ニトロシル化ヘムの遺伝毒性、変異原性、細胞形質転換能の合成とin vitroでの特性評価

Synthesis and in vitro characterization of the genotoxic, mutagenic and cell-transforming potential of nitrosylated heme.

• Tina Kostka
• Jörg Fohrer
• Claudia Guigas
• Karlis Briviba
• Nina Seiwert
• Jörg Fahrer
• Pablo Steinberg
• Michael T Empl

抄録

疫学研究のデータから、赤身肉や加工肉の摂取が大腸発癌の一因であることが示唆されている。赤身の肉には大量のヘムが含まれているが、これは亜硝酸塩を含む塩を肉に添加することでニトロシル化したNO-ヘムに変換される可能性がある。NO-ヘムは遺伝子変異を引き起こすことで大腸がんの形成に寄与する可能性があり、それによって（加工された）赤身肉の摂取と腸がんとの関連性が考えられます。これまで、純粋な化合物が入手しにくいという理由から、NO-hemeの変異原性や細胞形質転換能を特徴づけるin vitroやin vivoの研究は発表されていませんでした。そこで、本研究では、既存の合成プロトコールを変更し、初めて高純度のNO-hemeを合成した。その後、新たに合成したNO-hemeを化学的に特徴付け、様々なin vitroの食事濃度で使用して、DNA損傷や悪性細胞形質転換につながるかどうかを決定した。NO-ヘムは、コメットアッセイでDNA鎖切断の数の有意な用量依存性の増加につながったとHPRTアッセイで変異原性であったが、この化合物は、エイムズテストで陰性をテストし、BALB/c 3T3細胞形質転換アッセイで悪性細胞形質転換を誘導することができませんでした。興味深いことに、非ニトロシル化ヘムコントロールも同様の効果を示したが、BALB/c 3T3マウス線維芽細胞ではさらに悪性形質転換を誘導することができた。これらの結果から、これらの結果は、赤身肉に関連した発がんに関与しているのはNOではなく、ヘム分子であることを示唆している。

Data from epidemiological studies suggest that consumption of red and processed meat is a factor contributing to colorectal carcinogenesis. Red meat contains high amounts of heme, which in turn can be converted to its nitrosylated form, NO-heme, when adding nitrite-containing curing salt to meat. NO-heme might contribute to colorectal cancer formation by causing gene mutations and could thereby be responsible for the association of (processed) red meat consumption with intestinal cancer. Up to now, neither in vitro nor in vivo studies characterizing the mutagenic and cell transforming potential of NO-heme have been published due to the fact that the pure compound is not readily available. Therefore, in the present study, an already existing synthesis protocol was modified to yield, for the first time, purified NO-heme. Thereafter, newly synthesized NO-heme was chemically characterized and used in various in vitro approaches at dietary concentrations to determine whether it can lead to DNA damage and malignant cell transformation. While NO-heme led to a significant dose-dependent increase in the number of DNA strand breaks in the comet assay and was mutagenic in the HPRT assay, this compound tested negative in the Ames test and failed to induce malignant cell transformation in the BALB/c 3T3 cell transformation assay. Interestingly, the non-nitrosylated heme control showed similar effects, but was additionally able to induce malignant transformation in BALB/c 3T3 murine fibroblasts. Taken together, these results suggest that it is the heme molecule rather than the NO moiety which is involved in driving red meat-associated carcinogenesis.