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
Kutatási előzmények: Az érrendszerbe kerülő hem, és a belőle felszabaduló redoxaktív vas élettani hatása igen káros, ugyanis aktívan hozzájárul az érelmeszesedés kialakulásához! Heme uptake by endothelium synergizes polymorphonuclear granulocyte-mediated damage. Balla G, Vercellotti G, Eaton JW, Jacob HS. Trans Assoc Am Physicians. 1990;103:174-9. Iron loading of endothelial cells augments oxidant damage. Balla G, Vercellotti GM, Eaton JW, Jacob HS. J Lab Clin Med. 1990 Oct;116(4):546-54. Hemin: a possible physiological mediator of low density lipoprotein oxidation and endothelial injury. Balla G, Jacob HS, Eaton JW, Belcher JD, Vercellotti GM. Arterioscler Thromb. 1991 Nov-Dec;11(6):1700-11. Endothelial cell heme oxygenase and ferritin induction by heme proteins: a possible mechanism limiting shock damage. Balla J, Jacob HS, Balla G, Nath 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. Nath KA, Balla G, Vercellotti GM, Balla J, Jacob HS, Levitt MD, Rosenberg ME. J Clin Invest. 1992 Jul;90(1):267-70. Ferritin: a cytoprotective antioxidant strategem of endothelium. Balla G, Jacob HS, Balla J, Rosenberg M, Nath K, Apple F, Eaton JW, Vercellotti GM. J Biol Chem. 1992 Sep 5;267(25):18148-53. Endothelial-cell heme uptake from heme proteins: induction of sensitization and desensitization to oxidant damage. Balla J, Jacob HS, Balla G, Nath K, Eaton JW, Vercellotti GM. Proc Natl Acad Sci U S A. 1993 Oct 15;90(20):9285-9. Heme, heme oxygenase and ferritin in vascular endothelial cell injury. Balla J, Vercellotti GM, Jeney V, Yachie A, Varga Z, Eaton JW, Balla G. Mol Nutr Food Res. 2005 Nov;49(11):1030-43. Review. Heme, 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 HS, Eaton JW, Balla G. Antioxid Redox Signal. 2007 Dec;9(12):2119-37. Review.
Hem indukálta oxidatív stress és adaptáció vaszkuláris endotélium sejtekben - összefoglalás
Balla et al. (2005) Mol Nutr Food Res 49, 1030-1043.
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 HS, Vercellotti GM. Arterioscler Thromb. 1993 Dec;13(12):1779-89. Oxidized low-density lipoproteins and endothelium: oral vitamin E supplementation prevents oxidized low-density lipoprotein-mediated vascular injury. Balla J, Belcher JD, Balla G, Jacob HS, Vercellotti GM. Trans Assoc Am Physicians. 1993;106:128-33.
A Penicillium chrysogenum sziderofór termelése
Kutatási tevékenység: 1998-2008 Támogatás (2005-2008): RET, Szole-Meat Kft., Debreceni Hús zRt.
(WO/2008/020260) USE OF SIDEROPHORES IN PREVENTION OF VASCULAR DISEASES, PRODUCTION OF SIDEROPHORES AND QUALIFYING SIDEROPHORE CONTAINING MEATPRODUCTS Latest bibliographic data on file with the International Bureau Pub. No.: WO/2008/020260 International Application No.: PCT/HU2007/000076 Publication Date:21.02.2008 International Filing Date: 16.08.2007 Chapter 2 Demand Filed: 13.06.2008IPC:A61K 31/395 (2006.01), A23L 1/314 (2006.01), A61K 38/05 (2006.01), A61K 38/12 (2006.01), A61P 9/10 (2006.01), C12P 21/02 (2006.01), C12P 21/04 (2006.01), G01N 33/12 (2006.01) Applicants:R-KO-N KFT. [HU/HU]; Gubacsi út 6/B, H-1097 Budapest (HU) (All Except US). BALLA, József [HU/HU]; Mikszáth Kálmán u. 66, H-4032 Debrecen (HU) (US Only). BALLA, György [HU/HU]; Mikszáth Kálmán u. 74, H-4032 Debrecen (HU) (US Only). PÓCSI, István [HU/HU]; Ötvenhatosok tere 5. III/9, H-4032 Debrecen (HU) (US Only). FÉSÜS, László [HU/HU]; Tessedik Sámuel u. 156, H-4032 Debrecen (HU) (US Only). JENEY, Viktória [HU/HU]; Károli Gáspár u. 396, H-4032 Debrecen (HU) (US Only). PÓCSI, Imre [HU/HU]; Nánási út 55., H-4087 Hajdúdorog (HU) (US Only). EMRI, Tamás [HU/HU]; Jerikó út 8, H-4032 Debrecen (HU) (US Only). GYÉMÁNT, Gyöngyi [HU/HU]; Kishegyesi út 12 I/3, H-4031 Debrecen (HU) (US Only). ROMÁN, Gyula [HU/HU]; Maros u. 24, H-1124 Budapest (HU) (US Only). KOVÁCS, István [HU/HU]; Kaán Károly u. 9., H-5000 Szolnok (HU) (US Only). Inventors:BALLA, József; Mikszáth Kálmán u. 66, H-4032 Debrecen (HU). BALLA, György; Mikszáth Kálmán u. 74, H-4032 Debrecen (HU). PÓCSI, István; Ötvenhatosok tere 5. III/9, H-4032 Debrecen (HU). FÉSÜS, László; Tessedik Sámuel u. 156, H-4032 Debrecen (HU). JENEY, Viktória; Károli Gáspár u. 396, H-4032 Debrecen (HU). PÓCSI, Imre; Nánási út 55., H-4087 Hajdúdorog (HU). EMRI, Tamás; Jerikó út 8, H-4032 Debrecen (HU). GYÉMÁNT, Gyöngyi; Kishegyesi út 12 I/3, H-4031 Debrecen (HU). ROMÁN, Gyula; Maros u. 24, H-1124 Budapest (HU). KOVÁCS, István; Kaán Károly u. 9., H-5000 Szolnok (HU). Agent:S.B.G. & K. PATENT AND LAW OFFICES; Andrássy út 113., H-1062 Budapest (HU).Priority Data:P0600653 16.08.2006 HUP0700535 14.08.2007 HU Title:USE OF SIDEROPHORES IN PREVENTION OF VASCULAR DISEASES, PRODUCTION OF SIDEROPHORES AND QUALIFYING SIDEROPHORE CONTAINING MEAT-PRODUCTS 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, BH, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DO, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, GT, HN, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KM, KN, KP, KR, KZ, LA, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LY, MA, MD, ME, MG, MK, MN, MW, MX, MY, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RS, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SV, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, ZA, ZM, ZW. African Regional Intellectual Property Org. (ARIPO) (BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW) Eurasian Patent Organization (EAPO) (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM) European Patent Office (EPO) (AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, LV, MC, MT, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR) African Intellectual Property Organization (OAPI) (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG). Publication Language:English (EN) Filing Language:Hungarian (HU)
Title: USE OF SIDEROPHORES IN PREVENTION OF VASCULAR DISEASES, PRODUCTION OF SIDEROPHORES AND QUALIFYING SIDEROPHORE CONTAINING MEAT-PRODUCTS 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.
O H N
Egy kereskedelmi forgalomban kapható kék márványsajt sziderofór profilja.
N H O O
N
O
N OH
3+
O
O
Fe
CH3
CH3
O
O
O
Ferri-coprogen
CH3
N
Mr=821 Mr,desferri=768
OH
O NH H3C
O
O H N
H3C NH
O O
CH3 N
N H
O
O O
Ferrichrome
Fe3+
O
NH
O
N
H N
O O
O
N H
N
O
CH3
Mr=740 Mr,desferri=687
HO O OH
H N
H3C NH
O O
CH3 N
N H
O
O O
Ferrichrysin
Fe3+
O
NH
O
N
H N
O O
O
N H
N
O
CH3
HO
Mr=800 Mr,desferri=747 OH
HO O OH
N
H N
N H O
NH
O
O
O
O
N
H N
O O
O N H
Ferrirubin
Fe3+
O
NH
O
O
N
Mr=1010 Mr,desferri=957 OH
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.
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. Teljes szérumvas A tápanyag összetétele, pl. alkohol- és olajtartalma a felszívódást nem befolyásolja.
patkányban 36 5 µM emberben 18 ±5 µM.
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.
×
Hemből felszabaduló vas.
A Penicillium sziderofórok beépülnek az LDL partikulumokba és gátolják azok hem mediálta oxidációját!
Koprogén beépülése LDLbe
Az LDL oxidációja lelassul
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.
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 (HO-1) enzim indukciója is elmarad!
A koprogén az érfalban kialakuló lágy plakkok zsírtaltalmát is hatékonyan védi a hem mediálta oxidációval szemben! Kalcifikáció gátlása? J Am Soc Nephrol. 20, 1254-1263. Ferritin Prevents Calcification and Osteoblastic 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 Health Science Center, University of Debrecen, Debrecen, Hungary; Dipartimento Materno Infantile e Tecnologie Biomediche, University of Brescia, Brescia, Italy; and Department of Medicine, Nephrology 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. Human aortic smooth muscle cells (HSMCs) 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 (HO-1)/ferritin system to maintain homeostasis of vascular function. We examined whether induction of HO-1 and ferritin alters mineralization of HSMCs provoked by high Pi. Upregulation of the HO-1/ferritin system inhibited HSMC calcification and osteoblastic differentiation. Of 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 HSMCs 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 HO-1/ferritin system prevents Pi-mediated calcification and osteoblastic differentiation of human smooth muscle cells mainly via the ferroxidase activity of ferritin.
Kutatási tevékenység: 2009-2010 Támogatás (2009-2010): Kapuvári Hús Húsipari zRt., R-KO-N Kft., Szole Kft. A koprogén termelés optimalizálását számos gombafajban elvégeztük – modell szervezet: Neurospora crassa Optimális tenyésztési körülmények: pH: 7.2 Aszpartát: 21 g/l Glükóz: > 40 g/l Vas: minimális Optimális kihozatal: 201 mg/l
A N. crassa koprogén termelésének a „válasz felülete” – Tóth et al. (2009) Acta Biol Hung 60, 321-328.
További sikeres optimalizálás történt: élelmiszeriparban felhasználható gombafajokkal
Hipotézis: „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. Nutr. Food Res., 2008.
??
?
További kutatások 1.
A coprogén érelmeszesedést megelőző hatásának igazolása állatmodellben, ApoE deficiens egérben.
2.
A coprogén Pb2+ 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.
Köszönjük a figyelmet!
