Modelstoffer – forskning i selens kræftforebyggende mekanismer
Modelstoffer kan anvendes for at tage højde for, at laboratoriemodeller er forenklede i forhold til menneskekroppen. Vi har undersøgt egnetheden af et modelstof, der ofte bruges til forskning i selens kræftforebyggende virkningsmekanismer.
Selen er et essentielt sporelement, der indtages via føden og i kosttilskud. Forsøg i isolerede celler, dyremodeller og mennesker har vist, at selen har en beskyttende virkning mod flere former for kræft.
Derfor er der stor lægevidenskabelig interesse for selen. Især er det ønskeligt at opklare, hvordan selen omsættes i kroppen for at øge forståelsen af den kræftforebyggende effekt. Selens metabolisme kan klarlægges ved at identificere og kvantificere selens metabolitter i biologiske prøver, der spænder over hele spektret fra humane og animalske prøver til cellekulturer.
Strategien for denne selenspeciering er anvendelse af forskellige former for massespektrometri, som supplerer hinanden. LC-ICP-MS bruges til detektion af selenholdige forbindelser i en prøve og til kvantificering heraf, mens LC-ESI-MS benyttes til identifikation af de detekterede forbindelser.
- Indtagede stoffers vej til organismen.
Selen og kræft
Selen optages let fra mad. Sporstoffet indbygges derpå enten i aminosyren selenocystein, som indgår i kroppens selenoproteiner, eller uspecifikt i almindelige proteiner som selenomethionin, hvor kroppen ikke skelner mellem methionin og selenomethionin.
Selenoproteiner har antioxidative egenskaber, og selenocystein udgør en vigtig del af proteinernes funktionelle område. Antioxidative proteiner menes at have en generel beskyttende virkning mod kræft, fordi de reducerer mængden af reaktive iltforbindelser, der er kendt for at inducere kræft. Kliniske forsøg i mennesker har dog vist, at selen er mest effektivt til at modvirke kræft, når stoffet indtages i højere doser end nødvendigt, for at selenoproteinerne virker optimalt. Derfor er der muligvis også er en anden kræftforebyggende virkningsmekanisme i spil.
Denne virkningsmekanisme er ukendt, men en teori, der er baseret på kræftmodeller i rotter, involverer en selenforbindelse kaldet methylselenol. Derfor er selenforbindelser, der kan metaboliseres til methylselenol, genstand for stor opmærksomhed indenfor forskningen i selens kræftforebyggende virkningsmekanismer.
Selenaminosyren methylselenocystein, der bl.a. er fundet i hvidløg og broccoli dyrket under specielt selenrige forhold, omdannes til methylselenol i kroppens stofskifte ved hjælp af enzymet
Netop fordi methylselenol skulle dannes spontant i sidstnævnte reaktion, hvorimod dannelse af methylselenol ved spaltning af methylselenocystein kræver b-lyase. Desuden mener man, at methylselenol dannes spontant i kroppens celler via en reaktion mellem methylseleninsyre og tripeptidet glutathion (GSH), der findes i relativt stor mængde i cellerne. b-lyase-aktivitet, er methylseleninsyre meget anvendt som modelstof for methylselenocystein inden for forskning i selens kræftforebyggende virkningsmekanismer.
- Dannelse af methylselenol i stofskiftet. Øverst: Den enzymatiske proces. Nederst: Den spontane reaktion.
Modelstoffets metabolisme
Vi har undersøgt methylseleninsyres metabolisme i homogeniserede epitelceller fra svinetyndtarme, som er en laboratoriemodel for mave-tarmkanalen – det første sted selenforbindelser fra føden passerer på deres vej gennem kroppen.
Her fandt vi som beskrevet ovenfor, at methylseleninsyre reduceres ved reaktion med glutathion og danner en forbindelse med denne. Endvidere så vi, at methylseleninsyre også reduceres af cystein, der ligeledes findes i stor mængde i mave-tarmkanalen; ved denne reaktion dannes en tilsvarende forbindelse med cystein.
Vi detekterede ikke methylselenol i disse forsøg, hvilket ikke var overraskende, da forbindelsen sandsynligvis er svær at detektere, fordi stoffet er meget reaktivt og nok ikke kan isoleres, inden det har reageret med cellematricen.
Ud over modellen for mave-tarmkanalen har vi anvendt isolerede leverceller fra en rotte som en model for metabolisme i leveren. Stoffer, der absorberes fra mave-tarmkanalen føres via det såkaldte portåresystem direkte fra tarmen til leveren, inden de kommer ud i blodbanen og transporteres derpå videre med blodet til de væv, hvor stofferne udøver deres effekt.
I leveren foregår der en stor metabolisk aktivitet, og mange stoffer omdannes i leveren. Her fandt vi de samme to svovl-selenforbindelser, der dannedes spontant ved reaktion med glutathion og cystein i modellen for mave-tarmsystemet. Vores forskningsresultater viser således med sikkerhed, at methylseleninsyre reduceres spontant ved reaktion med cystein og glutathion. Endvidere identificerede vi selenaminosyren methylselenocystein som metabolit af methylseleninsyre i levercellerne.
Spørgsmålstegn ved egnetheden
Moderstoffet methylselenocystein, som methylseleninsyre anvendes som modelstof for, spaltes af b-lyase og metaboliseres således anderledes end modelstoffet. Hvis forskellige metaboliske reaktioner finder sted for moderstof og modelstof, kan forskellige cellulære mekanismer aktiveres. Kender man ikke denne forskel, kan virkningsmekanismer, der aktiveres ved modelstoffets metabolisme, fejlagtigt tillægges moderstoffets virkningsmekanisme.
Når isolerede celler behandles med methylseleninsyre, falder koncentrationen af glutathion som følge af den spontane reaktion. Denne tilstand signalerer oxidativt stress, og cellen reagerer ved at mobilisere hele sit forsvar mod oxidativt stress. Kræftforebyggende stoffers virkningsmekanisme tillægges ofte, at de er i stand til at aktivere cellens forsvar mod oxidativt stress, hvilket også er den oftest forslåede virkningsmekanisme i cellelinier behandlet med methylseleninsyre.
Det er ikke påvist, at moderstoffet methylselenocystein nedsætter cellernes koncentration af glutathion, og derfor er der sandsynligvis en anden virkningsmekanisme i spil her. Det er altså vigtigt, at få kortlagt metabolismen af både modelstof og moderstof for at man kan drage paralleller mellem stoffernes virkningsmekanismer.
Vores resultater viser, at modelstoffet methylseleninsyre delvis omdannes til moderstoffet methylselenocystein. Dette sætter således spørgsmålstegn ved, om methylseleninsyre er et relevant modelstof for methylselenocystein, og om resultater fra de mange forsøg i cellelinier, hvor modelstoffet har været anvendt, med rimelighed kan overføres til moderstoffet.
Disse resultater har haft betydning for hvilke modelstoffer, vi vil bruge i vores fremtidige forskning i selenforbindelsers metabolisme i kræftceller.
Avanceret massespektrometri
ICP-MS (Inductive Coupled Plasma Mass Spectrometry): ICP-MS bruges til detektion af selenholdige forbindelser i en prøve og kvantificering af selenmængden. Prøven føres ind i et argonplasma med en temperatur på ca. 8000 grader. Herved splittes prøven til atomer, som ioniseres inden detektionen i massespektrometret. Signalet er derfor uafhængigt af strukturen af molekylet, og giver heller ingen oplysninger derom
ESI-MS (ElectroSpray Ionization Mass Spectrometry): ESI-MS benyttes til identifikation af de detekterede forbindelser. Ved ioniseringen tilføres eller fjernes en proton fra de neutrale molekyler. Herved dannes der molekylære ioner, hvis masse-ladningsforhold kan detekteres i massespektrometret. Da ionen har samme masse som den oprindelige forbindelse ±1, giver metoden oplysning om molekylets vægt. Ved efterfølgende eksperimenter, hvor molekylarionen slås i mindre stykker (tandemmassespektrometri), opnås oplysninger om molekylets struktur. Identifikation med ESI-MS kræver ofte, at forbindelserne oprenses og opkoncentreres fra prøven.
