TY  - THES
A1  - Leicht, Katja
T1  - Positionelle Klonierung von Tbc1d1 als Kandidatengen für Adipositas
Y1  - 2008
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Reichardt, Nicole
T1  - Die Abbaubarkeit hochmolekularer Inhaltsstoffe des Kaffeegetränks durch die humane Darmmikrobiota
Y1  - 2008
CY  - Potsdam
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TY  - THES
A1  - Schneider, Mandy
T1  - Entwicklung eines Multitarget-DNA-Assays zur Detektion von Mutationen in präneoplastischen und neoplastischen Läsionen im humanen Kolon und Rektum
Y1  - 2008
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kohl, Angela
T1  - Einfluss zweier unlöslicher Ballaststoffe auf ausgesuchte Parameter des Metabolischen Syndroms bei übergewichtigen/adipösen gesunden Erwachsenen
Y1  - 2008
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fischer, Antje
T1  - Einfluss genetischer Varianten auf die Entstehung Adipositas-assoziierter Erkrankungen
Y1  - 2008
ER  - 
TY  - THES
A1  - Carlsohn, Anja
T1  - Bewertung der Ernährungssituation jugendlicher Leistungssportler : nutritive und belastungsassoziierte Einflüsse auf ausgewählte Parameter des plasmatischen Redoxstatus
Y1  - 2008
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TY  - THES
A1  - Hanske, Laura
T1  - Der Einfluss der Darmbakterien des Menschen auf die Bioverfügbarkeit von Flavonoiden
Y1  - 2008
CY  - Potsdam
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TY  - THES
A1  - Bernhardt, Ulrike
T1  - Untersuchung zur Rolle von Adapterprotein-Komplexen im Targeting der Glucosetransporter GLUT8 und GLUT4
Y1  - 2008
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wiencierz, Anne Maria
T1  - Entwicklung eines Dual-Luciferase-Reportergen-Assays zum Nachweis der Induktion antioxidativer Enzyme durch Nahrungsbestandteile
T1  - Establishment of a reporter gene assay for the determination of induction of antioxidative enzymes by food components
N2  - Die Induktion antioxidativer Enzyme gilt als eine Möglichkeit, die antioxidative Kapazität von Zellen zu steigern und dadurch mit oxidativem Stress assoziierten Erkrankungen (z. B. Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Neurodegeneration, Atherosklerose) vorzubeugen. Ausgehend davon wurde in der vorliegenden Arbeit der Dual-Luciferase-Reportergen-(DLR)-Assay zum Nachweis der Induktion der antioxidativen Enzyme Katalase (CAT), zytosolische Glutathion-Peroxidase (GPX1) und Kupfer-Zink-Superoxid-Dismutase (SOD1) entwickelt. Im Zuge dessen wurden drei Säugetierzelllinien (CaCo2, IEC-18, V79) auf ihre Eignung zur Modellzelllinie untersucht. Aufgrund der Transfektionseffizienz wurde die Fibroblastenzelllinie V79 ausgewählt. Zur Gewährleistung eines hohen Substanzdurchsatzes des DLR-Assays wurden bei der Etablierung Parameter wie Kulturplattenformat, DNA-Menge, Luciferasen-Kinetik berücksichtigt. Nach erfolgreicher Etablierung des Versuchs im 96-Well-Format wurden L-Carnitin, Catechin, Epigallocatechingallat, Genistein, Wasserstoffperoxid (H2O2), Natrium-Ascorbat, Paraquat, Quercetin, 12-O-Tetradecanoylphorbol-13-Acetat (TPA) und Trolox in nicht-zytotoxischen Konzentrationen hinsichtlich der Aktivierung des Ratten-CAT-, des humanen GPX1- und des humanen SOD1-Promotors untersucht. Die Bestimmung der maximal tolerierbaren Behandlungskonzentration erfolgte im Vorfeld mittels Resazurintest. Von den zehn Verbindungen zeichneten sich drei Substanzen als potente Induktoren für die SOD1 und die GPX1 aus. Die 24-stündige Behandlung von mit Reportergenkonstrukten transient transfizierten V79-Zellen mit 100 µM Paraquat resultierte in einer Verdopplung der relativen SOD1-Promotor-Aktivität und einer Erhöhung der relativen GPX1-Promotor-Aktivität auf 1,6 bzw. 1,7. Die Stimulation mit 20 µM Genistein oder 10 µM Quercetin führte wiederum zu einer Verdopplung bis Verdreifachung der relativen SOD1- und GPX1-Promotor-Aktivität. Der Promotor der Rattenkatalase konnte demgegenüber nur durch 50 µM H2O2 aktiviert werden (1,5fach). Für diesen DLR-Assays bieten sich folglich Genistein, Quercetin wie auch H2O2 als Referenzsubstanzen an. Um aber eine qualitative Charakterisierung der einzelnen Verbindungen hinsichtlich ihres Induktionspotentials zu gewährleisten, sollten von allen getesteten Substanzen Dosis-Wirkungskurven aufgenommen werden. Zudem wird für den routinemäßigen Einsatz die Verwendung stabil transfizierter Zellen zur Vermeidung von mit der Transfektion verbundenen experimentellen Schwankungen empfohlen.
N2  - The induction of antioxidative enzymes might be an opportunity to elevate the cellular antioxidative capacity and, thus, to prevent oxidative stress associated diseases (e. g. cardio-vascular disease, neurodegenerative disease, atherosclerosis). Based on this idea the dual luciferase reporter gene (DLR) assay was developed to demonstrate the induction of three antioxidative enzymes: catalase (CAT), cytosolic glutathione peroxidase (GPX1), and copper-zinc superoxide dismutase (SOD1). In the course of the development three mammalian cell lines (CaCo2, IEC-18, V79) were tested for their ability to serve as a model cell line. The line V79 was chosen due to the transfection efficiency. To give consideration to a high-throughput several parameters were studied (e. g. format of the cultural plates, amount of DNA, kinetics of the luciferases) and the DLR assay was successfully established in 96 well plates. Subsequently, L-carnitine, catechin, epigallocatechin gallate, genistein, hydrogen peroxide (H2O2), sodium ascorbate, paraquat, quercetin, 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA) and trolox were tested in non-cytotoxic concentrations for the activation of the rat CAT, human GPX1 and human SOD1 promoter. The maximally tolerable concentrations were determined by resazurin test in advance. Three out of these ten compounds were identified as potent inducers of GPX1 and SOD1. Stimulation of reporter gene construct transient transfected V79 cells for 24 hours with 100 µM paraquat caused a duplication of the relative GPX1 promoter activity and a 1.6-/1.7-fold increase of the relative SOD1 promoter activity. The incubation with 20 µM gen-istein or 10 µM quercetin resulted in duplication to triplication of both, the relative GPX1 and SOD1 promoter activity. In contrast, the rat CAT promoter was activated by 50 µM H2O2 (1.5-fold). Consequently, genistein, quercetin, and H2O2 are considered to be suitable reference substances for this DLR assay. To further characterize the inducing potential of the tested compounds all of them should be tested in different concentrations. Furthermore, for the routinely performed DLR assay it is recommended to use stably transfected cells to eliminate transfection caused variations.
KW  - Katalase
KW  - Glutathion-Peroxidase
KW  - Superoxiddismutase
KW  - Reportergen-Assay
KW  - Nahrungsbestandteile
KW  - catalase
KW  - glutathione peroxidase
KW  - superoxide dismutase
KW  - reporter gene assay
KW  - natural compounds
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-27901
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TY  - THES
A1  - Donath, Claudia
T1  - Sulfotransferase-vermittelte Genotoxizität von benzylischen Metaboliten alkylierter polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe
T1  - Sulfotransferase-mediated genotoxicity of benzylic metabolites of alkylated polycyclic aromatic hydrocarbons
N2  - Alkylierte polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe werden in vielen Matrizes wie Fahrzeugabgasen und Tabakrauch und auch als Kontaminanten in Nahrungsmitteln neben rein aromatischen Kongeneren gefunden. Alkylierte PAK können über die Alkylseitenkette über benzylische Hydroxylierung und nachfolgende Sulfonierung katalysiert über Sulfotransferasen (SULT) zu reaktiven Schwefelsäureestern umgesetzt werden. Die SULT-vermittelte Bioaktivierung zu einem genotoxischen Schwefelsäureester wurde für den benzylischen Alkohol 1-Hydroxymethylpyren des Hepatokanzerogens 1-Methylpyren in früheren Arbeiten gezeigt. In der vorliegenden Arbeit wurde überprüft, ob die benzylischen Alkohole weiterer alkylierter PAK über Sulfonierung zu genotoxischen Schwefelsäureestern umgesetzt werden. Hierzu wurde eine Gruppe von 17 Modellsubstanzen ausgewählt, um die Ableitung von Struktur-Aktivitäts-Beziehungen zu ermöglichen. Das genotoxische Potenzial authentischer benzylischer Schwefelsäureester der Modellsubstanzen wurde zunächst in vitro über DNA-Adduktbildung im zellfreien System und Mutagenität im Salmonella-Rückmutationstest untersucht. Die Sulfate zeigten große Reaktivitätsunterschiede in Abhängigkeit von der Struktur des aromatischen Systems und der Position der Alkylseitenkette, wobei die Endpunkte DNA-Adduktbildung und Mutagenität gut korrelierten. Des Weiteren wurde der Salmonella-Mutagenitätstest mit den benzylischen Alkoholen der untersuchten alkylierten PAK und gentechnisch veränderten S. typhimurium-Stämmen, die SULT-Formen des Menschen heterolog exprimieren, durchgeführt. Bis auf die Alkohole 2- und 4-HMP zeigten alle untersuchten benzylischen Alkohole deutliche mutagene Effekte in einem oder mehreren humane SULT exprimierenden Stämmen. Die durchgeführten in vitro-Versuche zeigten das Potenzial der benzylischen Metabolite alkylierter PAK für genotoxische Wirkungen. Nachfolgend musste geklärt werden, welche Relevanz die beobachteten Effekte für die komplexere in vivo-Situation haben. Nach Verabreichung verschiedener benzylischer Schwefelsäureester und Alkohole an männliche Ratten konnten DNA-Addukte in den untersuchten Organen detektiert werden, was im Fall der Schwefelsäureester deren systemische Bioverfügbarkeit und im Fall der benzylischen Alkohole deren Umsatz durch SULT der männlichen Ratte zeigte. Da im Gegensatz zum Menschen die SULT-Expression in der Ratte auf die Leber fokussiert ist, musste ein Großteil des Umsatzes zu genotoxischen Sulfaten in der Leber stattgefunden haben. DNA-Addukte wurden jedoch auch in extrahepatischen Organen gefunden, was über einen hepatischen Export der gebildeten reaktiven Sulfate und deren Transport über den Blutkreislauf zu diesen Geweben erklärt werden kann. Für die weiterführenden in vivo-Studien wurden die benzylischen Alkohole 1-HMP und 1-HM-8-MP ausgewählt, die trotz großer struktureller Ähnlichkeit toxikodynamische Unterschiede zeigten. Zur Untersuchung der Bedeutung des SULT-vermittelten Toxifizierungsweges als auch konkurrierender detoxifizierender oxidativer Stoffwechselprozesse, wurden für 1-HMP und 1-HM-8-MP in vivo-Inhibitionsstudien mit SULT-Inhibitoren und für 1-HM-8-MP auch mit ADH/ALDH-Inhibitoren durchgeführt. Eine Vorbehandlung mit dem SULT-Hemmstoff Pentachlorphenol führte zu einer Reduktion der DNA-Adduktniveaus in Organen 1-HMP- und 1-HM-8-MP-behandelter Tiere. Die Verabreichung von Quercetin hatte keine Auswirkung auf die DNA-Adduktniveaus. Die Hemmung der DNA-Adduktbildung bei Verabreichung von Pentachlorphenol verdeutlichte jedoch, dass benzylische Alkohole alkylierter PAK in vivo über Sulfonierung bioaktiviert werden. Eine Vorbehandlung mit dem ADH-Inhibitor 4-Methylpyrazol und dem ADH-Substrat Ethanol führte zu erhöhten DNA-Adduktniveaus in Organen 1-HM-8-MP-behandelter Tiere. Den gleichen Effekt, jedoch in geringerem Ausmaß, hatte auch die Vorbehandlung mit dem ALDH-Inhibitor Disulfiram. Dies deutet darauf hin, dass oxidative Modifikationen an der Seitenkette des 1-HM-8-MP einen Detoxifizierungsmechanismus darstellen. Nach Verabreichung benzylischer Metabolite alkylierter PAK wurden oftmals hohe Adduktniveaus in der Niere detektiert. Als mögliche Ursache hierfür wurde eine Transporter-vermittelte renale Sekretion reaktiver Sulfate postuliert, die über Vorbehandlung mit Probenecid vor Verabreichung von 1-HMP und 1-HM-8-MP überprüft wurde. Der Haupteffekt der Probenecid-Behandlung wurde jedoch nicht in der Niere, sondern in der Leber beobachtet, die stark erhöhte Adduktniveaus zeigte. Eine mögliche Erklärung hierfür ist die Hemmung des Exportes in der Leber gebildeter reaktiver Sulfate über Inhibition hepatischer organischer Anionentransporter.
N2  - Alkylated polycyclic aromatic hydrocarbons are found besides purely aromatic congeners in numerous matrices like car engine exhausts and tobacco smoke and as contaminants in foods. Alkylated PAH can be converted at the alkyl side chain to reactive sulfuric acid esters via benzylic hydroxylation and subsequent sulfonation catalysed by sulfotransferases (SULT). The SULT-mediated bioactivation to a genotoxic sulfuric acid ester was shown for the benzylic alcohol 1-hydroxymethylpyrene of the hepatocarcinogen 1-methylpyrene in previous studies. In the thesis at hand it was studied if the benzylic alcohols of further alkylated PAH are converted to genotoxic sulfuric acid esters via sulfonation. For this purpose a group of 17 model substances was chosen to allow for deduction of structure activity relationships. The genotoxic potential of authentic benzylic sulfuric acid esters of the model substances was initially investigated in vitro via DNA adduct formation in a cell free system and mutagenicity in the Salmonella reverse mutation test. The sulfates showed large differences in reactivity depending on the structure of the aromatic system and the position of the alkyl side chain whereupon the endpoints DNA adduct formation and mutagenicity correlated well. Furthermore, the Salmonella mutagenicity test was carried out with the benzylic alcohols of the alkylated PAH studied and S. typhimurium strains genetically engineered for the heterologous expression of human SULT forms. Except for the alcohols 2- and 4-HMP all benzylic alcohols studied showed clear mutagenic effects in one or more SULT-expressing strains. The studies performed in vitro demonstrated the potential of benzylic metabolites of alkylated PAH for genotoxic effects. Consecutively, the relevance of the observed effects for the more complex in vivo situation had to be clarified. After administration of different benzylic sulfuric acid esters and alcohols to male rats DNA adducts were detected in the organs studied, in case of the sulfuric acid esters showing their systemic bioavailability and in case of the benzylic alcohols demonstrating their conversion to the corresponding reactive benzylic sulfuric acid esters by SULT of the male rat. Since in contrast to man SULT expression in the rat is focused on the liver, a large part of the conversion to genotoxic sulfates must have been taken place in the liver. However, DNA adducts were also found in extrahepatic tissues which can be attributed to a hepatic export of the reactive sulfates formed and their transport to these tissues via circulation. For the continuative in vivo studies the benzylic alcohols 1-HMP and 1-HM-8-MP were chosen that demonstrated toxicodynamic differences in spite of their great structural resemblance. To investigate the importance of the SULT-mediated toxification pathway as well as competing detoxifying oxidative metabolic pathways, in vivo inhibition studies with SULT inhibitors were performed for 1-HMP and 1-HM-8-MP and with ADH/ALDH inhibitors also for 1-HM-8-MP. A pretreatment with the SULT inhibitor pentachlorophenol led to a reduction of DNA adduct levels in organs of animals treated with 1-HMP and 1-HM-8-MP. Administration of quercetin had no impact on the DNA adduct levels. However, inhibition of DNA adduct formation at administration of pentachlorophenol demonstrated that benzylic alcohols of alkylated PAH are bioactivated via sulfonation in vivo. A pretreatment with the ADH inhibitor 4-methylpyrazole and the ADH substrate ethanol led to increased DNA adduct levels in organs of animals treated with 1-HM-8-MP. The same effect but to a lesser extent was caused by a pretreatment with the ALDH inhibitor disulfiram. This indicates that oxidative modifications at the side chain of 1-HM-8-MP represent a detoxification mechanism. After administration of benzylic metabolites of alkylated PAH often high DNA adduct levels were detected in kidney. A transporter-mediated renal secretion was postulated as possible cause which was investigated using a pretreatment with probenecid before administration of 1-HMP and 1-HM-8-MP. However, the main effect of the treatment with probenecid was not observed in kidney but in liver that showed strongly increased adduct levels. A possible explanation for this effect is the inhibition of the export of reactive sulfates formed in liver via inhibition of hepatic organic anion transporters.
KW  - alkylierte polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe
KW  - Sulfotransferase
KW  - benzylischer Alkohol
KW  - benzylischer Schwefelsäureester
KW  - DNA-Addukte
KW  - alkylated polycyclic aromatic hydrocarbons
KW  - sulfotransferase
KW  - benzylic alcohol
KW  - benzylic sulfuric acid ester
KW  - DNA adducts
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-29717
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TY  - THES
A1  - Kipp, Anna Patricia
T1  - Selen, Selenoproteine und der Wnt-Signalweg : Regulation der gastrointestinalen Glutathionperoxidase durch β-Catenin und Beeinflussung des Wnt-Signalwegs durch den Selenstatus
T1  - Selenium, selenoproteins, and the Wnt pathway : regulation of the gastrointestinal glutathione peroxidase via the Wnt pathway and influence of the selenium status on the activity of the Wnt pathway
N2  - Das seit 1957 als essentiell klassifizierte Spurenelement Selen vermittelt seine Funktion hauptsächlich durch seinen Einbau in Selenoproteine in Form der 21. proteinogenen Aminosäure Selenocystein. Insgesamt wurden 25 humane Gene für Selenoproteine identifiziert, deren genaue Funktion häufig noch nicht bekannt ist. Selen ist das einzige Mitglied aus der Gruppe der Mikronährstoffe, für das nach wie vor eine antikanzerogene Funktion vor allem in Bezug auf Darmkrebs postuliert wird. Die Grundlage dafür liefert eine Interventionsstudie, bei der 1.312 Probanden für 4,5 Jahre mit 200 μg Selen/Tag supplementiert wurden. Dies resultierte in einer Senkung der Gesamtkrebsmortalität um 50 %. Die Fragen einer optimalen Selenzufuhr, die nicht nur den Bedarf deckt, sondern auch die Entfaltung der antikanzerogenen Wirkung von Selen gewährleistet und die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen sind noch ungeklärt. Zudem liegt die Selenzufuhr bei einem Großteil der europäischen Bevölkerung unter den Empfehlungen. Deshalb wurden in der vorliegenden Arbeit vier Wochen alte Mäuse für sechs Wochen marginal defizient (0,086 mg/kg Futter) bzw. selenadäquat (0,15 mg/kg Futter) gefüttert. Dieser geringe Unterschied im Selengehalt resultierte in einer Senkung des Plasmaselenspiegels der selenarmen Tiere auf 13 % und der GPx-Aktivität in der Leber auf 35 %. Zunächst wurde der Einfluss von Selen auf die globale Genexpression im murinen Colon mittels Microarray untersucht. Von den im Colon exprimierten Selenoproteinen reagierte die mRNA von SelW, SelH, GPx1 und SelM im Selenmangel besonders deutlich mit Expressionsverlust. Da diese Selenoproteine nicht nur im Colon, sondern auch in Leukozyten reguliert waren, sind sie auch als humane Biomarker für die in dieser Studie gewählte Schwankung des Selengehalts geeignet. Des Weiteren wurde auf Basis der Microarraydaten eine Signalweganalyse durchgeführt, die der Identifizierung krebsrelevanter Signalwege diente, um mögliche molekularbiologische Erklärungsansätze für die Rolle von Selen im Krebsgeschehen zu finden. Es zeigte sich, dass die mRNA von Schlüsselgenen des Wnt-Signalwegs wie β-Catenin, Gsk3β, Dvl2, Tle2, Lef1 und c-Myc auf Schwankungen des Selengehalts reagiert. Vor allem die Induktion von c-Myc, einem Zielgen des Wnt-Signalwegs, deutet darauf hin, dass dieser im Selenmangel tatsächlich aktiver ist als bei selenadäquater Versorgung. Ein weiterer möglicher Erklärungsansatz für die postulierte präventive Funktion von Selen gegenüber Darmkrebs ist die gastrointestinale Glutathionperoxidase (GPx2), die physiologisch in den proliferierenden Zellen des Kryptengrunds exprimiert wird. Die Regulation dieses Enzyms durch den Wnt-Signalweg, der ebenfalls in proliferierenden Zellen aktiv ist, konnte mittels Reportergenanalyse und endogen auf mRNA- und Proteinebene in Zellkultur gezeigt werden. Die Aktivierung verkürzter Promotorkonstrukte und die Mutation eines potentiellen Bindeelements identifizierten den für die Bindung von TCF und β-Catenin verantwortlichen Bereich. Als Zielgen des Wnt-Signalwegs scheint GPx2 zu den an Proliferationsprozessen beteiligten Genen zu gehören, was unter physiologischen Bedingungen die Aufrechterhaltung des intestinalen Epithels gewährleistet. Bei der Entstehung intestinaler Tumore, die in der Initiationsphase zu über 90 % mit einer konstitutiven Aktivierung des Wnt-Signalwegs einhergeht, wirkt GPx2 möglicherweise prokanzerogen. Die genaue Funktion von GPx2 während der Kanzerogenese bleibt weiter zu untersuchen.
N2  - Suboptimal selenium (Se) status has been suggested to be associated with a higher risk of developing various cancers, especially colon cancer. In mammals, Se exerts its functions through selenoproteins into which it is incorporated as selenocysteine. Since the function of many selenoproteins has not been identified the underlying mechanisms of the anti-carcinogenic function of Se remains unclear. Therefore, mice were fed either a marginal Se-deficient diet (0.086 mg Se/kg) or a Se-adequate diet (0.15 mg Se/kg) for six weeks. The plasma Se level was reduced to 13 % in the Se-deficient group while GPx activity in the liver was reduced to 35 %. The influence of Se on the global gene expression pattern was analysed using microarray technology. Among selenoproteins SelW, GPx1, SelH and SelM were consistently lower expressed in animals fed with the Se-deficient diet. As the mRNA of these genes was regulated in leucocytes as well, they are possible new biomarkers for the Se status in human studies. In addition, pathway analysis revealed that the cancer-relevant Wnt pathway was affected by the Se status, indicated by changes in the mRNA expression of key proteins like β-catenin, Gsk3β, Dvl2, Tle2, Lef1 and the Wnt target gene c-Myc. The regulation of these genes by Se points to a slightly increased basal activity level of the Wnt pathway in the Se poor state and may therefore contribute to the higher cancer risk in a marginal Se deficiency. Another possible explanation for anti-carcinogenic effects of Se is the gastrointestinal glutathione peroxidase GPx2, a selenoprotein predominantly expressed in proliferating cells at the crypt grounds of the intestine. The regulation of GPx2 via the Wnt pathway was confirmed by reporter gene experiments and by analysing endogenous GPx2 expression on the mRNA as well as on the protein level in different cell culture systems. Shortened promoter constructs and the mutation of a potential TCF binding element identified the area responsible for β-catenin/TCF binding. GPx2 is the first selenoprotein identified as a target of the Wnt pathway. This finding suggests a function of GPx2 in the maintenance of normal renewal of the intestinal epithelium as well as in cancer development.
KW  - Selen
KW  - Biomarker
KW  - Wnt-Signalweg
KW  - GPx2
KW  - Selenium
KW  - biomarker
KW  - Wnt pathway
KW  - GPx2
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-30484
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TY  - THES
A1  - Batke, Monika
T1  - Metabolismus von alkylierten polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen : Einfluss der Struktur auf benzylische Hydroxylierung und Sulfonierung in vitro und Modulation des Metabolismus in vivo
T1  - Metabolism of alcylated polycyclic aromatic hydrocarbons : influence of the structure on benzylic hydroxylation and sulfonation in vitro and modulation of the metabolism in vivo
N2  - Die Toxizität und Kanzerogenität von rein aromatischen polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) ist seit Jahrzehnten bekannt und umfassend erforscht. Die alkylierten PAK (alkPAK) besitzen jedoch aufgrund ihrer Alkylgruppe eine weitere Möglichkeit zur Bioaktivierung und müssen daher gesondert betrachtet werden. Die Alkylgruppe wird zunächst hydroxyliert, anschließend zur Säure oxidiert oder direkt konjugiert. Entstehen hierbei instabile benzylische Sulfokonjugate, so können diese DNA-Addukte bilden und zu Mutationen führen. In Hinblick auf die Bioaktivierung von alkPAK galt es daher zu klären welchen Einfluss die Struktur auf die benzylische Hydroxylierung hat und welche humanen Formen der löslichen Sulfotransferasen besonders an der Umsetzung der alkPAK-Derivate beteiligt sind. Die Untersuchung der Albuminbindung von Schwefelsäureestern sowie ihre Aufnahme in Nierenzellen sollten Aufschluss hinsichtlich möglicher Transportvorgänge geben. Für die in-vivo-Situation wurde weiterhin die Modulation des Metabolismus ausgewählter benzylischer Alkohole durch verschiedene Nahrungsmittelbestandteile, Arzneimittel und Fremdstoffe an Ratten untersucht. Als Biomarker wurden benzylische Carbonsäuren im Urin und die entsprechenden Mercaptursäuren in Urin und Fäzes betrachtet. Zunächst wurde anhand von Inkubationen mit Rattenlebermikrosomen festgestellt, dass insbesondere größere Ringsystemen wie etwa alkylierte Benzo[a]pyrene im Gegensatz zu Methylpyrenen in wesentlich geringerem Umfang zum benzylischen Alkohol umgesetzt werden. Dies wurde auch in Untersuchungen mit humanen Lebermikrosomen bestätigt. Untersuchungen an einzelnen humanen Cytochromen P450 zeigten, dass insbesondere die durch PAK induzierbaren Formen hCYP1A1 und 1B1 hohe Umsatzraten aufwiesen. Die hepatisch exprimierten Formen hCYP1A2 und 3A4 waren jedoch auch zur Bildung der benzylischen Alkohole in der Lage. Für die anschließende Sulfonierung der benzylischen Alkohole wurden besonders hohe Aktivitäten mit den humanen Sulfotransferasen hSULT1A1, 1A2, 1C2 und 1E1 festgestellt. Aufgrund der Enzymexpression und der guten Durchblutung, die eine gute Substratversorgung ermöglicht, ist die Leber als Hauptort der benzylischen Hydroxylierung und Sulfonierung anzusehen. Ergebnisse unserer Arbeitsgruppe zeigen jedoch, dass nach 1-Hydroxymethylpyren-Applikation bei Ratten die Niere die höchste Zahl an DNA-Addukten aufweist. Wegen der Fokussierung der Sulfonierung auf die Leber ist die systemische Verteilung der Schwefelsäureester die einzig plausible Erklärung. So wurde im Rahmen dieser Arbeit eine hochaffine Bindungsstelle für 2-Sulfoxymethylpyren an Albumin beschrieben und die Aufnahme von benzylischen Sulfaten durch die humanen organischen Anionentransporter hOAT1, 3 und 4 in Nierenzellen in vitro gezeigt. Für die in-vivo-Situation wurde der Einfluss von Ethanol, 4-Methylpyrazol, Pentachlorphenol, Quercetin und Disulfiram untersucht. Neben der durch die Detoxifizierung mittels Alkoholdehydrogenase und Aldehyddehydrogenase entstandenen benzylischen Carbonsäure kann als Biomarker die entsprechende Mercaptursäure herangezogen werden. Sie ist ein indirekter Nachweis für die reaktiven und toxischen benzylischen Sulfate der alkPAK. Für die beiden im Tierversuch eingesetzten benzylischen Alkohole (1-Hydroxymethylpyren und 1-Hydroxymethyl-8-methylpyren) konnte sie in Urin und Fäzes nachgewiesen werden. Es wurde jedoch ein deutlicher Unterschied in der gebildeten Menge sowie der Verteilung zwischen Urin und Fäzes für die beiden Mercaptursäuren festgestellt. Hierfür sind wahrscheinlich Unterschiede im Transport der benzylischen Schwefelsäureester sowie der Spezifität der an der Mercaptursäurebildung beteiligten Enzyme verantwortlich. In diesem Zusammenhang konnte gezeigt werden, dass der humane organische Anionentransporter hOAT1 1,8-Dimethylpyrenmercaptursäure nicht und der hOAT3 nur mit niedrigen Umsatzraten transportiert. Bei den Modulatoren zeigte die Gabe der kompetitiven Alkoholdehydrogenase-Hemmstoffe Ethanol und 4-Methylpyrazol die Bedeutung der Alkoholdehydrogenasen für die Entgiftung der benzylischen Alkohole: Die Oxidation zur entsprechenden Carbonsäure war reduziert und die Bildung der Mercaptursäure erhöht. Eine Hemmung der Toxifizierung vermittelt durch Sulfotransferase-Inhibitoren konnte nur für Pentachlorphenol beim Metabolismus des 1-Hydroxymethylpyrens beobachtet werden. Gleichzeitig erwies sich Pentachlorphenol als kompetitiver Alkoholdehydrogenase-Inhibitor, da eine signifikant geminderte Carbonsäureausscheidung zu beobachten war. Bei 1-Hydroxymethyl-8-methylpyren traten diese Effekte nicht auf. Die unterschiedlichen bzw. unterschiedlich starken Effekte der Modulatoren beim Metabolismus der verschiedenen benzylischen Alkohole bestätigen die Beobachtungen aus den in-vitro-Untersuchungen, dass unterschiedliche Enzym- und Transporteraffinitäten und –aktivitäten vorliegen.
N2  - The toxicity and carcinogenicity of purely aromatic polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) is known since decades and has been thoroughly investigated. Compared to the purely aromatic PAH the alcylated PAH (alcPAH) can additionally be biologically activated because of their alcyl group. The alcyl group is hydroxylated and subsequently oxidised to the corresponding acid or conjugated. If unstable benzylic sulfoconjugates arrise from this bioactivation DNA adducts may be formed and could induce mutations. Concering the bioactivation of alcPAH this work should help to get to know which influence the structure has on the benzylic hydroxylation and it should be clarified which forms of human soluble sulfotransferases catalyse the sulfonation of benzylic alcohols. Furthermore the albumin binding of sulfuric acid esters and the uptake into kidney cells by human organic anion transporters in vitro have been analysed to get inside into transport processes. For the in vivo situation the modulation of enzyme activities by food compounds, pharmaceuticals and xenobiotics is of interest. As biomarkers the respective benzylic carboxylic acid and mercapturic acid were measured in urine only and feces. By the use of incubations with rat liver microsomes it turned out that larger ring systems were benzylically hydroxylated to a remarkable less extent then alcyl pyrenes. This observation was also made for human liver microsomes. In vitro experiments addressing the activity of single human cytochromes P450 revealed that PAH inducable forms hCYP1A1 and 1B1 had highest hydroxylation rates, but also the hepatically expressed forms hCYP3A4 and CYP1A2 catalysed the benzylic hydroxylation. The subsequently following sulfonation of the benzylic alcohols was found to be catalysed with high formation rates by human sulfotransferase hSULT1A1, 1A2, 1C2 and 1E1. Due to the enzyme expression and the high blood circluation ensuring the substrate supply it can be assumed that liver is the main organ for benzylic hydroxylation and sulfonation. Nevertheless results from our group showed that after 1-hydroxy methyl pyrene exposure, rats had higher levels of DNA adducts in kidneys than in liver. Thus, it has to be assumed that the sulfuric acid esters are systemically distributed. In the course of this work a high affinity albumin binding site for 2-sulfoxy methyl pyrene was identified and the uptake of sulfuric acid esters mediated by human organic anion tranporter 1, 3 and 4 to kidneys cells in vitro was shown. For the further estimation of the in vivo bioactivation of alcPAH the modulation of enzyme activities by ethanol, 4-methylpyrazole, quercetin, pentachlorophenol and disulfiram was explored. The carboxylic acids formed via alcohol dehydrogenase and aldehyde dehydrogenase were used as biomarkers as well as the respective mercapturic acids. The occurence of the mercapturic acids is an indirect proof for the reactive and toxic benzylic sulfo conjugates. In the urine and fecal samples of rats treated with either 1-hydroxymethyl pyrene or 1-hydroxymethyl 8-methyl pyrene the corresponding mercapturic acids of the sulfuric acid esters were found. Even though the absolute amount excreted and the distribution in urine and fecal samples were quite different. This observation may be explained by differences in transport of the sulfuric acid esters as well as by different specificities of the enzymes responsable for mercapturic acid formation. Additionally it was shown that the human organic anion transporter 1 does not transport 1,8-dimethyl pyrenyl mercapturic acid and the human organic anion transporter 3 only with very little turnover. Whereas 1-methyl pyrenyl mercapturic acid was well transported by both of these proteins. With regard to the modulation the concurrent application of ethanol or 4-methyl pyrazole to rats revealed the important role of alcohol dehydrogenase for the detoxification of benzylic alcohols: The oxidation leading to the corresponding carboxylic acid was remarkably reduced and the excretion of the mercapturic acid via urine and feces was enhanced. In order to observe an inhibition of sulfotransferases pentachlorophenol and quercetine were concurrently applied to rats. An inhibitory effect by the means of an reduced excretion of mercapturic acid was only observed for pentachlorophenol in animals treated with 1-hydroxymethyl pyrene. In addition it turned out, that pentachlorophenol was a potent competitive alcohol dehydrogenase inhibitor as the renal excretion of the corresponding carboxylic acid was remarkably reduced. For 1-hydroxymethyl 8-methyl pyrene this modulation was not observed. These differences in effects and strenght of effects may be ascribed to different enzymatic and transport affinities and activities which have already been observed in in vitro experiments.
KW  - alkylierte polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe
KW  - benzylischer Alkohol
KW  - benzylisches Sulfat
KW  - 1-Hydroxymethylpyren
KW  - Mercaptursäure
KW  - alcylated polycyclic aromatic hydrocarbons
KW  - benzylic alcohol
KW  - benzylic sulfate
KW  - 1-hydroxy methyl pyrene
KW  - mercapturic acid
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-26939
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TY  - THES
A1  - Wieneke, Nadine
T1  - Ursachen und Folgen vermehrter Expression des nukleären Rezeptors Constitutiver-Androstan-Rezeptor (NR1I3) durch Agonisten des nukleären Rezeptors Peroxisomenproliferator-aktivierter-Rezeptor-alpha (NR1C1)
T1  - Cause and Effect of enhanced expression of the nuclear receptor constitutive androstane receptor (NR1I3) induced by agonists of the nuclear receptor peroxisome proliferator activated receptor alpha (NR1C1)
N2  - Der Fettsäurestoffwechsel unterliegt vielfältigen Kontrollmechanismen. So wird der Fettsäureabbau über die Induktion und Aktivität spezifischer Enzyme reguliert. Ein zentraler Regulator ist dabei der nukleäre Rezeptor Peroxisomenproliferator-aktivierter-Rezeptor-α (PPARα). PPARα wird durch freie Fettsäuren in der Zelle aktiviert und fördert über die Induktion von Zielgenen den Fettsäuretransport und -abbau sowie die Gluconeogenese und Ketogenese. Der Anstieg an freien Fettsäuren beim Fasten, aber auch im Diabetes aktiviert PPARα. Unabhängig davon wurde in beiden Stoffwechsellagen auch eine erhöhte Expression des nukleären Rezeptors Constitutiver-Androstan-Rezeptor (CAR) und einiger CAR-Zielgene, vorrangig Enzyme des Fremdstoffmetabolismus wie Cytochrom P450 2B (CYP2B), festgestellt. Bei der Adaption an eine Fastensituation scheinen PPARα- und CAR-Signalwege über einen bisher unbekannten Mechanismus miteinander verschaltet zu sein. In der vorliegenden Arbeit sollte der der Verschaltung zugrunde liegende Mechanismus anhand eines Modelsystems, der PPARα-Agonisten-vermittelten Verstärkung der Phenobarbital (PB)-abhängigen Induktion des CAR-Zielgens CYP2B, in vitro untersucht werden. Zudem sollte die physiologische Relevanz einer durch PPARα-Agonisten vermittelten Modulierung der CYP2B-Aktivität in einer Ganztierstudie in vivo belegt werden. Die verwendeten synthetischen PPARα-Agonisten steigerten in primären Hepatozyten der Ratte signifikant die Phenobarbital (PB)-abhängige mRNA- und Protein-Expression sowie die Aktivität von CYP2B. Ohne vorherige PB-Behandlung induzierten PPARα-Agonisten CYP2B nicht. In Gegenwart von PB war die Steigerung der CYP2B-Aktivität durch PPARα-Agonisten dosisabhängig. In einem Luciferase-Reportergenassay wurde gezeigt, dass die Induktion durch PB unter der Kontrolle des CYP2B1-Promotors von einem distalen PBREM (PB-responsive-enhancer-module), an welches CAR binden kann, abhängig war. PPARα-Agonisten steigerten diese PB- und PBREM-abhängige Reportergentranskription und induzierten die CAR-mRNA und CAR-Proteinexpression. Sie aktivierten die Transkription eines Reportergens unter der Kontrolle eines Promotorfragments von bis zu 4,4 kb oberhalb des mutmaßlichen CAR-Transkriptionsstarts. Mit Hilfe von Deletionskonstrukten konnte ein potentielles Peroxisomenproliferator-aktivierter-Rezeptor-responsives Element (PPRE) im CAR-Promotorbereich von -942 bp bis -930 bp identifiziert werden, welches essentiell für die Initiation der Transkription durch PPARα-Agonisten ist. In band shift Experimenten akkumulierte verstärkt Kernprotein mit diesem PPRE. Ein Überschuss an unmarkiertem Wildtyp-CAR-Reportergenvektor, nicht aber an CAR-Reportergenvektor mit PPRE-Deletion, konnte mit dem markierten PPRE um die Bindung von Kernprotein konkurrieren. Nach Chromatin-Immunpräzipitation mit einem PPARα-Antikörper wiederum wurde das betreffende PPRE amplifiziert. Bei in vivo Experimenten an männlichen Ratten resultierte die Behandlung mit PPARα-Agonisten in einer signifikanten Induktion der CAR-mRNA-Expression und signifikant erhöhter PB-abhängiger CYP2B-Aktivität. Die physiologisch Relevanz wurde durch weiterführenden Experimente unterstrichen, in denen gezeigt wurde, dass die Fasten-abhängige Induktion von CAR in PPARα-defizienten Mäusen unterdrückt war. Diese Experimente legen nahe, dass durch PPARα-Agonisten aktiviertes PPARα an das PPRE im CAR-Promotorbereich von -942 bp bis -930 bp bindet und dadurch die CAR-Transkription induziert. Somit kann CAR als PPARα-Zielgen betrachtet werden, was die Schlussfolgerung zulässt, dass die PPARα- und CAR-Signalwege über die direkte Bindung von PPARα an den CAR-Promotor unmittelbar miteinander verknüpft sind. Allerdings ist davon unabhängig eine Aktivierung von CAR, etwa durch PB, für die vermehrte Induktion von CAR-Zielgenen notwendig . Die physiologische Relevanz der PPARα-abhängige CAR-Expression zeigt sich in den Ganztierexperimenten, bei denen die Wirksamkeit der PPARα-Agonisten bestätigt werden konnte. CAR-abhängig induzierte Enzyme sind nicht nur in großem Umfang am Fremdstoffmetabolismus beteiligt, sondern auch am Abbau von Schilddrüsenhormonen und Glucocorticoiden. Sie können damit direkt Einfluss auf den Kohlenhydrat- und Energiestoffwechsel sowie die Regulation der Nahrungsaufnahme nehmen. Über eine PPARα-abhängige Induktion von CAR im Rahmen der Fastenadaption könnten die CAR-Zielgene UDP-Glucuronyltransferase 1A1 und Sulfotransferase N beispielsweise verstärkt Schilddrüsenhormone abbauen und in der Folge den Grundumsatz senken. Der in dieser Arbeit erstmals beschriebene Mechanismus ist dafür von zentraler Bedeutung.
N2  - Fatty acid metabolism is tightly regulated. Thus the activity and expression level of specific enzymes involved in fatty acid turnover are controlling fatty acid catabolism. The nuclear receptor peroxisome proliferator activated receptor α (PPARα) acts as the key regulator of these pathways. PPARα is activated by intracellular free fatty acids and promotes the fatty acid transport and break down, as well as gluconeogenesis and ketogenesis, via induction of target genes. An increase in free fatty acids as seen in fasting and diabetes activates PPARα. Under these conditions, an elevated expression of another nuclear receptor, the constitutive androstane receptor (CAR) and its target genes, mainly enzymes catalysing biotransformation such as cytochrome P450 2B (CYP2B1), was also observed. It is therefore likely that as yet unidentified modes of interaction between PPARα and CAR signalling exist. The object of the present work was to discover these underlying mechanisms utilising an in vitro model, the PPARα-agonist induced increase of the phenobarbital (PB)-dependent induction of the CAR target gene CYP2B1. Furthermore, an in vivo study would serve to demonstrate the physiological relevance of a PPARα-agonist induced modulation of the CYP2B activity. The synthetic PPARα agonists under investigation significantly enhanced the PB-dependent mRNA and protein expression as well as activity of CYP2B in primary rat hepatocytes. Without prior treatment with PB, PPARα agonists did not induce CYP2B activity. In the presence of PB, PPARα agonists increased the CYP2B activity dose-dependently. Luciferase reporter gene assays showed that the PB-dependent induction of the CY2B1 promoter relied on a distal PBREM (PB-responsive enhancer module), a well-known CAR binding site. PPARα agonists enhanced this PB- and PBREM-dependent reporter gene transcription and induced the upregulation of CAR mRNA and CAR protein expression. The PPARα agonists also activated the transcription of a reporter gene controlled by up to 4.4 kb upstream of the putative CAR-transcription start site. A potential peroxisome proliferator activated receptor responsive element (PPRE), essential for the initiation of transcription by PPARα agonists, could be identified between -942 bp to -930 bp upstream of the transcription start site using CAR promoter deletion constructs. In subsequent band shift experiments, enhanced nuclear protein accumulation with this specific promoter region was observed. In contrast to unlabelled wild-type CAR reporter gene vector, an excess of unlabelled CAR reporter gene vector with PPRE deletion did not compete with the binding of nuclear protein. Furthermore, this PPRE could be amplified with specific primers after chromatin immunoprecipitation with a PPARα antibody. Treatment of rats with a PPARα agonist resulted in a significant induction of CAR mRNA expression and significantly increased PB-dependent CYP2B activity. A physiological relevance of this newly-discovered mechanism is confirmed by the observation that PPARα-deficient mice, unlike wild-type mice, do not respond to fasting with an increase of CAR mRNA expression. The results of these experiments suggest that activated PPARα binds to the PPRE of the CAR promoter to initiate transcription of the CAR gene. CAR therefore could be regarded as a PPARα target gene, which implicates that PPARα- and CAR-signalling are directly linked through binding of PPARα to the CAR promoter. For subsequent enhanced induction of CAR target genes, activation of CAR, for instance using PB, is required. In vivo studies with PPARα agonists in rats support the relevance of the PPARα-dependent CAR expression. CAR target genes code for enzymes that metabolise not only a wide range of xenobiotics, but also thyroid hormones and glucocorticoids. CAR target genes could therefore directly interfere with carbohydrate and energy metabolism, as well as with food intake. PPARα-dependent induction of CAR upon fasting could lead to an increased expression of the CAR target genes UDP-glucuronyl transferase 1A1 and sulfotransferase N, resulting in an enhanced degradation of thyroid hormones, and decreased resting energy expenditure. The findings of this present study are of primary importance since it is the first time that this mechanism has been described.
KW  - Fremdstoffmetabolismus
KW  - nukleärer Rezeptor
KW  - CAR
KW  - PPARalpha
KW  - Energiestoffwechsel
KW  - biotransformation
KW  - nuclear receptor
KW  - CAR
KW  - PPARalpha
KW  - energy metabolism
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-19167
ER  -