u nałogowych palaczy będących nosi-cielami zmiany SOD2 Val16Ala i posiadających dwa rzad-kie allele Ala234 w genie selenoproteiny P (SEPP1) [47]
oraz 3 -krotnie większe ryzyko rozwoju raka tego narządu (OR = 3,0; 95% CI = 1,37–7,02) u mężczyzn z genotypem 47CC i niskim poziomem likopenu w surowicy krwi [48].
Udowodniono, iż niski poziom enzymów antyoksydacyj-nych i dieta uboga w antyoksydanty u nosicieli zmiany Val16Ala zwiększa ryzyko rozwoju raka prostaty [23, 49]
i raka piersi w młodym wieku [31, 35].
22 ANNA JANICKA, JOLANTA SZYMAńSKA-PASTERNAK, JOANNA BOBER Drugim funkcjonalnym polimorfizmem genu SOD2
o potencjalnym znaczeniu w kancerogenezie jest substytucja izoleucyny na treoninę w kodonie 58 (Ile58Thr, rs1141718), spowodowana tranzycją cytozyny na tyminę w pozycji 339 (339C>T) [50]. Zmiana ta wpływa na stabilność tetrameru, redukuje ilość białka i 3 -krotnie obniża jego aktywność enzymatyczną [26]. Tefik i wsp. w badaniu obejmującym 155 mężczyzn ze zdiagnozowanym złośliwym nowotworem prostaty i 195 osób zdrowych nie wykazali związku pomię-dzy polimorfizmem Ile58Thr a ryzykiem raka prostaty [51].
Paz -y -Miño i wsp. odnotowali z kolei zwiększoną częstość omawianej zmiany w grupie chorych z rakiem pęcherza moczowego w porównaniu do osób zdrowych, jednakże różnica ta okazała się nieistotna statystycznie (OR = 2,1, p > 0,05) [52]. Dotychczasowy brak informacji o powiązaniu polimorfizmu Ile58Thr z ryzykiem rozwoju nowotworów może wynikać przede wszystkim z rzadkości występowania genotypu 339TT, a tym samym braku mocy statystycznej prowadzonych badań populacyjnych.
Gen CAT
Gen CAT (OMIM 115500) znajduje się na krótkim ramieniu chromosomu 11 w pozycji 11p13. Składa się z 33127 pz genomowego DNA, z których sekwencje kodu-jące (13 ekso nów) zajmują 2291 pz, wyznaczając białko zbudowane z 528 aminokwasów [11]. Kodowana przez gen CAT katalaza (CAT) jest hemoproteiną o podwójnej aktyw-ności – katalazowej (katalizuje reakcję dysproporcjonowa-nia nadtlenku wodoru) i peroksydazowej (utledysproporcjonowa-nia metanol, etanol, mrówczan, azotyny, chinony i inne związki będące donorami wodoru).
Katalaza jest homotetramerem złożonym z czterech podjednostek. Każda z nich posiada układ hemowy z cen-tralnie położonym jonem żelaza Fe3+ i związana jest zwykle z jedną cząsteczką NADPH [2, 24, 53]. Jony Fe3+ uczest-niczą w dwuetapowej reakcji dysproporcjonowania H2O2
do H2O i O2, zaś NADPH pełni prawdopodobnie rolę czyn-nika stabilizującego cząsteczkę enzymu i jest odpowie-dzialny za utrzymanie jego aktywności katalitycznej [54].
Konwersja H2O2 do H2O i O2 z udziałem katalazy zachodzi dwuetapowo. Etap pierwszy obejmuje redukcję nadtlenku wodoru do wody z udziałem Fe3+ układu hemowego enzymu.
W wyniku eliminacji po jednym elektronie z żelaza oraz pierścienia porfirynowego powstaje forma oksyferrylowa żelaza i rodnik kationowy porfiryny, czyli tzw. związek I (Por+∙− Fe4+ = O). Drugi etap polega na utlenianiu przez związek I kolejnej cząsteczki nadtlenku wodoru, w wyniku czego powstaje tlen cząsteczkowy i woda, a żelazo układu hemowego powraca do stanu wyjściowego, czyli na 3. sto-pień utlenienia (reakcja 1 i 2) [53, 55]:
katalaza (Por−Fe
Katalaza jest jednym z najszybciej działających enzy-mów ludzkiego organizmu – w ciągu sekundy jedna jej czą-steczka rozkłada ok. 200 000 cząsteczek H2O2. Inhibitorami aktywności katalazy jest szereg związków chemicznych, w tym CuSO4, cyjanek potasu, azydek sodu i inne reagu-jące z grupą hemową białka. Specyficznym inhibitorem katalazy jest 3 -amino -1,2,4 -triazol [2]. Największe stężenie enzymu obserwuje się w erytrocytach, hepatocytach, bło-nach śluzowych, komórkach nabłonka nerkowego i szpiku kostnego. Katalaza znajduje się głównie w peroksysomach.
Niewielkie jej ilości wykazano w mitochondriach, retikulum endoplazmatycznym oraz w cytoplazmie komórki [56].
Obniżona aktywność katalazy sprzyja rozwojowi wielu chorób związanych ze stresem oksydacyjnym, takich jak:
miażdżyca, cukrzyca, żółtaczka, zapalenie płuc, gruź-lica, choroby neurodegeneracyjne, alergie oraz nowo-twory [57, 58, 59]. Spadek aktywności enzymu o 50% nosi nazwę hipokatalazemi, zaś poniżej 10% wartości prawidło-wych – akatalazemii. Obie te jednostki chorobowe spowo-dowane są rzadkimi mutacjami o charakterze patogennym w obrębie genu CAT (IVS4+5G>A, IVS7+5G>T, 358delT, 138insGA, 79insG, Arg354His) i mają charakter dziedziczny.
Objawiają się one owrzodzeniami podudzi i błony śluzowej jamy ustnej, skłonnością do wczesnego wypadania zębów, martwicą języka i migdałków [58]. Jak wykazano w bada-niach na myszach, redukcja aktywności enzymatycznej katalazy w przebiegu akatalazemii i hipotalazemii może być przyczyną rozwoju raka sutka [60].
Wśród zmian polimorficznych w obrębie genu CAT na szczególną uwagę zasługuje substytucja cytozyny na tyminę w pozycji −330 w regionie promotora genu (330C>T, rs1001179), której obecność zmienia aktyw-ność enzymatyczną kodowanego białka [61, 62]. Obec-ność tyminy w pozycji −330 promotora genu CAT wpływa na niską aktywność enzymu i wiąże się ze zwiększonym ryzykiem zapadalności na choroby związane ze stresem oksydacyjnym, jak nadciśnienie [63], albinizm [64] czy nowotwory złośliwe [65, 66, 67]. Spadek aktywności kata-lazy u osób z genotypem −330CT szacuje się na ok. 29%
względem homozygot −330CC (p = 0,002). Osoby z genoty-pem −330TT wykazują spadek aktywności katalazy o ponad 36% (p = 0,02) w stosunku do osób z genotypem −330CC.
Powyższa asocjacja jest szczególnie silna u kobiet i osób rasy kaukaskiej. W wymienionych grupach u homozygot
−330TT obserwuje się spadek aktywności enzymatycznej białka odpowiednio o ok. 46% (p = 0,01) i 40% (p < 0,0001) w stosunku do homozygot −330CC. Wiek i palenie papiero-sów zdają się nie wpływać dodatkowo na zależność genotypu CAT i poziomu aktywności katalazy [61]. Interesująca jest natomiast zależność pomiędzy ilością spożywanych warzyw i owoców oraz genotypem a poziomem aktywności katalazy.
Ahn i wsp. [61] zaobserwowali spadek aktywności enzymu wraz ze wzrostem ilości konsumowanych warzyw i owoców u osób z genotypem −330CT i TT. Aktywność katalazy w grupie osób o najwyższym współczynniku spożywa-nia tych naturalnych źródeł egzogennych antyoksydantów,
POLIMORFIZM GENóW OBRONY ANTYOKSYDACYJNEJ A RYZYKO ROZWOJU RAKA 23 u których wykryto co najmniej jeden zmieniony allel T, była
o 35% mniejsza niż w porównywalnej grupie osób z homo-zygotycznym wariantem genu CAT −330CC (p = 0,003).
Autorzy sugerują, iż osoby z genotypem CAT −330CT lub TT są bardziej wrażliwe na regulację aktywności enzyma-tycznej katalazy przez czynniki zewnętrzne, takie jak dieta, niż osoby z wysoką aktywnością enzymu (z genotypem CAT
−330CC) [61]. Antyoksydanty pokarmowe mogą redukować poziom H2O2, a tym samym utrzymywać ekspresję genu CAT na niższym poziomie [68].
Opublikowane w 2005 r. wyniki badań Ahna i wsp. [65]
oparte na analizie DNA ponad tysiąca kobiet ze zdiagnozo-wanym rakiem piersi dowodzą, iż homozygotyczny wariant genu CAT −330CC, związany z wysoką aktywnością kata-lazy, redukuje ryzyko rozwoju raka tego narządu o 17%
w stosunku do genotypów −330CT i TT (OR = 0,83; 95%
CI = 0,69–1,00). Dodatkową ochronę zapewnia duże spoży-cie owoców (OR = 0,71; 95% CI = 0,54–0,92), szczególnie w przypadku kobiet niestosujących dodatkowej suplementa-cji diety witaminami o właściwościach antyoksydacyjnych (OR = 0,59; 95% CI = 0,38–0,89). Obserwacja ta potwierdza i podkreśla istotną rolę świeżych warzyw i owoców w pro-filaktyce antynowotworowej. Związku samego genotypu CAT z ryzykiem raka piersi nie potwierdziły badania Quick i wsp. [67]. Wymienieni autorzy wykazali natomiast dodat-nią korelację pomiędzy stosowaniem hormonalnej terapii zastępczej (HTZ) a ryzykiem rozwoju raka piersi u post-menopauzalnych kobiet (OR = 1,39; 95% CI = 1,11–1,75).
Zależność ta była szczególnie silna u pacjentek z geno-typem CAT −330CT lub TT (OR = 1,88; 95% CI = 1,29–
2,75). Zgodnie z wynikami uzyskanymi przez cytowanych badaczy, w grupie najwyższego ryzyka znajdują się kobiety posiadające co najmniej jeden zmieniony allel T i będące w trakcie HTZ (OR = 2,01; 95% CI = 1,35–2,99), przyjmu-jące w trakcie swojego życia HTZ przez okres co najmniej 5 lat (OR = 2,32; 95% CI = 1,50–3,59) i ze zdiagnozowanym estrogenozależnym (ER -dodatnim) rakiem piersi (OR = 2,26;
95% CI = 1,46–3,49).
Podsumowując, metabolizm estrogenów zawartych w preparatach HTZ przyczynia się do powstawania RFT i u kobiet z wariantem genu CAT związanym z niską aktyw-nością enzymatyczną może skutkować rozwojem raka piersi.
U mężczyzn zaś homozygotyczny wariant CAT −330TT związany jest z 2 -krotnym wzrostem ryzyka rozwoju raka prostaty przed 65. r.ż. (OR = 2,0; 95% CI = 0,97–3,95) [66].