Dokument: Untersuchungen zur photoprotektiven Wirkung von 3,3'-Dihydroxyisorenieratin und Vitamin E Derivaten

Titel:Untersuchungen zur photoprotektiven Wirkung von 3,3'-Dihydroxyisorenieratin und Vitamin E Derivaten
Weiterer Titel:Investigations of photoprotective effects of 3,3'-Dihydroxyisorenieratene and vitamin E derivates
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URN (NBN):urn:nbn:de:hbz:061-20090714-104045-1
Kollektion:Dissertationen
Sprache:Deutsch
Dokumententyp:Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:Text
Autor: Lutter, Kaya [Autor]
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Dateien vom 11.07.2009 / geändert 11.07.2009
Beitragende:Prof. Dr. Stahl, Wilhelm [Gutachter]
Prof. Dr. Mehlhorn, Heinz [Gutachter]
Stichwörter:Carotinoide, Photoprotektion, UV, DHIR, Fibroblasten
Dewey Dezimal-Klassifikation:500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:Die menschliche Haut ist neben dem Auge das einzige lichtexponierte Organ. Ohne ausreichenden Schutz, u.a. durch körpereigene Substanzen oder durch die topische Anwendung von Sonnenschutzmitteln, führt übermäßige Sonnenstrahlung, insbesondere Exposition gegenüber energiereicher UV-Strahlung, zu Schädigungen der Haut. Dabei handelt es sich um direkte entstehende Schäden, bei denen UV-Strahlen unmittelbar mit biologisch relevanten Molekülen interagieren (z.B. der DNA), oder um indirekte Schäden, welche über sekundäre, UV-induzierte Reaktionsprodukte vermittelt werden (z.B. Photooxidation). Zu den sekundären Intermediaten zählen die reaktiven Sauerstoffverbindungen (ROS), sowohl freie Radikale wie Superoxidradikalanionen, Peroxylradikale und Hydroxylradikale, als auch nichtradikalische Verbindungen wie Singulettsauerstoff oder Wasserstoffperoxid. Als photooxidativer Stress wird ein Ungleichgewicht bezeichnet bei dem lichtinduzierte oxidative Schäden nicht vollständig von den Schutzsystemen verhindert werden und in dessen Verlauf ROS zelluläre Strukturen wie DNA, Proteine und Lipide oxidieren. Photooxidativer Stress spielt eine wichtige Rolle in der Pathogenese von Hautkrebserkrankungen, bei vorzeitiger Hautalterung, Veränderung des cutanen Immunsystems und bei der Entwicklung von Photodermatosen. Antioxidative Mikronährstoffe wie die Vitamine E und C sowie die Substanzgruppe der Carotinoide werden zur endogenen Photoprotektion beim Menschen eingesetzt. Als orale Sonnenschutzmittel tragen sie zur antioxidativen Verteidigung bei.
DHIR ist ein phenolisches Carotinoid und kommt u.a. im Brevibacterium linens vor, welches in der Nahrungsmittelindustrie Verwendung findet. In der vorliegenden Arbeit wurden die UV-protektiven Eigenschaften von DHIR in Zellkulturexperimenten an humanen Hautfibroblasten im Vergleich zu Lutein untersucht. Keine der Verbindungen war mit oder ohne UV-Bestrahlung zelltoxisch (Sulforhodamin B Test). Als zelluläre Antwort auf UV-Bestrahlung wurde die Expression des Enzyms Hämoxygenase 1 (HO-1) anhand der Proteinmenge mittels Western Blot untersucht. Nach UV-A induzierter Photooxidation ist die Expression der HO-1 erhöht. Im Vergleich zur bestrahlten Kontrolle (20 J/cm²) war die Expression von HO-1 um 30% geringer, wenn die Zellen über 24 h vor Bestrahlung mit 1,5 µM DHIR behandelt wurden. Bei gleicher Vorbehandlung mit Lutein wurden keine Effekte beobachtet. DHIR verhindert die Freisetzung von Zn-Ionen aus Proteinkomplexen, was auf einen Schutz der Thiolliganden vor Oxidation zurückgeführt wird. Die Bildung von Cyclobutanpyrimidindimeren ist eine Hauptschädigung der DNA nach UV-B Exposition. In den Fibroblasten konnten nach Bestrahlung mit UV-B (300 mJ/cm²) Thymidindimere mit spezifischen Antikörpern nachgewiesen werden. Waren die Zellen 24 h mit DHIR vorbehandelt bilden sich weniger Thymidindimere. Lutein hatte keinen Effekt. Da die Bildung von Cyclobutanpyrimidindimeren eine photochemische Reaktion der DNA Basen ist und nicht mit photooxidativen Prozessen zusammenhängt sind hier wahrscheinlich UV-B absorbierende Eigenschaften für den Schutzeffekt verantwortlich.
Das natürliche Carotinoid DHIR verfügt über außergewöhnliche antioxidative und photoprotektive Eigenschaften. Ursache dafür ist die besondere Struktur des Carotinoids, welches aufgrund polyenischer und phenolischer Strukturelemente als bifunktioneller Radikalfänger wirken kann und gleichzeitig UV-Licht absorbiert.
In der Arbeit untersuchte synthetische Vitamin E Derivate erwiesen sich ebenfalls als photoprotektiv, was mit einer Verringerung der HO-1 Expression nach UVA-Bestrahlung belegt wurde. Keine der Substanzen war aber dem natürliche Vitamer in der Wirkung überlegen.

Beside of the eye, skin is the only light-exposed tissue of the human organism. Without an adequate defence, for example by substances produced naturally in the body or topical application of sunscreens, excessive light exposure, especially exposition to high-energy UV-light, leads to skin damage. This includes direct damage, where UV-radiation interacts directly with biologically relevant molecules (e.g. DNA), and indirect damage, mediated by secondary, UV-induced reaction products (photooxidation). Secondary intermediates include reactive oxygen species (ROS) such as peroxyl radicals and hydroxyl radicals as well as non-radical compounds like singlet oxygen and hydrogen peroxide. Photooxidative stress is characterized by an imbalanced redox state where light-induced oxidative damage is insufficiently counteracted by antioxidant defence systems and ROS oxidize cellular structures such as DNA, lipids or proteins. Such damaging reactions are involved in the pathobiochemistry of erythema formation, premature aging of the skin, development of photodermatoses and skin cancer. Dietary antioxidants like vitamins E and C as well as carotenoids protect against UV-mediated skin damage. Human studies provide evidence that they are conducive as “oral sunscreens” to the antioxidative defence. DHIR is a phenolic carotenoid present in Brevibacterium linens, which is used in dairy industry. In the present work the UV-protective effects of DHIR were investigated in human fibroblasts in comparison to the structurally related lutein. None of the compounds was cell toxic with and without UV-irradiation (sulforhodamine B assay). As a cellular response to UV-radiation the expression of the enzyme heme oxygenase 1 (HO-1) was investigated by Western blot analysis on the basis of the protein amount. In comparison to the irradiated control (20 J/cm²), cells treated with 1,5 µM DHIR for 24 h had a 30% lowered expression of HO-1. Expression of the enzyme was not affected in cells treated with lutein. DHIR also impeded the release of Zinc-ions from protein complexes, an effect which has been ascribed to a protection of thiol ligands against oxidation. The formation of cyclobutane pyrimidine dimers is a major mechanism of DNA damage in tissues exposed to UVB light. When human dermal fibroblasts were exposed to UVB light (0,1 J/cm² and 0,3 J/cm²) thymidine dimers were formed and were visualized with specific antibodies. Upon preincubation of cells for 24 h with DHIR less dimer formation was observed than in the solvent control. However, lutein was not effective. Since the generation of cyclobutane pyrimidine dimers is a photochemical reaction of DNA bases and not related to photooxidation it is likely that UVB absorbing properties of DHIR are responsible for the effect.
In the present work synthetic vitamin E derivatives were also investigated for photoprotection determined by changes in HO-1 expression after UVA-irradiation. All compounds included in the study were active but none of them was superior to the natural vitamin E.
Fachbereich / Einrichtung:Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Biochemie und Molekularbiologie I
Dokument erstellt am:14.07.2009
Dateien geändert am:11.07.2009
Promotionsantrag am:25.05.2009
Datum der Promotion:26.06.2009
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