Dokument: Untersuchungen zu photoprotektiven und immunmodulatorischen Wirkungen aromatischer Carotinoide

Titel:	Untersuchungen zu photoprotektiven und immunmodulatorischen Wirkungen aromatischer Carotinoide
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=25731
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20130508-091603-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Wagener, Sarah [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 18,92 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 07.05.2013 / geändert 07.05.2013
Beitragende:	Prof. Dr. Stahl, Wilhelm [Gutachter] Prof. Dr. Müller, Thomas J. J. [Gutachter]
Stichwörter:	Carotinoide, Photoprotektion
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Ohne die terrestrische Sonnenstrahlung wäre ein Leben auf der Erde nicht möglich. Die Sonne bestimmt mit ihrer Strahlung das Klima der Erde und liefert die notwendige Energie zur Photosynthese der Pflanzen. UV-Licht ist ein wesentlicher Bestandteil des Sonnenspektrums, und zeigt neben positiven Wirkungen auf biologische Systeme auch schädigende Eigenschaften. Bei übermäßiger Exposition der Haut gegenüber UV-Licht kann es zu akuten (Sonnenbrand ”Erythema solare“) und chronischen Schäden (vorzeitige Hautalterung, Hautkrebs) kommen. Es ist daher wichtig, die Haut ab einer gewissen Exposition vor der schädigenden Wirkung von UV-Licht zu schützen (Photoprotektion). Neben topisch aufgetragenen Sonnenschutzmitteln wird auch das Prinzip des endogenen Sonnenschutzes z.B. durch Carotinoide verfolgt. Durch die Aufnahme der Carotinoide mit der Nahrung oder Nahrungsergänzungsmittel werden die Hauteigenschaften moduliert, Carotinoide können endogen vor UV-abhängigen Schäden und somit vor Sonnenbrand schützen. Carotinoide sind natürlich vorkommende Pflanzeninhaltsstoffe und aufgrund ihrer konjugierten Polyenstruktur wirksame Antioxidantien. Dihydroxyisorenieratin (DHIR) und Isorenieratin (IR) sind aromatische Carotinoide, die von dem Bakterium Brevibacterium linens gebildet werden. Das Bakterium wird u.a. in der Käseherstellung verwendet und verleiht Tilsiter, Romadour, Limburger und Münster seine charakteristische Färbung und durch die Produktion von Methanthiol sein charakteristisches Aroma. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden die aromatischen Carotinoide auf photoprotektive Wirkungen insbesondere gegen DNA-Schäden in humanen dermalen Fibroblasten untersucht. Das strukturell ähnliche nicht-aromatische Carotinoid Lutein diente als Vergleichssubstanz. Zu den untersuchten DNA-Läsionen zählen DNA-Einzel- und Doppelstrangbrüche, oxidative Modifikationen der DNA-Base Guanin und die Bildung von Cyclobutanpyrimidindimeren (CPDs). Eine Behandlung der Zellen mit den aromatischen Carotinoiden konnte die Bildung von Strangbrüchen statistisch signifikant verringern. Auch die Bildung der oxidativen Basenmodifikationen der DNA-Base Guanin, 7,8-Dihydro-8-xoguanin (8-Oxoguanin) und 2,6-Diamin-4-hydroxy-5-formamidopyrimidin (FapyG) wurde durch eine Behandlung der Zellen mit den aromatischen Carotinoiden statistisch signifikant verringert. Die UV-induzierte CPD-Bildung wurde in humanen dermalen Fibroblasten unmittelbar und 24 h nach Bestrahlung untersucht. Direkt nach Bestrahlung wurden statistisch signifikante protektive Effekte bei Behandlung der Zellen mit DHIR und IR gezeigt. Nach 24 h waren noch mindestens 80 % der entstandenen CPDs vorhanden, eine Reparatur hatte demnach nach 24 h bereits eingesetzt, der Großteil der CPDs war aber noch vorhanden. Der protektive Effekt der Substanzen gegen die CPD-Bildung war nach 24 h deutlich niedriger. Die Bildung der CPDs erfolgt über eine photochemische [2+2]-Cycloaddition nach Absorption von Licht durch die DNA-Basen von Licht im UVB- und UVC-Bereich. Vermutlich ist der Schutzeffekt der aromatischen Carotinoide hauptsächlich auf eine Absorption des UVB-Lichts zurückzuführen, wobei ein Einfluss der Carotinoide auf die Reparaturmechanismen nicht auszuschließen ist. Der zweite Teil dieser Arbeit ist auf die Untersuchung der UV-induzierten Entzündungsreaktion in Hautzellen fokussiert. Das aromatische Carotinoid DHIR soll photoprotektiv wirken ohne die Entzündungsreaktion ganz oder teilweise zu unterdrücken. Zur Untersuchung ob DHIR die Entzündungsreaktion moduliert, wurden vier physiologisch relevante Entzündungsparameter näher untersucht: NfκB, IL-6, IL-10 und IL-12. Der NfκB Signalweg ist ein zentraler Signalweg bei der Entzündungsreaktion. Nach Freisetzung von NfκB, kann das Molekül in den Zellkern translozieren und die Transkription bestimmter Zielgene initiieren. Interleukin-6 ist ein klassisches proinflammatorisches Zytokin, dessen Expression u.a. von NfκB reguliert wird. IL-10 gehört zu den anti-inflammatorischen Zytokinen und reguliert die Bildung proinflammatorischer Zytokine durch die Unterdrückung der Aktivierung des Transkriptionsfaktors NfκB. IL-12 ist ein immunmodulatorisches Zytokin, es verstärkt u.a. die Nukleotidexzisionsreparatur und unterdrückt die UV-abhängige Apoptose. Keiner der untersuchten physiologisch relevanten Entzündungsparameter wurde durch die Behandlung der Zellen mit DHIR beeinflusst. Es wurde gezeigt, dass DHIR einen protektiven Effekt gegen die Bildung von DNA-Strangbrüchen, oxidativen Basenmodifikationen der DNA-Base Guanin und gegen die Bildung von Cyclobutanpyrimidindimeren besitzt ohne die ausgewählten physiologisch relevanten Entzündungsparameter zu beeinflussen. DHIR besitzt nach den in-vitro Untersuchungen die Charakteristika einer photoprotektiven Substanz. Life on earth depends on radiation from the sun which determines the climate on our planet and provides the energy for photosynthesis. UV radiation is a major part of the solar spectrum with either beneficial or adverse effects on biological systems. Overexposure of the skin to ultraviolet light can lead to acute (sunburn, ”Erythema solare“) and chronic damage (premature skin aging, skin cancer). Thus, it is important that the skin is well protected from the damaging properties of ultraviolet light (photoprotection). In addition to topically applied sunscreens, an endogenous protection by carotenoids is possible. The intake of carotenoids with the diet or supplements can positively influence skin properties, carotenoids may endogenously protect against UV-related damage and thus against sunburn. Carotenoids are naturally occuring plant compounds and due to their conjugated polyene system effective antioxidants. Dihydroxyisorenieratene (DHIR) and Isorenieratene (IR) are aromatic carotenoids, which are produced by Brevibacterium linens. The bacterium is used in the cheese production and is responsible for the characteristic colour and due to the production of methanethiol, for the characteristic aroma of Tilsit, Romadour, Limburger and Muenster. In the first part of this work, the aromatic carotenoids were examined for particular photoprotective effects against DNA damage in human dermal fibroblasts. The structurally related non-aromatic carotenoid lutein was used as reference compound. DNA lesions examined included DNA single and double strand breaks, oxidative modifications of the DNA base guanine and the formation of cyclobutanpyrimidin dimers (CPD). Treatment of the cells with the aromatic carotenoids decreased the formation of strand breaks significantly. Formation of oxidative base modifications of the DNA base guanine, 7,8-dihydro-8-oxoguanine (8-oxoguanine) and 2,6-diamine-4-hydroxy-5-formamidopyrimidine (FapyG) was significantly decreased after treatment of the cells with the aromatic carotenoids. The UV-induced CPD formation in human dermal fibroblasts was examined immediately and 24 h after irradiation. Directly after irradiation significant protective effects were shown when the cells were treated with DHIR and IR. After 24 h at least 80 % of the generated CPDs were still present, thus a repair had already started after 24 h but most of the CPDs were still present. The protective effect of the compounds on the CPD-formation was lower after 24 h. Formation of CPDs via a photochemical [2+2]-cycloaddition reaction is based on the absorption of light in the UVB and UVC range by the DNA bases. Probably, the protective effect is mainly due to absorption of UVB light by the aromatic carotenoids, however an influence of the carotenoids on the repair mechanisms cannot be excluded. The second part of this work is focused on the investigation of UV-induced inflammatory response in skin cells. To investigate whether DHIR influences the inflammatory response, four physiologically relevant inflammatory markers were examined: NfκB, IL-6, IL-10 und IL-12. The NfκB signaling pathway is an important pathway in inflammatory response. After release NfκB can translocate into the nucleus and initiate transcription of specific target genes. Interleukin-6 is a proinflammatory cytokine and its expression is regulated by NfκB. IL-10 belongs to the anti-inflammatory cytokines and regulates the production of proinflammatory cytokines by suppressing the activation of the transcription factor NfκB. IL-12 is an immunmodulatory cytokine, which reinforces the nucleotide excision repair and suppresses the UV-dependant apoptosis. None of the investigated physiologically relevant inflammatory parameters were affected by the treatment of the cells with DHIR. It has thus been shown that DHIR exhibits protective effects against the formation of DNA strand breaks, oxidative base modifications of the DNA base guanine and against the formation of cyclobutanpyrimidin dimers without affecting the selected physiologically relevant inflammatory parameters. According to the in-vitro studies DHIR meets all the requirements of a photoprotective agent.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Biochemie und Molekularbiologie I
Dokument erstellt am:	08.05.2013
Dateien geändert am:	08.05.2013
Promotionsantrag am:	21.03.2013
Datum der Promotion:	30.04.2013