Molecular mechanisms of silver nanoparticles activity on cellular level

Nanocząstki obecne w środowisku, zarówno pochodzenia naturalnego i antropogeniczne, mają wpływ na ludzkie zdrowie. Mimo intensywnych badań prowadzonych w celu wyjaśnienia aktywności biologicznej nanocząstek srebra w dalszym ciągu mechanizmy ich działania, zwłaszcza te związane ze stresem oksydacyjnym i nitrozacyjnym pozostają niejasne. Badania zostały przeprowadzone z użyciem linii komórkowych HepG2 oraz LIUHMES jako modeli badawczych. Pomiary wewnątrzkomórkowej produkcji anionorodnika ponadtlenkowego w mitochondriach i cytoplazmie, nadtlenku wodoru oraz tlenku azotu wykonano przy użyciu technik cytometrii przepływowej w oparciu o fluorescencję specyficznych sond. Pomiary Nadtlenku wodoru w mitochondriach wykonano z użyciem białka reporterowego HyPer-mito. Poziom nitrotyrozyny oceniony z użyciem technik immunochemicznych. Aktywność enzymatycznych składników obrony antyoksydacyjnej określono z użyciem klasycznych metod absorpcjometrycznych. Ocena transkryptomu dla białek z rodziny ABC i białek związanych ze stresem oksydacyjnym została przeprowadzona z użyciem komercyjnie dostępnych zestawów starterów. W toku badań wykazano, że dostępność glukozy moduluje toksyczność nanocząstek srebra i jest to związane z uaktywnieniem mechanizmów obrony antyoksydacyjnej przez wzmożoną aktywność łańcucha mitochondrialnego, oraz że typy komórek silnie zależne od glikolizy są bardziej podatne na toksyczny efekt nanomateriałów indukujących stres oksydacyjny. Nanocząsteczki srebra nie wykazały właściwości modulujących stres nitrozacyjny w sposób bezpośredni, ale wpływają na ekspresję białek związanych z obroną przed stresem nitrozacyjnym. Ponadto, prekursorowe komórki neuronalne są bardziej podatne na zmiany w ekspresji genów ABC, niż dojrzałe neurony, a profil zmian wywołany przez nanocząstki srebra jest podobny do profilu zmian podczas różnicowania. Zaproponowano mechanizm skutkujący zaburzeniem w homeostazie cholesterolu mediowany przez zmiany w ekspresji genu ABCA1, indukowany przez aktywację czynnika transkrypcyjnego LXR przez nanocząstki srebra.1. Projekt POIG "rola transporterów oporności wielolekowej w farmakokinetyce i toksykologii - testy in vitro i in vivo w praktyce farmaceutycznej i klinicznej", nr 01.01.02-10-005/08. 2. Projekt Narodowego Centrum Nauki uzyskany w toku procedury konkursowej PRELUDIUM. Tytuł: "Rola nanocząstek srebra w regulacji poziomu oraz modulacji aktywności białek zaangażowanych w sekrecję beta-amyloidu", nr re,: 2014/13/N/NZ1/00976. 3. Dotacje celowe na działalność związaną z prowadzeniem badań naukowych lub prac rozwojowych oraz zadań z nimi związanych, służących rozwojowi młodych naukowców oraz uczestników studiów doktoranckich w roku 2017

Silver nanoparticles can attenuate nitrative stress

We have reported previously that glucose availability can modify toxicity of silver nanoparticles (AgNPs) via elevation of antioxidant defence triggered by increased mitochondrial generation of reactive oxygen species. In this study, we examined the effect of glucose availability on the production of reactive nitrogen species in HepG2 cells and modification of nitrative stress by AgNPs. We found that lowering the glucose concentration increased expression of genes coding for inducible nitric oxide syntheas, NOS2 and NOS2A resulting in enhanced production of nitric oxide. Surprisingly, AgNPs decreased the level of nitric oxide accelerated denitration of proteins nitrated by exogenous peroxynitrite in cells grown in the presence of lowered glucose concentration, apparently due to further induction of protective proteins. Keywords: Silver nanoparticles, Reactive nitrogen species, Reactive oxygen specie

Crucial role of chelatable iron in silver nanoparticles induced DNA damage and cytotoxicity

Damage to mitochondria and subsequent ROS leakage is a commonly accepted mechanism of nanoparticle toxicity. However, malfunction of mitochondria results in generation of superoxide anion radical (O2•-), which due to the relatively low chemical reactivity is rather unlikely to cause harmful effects triggered by nanoparticles. We show that treatment of HepG2 cells with silver nanoparticles (AgNPs) resulted in generation of H2O2 instead of O2•-, as measured by ROS specific mitochondrial probes. Moreover, addition of a selective iron chelator diminished AgNPs toxicity. Altogether these results suggest that O2•- generated during NPs induced mitochondrial collapse is rapidly dismutated to H2O2, which in the presence of iron ions undergoes a Fenton reaction to produce an extremely reactive hydroxyl radical (•OH). Clarification of the mechanism of NPs-dependent generation of •OH and demonstration of the crucial role of iron ions in NPs toxicity will facilitate our understanding of NPs toxicity and the design of safe nanomaterials

MOESM1 of Glucose availability determines silver nanoparticles toxicity in HepG2

Additional file 1. Expression on mRNA level of all tested genes. Results are shown as fold change of expression in cells sustained on low glucose medium (5.5 mM) when compared with cells sustained on high glucose medium (25 mM)