Induction of heme oxygenase and biological role of its metabolic products.

Abstract

Hemoxygenasa (HMOX) je enzym katalyzující první a rychlost limitující reakci štěpení hemu. Jejím působením vzniká oxid uhelnatý (CO), železnatý ion a biliverdin, který je následně redukován na bilirubin. CO byl před objevem mechanismu reakce katalyzované HMOX a ještě dlouho poté považován pouze za toxický produkt bez pozitivního významu pro lidský organismus. Podobně byl vnímán i bilirubin, marker jaterního poškození. Výsledky studií z posledních let ovšem ukazují, že HMOX i její metabolické produkty hrají významnou roli v řadě fyziologických procesů stejně tak jako i v obraně před procesy patologickými. Cílem této práce bylo objasnit roli HMOX a jejích metabolicky aktivních produktů, především CO a bilirubinu, in vivo a in vitro. Zabývali jsme se studiem účinků CO, kdy jsme jako první popsali tkáňovou distribuci a farmakokinetiku inhalovaného CO u potkanů. Na modelu systémové sepse vyvolané endotoxinem u potkanů jsme zjistili, že inhalace CO je spojena s protizánětlivými a hepatoprotektivními účinky. U modelu cholestázy indukované ethinylestradiolem jsme prokázali anticholestatické účinky HMOX. Indukce HMOX1 jejím substrátem hemem zvyšovala expresi jaterních transportérů a tím podpořila tok žluče u cholestatických potkanů, zároveň usnadnila efektivní clearance konjugovaných žlučových kyselin...

Heme oxygenase (HMOX) catalyzes first and rate-limiting step in heme degradation. By its action, carbon monoxide (CO), ferrous iron and biliverdin which is subsequently reduced to bilirubin are produced. Before discovery of HMOX reaction mechanism, CO was considered only a toxic waste product without any significant importance for human organism. Bilirubin, marker of liver dysfunction, has been also exposed to similar perception. But results from past decades show that HMOX and its metabolic products play an important role in number of physiological as well as defense against pathophysiological processes. The aim of this thesis was to clarify the role of HMOX and its metabolic products, presumably CO and bilirubin, in vivo and in vitro. We focused on the role of CO in a rat model of lipopolysaccharide-induced cholestasis. We were first to describe tissue distribution and pharmacokinetics of inhaled CO in this animal model and found out that CO inhalation is associated with anti-inflammatory and hepatoprotective effects. In a rat model of ethinylestradiol-induced cholestasis, we demonstrated the anticholestatic effect of HMOX. The induction of HMOX by its substrate heme increased the expression of liver transporters thereby increasing bile flow and simultaneously facilitated effective clearance of...