Dokument: Mechanistische Analyse der Nephrokarzinogenese mit Hilfe von Expressionsanalysen in vivo und in vitro

Titel:	Mechanistische Analyse der Nephrokarzinogenese mit Hilfe von Expressionsanalysen in vivo und in vitro
Weiterer Titel:	Mechanistic analysis of nephrocarcinogens in vivo and in vitro by gene expression analysis
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=6927
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20080218-111629-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. rer. nat. Weiland, Christina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 4,41 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 11.02.2008 / geändert 11.02.2008
Beitragende:	PD Dr. Vohr, Hans-Werner [Gutachter] Prof. Dr. Wunderlich, Frank [Gutachter]
Stichwörter:	Genexpression, Niere, Nephrokarzinogene, Zellen, Microarrays
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Die Niere übernimmt im Körper wichtige Aufgaben wie Exkretion und Resorption, die über die Aufnahme und Abgabe von Stoffen in bzw. aus dem Körper entscheiden, und stellt einen Angriffspunkt für Toxine/Karzinogene dar. Verschiedenste Stoffe können die Niere schädigen, insbesondere die proximalen Tubuli. Diese Veränderungen können zur Entstehung von Krebs führen. Man unterscheidet zwischen genotoxischen und nicht-genotoxischen Nephrokarzinogenen, wobei bislang der Langzeit-in-vivo-Test für die Klassifizierung von Substanzen und deren kanzerogenem Potential verwendet wird. Unter dem Gesichtspunkt der 3R´s 'Reduction', 'Refinement' und 'Replacement' wären zum einen Kurzzeit-in-vivo-Tests z.B. unter Einsatz von Toxicogenomics und zum anderen die Etablierung aussagekräftiger in-vitro-Modelle sehr hilfreich, um auf diese Weise frühe Veränderungen in den Organen bzw. in den Zellen aufzuspüren, die im Zusammenhang mit der Karzinogenese stehen könnten. Deshalb wurden in dieser Arbeit zunächst Kurzzeitstudien mit genotoxischen und nicht-genotoxischen Nephrokarzinogenen durchgeführt und drei verschiedene Zeitpunkte mittels Genexpressionsanalyse untersucht. Es konnten Gemeinsamkeiten zwischen den genotoxischen Nephrokarzinogenen und auch Unterschiede zu einem nicht-genotoxsichen Nephrokarzinogen gezeigt werden. Es wurde festgestellt, dass durch die genotoxischen Nierenkanzerogene eher Gene induziert wurden, die für Proteine kodieren, die auf eine DNA-Schädigung aufgrund direkten Einwirkens der genotoxischen Nierenkanzerogene schließen lassen. Außerdem wurden Gene verändert, die für Proteine kodieren, die in oxidativem Stress / Detoxifizierung und -/ Protein Schädigung, aber auch der Gewebeorganisation eine Rolle spielen. Im Gegensatz zu den genotoxischen Nierenkanzerogenen wurden durch das nicht-genotoxische Nierenkanzerogen OTA eher Gene induziert, die auf eine oxidative Schädigung der DNA und auf regenerative Prozesse, wie DNA-Replikation und Zellzyklusprogression zurückzuführen sind. Außerdem waren eine Reihe von Genen runterreguliert, die für Enzyme kodieren, die in metabolischen Prozessen sehr wichtig sind, was als Dedifferenzierung der Zellen der Niere gedeutet wurde. Ein weiterer Schwerpunkt gegenwärtiger Forschungsarbeiten in der investigativen Toxikologie ist die Etablierung geeigneter in-vitro-Modelle. In dieser Arbeit wurde eine umfassende Charakterisierung primärer proximaler Tubuluszellen der Ratte mittels Genexpressionsanalyse vorgenommen. Dort zeigte sich eine Dedifferenzierung der Zellen, die aus der verminderten Expression vieler metabolischer Funktionen resultierte. Außerdem zeigten die Zellen einen Verlust nierenspezifischer Funktionen durch verringerte Expression essentielle Membrantransporter. Des Weiteren konnte aber auch eine deutliche Induktion von Genen, die in Stress, RNA- und Proteinsynthese, intrazellulärem Transport, Proliferation, Zelladhäsion und Zytoskelettorganisation involviert waren, festgestellt werden. Diese Veränderungen ließen den Schluss zu, dass die Zellen in der Kultur eine Art Transdifferenzierung durchlaufen und sich an die neue Umgebung anpassen. Bei der Verwendung dieses Modells und der Interpretation der Ergebnisse sollte das berücksichtigt werden. Anschließend wurden verschiedene in-vitro-Modelle der Niere, sowohl der Ratte als auch des Menschen, mit dem Modell-Karzinogen OTA behandelt. Aus diesem Vergleich mußte geschlossen werden, dass das in-vitro-Modell nur z.T. in der Lage war, die gleichen Antworten wie das in-vivo-Modell zu geben. Die Gemeinsamkeiten beschränkten sich eher auf akute Antworten, wobei das Ausbleiben einiger Antworten mit der veränderten Basal-Expression bestimmter Gene in vitro erklärbar waren. Die Behandlung von HK-2-Zellen mit vier verschiedenen Nephrokarzinogenen zeigte ebenfalls nur wenige Übereinstimmungen. Daraus resultierte ebenfalls die Annahme, dass auch die Antworten dieser Zellen nicht mit allen in vivo beobachteten Veränderungen nach Gabe der Karzinogene korrelieren und dass die jeweiligen Modelle nur für bestimmte Fragestellungen verwendet werden können. Die Bestimmung von sog. Surrogatmarkern bleibt zu klären, da eine viel größere Anzahl an Inkubationsexperimenten dafür erforderlich wäre. The kidney plays a major role in excretory and re-absorptive processes, and is a target for a wide variety of drugs, environmental pollutants and metals causing nephrotoxicity or cancer. The kidney cortex consists primarily of proximal tubular cells, which are epithelial cells often involved in the induction and progression of various kidney diseases and therefore also in the development of cancer. There are genotoxic and non-genotoxic nephrocarcinogens whose carcinogenic potential is currently evaluated in long-term in vivo assays. With respect to the 3 R´s, Reduction, Refinement and Replacement, the establishment of either short term in vivo assays using e.g. toxicogenomics or reliably applicable in vitro models would be very helpful to obtain insight into the early changes in organs or cells upon carcinogen treatment. This study comprises a comparison of genotoxic and non-genotoxic nephrocarcinogens with short-term in vivo studies by using gene expression analyses at three different time points. There were similarities between the genotoxic nephrocarcinogens and differences between the genotoxic and non-genotoxic nephrocarcinogens. Genotoxic nephrocarcinogens induced genes coding for proteins involved in oxidative stress / DNA damage likely by directly attacking the DNA, oxidative stress / detoxification, - / protein damage and tissue organization. In contrast to the genotoxic nephrocarcinogens, the non-genotoxic nephrocarcinogen OTA induced genes coding for proteins associated with oxidative stress-induced DNA damage and genes involved in regenerative processes like DNA replication and cell cycle progression. Many downregulated genes upon OTA application were associated with metabolic activities which were interpreted as dedifferentiation. Another issue of recent scientific research is the development of applicable in vitro systems. Therefore, a comprehensive characterization of an in vitro model, primary proximal tubular cells of the rat, was carried out in comparison to in vivo by gene expression analysis. A dedifferentiation of cells was observed resulting from the downregulation of genes coding for proteins involved in metabolic processes and in kidney specific-activities like membrane transport. Apart from that genes coding for proteins associated with stress, RNA and protein synthesis, intracellular transport, proliferation, cell adhesion and cytoskeleton were expressed at higher levels in vitro compared to in vivo. This may be due to transdifferentiation of the cells into a tissue culture cell. All these changes have to be taken into account when using this in vitro model and for interpretation of the results obtained with these cells. In the following four different in vitro models from either rat or human were treated with the model nephrocarcinogen Ochratoxin A (OTA). The comparison of all four models with in vivo revealed that none of them was able to show all major changes upon OTA exposure in vivo. Only acute responses were clearly seen with the in vitro models, whereas regenerative processes could be hardly identified in vitro. The latter may be explained at least in case of the rat primary cells, but likely for the other used models, by the altered basal expression in vitro of genes involved in these pathways. Finally, HK-2 cells were incubated with the four nephrocarcinogens also used in the in vivo studies. The comparison of important gene changes in vivo with in vitro showed only slight similarities and again mainly acute effects were also seen in vitro. This leads to the assumption that in vitro expression changes upon treatment are not necessarily correlating with in vivo and that the used models may only be employed as in vivo replacement for well defined questions. For defining so called surrogate markers more treatment experiments with a much greater number of different nephrocarcinogens would be necessary.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	11.02.2008
Dateien geändert am:	11.02.2008
Promotionsantrag am:	24.09.0007
Datum der Promotion:	04.12.2007