Untersuchungen zur metabolischen Aktivierung und Toxizität niedrigchlorierter PCBs

Vasko, Theresa Hannah; Hollert, Henner (Thesis advisor); Kraus, Thomas (Thesis advisor); Schäffer, Andreas (Thesis advisor)

Aachen (2019, 2020)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2019

Kurzfassung

Polychlorierte Biphenyle (PCBs) sind Schadstoffe, die aufgrund ihrer Persistenz überall in der Umwelt vorzufinden sind. Abhängig von der Anzahl und Position der Chloratome variieren ihre chemischen und toxikologischen Eigenschaften. In der vorliegenden Arbeit konnte ex vivo anhand zweier Methodiken ein inhibitorischer Einfluss PCB-belasteter Plasmaproben auf die Telomerase (hTERT)-Genexpression festgestellt werden. Es ließ sich eine Dosis-Wirkungs-Beziehung zwischen der Konzentration niedrigchlorierter (nc) PCBs im Plasma und der Inhibierung der hTERT-Expression in hTERT BAC B6B5.1 Fibroblasten herstellen, welche bei 1 µg/L liegt. In vitro konnte mittels qRT-PCR eine konzentrationsabhängige, inhibitorische Wirkung einzelner, chemisch synthetisierter Hydroxy (OH)-Metabolite von PCB 28 und PCB 101 auf die hTERT-Expression in Jurkat T-Lymphozyten festgestellt werden. Dabei führten die OH-Metabolite in geringeren Konzentrationen zu stärkeren Effekten als die parentalen Kongenere, was auf eine metabolische Aktivierung nc PCBs als Voraussetzung ihrer vermittelten Toxizität schließen lässt. Eine Kombination der 4 reaktivsten Metabolite 3-OH-CB28, 3’-OH-CB28, 3-OH-CB101 und 4-OH-CB101 (OH-PCB Mix) führte zu starken inhibitorischen Effekten auf die hTERT-Expression in Konzentrationsbereichen, die sich im MTT-Assay als subtoxisch erwiesen und sich dem Gehalt nc PCBs in den Plasmaproben annähern. Diese Konzentrationen des OH-PCB Mix führten in vitro zu einer Verminderung der ATP-Produktion und einer gesteigerten Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), die ursächlich für die Inhibierung der hTERT-Expression sowie eine PCB-induzierte Seneszenz sein könnten. Ebenso führte die Inkubation mit dem subtoxischen OH-PCB Mix verstärkt zu Apoptose von primären und Jurkat T-Lymphozyten, die sowohl über Caspase-abhängige als auch -unabhängige Signalwege eintreten könnte. Darüber hinaus wurde in PCB-belasteten Plasmaproben eine höhere Konzentration von Prostaglandin E2 (PGE2) nachgewiesen, welches in vitro konzentrationsabhängig die hTERT-Expression inhibierte. So könnte neben der mitochondrialen Dysfunktion und energetischen Mangelbedingungen über PGE2 ein weiterer Inhibierungsmechanismus der im Plasma enthaltenen nc PCBs auf die hTERT-Expression bestehen. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde Drosophila melanogaster als Modellorganismus für PCB-Metabolismus und PCB-induzierte Neurotoxizität etabliert. Wildtyp-Drosophila verstoffwechselten PCB 28 in dieselben OH-Metabolite wie sie in humanem Plasma nachgewiesen wurden. Dabei führte der Kontakt mit PCB 28 bei Drosophila zu neurotoxischen Anzeichen und einer konzentrationsabhängigen Letalität. Diese konnte durchflusszytometrisch auf eine PCB-abhängige Induktion von Apoptose in differenzierten Neuronen zurückgeführt werden. Ein neuronaler knock-down der am PCB 28-Metabolismus beteiligten Cytochrom-P450-Monooxygenase Cyp18a1 bewirkte durch die stark reduzierte Umsetzung von PCB 28 eine vollständige Vitalität der Fliegen auf hohen Konzentration PCB 28 und eine starke Abnahme der Apoptose in differenzierten Neuronen.

Einrichtungen

• Lehrstuhl für Umweltbiologie und -chemodynamik [162710]
• Fachgruppe Biologie [160000]
• [521001-2]