TY  - THES
A1  - Stüber, Thomas
T1  - Differenzierung Nikotin induzierter Zellschäden in Epithelien des oberen und unteren Aerodigestivtraktes
T1  - Assessment of nicotine induced cell damages in epithelia of the human aerodigestive tract
N2  - Rauchen stellt in den Industrienationen das bedeutendste vermeidbare Gesundheitsrisiko dar. Die Rolle des suchtauslösenden Alkaloids Nikotin in der Tabak assoziierten Kanzerogenese wird kontrovers diskutiert. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung genotoxischer Effekte von Nikotin in Zellen des oberen und unteren Aerodigestivtrakt sowie deren intrazellulärer Mechanismen. Dazu wurden Zellen aus humaner Nasenschleimhaut und humaner Bronchialschleimhaut enzymatisch isoliert sowie bronchiales Zelllinienepithel kultiviert und mit Nikotin unterschiedlicher Dosierungen für eine Stunde inkubiert. Zur Untersuchung beteiligter Signalkaskaden wurden Koinkubationen von Nikotin und dem nicht-kompetitiven nikotinergen Acetylcholinrezeptorblocker Mecamylamin und dem Antioxidans N-Acetylcystein durchgeführt. Die Erfassung Nikotin induzierter DNASchäden erfolgte mit Hilfe des Comet Assays. Zur Untersuchungen von Zellzyklusalterationen sowie Apoptoseinhibition durch Nikotin kam die Durchflusszytometrie zum Einsatz. Die Ergebnisse der Einzelzellgelelektrophorese zeigten eine dosisabhängige DNASchädigung im einstündigen Inkubationsversuch durch Nikotin. Diese Schäden waren gewebeabhängig ab einer Konzentration von 100μM in Zelllinienepithel (n=5) und 1mM in Nasenschleimhautzellen (n=8) signifikant. In humanem Bronchialzellepithel konnte bei dem Stichprobenumfang von n=4 keine signifikante DNA-Schädigung durch die getesteten Nikotindosierungen nachgewiesen werden. Durch eine Koinkubation mit dem Antioxidans N-Acetylcystein sowie dem nicht kompetitiven nACh Rezeptorblocker Mecamylamin konnte eine im Comet Assay nachweisbare Nikotin induzierte DNA-Schädigung verhindert werden. Durchflusszytometrische Untersuchungen zur Klärung einer möglichen Modulation der Apoptose durch Nikotin an bronchialem Zelllinienepithel zeigten keine signifikante Induktion oder Inhibition. Eine Beeinflussung des Zellzyklus durch Nikotin konnte in der Durchflusszytometrie nicht erfasst werden. Zusammenfassend induziert Nikotin DNA-Schäden in Epithelien des Atemtraktes. An diesem Effekt sind oxidative sowie nAch-Rezeptor abhängige Stoffwechselschritte beteiligt. Vor dem Hintergrund einer potentiellen Beteiligung von Nikotin an der Tumorinitiation und -progression muss eine Nikotinersatztherapie besonders kritisch abgewogen werden.
N2  - Tobacco smoking is the single most preventable cause of the death in the world. The role of tobacco´s main alcaloide nicotine in smoking related cancer is still unclear. Aim of this study was to investigate the genotoxicity of nicotine in epithelia of the human aerodigestive tract and the intracellular pathways which lead to DNA-damage. The genotoxicity was assessed by the comet assay. To assess cell cycle alterations and inhibition of apoptosis flow cytometry was performed. Cells of human nasal epithelia and cells of human bronchial epithelia were encymatically isolated and afterwards incubated with nicotine in different dosages for one hour. For investigation of the cellular pathways of DNA-damage cells were co-incubated with Nicotine and either N-Acetylcysteine, a known antioxidative substance, or Mecamylamine, a nAch-receptor blocking agent. Results showed a dosage dependend DNA-damage in nasal epithelia after one-hour-treatment with nicotine. Flow cytometry showed no alterations in cell cycle and no influence on apoptosis in nicotine treated cells. Coincubation of nicotine and N-Acetylcysteine or Mecamylamine reduced the nicotine induced DNA-damage significantly. Nicotine induces DNA damage in epithelia of the human aerodigestive tract. This damage is caused by oxidative effects and nAch-receptor dependend pathways.
KW  - Nicotin
KW  - Comet Assay
KW  - Acetylcystein
KW  - Mutagenität
KW  - Nasenschleimhaut
KW  - Bronchialschleimhaut
KW  - Oxidativer Stress
KW  - nAch-Rezeptor
KW  - Mecamylamin
KW  - Nicotine
KW  - Comet Assay
KW  - genotoxicity
KW  - n-Acetylcysteine
KW  - Mecamylamine
KW  - nAch-receptor
KW  - nasal epithelia
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-55100
ER  - 
TY  - THES
A1  - Koch, Roland
T1  - Modulation Nikotin induzierter DNA-Schäden an humanen Lymphozyten und nasaler Mukosa
T1  - Modulation of nicotine induced DNA damage in human lymphocytes and nasal mucosa cells
N2  - Beim Zigarettenrauchen als der häufigsten Form des Tabakkonsums stellt das respiratorische Epithel des oberen und unteren Aerodigestivtraktes das primäre Kontaktorgan der zyto- und genotoxischen Inhaltsstoffe dar. Nikotin, das Hauptalkaloid des Tabaks, ruft nicht nur eine starke Abhängigkeit hervor, sondern kann in Anbetracht früherer Studien auch zum Tabak assoziierten Krebsrisiko beitragen. Neben tumorproliferativen Effekten wie etwa der Angioneogenese, der Zellproliferation oder einer Apoptoseinhibition ist die Rolle der tumorinitiierenden Wirkung von Nikotin durch eine direkte Schädigung der DNA noch unzureichend untersucht. Ziele dieser experimentellen Arbeit waren deshalb, Nikotin induzierte DNA-Schäden an frisch isolierten sowie rekultivierten humanen Lymphozyten mit Hilfe des alkalischen Einzelzell-Mikrogelelektrophorese (Comet) Assays darzustellen, den Nachweis dieser Schäden durch Koinkubation mit dem Reparaturenzyminhibitor Aphidicolin (APC) zu sensitivieren sowie oxidativ geschädigte Basen durch die Formamidopyrimidin-Glykosylase (Fpg) aufzuzeigen. Durch Koinkubation mit Epibatidin, einem Subtyp spezifischen und kompetitiven Agonisten am nikotinergen Acetylcholinrezeptor (nAChR), wurde die Rolle der rezeptorvermittelten Mechanismen Nikotin induzierter DNA-Schäden an Lymphozyten und nasalen Mukosazellen untersucht. Auch der Frage, ob Rauchen zu einer erhöhten basalen Schädigung an nasalen Mukosazellen führe, wurde nachgegangen. Nach der Zellisolierung der humanen nasalen Schleimhautzellen und peripheren Lymphozyten erfolgte zum Ausschluss zytotoxischer Effekte jeweils vor und nach der einstündigen Fremdstoffinkubation mit Nikotin (1 µM bis 1000 µM), APC (2,5 µg/ml), Epibatidin (1 µM bis 100 µM) und MMS (100 µM) die Bestimmung der Zellvitalität mit dem Trypanblau-Ausschlusstest. Durch Inkubation mit Fpg nach der Lyse zellulärer Membranen erfolgte die Augmentation oxidativ geschädigter Basen. Potentielle DNA-Schäden in Form von Einzelstrangbrüchen und alkalilabilen Stellen der DNA wurden mit dem Comet Assay erfasst. An frisch isolierten Lymphozyten konnte nach ein-stündiger Inkubation mit Nikotin ab 100 µM ein signifikanter DNA-Schaden festgestellt werden. Mit dem Einsatz von Fpg kam es ab 10 µM Nikotin zu einem signifikanten Anstieg der DNA-Fragmentierung. An rekultivierten Lymphozyten konnte nach Kryokonservierung bei einstündiger Inkubation mit Nikotin bereits ab 1 µM eine signifikante DNA-Schädigung nachgewiesen werden, die sich ebenfalls bei Koinkubation mit APC ab 1 µM darstellte. Durch Koinkubation von Nikotin (1000 µM) mit Epibatidin in aufsteigender Konzentration konnte an frisch isolierten Lymphozyten nur in einer Konzentration (10 µM) die Nikotin induzierte DNA-Fragmentierung gesenkt werden. Hierbei zeigte Epibatidin selbst einen DNA-Schaden in niedriger Konzentration (1 µM und 10 µM). An nasalen Mukosazellen konnte der Nikotin induzierte DNA-Schaden durch die Koinkubation mit Epibatidin nicht gesenkt werden. Auch an nasaler Mukosa rief Epibatidin ab 1 µM einen signifikanten DNA-Schaden hervor. Bezüglich einer Einflussgröße durch das Rauchen auf die Ergebnisse im Comet Assay konnte kein Unterschied der basalen als auch der durch Nikotin induzierten DNA-Fragmentierung zwischen der Gruppe der Raucher und Nichtraucher festgestellt werden. Nikotin verursachte bereits bei einer einstündigen Expositionsdauer DNA-Schäden an humanen Lymphozyten und nasalen Mukosazellen. Der Nachweis oxidativ geschädigter Basen an Lymphozyten zeigt auf eine Generierung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) durch Nikotin hin. Die Aktivierung des homomeren α7 nAChR durch Nikotin soll hierbei eine wichtige Rolle als Auslöser der intrazellulären Signaltransduktion der Radikalbildung spielen. Epibatidin als ein starker Agonist am α7 Rezeptor führte bereits in geringen Konzentrationen zu einer signifikanten DNA-Fragmentierung. Bei fehlender Reparatur dieser DNA-Schäden und einer ausbleibenden Elimination der geschädigten Zelle können diese Mutationen akkumulieren und zur Tabak assoziierten Krebsentstehung beitragen. Eine Substitutionstherapie mit Nikotin zur Raucherentwöhnung muss bei solchen Ergebnissen äußerst kritisch betrachtet werden.
N2  - Respiratory epithelia of the upper and lower aero digestive tract are in first contact with cyto- and genotoxic components of tobacco smoke. Nicotine, being the main alkaloid of tobacco, is responsible for addiction to tobacco and contributes to tobacco carcinogenesis, too. While mechanisms of tumor proliferation caused by nicotine, such as stimulation of angiogenesis and cell proliferation or inhibition of apoptosis, are well accepted, the role of direct DNA damage by nicotine as a potentially tumor initiating factor is in focus of the present study. This experimental study demonstrates DNA damage in freshly isolated and cryo-preserved human lymphocytes after exposure to nicotine with the alkaline single-cell microgel electrophoresis (comet) assay. Co-incubations with aphidicolin (APC), an inhibitor of repair enzymes, and formamidopyrimidine-glycosylase (Fpg), an enzyme to detect oxidative damaged bases, were performed. Epibatidine as a subtype-specific and competitive agonist of the nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) correspondent to nicotine was implemented to evaluate the role of receptor associated mechanisms of DNA damage. Furthermore, the influence of the smoking-status on the DNA damage of nasal mucosa cells was evaluated. Cytotoxic effects were investigated before and after one hour of exposure to nicotine (1 µM to 1000 µM), APC (2,5 µg/ml), epibatidine (1 µM to 100 µM) and methyl methane sulfonate as control (100 µM) in the trypan blue exclusion test. After lysis of cellular membranes, oxidative damaged bases of DNA were detected by incubation with Fpg. DNA damage like single strand brakes and alkali labile sites of DNA were investigated with the aid of the comet assay. Freshly isolated lymphocytes showed at 100 µM nicotine a significant DNA damage. Applying Fpg, a significant increase in DNA fragmentation could already be detected at 10 µM nicotine. Cryopreserved lymphocytes showed a significant DNA damage at 1 µM nicotine both with and without the co-incubation of APC. The co-incubation of 1000 µM nicotine with epibatidine showed in a single concentration (10 µM) a reduction of nicotine induced DNA damage in lymphocytes. Epibatidine itself caused DNA damage at lower concentrations (1 µM and 10 µM) in lymphocytes. In nasal mucosa cells epibatidine did not reduce the nicotine induced DNA damage but caused itself DNA damage at 1 µM. The smoking-status of the participants had no influence on basal and nicotine induced DNA fragmentation. Nicotine induced DNA damage to cells of human blood and nasal mucosa just after one hour of exposure. The evidence of oxidative damaged bases of DNA in lymphocytes shows the development of reactive oxygen species (ROS) by nicotine. The activation of the homomeric α7 nAChR by nicotine seems to be relevant to the intracellular transduction for generating ROS. Epibatidine, as a strong agonist on the α7 nAChR, caused significant DNA fragmentation in low concentrations, already. By insufficient repair of the DNA damage and inhibited elimination of damaged cells, mutations can accumulate and contribute to tobacco carcinogenesis. Hence, nicotine in a replacement therapy should be considered very critically.
KW  - Nicotin
KW  - Epibatidin
KW  - Comet Assay
KW  - Lymphozyt
KW  - Schleimhaut
KW  - Tabakrauch
KW  - Genotoxizität
KW  - Nicotine
KW  - Edibatidine
KW  - Tobacco smoke
KW  - Comet Assay
KW  - Lymphocyte
KW  - Nasal mucosa
KW  - Genotoxicity
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-53191
ER  - 
TY  - THES
A1  - Friehs, Gudrun
T1  - Genotoxizität von Nikotin in humanem Speicheldrüsengewebe
T1  - Genotoxicity of nicotine in human salivary gland tissue
N2  - Tumore entstehen in einem mehrstufigen Prozess, der die Tumorinitiation, Promotion und Progression beinhaltet. Dabei spielen exogene Faktoren, wie Fremdstoffe, Umwelteinflüsse, Lebensgewohnheiten, Ernährungsverhalten oder Tabakkonsum eine wichtige Rolle. Für viele Fremdstoffe aus unserer Umwelt, die als Aerosole eingeatmet werden, stellen die Zellen des oberen und unteren Aerodigestivtrakts das primäre Kontaktorgan dar. Der Aerodigestivtrakt ist somit eine der wichtigsten Lokalisationen für Tabak assoziierten Karzinome. Dabei ist Nikotin nicht nur suchterzeugend, sondern spielt eine direkte Rolle bei der Entstehung und dem Wachstum von Tumoren. Um einen Beitrag zur Tumorprävention zu leisten, sollten in vitro Testsysteme etabliert werden, welche die Charakterisierung von Nikotin in seiner tumorinitiierenden und promovierenden Potenz ermöglichen. In dieser Arbeit wurden genotoxische Effekte von Nikotin an frisch isolierten Zellen, primären adhärenten Zellen und Miniorgankulturen der Glandula parotidea untersucht. Die Vitalität und Morphologie der Miniorgankulturen wurden mit histologischen Schnitten überprüft. Zur Charakterisierung der primären adhärenten Zellen wurden immunhistochemische Färbungen mit anti-α-Amylase durchgeführt. Die Erfassung nikotininduzierter DNA-Schäden erfolgte mit Hilfe des Comet Assays, des Mikrokerntests und des Chromosomenaberrationstests. Zur Untersuchung der Apoptoseinduktion durch Nikotin kam der Sandwich-ELISA-Test zum Einsatz. Methylmethansulfonat wurde dabei als Positivkontrolle verwendet. Während des ganzen Kultivierungszeitraums der Miniorgankulturen der Glandula parotidea konnten keine Anzeichen von Apoptosen oder Nekrosen festgestellt werden. Die Morphologie der Miniorgankulturen blieb während der Kultivierung intakt. Bei der Färbung der histologischen Schnitte gegen α-Amylase zeigte sich während der Kultivierung der Miniorgankulturen die typische α-Amylase im Zytoplasma der Zellen. Die immunhistochemische Färbung der primären adhärenten Zelllinie der Glandula parotidea zeigte die typische α-Amylase im Zytoplasma der Zellen. Im Comet Assay zeigte sich bei den frisch isolierten und den primären adhärenten Zellen der Glandula parotidea eine dosisabhängige DNA-Schädigung im einstündigen Inkubationsversuch durch Nikotin. Diese Schädigung war ab einer Konzentration von 0,25 mM Nikotin bei den frisch isolierten und ab 0,1 mM Nikotin bei den primären adhärenten Zellen signifikant. Im Mikrokerntest und im Chromosomenaberrationstest zeigten sich ein dosisabhängiger Anstieg der Mikrokerne, der sich ab 0,1 mM Nikotin als signifikant erwies, bzw. ein signifikanter Anstieg der Chromosomenaberrationen ab 0,001 mM Nikotin. Eine abfallende Apoptoserate war bei steigender Nikotinkonzentration im Sandwich-ELISA-Test zu beobachten. Ein signifikanter DNA-Schaden konnte nach ein- und dreistündiger Exposition mit Nikotin bei den Miniorgankulturen der Glandula parotidea nachgewiesen werden. Es zeigte sich weder ein signifikanter DNA-Schaden über die dreimalige Exposition mit Nikotin bei den Miniorgankulturen, noch konnte eine Reparatur der nikotininduzierten DNA-Schäden nachgewiesen werden. Bei der repetitiven Exposition mit der Positivkontrolle Methylmethansulfonat bei den Miniorgankulturen zeigte sich ein signifikanter Anstieg der OTM-Werte. Diese erhöhte Migration konnte nach einer 24-stündigen Regenerationsphase nicht nachgewiesen werden. Das Modell der Miniorgankulturen der Glandula parotidea erweist sich für genotoxikologische Untersuchungen als gut geeignet. Durch die Möglichkeit der mehrfachen Exposition mit anschließenden Regenerationsphasen ist eine Annäherung an reale Lebensbedingungen möglich. Ebenfalls konnten mit der Etablierung der primären adhärenten Zelllinie weitere Testsysteme, wie beispielsweise der Mikrokerntest, der Chromosomenaberrationstest und der Sandwich-ELISA-Test, zur Analyse der Genotoxizität von Nikotin angewendet werden. In der Zusammenschau dieser Testsysteme konnte ein Überblick der Genotoxizität von Nikotin gewonnen werden. Insgesamt zeigen diese Ergebnisse, dass Nikotin eine entscheidende Rolle bei der Initiation von tabakassoziierten Tumoren im Aerodigestivtrakt spielen kann. Zum Verständnis der intrazellulären Schädigungswege von Nikotin, insbesondere im Hinblick auf eine direkte DNA-Schädigung, sind weitere Untersuchungen notwendig. Dabei werden spezifische nikotinerge Acetylcholinrezeptor Ago-nisten wie Epibatidin oder Mecamylamin verwendet.
N2  - Tumor development is a multilevel process including initiation, promotion, and progression. It may be influenced by a multitude of exogenous factors, such as contact with foreign materials, various environmental conditions, lifestyle, diet, and the consumption of alcohol and tobacco. Cells of the upper aerodigestive tract represent the primary contact region for inhaled aerosols or harmful particles from the environment and are thus highly susceptible to the development of tobacco-induced malignancies. In this context, nicotine, which is known to be an addictive component in tobacco smoke, seems to play a crucial role in the initiation and progression of tumors. As an initial step towards effective tumor prevention, appropriate in vitro test systems must be established to allow for a detailed characterization of the cyto- and genotoxic properties of nicotine. In this study, we examined toxic effects of nicotine in freshly isolated cells in a primary developed salivary gland cell line as well as in mini organ cultures of human parotid gland tissue. Histological evaluations of mini organ cultures were performed to analyze the vitality and morphology of mini organ cultures during cultivation. Immunohistological staining using monoclonal antibodies against α-amylase were performed in order to functionally characterize the cultivated cells. DNA damage was assessed by the alkaline single cell microgel electrophoresis (comet) assay, the micronucleus test and the chromosomal aber-ration test. The sandwich ELISA test was also performed in order to analyze the expression of caspase 3 as a marker for apoptosis. Methylmethanesulphonate, a well-known genotoxic agent, served as an appropriate positive control. No apoptosis or necrosis was seen by histological examination of the mini organ cultures during the entire cell culture phase. In addition, immunohistological staining with anti-α-amylase showed the typical α-amylase in the cytoplasm of the mini organ cultures throughout the cultivation period. Moreover, α-amylase was detected immunohistologically in the primary parotid gland cell line. A dose-dependent increase in nicotine-induced DNA migration was demonstrated by the comet assay in freshly isolated parotid gland cells as well as in primary adherent cells of the parotid gland in a one-hour exposure experiment. A significant enhancement of DNA migration was observed at a nicotine concentration of 0.25 mM in freshly isolated cells, whereas significant effects were also seen at a concentration of 0.1 mM in primary adherent cells in comparison to the control. A dose-dependent increase in micronulei was induced at a concentration of 0.1 mM and chromosomal aberrations were observed at 0.001 mM nicotine. Regarding the induction of apoptosis, a decrease in caspase 3 activity was shown for increasing nicotine concentrations. Significant DNA migration could be seen after one- and three-hour exposures to nicotine. Neither significant DNA migration over time nor repair of the nicotine-induced DNA damage as expressed by a reduction of the DNA migration could be seen. In contrast, repetitive exposure to methylmethanesulphonate was shown to induce an enhanced DNA migration in mini organ cultures compared to a single exposure. This DNA migration was reduced after a 24-hour period of regeneration signalling DNA repair. The model of using miniorgans of the glandula parotidea seems to be suitable for genotoxicological analyses. The option of administering repetitive exposure and allowing for subsequent phases of DNA repair and regeneration provides a realistic comparison to the real life condition. Furthermore, the establishment of primary adherent cell lines allows for additional analyses to be performed with a variety of different test systems such as the micronucleus test, chromosomal aberration test and the sandwich ELISA test in order to better characterize the genotoxic potential of nicotine. The combined results of these various tests provide a comprehensive overview as to the genotoxicity of nicotine. Our data indicate that nicotine appears to play an essential role in the induction of tobacco-associated malignancies of the upper aerodigestive tract. However, to more clearly understand the processes involved in the intracellular damaging pathways, particularly with respect to direct DNA damage, further investigations are necessary. Future studies should clearly include the analysis of specific nicotinic acetylcholine receptor agonists such as epibatidine and mecamylamine.
KW  - Speicheldrüse
KW  - Nicotin
KW  - Tumorinduktion
KW  - nicotine
KW  - salivary gland
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-51875
ER  -