Dokument: Untersuchungen zur Genotoxizität von Zigarettenrauch-Inhaltsstoffen und Induktion von Cytochrom P450 1A1 in primären Zellkulturen aus Schweineharnblasen

Titel:	Untersuchungen zur Genotoxizität von Zigarettenrauch-Inhaltsstoffen und Induktion von Cytochrom P450 1A1 in primären Zellkulturen aus Schweineharnblasen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3560
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20101130-103721-7
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Plöttner, Sabine [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 6,01 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Dr. Bolt, Hermann M. [Gutachter] Prof. Dr. Wunderlich, Frank [Gutachter] Prof. Dr. Greven, Hartmut [Gutachter]
Stichwörter:	Zigarettenrauch, Harnblasenkrebs, Benzo[a]pyren, CYP1A1, PUBEC, COMET Assay, Mikronukleus-Test, FACS, Western Blot
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibung:	Epidemiologische Studien belegen, dass das Zigarettenrauchen für den Menschen mit einem erhöhten Risiko assoziiert ist, an Harnblasenkrebs zu erkranken. Obwohl man weiß, dass Zigarettenrauch mindestens 70 krebserregende Substanzen enthält, ist bis heute nicht bekannt, welche dieser Kanzerogene in welchem Ausmaß für den harnblasenspezifischen Effekt verantwortlich sind. Insbesondere aromatischen Aminen, von denen einige Verbindungen nachgewiesenermaßen blasenkanzerogen für den Menschen sind, wird hierbei eine bedeutende Rolle zugesprochen. Aber auch polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) sind diesbezüglich von Bedeutung. Ziel der vorliegenden Dissertation war es herauszufinden, welchen Beitrag verschiedene Substanzklassen aus dem Zigarettenrauch, insbesondere PAK, zur Blasenkanzerogenese leisten. Für die Untersuchung ihrer genotoxischen Wirkungen in Zellen des Zielorgans wurde mit primären Zellkulturen aus Schweineharnblasen (PUBEC) gearbeitet. PUBEC bieten zum einen den Vorteil, metabolisch kompetent zu sein, und sind außerdem leicht verfügbar. Als Modellsubstanzen für die Untersuchungen wurden 4-Aminobiphenyl (4-ABP, aromatisches Amin), Benzo[a]pyren (B[a]P, polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoff), Dimethylnitrosamin (DMN, Nitrosamin) und Acrylnitril (AN) verwendet. Zusätzlich zu den Wirkungen dieser Einzelsubstanzen wurden die Effekte eines binären (B[a]P und 4-ABP) und eines komplexen Gemisches (Zigarettenrauchkondensat, CSC) untersucht. Die vorliegende Dissertation wurde im Rahmen eines Verbundprojektes mit dem Max-Planck-Insitut für molekulare Physiologie in Dortmund (MPI) durchgeführt. In parallel am MPI durchgeführten Versuchen zur Veränderung der Genexpression durch Zigarettenrauch-Inhaltsstoffe hatte sich bereits zu einem frühen Zeitpunkt gezeigt, dass nach Behandlung mit Benzo[a]pyren die Expression von Cytochrom P450 1A1 (CYP1A1) auf Transkriptebene besonders stark gesteigert war. Andere Substanzen (4-ABP und DMN) hatten diesen Effekt auf die Regulation von CYP1A1 nicht. Ausgehend von diesem Befund wurde für die krebserregende Wirkung von PAK auf Urothelzellen das folgende Paradigma abgeleitet: Das Vorhandensein von PAK führt zu einer Hochregulation von CYP1A1, wodurch es sekundär zu einer Verstärkung der metabolischen Aktivierung von PAK und damit zu verstärkten genotoxischen Effekten kommt. Vor diesem Hintergrund wurden in der vorliegenden Dissertation Untersuchungen auf zwei verschiedenen Ebenen durchgeführt: Einerseits wurde die Induktion von CYP1A1 auf Proteinebene untersucht, um die auf der mRNA-Ebene beschriebenen Induktionseffekte zu verifizieren. Dazu wurde die CYP1A1-Induktion innerhalb einer Zellpopulation durch B[a]P, ein binäres Gemisch aus B[a]P und 4-ABP sowie durch das komplexe Gemisch CSC mittels Western Blot analysiert. Für den Nachweis der CYP1A1-Proteinexpression auf Einzelzellebene wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine durchflusszytometrische Methode etabliert, mit deren Hilfe der prozentuale Anteil CYP1A1-induzierter Zellen innerhalb einer Zellpopulation bestimmt wurde. Zum Zweiten wurde der Effekt der Bioaktivierung von PAK auf der Ebene genotoxischer Wirkungen untersucht. Dazu wurden Testsysteme ausgewählt, die für kanzerogene PAK eine genotoxische Wirkung anzeigten, jedoch nicht für andere Kanzerogene, die ebenfalls im Zigarettenrauch enthalten sind, wie 4-ABP, DMN und AN. Zu diesem Zweck wurden der COMET Assay und der Mikronukleus-Test als Testsysteme eingesetzt. Die Versuchsergebnisse der vorliegenden Dissertation konnten das Paradigma für die kanzerogene Wirkung von PAK auf Urothelzellen bestätigen. Auch auf Proteinebene führte die Behandlung von PUBEC mit B[a]P zur konzentrationsabhängigen Induktion von CYP1A1. Genotoxische Effekte von B[a]P wurden in den gleichen Konzentrationsbereichen detektiert, in denen auch CYP1A1 in PUBEC induziert wurde. Die genotoxische Wirkung von B[a]P nahm zeitabhängig zu, was vermutlich auf die kontinuierliche Bildung reaktiver Metaboliten durch CYP1A1 zurückzuführen war. Darüber hinaus wurden neben allgemeinen DNA-Strangbrüchen auch oxidative Basenmodifikationen durch B[a]P induziert. Weiterhin wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit gezeigt, dass der Induktionseffekt von B[a]P zusätzlich durch 4-ABP verstärkt wird. Eine Zunahme des genotoxischen Effektes über den von B[a]P hinaus wurde mit Hilfe des sensitiveren Genotoxizitätstests, dem Mikrokern-Test, nachgewiesen. In Inkubationsexperimenten mit dem komplexen Gemisch CSC wurden ebenfalls Induktion von CYP1A1 und genotoxische Wirkungen (allgemeine DNA-Strangbrüche sowie oxidative DNA-Schäden) im gleichen Konzentrationsbereich gemessen. Die durch CSC verursachten Effekte fielen absolut betrachtet schwächer aus als die durch B[a]P alleine. In Bezug auf die Gesamtmolarität aller PAK und aromatischer Amine, die in dem verwendeten CSC analysiert wurden, war der gefundene Induktionseffekt jedoch weder durch PAK alleine noch durch PAK zusammen mit aromatischen Aminen zu erklären. PAK und aromatische Amine im Zigarettenrauchkondensat führen zu einer Hochregulation von CYP1A1 in Urothelzellen, wodurch es sekundär zu einer Verstärkung der Bioaktivierung der PAK und damit zu verstärkten genotoxischen Effekten kommt. Allerdings sind PAK und aromatische Amine offenbar nur zum Teil für die massive Induktion von CYP1A1 durch CSC in Urothelzellen verantwortlich. Es bedarf weiterer Untersuchungen, um zu klären, welche weiteren Substanzen aus dem Zigarettenrauch eine Beteiligung an diesem Induktionseffekt haben. Insgesamt kann der beobachtete Effekt der CYP1A1-Induktion in Urothelzellen durch Zigarettenrauch-Inhaltsstoffe vermutlich auch auf den Menschen übertragen werden, da Hinweise vorliegen, dass CYP1A-Enzyme im Menschen und im Schwein in vitro durch gleiche Substrate induziert werden.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	13.12.2006
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	05.12.2006
Datum der Promotion:	05.12.2006