Glutation intracelular redus (GSH)

Laborator Synevo

 

Informatii generale

Glutationul este un tripeptid format din acid glutamic, glicina si cisteina. Este cel mai abundent tiol intracelular cu greutate moleculara mica, 85-90% fiind prezent in citosol, iar restul in diverse organite: mitocondrii, reticulul endoplasmatic, peroxisomi, matrice nucleara.

In celula glutationul exista in principal (>98%) in forma tiolica redusa (GSH), dar datorita reziduurilor de cisteina care pot fi usor oxidate nonenzimatic de diferite substante electrofile (radicalii liberi, speciile reactive de oxigen si azot) este, de asemenea, prezent in forma oxidata ca disulfit glutation (GSSG). Dupa sinteza, este distribuit la nivelul compartimentelor intracelulare si in spatiul extracelular pentru utilizarea de catre alte celule si tesuturi. Raportul GSH/GSSG este folosit ca un indicator al starii redox celulare si are in conditii fiziologice o valoare >9. Cu exceptia acizilor biliari, care pot contine pana la 10 mmol/L GSH, concentratiile extracelulare de GSH sunt relativ scazute (2-20 mol/L in plasma)^1;2.

GSH este sintetizat in toate celulele eucariote, dar sinteza intracelulara si turnoverul GSH difera intre diversele tipuri de celule si tesuturi (cele mai mari concentratii gasindu-se in ficat, eritrocite si leucocite). Sinteza este catalizata secvential de doua enzime citosolice: γ-glutamil-cistein-sintaza (GCS) si glutation – sintetaza, ficatul fiind principalul producator si exportator de GSH. In prima reactie gruparea γ-carboxil a glutamatului reactioneaza cu gruparea amino a cisteinei pentru a forma o legatura peptidica, care protejeaza GSH de hidroliza altor peptidaze intracelulare. Desi γ-glutamil-cisteina poate fi substrat si pentru γ -glutamilciclotransferaza, sinteza GSH este favorizata in celulele animale de afinitatea mult mai mare a GSH sintetazei^1;2. 

In conditii normale, nivelul celular al GSH este reglat prin doua mecanisme majore: unul care controleaza sinteza si altul care controleaza importul de la celule. Dar concentratiile de GSH sunt, de asemenea, influentate de agenti sau conditii care modifica starea redox si duc la formarea de conjugati sau complexe S-glutation sau care perturba distributia GSH la nivelul diferitelor organite intracelulare. In plus, concentratiile celulare de glutation sunt reduse semnificativ ca raspuns la malnutritia de proteine, stres oxidativ, concentratii hormonale si diverse conditii patologice sau fiziologice (sarcina si exercitiile fizice).

Rata de sinteza a GSH este controlata in mare masura de gradul de exprimare si activitatea catalitica a enzimei γ-glutamil-cistein-sintetaza si de disponibilitatea celulara a cisteinei. Stresul oxidativ, citokinele inflamatorii, cancerul, chimioterapia, radiatiile ionizante, socul termic, inhibarea activitatii GCS, epuizarea GSH, conjugarea GSH, prostaglandinele A2, metalele grele, antioxidantii si insulina cresc transcrierea sau activitatea γ-glutamil-cistein-sintazei (GCS) intr-o varietate larga de celule. In schimb, deficitul de proteine, dexametazona, eritropoietina, TNF-β, hiperglicemia si fosforilarea GCS scad transcrierea sau activitatea GCS^1;2.

Spre deosebire de sinteza, care se desfasoara intracelular, degradarea glutationului are loc exclusiv in spatiul extracelular pe suprafata celulelor care exprima ectoenzima γ-glutamil transpeptidaza (γ-glutamil transferaza sau GGT). Aceasta este abundenta la nivelul suprafatei apicale a epiteliilor de la nivelul canaliculilor biliari si este singura enzima care poate initia catabolismul GSH si a moleculelor care contin GSH (GSSG, conjugatii S-glutation si complexele cu glutation) in conditii fiziologice. La adult, un nivel ridicat de γ-glutamil transferaza este, de asemenea, exprimat constitutiv in rinichi, intestin si epididim¹.

Glutationul este implicat in multe procese metabolice, eliminand eficient radicalii liberi si alte specii reactive de oxigen (radicalii hidroxil, lipid-peroxizii, nitrit-peroxizii si H₂O₂) in mod direct si indirect, prin reactii enzimatice. Ca substrat al glutation-peroxidazei detoxifica organismul de peroxizii formati in exces in caz de incarcare oxidativa. Sistemul glutation reprezinta un “sistem de captare” pentru peroxizii din metabolismul apei si lipidperoxizii formati permanent in celula, metabolizandu-i cu formare de apa si oxigen. Asigura o protectie importanta a membranei mitocondriale si celulare fata de efectele nocive ale speciilor reactive de oxigen (stres oxidativ), protejeaza structura tertiara a proteinelor si activeaza transportul aminoacizilor prin membrana celulara.

Glutationul este implicat in conversia formei oxidate si inactive a vitaminelor C si E in forma redusa³.

Reactioneaza cu diferite substante electrofile, metaboliti fiziologici (estrogen, melanina, prostaglandine si leucotriene) si xenobiotice (bromobenzene si acetaminofen) pentru a forma compusi netoxici.

GSH formeaza cu NO un conjugat, S-nitrozo-glutation, care este apoi desfacut de sistemul tioredoxin. Atat NO cat si GSH sunt necesare pentru actiunea hepatica a agentilor insulino-sensibilizanti, indicand un rol esential al acestora in reglarea utilizarii lipidelor, glucozei si aminoacizilor la nivel celular².

O crestere a productiei de NO prin cresterea activitatii NO sintazei determina inhibarea GCS si epuizarea GSH in macrofagele activate de citokine si neuroni. In acest privinta, glucozamina, taurina, acizii grasi polinesaturati, fitoestrogenii, polifenolii, carotenoizii si zincul, care inhiba NO sintaza pot preveni sau atenua epuizarea GSH in celule. In schimb, dieta bogata in grasimi saturate, acizi grasi cu lant lung, LDL, acid linoleic si fier, care accentueaza activitatea NO sintazei, poate exacerba pierderea de GSH din celule.

In plus, GSH este esential pentru activarea limfocitelor T si leucocitelor polimorfonucleare, precum si pentru producerea de citokine si, prin urmare, ghideaza functia leucocitelor in vederea elaborarii unui raspuns imun prompt si eficient. Mai mult, studii in vitro si in vivo arata ca GSH inhiba infectarea cu virus gripal.

Glutationul are, de asemenea, un rol important in spermatogeneza si maturarea spermatozoizilor².

De asemenea, importanta GSH in aparitia unor boli este, probabil, cel mai bine ilustrata de multitudinea de afectiuni observate la pacientii cu erori innascute in metabolismul GSH. Aceste erori genetice sunt relativ rare, dar atunci cand apar rezultatul poate fi dramatic, cu aparitia mortii in utero¹.

Rolul glutationului la nivel celular este sumarizat in tabelul alaturat².

Aparare antioxidanta:

·         Eliminarea radicalilor liberi si a altor specii reactive; ·         Eliminarea lipid-peroxizilor si a peroxizilor de hidrogen; ·         Prevenirea oxidarii diverselor biomolecule;

Metabolism:

·         Sinteza leucotrienelor si prostaglandinelor; ·         Corversia formaldehidei la format; ·         Productia de D-lactat din metilglioxal; ·         Formarea de complexe glutation-NO; ·         Transportul si depozitul cisteinei;

Reglare:

·         Statusul redox intracelular; ·         Proteoliza si sinteza ADN-ului si proteinelor asociate; ·         Apoptoza si proliferarea celulara; ·         Productia de citokine si raspunsul imun; ·         Integritatea si functia mitocondriei.

Recomandari pentru determinarea glutationului intracelular –  modificari ale homeostaziei GSH in infectiile virale, sindromul imunodeficientei dobandite, neoplasme, incarcare cu xenobiotice/metale grele, arterioscleroza (lipidperoxizi), unele boli autoimune (LES, artrita reumatoida) si neurodegenerative. In aceste boli s-a dovedit benefica normalizarea nivelului de glutation³.

Pregatire pacient – preferabil à jeun (pe nemancate)³.

Specimen recoltat – sange venos³.

Recipient de recoltare – vacutainer ce contine heparina ca anticoagulant³.

Volum proba – 10 mL ser³.

Cauze de respingere a probei – specimen hemolizat³.

Stabilitate proba – sangele trebuie sa ajunga in maxim 24 ore la laboratorul la care se efectueaza testul si in aceasta perioada se pastreaza la temperatura camerei. Este contraindicata refrigerarea probei³

Cauze de respingere a probei – specimene care au depasit intervalul de stabilitate, probe refrigerate sau congelate³.

Metoda – citometrie de flux – determinarea glutationului in monocite, limfocite T si celule NK; se utilizeaza un compus non-fluorescent GSH GreenTM care devine intens fluorescent prin reactia cu tiolul intracelular³.

Valori de referinta

Monocite CD14: > 458 mfi;

Limfocite CD3: > 355 mfi;

Celule NK CD16/56: > 722 mfi;

mfi = intensitatea medie a fluorescentei³.

Interpretarea rezultatelor

Este important de remarcat faptul ca modificarea raportului GSH/GSSG spre statusul oxidat activeaza mai multe cai de semnalizare, reducand astfel proliferarea celulara si crescand apoptoza. Astfel, stresul oxidativ  joaca un rol cheie in patogeneza multor boli, care includ cancerul, inflamatia, kwashiorkorul, convulsiile, boala Alzheimer, boala Parkinson, anemia falciforma, bolile hepatice, fibroza chistica, infectia HIV-SIDA, IMA, accidentul vascular cerebral si diabetul zaharat².

Dupa cum s-a aratat mai sus, mentinerea unor niveluri adecvate de GSH, turnover-ul si starea de oxidare sunt importante pentru desfasurarea normala a functiilor celulare, iar modificari in aceste procese determina aparitia diverselor patologii. Deficitul de GSH se manifesta printr-o susceptibilitate crescuta la stres oxidativ, iar prejudiciul rezultat este considerat a fi un pas cheie in debutul si progresia mai multor boli. In schimb, niveluri ridicate de GSH, cresterea capacitatii antioxidante si rezistenta la stresul oxidativ se observa in multe tipuri de celule tumorale¹.

Bibliografie

1. Nazzareno Ballatori, Suzanne M. Krance, Sylvia Notenboom, Shujie Shi, Kim Tieu, and Christine L. Hammond. Glutathione dysregulation and the etiology and progression of human diseases. In Biol Chem. 390(3): 191–214, 2009.
2. Guoyao Wu, Yun-Zhong Fang, Sheng Yang, Joanne R. Lupton, and Nancy D. Turner. Glutathione Metabolism and Its Implications for Health. In J. Nutr. 134: 489–492, 2004.
3. Laborator Synevo. Referinte specifice tehnologiei de lucru utilizate 2011. Ref Type: Catalog.