Dokument: Nahrungsmittelbestandteile als Modulatoren der neuralen Entwicklung: Rolle des AhR
| Titel: | Nahrungsmittelbestandteile als Modulatoren der neuralen Entwicklung: Rolle des AhR | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=13751 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20100120-103236-5 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Gaßmann, Kathrin [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Fritsche, Ellen [Gutachter] Prof. Dr. Rose, Christine R. [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | |||||||
| Beschreibungen: | Der Arylhydrocarbon Rezeptor (AhR) ist ein Liganden-aktivierter Transkriptionsfaktor, welcher unter anderem die Expression fremdstoffmetabolisierender Enzyme reguliert. Darüber hinaus spielt der AhR aber auch eine Rolle in der physiologischen Regulation von Proliferation, Apoptose und Zelldifferenzierung. Verschiedene Untersuchungen an Invertebraten, Vertebraten und auch Säugern weisen darauf hin, dass sowohl das Fehlen des AhR als auch eine unphysiologische Aktivierung durch exogene Liganden wie polyaromatische und polyhalogenierte Kohlenwasserstoffe entwicklungsneurotoxisch wirken können. Für den Menschen gibt es bisher kaum Daten zur physiologischen Rolle des AhR besonders in Bezug auf die neurale Entwicklung. Ziel der vorliegenden Dissertation war es daher, die Auswirkungen verschiedenster AhR-Liganden, die als Verunreinigung in Lebensmitteln oder bewusst als Nahrungsergänzungsmittel aufgenommen werden, auf die humane neurale Entwicklung in vitro zu untersuchen. Als Zellmodellsystem wurden normale neurale Progenitorzellen (NPCs) humanen Ursprungs verwendet, die als Neurosphären kultiviert wurden. Als Kontrollsystem zu den aus Tierversuchsstudien erhobenen Ergebnissen bezogen wir murine Neurosphären in die Untersuchungen mit ein.
Die Ergebnisse der vorliegenden Dissertation zeigen, dass die AhR-Agonisten 3-MC und B(a)p sowie der AhR-Antagonist MNF keine Wirkung auf die Proliferation und Migration humaner NPCs haben. Im Gegensatz dazu stören diese Substanzen solche Prozesse in murinen NPCs, was die Entwicklungsneurotoxizität dieser Substanzen bei Nagern in vivo wiederspiegelt. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die beobachteten Spezies-spezifischen Unterschiede auf einer deutlich niedrigeren mRNS-Expression der AhR-Signalwegkomponenten in humanen im Vergleich zu murinen NPCs beruhen. Dies weist darauf hin, dass der Mensch deutlich unempfindlicher für AhR-vermittelte Entwicklungsneurotoxizität zu sein scheint als Nager. Auch PBDE sowie die als natürliche AhR-Liganden ausgewählten Flavonoide interferieren mit der humanen neuralen Progenitorzellentwicklung. PBDE und Flavonoide inhibieren beide die Migration und PBDE hemmen darüber hinaus auch die Differenzierung der Zellen. Durch die zuvor beschriebene Beobachtung, dass der AhR in der humanen neuralen Progenitorzellentwicklung keine Rolle spielt, kann geschlossen werden, dass die nach PBDE- und Flavonoidexposition beobachteten Veränderungen nicht auf eine Aktivierung oder Inhibierung des AhR zurückgeführt werden können, sondern alternative Mechanismen in Betracht gezogen werden müssen. Weiterführende Untersuchungen zeigten, dass an der Entwicklungsneurotoxizität dieser Substanzen endokrine Disruption der TH-Signaltransduktion, Störungen der Calcium-Homöostase sowie der Integrin-EZM-Interaktion beteiligt sind. Die Ergebnisse dieser Arbeit beschreiben die Gefährdungspotentiale der entsprechenden Substanzen und können somit möglicherweise zur Risikoabschätzung für den Menschen beitragen. Nach wie vor wird bei der Grenzwertsetzung von Nager-Experimenten auf den Menschen extrapoliert und Interspezies-Unterschiede werden zu wenig berücksichtigt. Daher sind solche, auf primären menschlichen Zellen basierende in vitro Systeme, wie die in dieser Arbeit angewandten Neurosphären, vielversprechende Modelle zur Unterstützung der Bewertung der Toxizität von Chemikalien für den Menschen.The aryl hydrocarbon receptor (AhR) is a ligand-activated transcription factor which regulates the expression of xenobiotic metabolizing enzymes. Moreover, the AhR contributes to regulation of proliferation, apoptosis and cell differentiation. Several studies in invertebrates, vertebrates and mammals indicate that a lack of AhR or its activation by polyaromatic and polyhalogenated compounds cause morphological abnormalities of brains or deficits in cognition and/or behaviour. The physiological function of the AhR in humans, especially for neural development, is so far unknown. As humans are exposed to AhR ligands as contaminants in food or through intake of food supplements, the aim of this study was to examine the effects of such ligands on human neural development in vitro. As a model system for human neural development we employed primary fetal human neural progenitor cells (hNPCs), which are cultured as neurospheres. For comparison to animal data, mouse neural progenitor cells (mNPCs) were incorporated in the study. This work shows that in contrast to mNPCs, AhR agonism or antagonism has no effects on hNPC development. While AhR modulation attenuates mNPC proliferation and migration, hNPCs remain unaffected. These results with murine neurospheres thereby mirror developmentally neurotoxic effects of AhR ligands in rodents in vivo. The observed species-specific differences are due to non-functional AhR-signaling in human neurospheres based on very low gene expression of AhR signaling cascade members in hNPCs. These data indicate that humans are protected against AhR-dependent developmental neurotoxicity (DNT) at this developmental stage. Moreover, PBDEs and flavonoids, as natural ligands of the AhR, interfere with human neural development in vitro. Both PBDE and flavonoids inhibit hNPC migration, and PBDEs additionally reduce cell differentiation. Although these compounds are known to bind to the AhR, non-functional AhR-signaling in human neurospheres rules out this mechanism of action. Instead, PBDEs exert their DNT potential by endocrine disruption of cellular thyroid hormone signalling and disturbance of intracellular calcium homeostasis, while certain flavonoids interfere with integrin binding to the extracellular matrix. The results of this dissertation describe the hazard of the respective compounds for human brain development. Threshold limits for chemicals are still extrapolated from animal data and species-specific differences are insufficiently taken into account. Therefore, test systems based on primary human cells like our neurosphere model are a promising approach for the evaluation of toxicity of chemicals in humans and might in the future contribute to risk assessment. | |||||||
| Rechtliche Vermerke: | Aus patentrechtl. Gründen bis zum 30.07.2010 zurückgestellt | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Sonstige Einrichtungen/Externe » An-Institute » Institut für Umweltmedizinische Forschung (IUF) an der HHU | |||||||
| Dokument erstellt am: | 09.08.2010 | |||||||
| Dateien geändert am: | 07.01.2010 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 30.10.2009 | |||||||
| Datum der Promotion: | 15.12.2009 |
