TY  - THES
A1  - Spielmann, Benjamin
T1  - Identifizierung von Einflussfaktoren auf DNA-Schäden in weiblichem Brustgewebe
T1  - Identification of variables influencing DNA-damage in female breast tissue
N2  - Spontanmutationen spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Brustkrebs. Daher war das Ziel dieser Arbeit, Einflussfaktoren auf Mutationen in weiblichem Brustgewebe zu identifizieren.
Dafür wurden zunächst von 50 gesunden Frauen, die sich aus kosmetischen Gründen einer Mammareduktion unterzogen hatten, Brustgewebsproben akquiriert. Ein Teil der Spenderinnen nahm im Vorfeld der Operation an einer Isoflavon-Intervention teil. Das Gewebe wurde optisch in Fett- und Drüsengewebe separiert. Als potentielle Variablen, die die Mutationsfrequenz beeinflussen könnten, wurden am Lehrstuhl der lobule type, Estrogen- und Estrogenmetabolitspiegel und Tran-skriptspiegel von Genen, die für am Estrogen-Metabolismus beteiligte Enzyme, Transkriptonsfaktoren und Rezeptoren kodieren, im Gewebe der Probandinnen be-stimmt. Des Weiteren wurden am Lehrstuhl Oxycholesterolspiegel im Fettgewebe und am Max-Rubner-Institut in Karlsruhe Isoflavonspiegel im Drüsengewebe der Probandinnen bestimmt.
Zunächst wurde der Umfang an genotoxischem Stress auf mitochondrialer Ebene ermittelt. Dafür wurde der Random Mutation Capture Assay als genotypselektive Me-thode, die sensitiv genug zur Bestimmung der mitochondrialen Spontanmutations-frequenz ist, ausgewählt. Die erforderlichen Primer wurden für das Cytochrom-B-Gen designt. Nach Optimierung der Reaktion zur Kopienzahlbestimmung wurde ein linearer und varianzenhomogener Kalibrierbereich festgelegt. Die Standard-Wiederfindungsrate lag, je nach Bereich der Kalibrierung, bei 99 bis 102% mit einer Schwankung von 2 bis 10%. Bei Realproben lag das 10.-90. Perzentil der Stan-dardaddition-Wiederfindungsrate zwischen 62 und 117%. Das 90. Perzentil der Standardabweichung der Wiederfindungsrate lag bei 33% und das der Stan-dardabweichung der Kopienzahl der Proben bei 12%. Um eine möglichst hohe Sensitivität der Mutantenzahlbestimmungs-PCR zu erreichen, wurde die Reaktion ebenfalls optimiert. Bei Mutationsstandard-Wiederfindungsexperimenten wurden in 91 bis 95 Reaktionen im Mittel 11,0±1,7 PCR-Produkte detektiert, wobei kein statis-tisch signifikanter Unterschied zu den 13,6 erwarteten PCR-Produkten bestand. Die Spontanmutationsfrequenz in mitochondrialer DNA eines vor der DNA-Isolation aufgeteilten Brustdrüsengewebsaliqouts lag bei 1, 2 und 6*10-5 bp 1. Zwischen den Spontanmutationsfrequenzen im Fett- und im Drüsengewebe bestand sowohl indi-viduell bei allen getesten Proben, als auch interindividuell, statistisch kein signifi-kanter Unterschied. Ebenso unterschieden sich die mittels Sanger-Sequenzierung der Amplifikationsprodukte der Mutantenzahlbestimmungs-PCR ermittelten Mutati-onsspektren im Fett- und Drüsengewebe statistisch nicht signifikant. Da mehr Fett-gewebsproben als Drüsengewebsproben zur Verfügung standen, wurde die Spont-anmutationsfrequenz anschließend in allen geeigneten Fettgewebsproben be-stimmt.
Aufgrund der großen Anzahl an potentiellen Einflussfaktoren auf die mitochondria-le Spontanmutationsfrequenz, wurden diese im Brustfettgewebe mittels multipler linearer Regressionsanalyse ermittelt. Die mitochondriale Spontanmutationsfre-quenz in humanem Brustfettgewebe wurde dabei signifikant positiv durch das Alter beeinflusst. Dies wurde in der Literatur bereits für humane Gehirne und Gehirne von Ratten beschrieben, jedoch nicht für Brustgewebe. Variablen, die in Zusam-menhang mit der mitochondrialen Proliferation stehen, beeinflussten die mito-chondriale Spontanmutationsfrequenz dagegen nicht. Zudem wurde die mito-chondriale Spontanmutationsfrequenz von Oxycholesterolspiegeln, als Marker für durch reaktive Sauerstoff-Spezies induziertem oxidativen Stress, und Transkript-spiegeln und Genotypen von Genen, die für Enzyme, die im Zusammenhang mit oxidativem Stress stehen, kodieren, beeinflusst. Ein Einfluss von oxidativem Stress auf die Spontanmutationsfrequenz in humanem Brustgewebe wurde in der Literatur noch nicht beschrieben. Im Gegensatz dazu beeinflussten Variablen, die mit der Bildung von reaktiven Estrogenchinonen in Verbindung stehen, die mitochondriale Spontanmutationsfrequenz nicht signifikant. Auch Rauchen beeinflusste die mito-chondriale Spontanmutationsfrequenz nicht. In der Literatur wurde beschrieben, dass sich auch das mitochondriale Mutationsspektrum in Lungen von Raucher- und Nichtraucherzwillingen nicht unterschied. Ebenso beeinflussten der Fettgehalt des Gewebes und der BMI, welche in Verbindung mit proinflammatorischen Media-tioren gebracht werden, die Spontanmutationsfrequenz nicht signifikant. Berück-sichtigt werden muss allerdings, dass mit einem Variationskoeffizienten von 0,60 nur 60% der Varianz der Spontanmutationsfrequenz erklärten werden konnte und somit weitere Einflussfaktoren eine Rolle spielen könnten.
In Bezug auf nukleäre DNA erwies sich der Random Mutation Capture Assay in ei-ner vorangegangenen Arbeit als zu zeitaufwendig und unwirtschaftlich. Mutationen können aufgrund von DNA-Adduktbildung entstehen. Bei der Entstehung von reak-tiven Verbindungen, die in der weiblichen Brustdrüse in der Lage sind, DNA-Addukte zu bilden, wird derzeit von einer Rolle des Estrogenmetabolismus ausge-gangen. Am Lehrstuhl wurden bereits DNA-Adduktflüsse in weiblichem Brustdrü-sengewebe mittels bioinformatischer constraint-based Netzwerkmodellierung er-rechnet. Da die für das Netzwerk-Modell als Surrogat für die Enzymaktivität verwen-deten Transkriptspiegel eine Vereinfachung der Enzymaktivität darstellen, wurden zunächst Polymorphismen, die Einfluss auf die Bildung und Entgiftung reaktiver Estrogen-Metabolite nehmen können, identifiziert. Mittels allelischer Diskriminie-rung wurden für die Genotypisierung der Proben geeignete Positivkontrollen aus-gewählt und mittels Restriktionsfragmentlängen-Polymorphismus-PCR verifiziert. Die Allelfrequenzen der genotypisierten Brustgewebsproben lagen innerhalb des Hardy-Weinberg-Gleichgewichts und auch innerhalb bereits publizierter Frequen-zen gesunder deutscher bzw. hellhäutiger Frauen. Ebenso entsprach der Einfluss der Polymorphismen auf den jeweils assoziierten mRNA-Spiegel den Ergebnissen anderer Studien. Für den Polymorphismus innerhalb des Gens der Hydroxysteroid-Dehydrogenase 17β2 waren bisher keine Ergebnisse publiziert. In Brustgewebe nahm dieser Polymorphismus keinen signifikanten Einfluss auf den assoziierten mRNA-Spiegel.
Zur Identifizierung von Einflussfaktoren auf Estrogen-Gewebespiegel im Brustdrü-sen- und im Brustfettgewebe wurden am Lehrstuhl bereits multiple lineare Regres-sionsmodelle mit Estrogen-Gewebespiegeln und daraus errechneten Verhältnissen als abhängige Variablen gerechnet. Bei erneut gerechneten Modellen unter zusätz-licher Berücksichtung von Polymorphismen, in Genen, die für am Estrogenmetabo-lismus beteiligte Enzyme kodieren, wurden bei vier von neun Modellen Genotypen in die Modelle selektiert. Anschließend wurde in Kooperation mit dem Lehrstuhl für Bioinformatik der Universität Würzburg ein zusätzliches Netzwerkmodell erstellt, das die Transkriptspiegel um die relative Aktivität des entsprechenden Genotyps korri-gierte. Die Validierungsergebnisse deuteten darauf hin, dass beide Addukt-Modelle (mit und ohne Polymorphismus-Berücksichtigung) äquivalent die reale Situation der jeweils evaluierten Estrogenmetabolitspiegel im Gewebe widerspiegelten.
Daraufhin wurden mittels multipler linearer Regression Einflussfaktoren auf die mit und ohne Genotypen errechneten DNA-Adduktflüsse ermittelt. Die Adduktflüsse wurden dabei vom BMI signifikant positiv beeinflusst. In der Literatur wurde be-schrieben, dass Übergewicht, wahrscheinlich aufgrund erhöhter Plasma-Estrogenspiegel, mit dem Brustkrebsrisiko assoziiert ist. Dies könnte sich ebenso auf die DNA-Adduktbildung im Brustgewebe auswirken. Des Weiteren wurden die Adduktflüsse, welche unter Berücksichtigung von polymorphismusabhängiger en-zymatischer Umsetzung errechnet worden waren, positiv von einer Isoflavon-Intervention und Isoflavon-Gewebespiegeln beeinflusst. Ein Einfluss von Isoflavo-nen auf estrogenassoziierte DNA-Adduktbildung wurde in der Literatur bisher noch nicht beschrieben. Des Weiteren beeinflusste lobule type 1 nach altersbedingter Regression im Vergleich zu lobule type 2/3 die DNA-Adduktflüsse signifikant nega-tiv. Der postmenopausale Status beeinflusste im Vergleich zum prämenopausalen Status nur die Estron-DNA-Adduktflüsse ohne Berücksichtigung der polymorphis-musabhängigen enzymatischen Umsetzung signifikant negativ. Lobule type 1 nach altersbedingter Regression ist meist bei postmenopausalen Frauen vorzufinden. Daher sind lobule type 1 nach altersbedingter Regression und der postmenopausa-le Status zumindest annähernd vergleichbar. Das Ende der Estrogen-Produktion in den Ovarien in der Menopause verringert Estrogen-Plasmaspiegel, was sich ebenso auf das Brustgewebe auswirken und zu einer verringerten Estrogen-DNA-Adduktbildung im Brustgewebe führen könnte. Das Alter dagegen beeinflusste kei-ne der abhängigen Variablen signifikant. Obwohl bei Rauchern in vielen humanen Geweben bereits eine erhöhte Cytochrom P450-abhängige Monoxygenase 1A1- und 1B1-Expression nachgewiesen wurde, die potentiell zu mehr reaktiven Estro-genchinonen und damit auch DNA-Adduktbildung führen könnte, beeinflusste Rauchen bei keiner der Modellvarianten die jeweils abhängige Variable signifikant. Des Weiteren beeinflussten weder Ethinylestradiol, noch 17β-estradiol-freisetzende Medikamente bei einer der Modellvarianten die jeweils abhängige Variable signifi-kant.
Die Ergebnisse der multiplen linearen Regressionsanalyse der beiden Adduktfluss-Varianten (mit und ohne Berücksichtigung von polymorphismusabhängiger en-zymatischer Umsetzung) waren nicht identisch, widersprachen sich allerdings auch nicht. Berücksichtigt werden muss dabei, dass die Modelle mit einem Variationsko-effizienten zwischen 0,09 und 0,33 nur 9-33% der Varianz der jeweiligen abhängi-gen Variable erklärten und vermutlich weitere Parameter zur vollständigen Erklä-rung benötigt werden.
Oxidativer Stress kann ebenfalls zu DNA-Addukten führen, wird allerdings nicht durch das verwendete metabolische Netzwerk abgebildet. Daher wurden mittels multipler linearer Regression Einflussfaktoren auf Brustgewebs-Transkriptspiegel von der NADPH-Chinon Oxidoreduktase 1, der γ-Glutamyl-Cystein Ligase und des Transkriptionsfaktors nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2, Transkripten, deren Expression bei oxidativem Stress induziert wird, ermittelt. Die jeweils signifikant mit den abhängigen Variablen assoziierten erklärenden Variablen unterschieden sich dabei zum einen bezogen auf jeweils abhängigen Variable, zum anderen bezogen auf das Gewebe. Die Marker-Transkriptspiegel wurden vom BMI, Alkoholkonsum, Rauchen und vom menopausalen Status signifikant beeinflusst. Für diese Variab-len wurde in der Literatur bereits ein Einfluss auf Marker für oxidativen Stress in humanem Blut oder Plasma und anderen Geweben, jedoch nicht in Brustgewebe beschrieben. Zellzyklus-Marker und Marker der Gewebedifferenzierung beeinfluss-ten die abhängigen Variablen ebenso signifikant. Des Weiteren beeinflussten Transkriptspiegel und Genotypen von Genen, die für Enzyme kodieren, die zur Ka-techolbildung und -entgiftung führen konnen, die abhängigen Variablen signifi-kant. Estrogenspiegel selbst beeinflussten dagegen keine der abhängigen Variab-len signifikant. Des Weiteren beeinflussten Oxycholesterolspiegel, als Marker für durch reaktive Sauerstoffspezies induzierten, oxidativen Stress, entgegen der Er-wartung keine der abhängigen Variablen signifikant. Obwohl in der Literatur bereits ein Einfluss des Alters auf Marker für oxidativen Stress im humanen Frontal-Cortex, Endothelzellen der Oberarmarterie und in der humanen Leber beschrieben wurde, beeinflusste es keinen der Transkriptspiegel im Brustgewebe signifikant.
Zusammengefasst wurde zum ersten Mal die mitochondriale Spontanmutationsfre-quenz in gesundem humanem Brustgewebe bestimmt und in Kombination mit bio-informatischer Netzwerkmodellierung und multipler linearer Regressionsanalyse ein umfassendes Bild der verschiedenen Einflussfaktoren auf mitochondrialen und estrogeninduzierten genotoxischen Stress in der gesunden weiblichen Brust dar-gestellt.
N2  - Spontaneous mutations play a major role in the development of breast cancer. Therefore, aim of the present work was to determine factors influencing mutations in female breast tissue.
For this purpose, breast tissue specimen of 50 healthy women who underwent mammary reduction surgery for cosmetical reasons were initially collected. A share of the women underwent isoflavone-intervention seven days prior to surgery. The tissue was separated optically into adipose and glandular tissue. As potential varia-bles possibly affecting the mutation frequency, lobule type and estrogen- and estro-gen-metabolite tissue levels were determined in mammary and adipose tissue at the chair. Also, transcript tissue levels of genes coding for enzymes involved in estrogen metabolism, transcript levels of transcription factors and of receptors were deter-mined in mammary and adipose tissue at the chair. Furthermore, oxycholesterole levels were determined in adipose tissue and isovlavone levels were determined in glandular tissue at Max Rubner Institute in Karlsruhe.
At first, the extent of mitochondrial genotoxic stress was assessed via Random Muta-tion Capture Assay, a genotype selective method suitable to determine rare muta-tions. After DNA isolation, the Random Mutation Capture Assay mainly consists of two PCR-steps: copy number and mutant number determination. Requisite primers were designed for the cytochrome B gene. Following an optimized PCR regarding the maximum efficiency for the copy number determination, a linear calibration range of homogenous variances was established. Standard recovery rate was 99-102% with a variation of 2-10%, depending on the calibration section. The 10th-90th percentile of standard addition recovery in real specimen was between 62% and 117%. The 90th percentile of the recovery rate’s standard deviation was 33% and the 90th percentile of the specimen copy number standard deviation was 12%. The PCR for the mutant number determination was also optimized and in subsequent mutant standard recovery experiments 11,0±1,7 PCR products were detected in 91-95 reactions with no statistical difference to 13,6 expected products. Spontaneous mutation frequencies of a prior to DNA isolation apportioned glandular tissue aliquot were 1, 2 and 6*10-5 bp 1. There was no statistically significant difference between spontaneous mutation frequencies in glandular and adipose tissue; neither individ-ually in every tested specimen, nor interindividually. Moreover, there was no statisti-cally significant difference in mutational spectra in glandular and adipose tissue of mutants obtained by sanger-sequen-cing of mutant number determination PCR products. Since there were more adipose tissue samples than glandular tissue sam-ples available, spontaneous mutation frequencies were determined in all suitable adipose tissue samples.
Due to the great number of variables potentially influencing mitochondrial sponta-neous mutation frequency, multiple linear regression analysis was applied. Mito-chondrial spontaneous mutation frequency in human breast adipose tissue was significantly positively influenced by age. Similar oberservations concerning mito-chondrial spontaneous mutations in human and rat brains have been reported in other studies, nonetheless, the present study is the first of its kind conducted in hu-man breast tissue samples. On the other hand, variables associated with mitochon-drial proliferation had no influence on mitochondrial spontaneous mutation fre-quency. Mitochondrial spontaneous mutation frequency was influenced by oxycho-lesterole levels, markers for oxidative stress, and transcript levels and genotypes of genes associated with oxidative stress. Such an influence of oxidative stress on mi-tochondrial spontaneous mutation frequency in human breast tissue has not been described in literature so far. In contrast to that, variables associated with formation of reactive estrogen quinones, for example transcript levels of cytochrome P450-dependenent monooxygenases, did not influence mitochondrial mutation frequency significantly. Also, smoking had no significant influence on mitochondrial mutation frequency. Another study has already reported no difference of mutational spectra in lungs of smoker and non-smoker twins. Furthermore, fat content of the tissue and BMI both associated with proinflammatory mediators did not significantly influence spontaneous mutation frequency. However, it must be considered that a variation coefficient of 0.60 only explained 60% of the variance of the spontaneous mutation frequency; thus suggesting other influencing factors might play a role.
Concerning nuclear DNA, in a previous work Random Mutation Capture Assay was found to be time consuming and uneconomic. Mutations can arise from DNA adduct formation. Estrogen metabolism is currently considered to play a role in the for-mation of reactive compounds able to form DNA adducts in the female mammary gland. At the chair, estrogen-related DNA adduct fluxes in female mammary gland had already been determined by computerized bioinformatical contraint-based net-work modeling. Because in the network model transcript levels were used as surro-gates for enzyme activity, representing a simplification, polymorphisms possibly in-fluencing the formation and/or detoxification of reactive estrogen metabolites by al-tering enzymatic conversion rates were identified. By means of allelic discrimination suitable positive controls for the genotyping of the specimen were chosen and veri-fied via restriction fragment length polymorphism PCR. Allel frequencies of geno-typed specimen were within Hardy-Weinberg equilibrium and also in accordance with previously published frequencies of healthy german or caucasian women re-spectively. Moreover, influence of polymorphisms on their associated mRNA levels met the results of relevant studies in the past. No results for the polymorphism within the gene coding for hydroxysteroid dehydrogenase 17β2 have been published up to today. This polymorphism was found to have no significant influence on its associ-ated mRNA levels in breast tissue. To identify factors influencing estrogen tissue levels in breast adipose and glandular tissue, multiple linear regression models had been calculated previously at the chair. In four out of nine re-calculated models in consideration of polymorphisms in genes coding for enzymes involved in estrogen metabolism, specific genotypes were selected into the respective models. 
An additional network model in consideration of transcript levels adjusted to the rela-tive genotype activity was compiled in cooperation with the chair of bioinformatics of the University of Würzburg. Validation results indicated that both adduct models (with and without consideration for polymorphisms) were reflecting the actual situa-tion of the particular evaluated estrogen metabolite levels equivalently.
Thereupon, factors influencing calculated DNA adduct fluxes with and without con-sideration for polymorphisms were identified by means of multiple linear regression model analysis. Adduct fluxes were significantly positively influenced by BMI. In lit-erature it has already been described that obesity is associated with breast cancer risk, possibly due to increased estrogen levels in plasma. Furthermore, adduct fluxes calculated in consideration of polymorphism-dependent enzymatic conversion were significantly influenced positively by isoflavone intervention and isoflavone levels in tissue. An influence of isoflavones on DNA adduct formation associated with estro-gens in this manner has never been described in literature. Lobule type 1 after age-related regression in comparison to lobule type 2/3, influenced DNA adduct fluxes significantly negatively. In contrast, postmenopausal status in comparision to premenopausal status influenced only estrone DNA adduct fluxes, calculated in consideration of polymorphism-dependent enzymatic conversion, significantly negatively. Lobule type 1 after age-related regression is predominantly found in postmenopausal women. Hence, lobule type 1 after age-related regression and postmenopause are roughly comparable. Cessation of ovarial estrogen production decreases estrogen levels in plasma, which might also affect breast tissue, thus leading to decreased estrogen DNA adduct formation in me-nopause. Neither de-pendent adduct flux variables were significantly influenced by age. Though in-creased expression of cytochrome P450-dependent monoxygenases 1A1 and 1B1, was already observed in a variety of human tissues due to smoking, which in turn might lead to an increased estrogen quinone and subsequent estrogen DNA adduct formation, smoking affected neither dependent variable. In addition, neither ethi-nylestradiol, nor 17β-estradiol-releasing drugs significantly influenced the respec-tive dependent variable in any of the models.
The results of the multiple linear regression analysis of two adduct flux variants (with and without consideration for polymorphism dependent enzymatic conversion) were not identical, but also not contradictory. However, it must be considered that a variation coefficients of 0.09-0.33 only explained 9-33% of the variances of the DNA adduct fluxes; thus suggesting that other influencing factors might play a role.
Oxidative stress is also capable of inducing DNA adduct formation, which is not rep-resented in the metabolic network model. Therefore multiple linear regression mod-els were used to identify factors influencing transcript levels of NADPH quinone oxidoreductase 1, γ-glutamyl cysteine ligase and nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2, the expression of which is induced by oxidative stress. The respective ex-planatory variables significantly associated with the dependent variables (marker transcript le-vels for oxidative stress), differed concerning the respective dependent variable and concerning the tissue type. Marker transcript levels were significantly influenced by BMI, alcohol consumption, smoking and menopausal status. An in-fluence on markers for oxidative stress has already been observed in human blood, plasma and other tissues for these variables, but not in human breast tissue so far. Also cell cycle markers and markers for tissue differentiation influenced the de-pendent variables significantly. Furthermore, transcript levels and genotypes of genes coding for enzymes involved in catechol-formation and -detoxification had a significant influence on the dependent variables. In contrast to that, estrogen levels themselves had no significant influence on the dependent variables. Different than expected, oxycholesterole levels, also had no significant influence on neither de-pendent variable. Although other studies have reported an influence of age on markers for oxidative stress in human frontal cortex, endothelial cells of brachial ar-tery and in human liver, in the present study age was not found to influence any dependent variable.
In conclusion, in the present work determining mitochondrial spontaneous mutation frequencies in healthy human breast tissue was achieved for the first time and, in combination with bioinformatic network modeling and multiple linear regression model ana-lysis, a broad impression of different factors influencing mitochondrial and estrogen-induced genotoxic stress in the healthy human breast was portrayed.
KW  - DNS-Schädigung
KW  - Brust
KW  - Gewebe
KW  - DNA
KW  - DNS
KW  - Schaden
KW  - Damage
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-156159
ER  - 
TY  - THES
A1  - Scheffler, Anne
T1  - Entwicklung und Charakterisierung des RMCA für \(Rattus\) \(norvegicus\) in nukleärer und mitochondrialer DNA
T1  - Development and characterization of the RMCA for \(Rattus\) \(norvegicus\) in nuclear and mitochondrial DNA
N2  - Mutationstests werden in vitro und in vivo durchgeführt. Insbesondere die phänotypselektiven Mutationstests sind meist beschränkt auf die Detektion von Mutationen im Exon und gegebenenfalls in Promotorregionen. Um zunächst die Datenlage zu den üblicherweise verwendeten in vitro Mutationstests zu erweitern und somit eine Bewertung der zu untersuchenden Substanz zu erleichtern, sollte eine Methode zur Erfassung des Mutationsspektrums etabliert und im Rahmen der Untersuchung des mutagenen Potentials des Lebensmittelinhaltsstoffes Irilon angewendet werden. 
Es wurde eine Methode entwickelt, welche die Sequenzierung eines jeden einzelnen im Hypoxanthin-Guanin-Phosphoribosyltransferase-Test enstandenen 6-Thioguanin-resistenten Mutanten erlaubt und somit auch Rückschlüsse auf Mechanismen der Mutationsentstehung zulässt. Im Rahmen der Untersuchung zum mutagenen Potential des Lebensmittelinhaltsstoffes Irilon, wurde zwar kein Unterschied in der Mutantenfrequenz, jedoch sehr wohl ein mit steigenden Deletionen und sinkenden Basenpaarsubstitutionen verändertes Mutationsspektrum detektiert. Die Auswertung des Mikrokerntests unterstützte die Annahme, dass Irilon Chromosomenmutationenen induziert. Zudem wies Irilon ein starkes aneugenes Potential auf. Im Gegensatz zu den phänotypselektiven Mutationstests weisen genotypselektive Tests hingegen theoretisch keine Limitierungen hinsichtlich der zu untersuchenden Zielsequenz und der Organwahl auf. Ein Vertreter der genotypselektiven Tests ist der Random Mutation Capture Assay, der 2005 von Bielas und Loeb für das Intron 6 des humanen TP53-Gens publiziert wurde. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen ob die Technik des Random Mutation Capture Assays auf die Ratte übertragbar und ob bzw.unter welchen Bedingungen die Bestimmung von spontanen und induzierten Mutationsfrequenzen in verschiedenen Zielsequenzen möglich ist. Deshalb wurden zunächst das für das Tumorsuppressor Protein 53 kodierenden Gen p53, die für die 18S ribosomale RNA kodierenden DNA und das mitochondriale Cytochrom b Gen als Zielsequenzen gewählt und deren Eignung für die Anwendung im Random Mutation Capture Assays geprüft. Für jede Zielsequenz wurden alle für die Durchführung des Random Mutations Capture Assays benötigten molekularen Werkzeuge unter optimierten PCR-Bedingungen hergestellt und verifiziert. Für die Quantifizierung der Gesamtkopiezahl wurde je Zielsequenz eine spezifische Echtzeit-PCR-Methode entwickelt, welche TaqMan®-Sonden-basiert ist. Nach Optimierung der PCR-Bedingungen wurden je Zielsequenz Wiederfindungen im angestrebten Bereich von ca. 90-100% mit Schwankungen von maximal 20% erreicht. Ausgenommen hiervon war die für die 18S ribosomale DNA kodierende Zielsequenz. Eine Änderung der Echtzeit-PCR-Bedingungen führte zu keiner praktikablen Methode. Daher war diese Zielsequenz, welche trotz geringer DNA-Mengen versprach mehr DNA Kopien zu erhalten und somit die Bestimmung von geringen Mutationsfrequenzen zu erleichtern, nicht im Random Mutation capture Assay anwendbar. 
Für die Wahl einer DNA-Isolierungsmethode wurden 5 Methoden hinsichtlich einer für die Mutationsfrequenz-Bestimmung ausreichenden Kopiezahlausbeute, der Reinheit und des Kosten-/Zeitaufwands verglichen. Mit zwei der fünf Methoden wurde aus 100 mg Gewebe die höchste nukleären Kopienzahl isoliert, ausreichend um Mutationsfrequenzen im Bereich 1-2*10-7/bp zu bestimmen. Um jedoch die erwarteten Mutationsfrequenzen im Bereich von 1-3*10-8/bp (Intron) bzw. 2-3*10-9/bp (Exon) zu detektieren, wären 2-3 g Gewebe bzw. 3 mg DNA notwendig. Auf Grund der anatomischen Organgewichte wäre die Durchführung des nukleären Random Mutation Capture Assays somit auf vereinzelte Organe wie Leber, Dünndarm und Gehirn beschränkt. Zudem bestanden mit der Hybridisierung und dem Uracil-DNA-Glycosylase-Verdau zwei zusätzliche kritische Punkte, welche zu einer Minimierung der Kopiezahl oder einer fehlerhaften Einschätzung der Mutationsfrequenz führen können. Aus diesen Gründen wurde eine Entwicklung des Random Mutation Capture Assays für die Zielsequenz im p53-Gen verworfen. Die Kopiezahlausbeuten der mitochondrialen DNA waren ab 50 mg Gewebeeinsatz bei jeder der 5 untersuchten Methoden ausreichend zur Bestimmung einer angestrebten Spontanmutationsfrequenz zwischen 6-100*10-7/bp. Bei Gewebemengen unter 50 mg erwies sich die Aufarbeitung mit DNAzol® auf Grund zu niedriger Kopiezahlausbeuten als ungeeignet. In dieser Arbeit wurde nachfolgend die Phenol-Chloroform-Extraktion nach Vermulst et al (2008) verwendet. 
Im Rahmen der Etablierung der PCR zur Erfassung der Anzahl mutierter Kopien (Mutations-PCR) wurde ein Mutanten-Standard zur Anwendung als Positivkontrolle in PCR und Agarose-Gelelektrophorese hergestellt, verifiziert und fluorimetrisch quantifiziert. Wiederfindungsexperimente bestätigten, dass mit der etablierten Mutations-PCR eine einzelne Kopie amplifizier- und detektierbar ist. Um eine Auswertung einer Sequenzierung hinsichtlich Anzahl der Mutanten als auch der Sequenz an sich zu gewährleisten, wurde der akzeptierte Bereich an detektierten 1-19 (80 Reaktionen) gesetzt.
Nachfolgend wurde in der gesunden Leber von männlichen und weiblichen Ratten erfolgreich die mitochondriale Spontanmutationsfrequenz mit dem entwickelten Random Mutation Capture Assay bestimmt. Diese betrug innerhalb einer  mitochondrialen DNA-Lösung 3,2 ± 3,1 *10-6/bp (Median 2,7). Die Mutationsfrequenzen von 3 unabhängigen mitochondrialen DNA-Lösungen -isoliert aus demselben Organpulver- betrugen durchschnittlich 11,5 ± 8,6 *10-6/bp (Median 8,0) und waren somit ca. 3-mal höher. Ein Vergleich zwischen den Mutationsfrequenzen der männlichen und weiblichen Tiere resultierte in mitochondrialen Mutationsfrequenzen zwischen 1,6-34,4 *10-6/bp (männlich) und 3,0-12,9 *10-6/bp (weiblich), wobei zwischen männlichen und weiblichen Tieren kein statistischer Unterschied bestand (Mann-Whitney-Test; p<0,05). Um zu prüfen, ob die Mutationsraten bestimmt mit dem mitochondrialen Random Mutation Capture Assay und einem phänotypselektiven Mutationstest zu gleichem Maße auf ein mutagenes Potential hinweisen, wurde als nächstes der phänotypselektive Hypoxanthin-Guanin-Phosphoribosyltransferase-Test für normale Nierenepithelzellen der Ratte (NRK-Zelllinie) entwickelt. Nach einer 24 h Inkubation mit 0,1 µM 4-Nitrochinolin-1-oxid, einem bekannten Adduktbildner, stieg die Mutationsfrequenz im Exon des Hypoxanthin-Guanin-Phosphoribosyltransferase-Gens um den Faktor 5 im Vergleich zur Lösemittelkontrolle an. Mit Hilfe des entwickelten Random Mutation Capture Assays wurde in der DNA -isoliert zum Zeitpunkt der Selektion- eine dreifache Steigerung der Mutationsfrequenz im mt-Cytb-Gen detektiert. Somit war mit beiden Tests eine Erhöhung der Mutationsfrequenz in der gleichen Größenordnung detektierbar, wobei der phänotypselektive Mutationstest sensitiver war.
Nachdem die Mutations-PCR ca. 1,5 Jahren angewendet wurde, stieg innerhalb von 4 Monaten unabhängig von der verwendeten Templatkonzentration sowohl die Häufigkeit der detektierten Schmierbanden als auch die des DNA hang up an. In 7 Mutations-PCRs, welche nach diesen Phänomenen nur mit Blindwerten durchgeführt wurden, lag der Anteil an detektierten DNA-Schmierbanden pro Mutations-PCR zwischen 25,0% und 38,8%, der des DNA hang up zwischen 17,5% und 48,8%. Das war häufiger als in Reaktionen mit Templat; ein Hinweis dafür, dass das Vorliegen von Templat Nebenreaktionen zu einem gewissen Grad verdrängte und dass die unspezifische Amplifizierung am Mastermix der Mutations-PCR lag. Eine Änderung von chemischen oder physikalischen Parametern innerhalb der PCR-Reaktion führte zu keiner Reduktion der Nebenprodukte. Somit war der für das mitochondriale Cytochrom b-Gen entwickelte Random Mutation Capture Assay nicht robust gegenüber Nebenreaktionen und ist daher nicht für einen routinemäßigen Einsatz geeignet. Zusammenfassend war eine Entwicklung der Primer und der molekularen Werkzeuge des Random Mutation Capture Assays vom Mensch auf Ratte mit allen drei gewählten Zielsequenzen möglich. Im Rahmen der Experimente zeigte sich, dass die Kopiezahl-PCR der Zielsequenz in der 18S ribosomale RNA kodierenden DNA nicht praktikabel und eine Bestimmung der Mutationsfrequenzen für das Tumorsuppressor Protein 53 kodierenden Gen p53 nur unter Berücksichtigung einer eingeschränkten Organauswahl möglich war. Für die Zielsequenz des mitochondrialen Cytochrom b Gens war der Random Mutation Capture Assay durchführbar. Allerdings erwies sich die Mutations-PCR als instabil. Folglich ist eine Bestimmung von Mutationsfrequenzen mit dem Random Mutation Capture Assay in Rattus norvegicus nur sehr begrenzt möglich.
N2  - Mutation tests are performed in vitro and in vivo. Especially, the phenotype-selective mutation tests are often limited to the detection of mutations in the exon and possibly promoter regions. 
In order to increase the number of data on the commonly used in vitro mutation tests and thus to facilitate an assessment of the substance to be examined, a method for detecting the mutational spectra should be established and used within the investigation of the mutagenic potential of the food ingredient irilone. A method which allows the sequencing of each individual 6-thioguanine-resistant mutant formed in the hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase assay has been developed, making it possible to draw conclusions about the mechanism of mutation formation. Although no difference in the mutant frequency was detected in the study on the mutagenic potential of the food ingredient irilone, an alterd mutation spectrum with increasing deletions and decreasing base pair substitutions was detected. The evaluation of the micronucleus test supported the assumption that irilone induces chromosome mutations. In addition, irilone had a strong aneugene potential. In contrast to the phenotype-selective mutation tests, genotype-selective tests theoretically have no limitations regarding the target sequence or organ selection. One representative for a genotype-selective test is the Random Mutation Capture Assay, published in 2005 by Bielas and Loeb for the intron 6 of the human TP53 gene. Thus, the next aim of this work was to investigate whether the technique of Random Mutation Capture Assay is transferable to the genome of the rat and whether or more specifically under which conditions the determination of spontaneous and induced mutation frequencies in different target sequences is possible. Therefore, the p53 tumor suppressor protein p53 gene, the 18S ribosomal RNA encoding DNA and the mitochondrial cytochrome b gene were selected as target sequences. Then their suitability for use in the Random Mutation Capture Assay was analyzed. For each target sequence, all molecular tools needed to perform the Random Mutation Capture Assay were prepared and verified under optimized PCR conditions. For the quantification of the total copy number, a specific TaqMan® real-time PCR method was developed for each target sequence. After optimization of the PCR conditions, recoveries in the desired range of about 90-100% with variations of a maximum of 20% were achieved per target sequence., except the target sequence coding for the 18S ribosomal DNA. Changing the real-time PCR conditions did not lead to any practicable method. Therefore, this target sequence, which promised to obtain more DNA copies despite lower DNA levels and thus facilitate the determination of low mutation frequencies, was not applicable in Random Mutation Capture Assay. To make a choice regarding a DNA isolation method, 5 methods were compared with respect to the copy number, purity and the cost / time effort, sufficient for the mutation frequency determination. With two of these five methods it was possible to isolate a sufficient number of nuclear copies from 100 mg of tissue to determine mutation frequencies in the range 1-2*10-7 / bp. However, to detect the expected mutation frequencies in the range of 1-3*10-8 / bp (intron) and 2-3*10-9 / bp (exon), 2-3 g of tissue or 3 mg of DNA would be necessary. Due to the anatomical organ weights, the implementation of the nuclear Random Mutation Capture Assay would be limited to individual organs such as liver, small intestine and brain. In addition, hybridization and uracil-DNA glycosylase digestion gave rise to two additional critical points that could lead to a minimization of copy number or a misjudgment of the mutation frequency.For these reasons, development of the Random Mutation Capture Assay for the target sequence in the p53 gene was discarded. Using at least 50 mg of tissue, the copy number yields of mitochondrial DNA were sufficient to determine a desired spontaneous mutation frequency between 6-100*10-7 / bp in each of the 5 investigated methods. For tissue levels below 50 mg, preparation with DNAzol® was unsuitable due to low copy number yields. In this work, the phenol-chloroform extraction according to Vermulst et al (2008) was used. During the establishment of the PCR detecting the number of mutated copies (mutation PCR), a mutated standard used as a positive control in PCR and agarose gel electrophoresis was prepared, verified and fluorometrically quantified. Recovery experiments confirmed that a single copy can be amplified and detected using the established mutation PCR. In order to ensure a sequencing evaluation with respect to the number of mutants as well as the sequence itself, the accepted range of detected mutants was set to 1-19 (80 reactions). Next, the mitochondrial spontaneous mutation frequency was successfully determined in healthy livers of male and female rats using the developed Random Mutation Capture Assay. The mutations frequency of a mitochondrial DNA solution was 3.2 ± 3.1 * 10-6 / bp (median 2.7). The mutation frequencies of 3 independent mitochondrial DNA solutions isolated from the same organ powder were on average 11.5 ± 8.6 * 10-6 / bp (median 8.0) and thus were about 3 times higher. A comparison between the mutation frequencies of the male and female animals resulted in mitochondrial mutation frequencies between 1.6-34.4 * 10-6 / bp (male) and 3.0-12.9 * 10-6 / bp (female). There was no statistical difference between male and female animals (Mann-Whitney test, p <0.05).
To test whether the mutation rates determined by the mitochondrial Random Mutation Capture Assay and a phenotype-selective mutation test indicate a mutagenic potential to the same extent, the phenotype-selective hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase test for normal renal epithelial cells of the rat (NRK cell line) was developed. After a 24 h incubation with 0.1 μM 4-nitroquinoline-1-oxide, a known adduct former, the mutation frequency in the exon of the hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase gene increased by a factor of 5 compared to the solvent control. Using the developed Random Mutation Capture Assay, a threefold increase in the mutation frequency in the mitochondrial Cytochrome b gene was detected in the DNA isolated at the time of selection. Thus, both tests showed an increase in the mutation frequency of the same order of magnitude, with the phenotype-selective mutation test being more sensitive.
After the mutation PCR was applied for about 1.5 years, the frequency of the detected smear bands as well as that of the DNA hang up increased regardless of the template concentration used. In 7 mutation PCRs, which were performed after these phenomena only with blank values, the proportion of detected DNA smear bands per mutation PCR was between 25.0% and 38.8%, that of the DNA hang up between 17.5% and 48.8%. This was more often than in reactions with template -an indication that the presence of template displaced side reactions to a certain extent and that the non-specific amplification was due to the master mix of the mutation PCR. Changing chemical or physical parameters within the PCR reaction did not result in a reduction of the by-products. Thus, the Random Mutation Capture Assay developed for the mitochondrial cytochrome b gene was not robust to side reactions and is therefore not suitable for routine use. In summary, it was possible to develop the primers and the molecular tools of Random Mutation Capture Assay with all three selected target sequences of the rat genome. The experiments showed that the copy number PCR of the target sequence in 18S ribosomal RNA-encoding DNA was impractical and determination of the mutation frequencies for the tumor suppressor protein 53-encoding gene p53 was only possible with limited organ selection. For the target sequence of the mitochondrial cytochrome b gene, the Random Mutation Capture Assay was feasible. However, the mutation PCR proved unstable. Consequently, determination of mutation frequencies with the Random Mutation Capture Assay in Rattus norvegicus is very limited.
KW  - Mutationsrate
KW  - Mutagenitätstest
KW  - RMCA
KW  - Mutationsfrequenz
KW  - mutation frequency
KW  - Wanderratte
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-169880
ER  - 
TY  - THES
A1  - Futh, Susanne
T1  - Entwicklung einer Methode mittels Gaschromatographie und gekoppeltem Triple-Quadrupol-Massenspektrometer zur Quantifizierung von Estrogen-Metaboliten in humanem Brustgewebe
T1  - Development of a method by gas chromatography and triple quadrupole mass spectrometry for the quantification of estrogen metabolites in human breast tissue
N2  - Im Rahmen der Arbeit wurde eine Methode für die Quantifizierung von freiem 17β-Estradiol, Estron sowie der hydroxylierten und methylierten Metabolite im Brustgewebe entwickelt. Aufgrund der geringen Probengehalte erforderte dies eine gezielte Isolierung der Analyte aus der Probenmatrix sowie eine effektive Aufreinigung und Aufkonzentrierung, so dass eine Extraktion mit anschließender Festphasenextraktion durchgeführt wurde. Zudem wurde eine empfindliche Mess-Methode etabliert, welche auf Grundlage einer multi-reaction-monitoring-Methode, mittels Gaschromatographie und gekoppelten Triple-Quadrupol-Massenspektrometer, entwickelt wurde. Die Anwendbarkeit der Aufarbeitungs- und Mess-Methode wurde überprüft, indem diese auf 30 Realproben übertragen wurde. Dabei sind die ermittelten Gehalte mit den publizierten Daten der Gewebekonzentrationen von 17β-Estradiol, Estron und deren Metaboliten verglichen und Korrelationen mit ausgewählten Brustkrebs-begünstigenden Risikofaktoren betrachtet worden.
Um ein quantitatives Metabolitenprofil von 17β-Estradiol, Estron und deren Metaboliten im Gewebe zu erstellen, wurden mit Hilfe einer multi-reaction-monitoring-Methode für alle Metabolite ein spezifischer Quanti- und Qualifier-Übergang etabliert. Durch die Optimierung der Ionisierungs- und Kollisionsenergien sowie der Initial-, Transferline- und Ionenquell-Temperatur beziehungsweise der dwell-time wurden Methoden- und Geräte-bedingte Empfindlichkeitsverluste so weit wie möglich reduziert, so dass maximale Signalintensitäten aller Quantifier-Übergänge gewährleistet waren.
Zur gezielten Isolation sowie Aufreinigung und Anreicherung der Analyten,...

...so dass trotz der geringen Anzahl analysierter Gewebe-spenden der Einfluss des Body-Mass-Index und die Einnahme oraler Kontrazeptiva auf die Gehalte von 17β-Estradiol in der prämenopausalen Frau deutlich wurden.
Die entwickelte Mess-Methode ermöglicht den routinemäßigen Einsatz für die Quantifizierung von freiem 17β-Estradiol, Estron und deren Methyl-Catecholen in humanem Brustgewebe. Beim Vergleich der berechneten Nachweisgrenzen von Catechol-Estrogenen mit Literaturangaben wurde herausgestellt, dass empfindlichere flüssigchromatographische Methoden als Methode der Wahl bei deren Analytik heranzuziehen sind. Die Übertragung der in Standardlösungen durchgeführten Versuche zur enzymatischen Hydrolyse von Glucuronid-und Sulfat-Konjugaten auf Gewebematrix stellt für weiterführende Arbeiten den entscheidenden Ansatzpunkt dar, um ein quantitatives Metabolitenprofil von freiem und gebundenem 17β-Estradiol, Estron und den Metaboliten in Brustgewebe erstellen zu können.
N2  - The aim of the present work was to develop a method for the quantification of free estradiol, estrone, catechol estrogens and methylation products in breast tissue. Due to trace amounts in the samples it was necessary to isolate the analytes from the sample matrix, purify and concentrate them prior to tissue extraction and solid phase extraction. Additionally, a sensitive method of measurement based on multi reaction monitoring using gas chromatography and triple quadrupole mass spectrometry was developed. The applicability of the sample preparation and measurement method was tested in 30 tissue samples by comparing the measured levels with published data concerning concentrations of estradiol, estrone and their metabolites in breast tissue. Also it was necessary to find possible correlations between the analytes concentrations and selected risk factors for breast cancer.
In order to develop a quantitative profile of estradiol, estrone and metabolites in tissue, qualifier and quantifier transitions were established using the multi reaction monitoring mode. By optimising the ionisation and collision energy, the initial, transferline and ion source temperatures and the dwell-time, it was possible to reduce the loss of sensitivity caused by both method and equipment and maximize the signal intensity of all quantifier transitions.
For the isolation, purification and concentration of the analytes...

...have some influence on the levels of estradiol in premenopausal women.
The developed measurement method enabled a routine usage for the quantification of free estradiol, estrone and methylcatechols in human breast tissue. The comparison between the calculated detection levels of catechol estrogens and the published data led to the conclusion that liquid chromatographic methods are more sensitive. The transference of these methods and experiments conducted, such as for the enzymatic hydrolysis of glucuronide- and sulfate-conjugates on tissue matrix in standard solution, seem to offer a starting point for future research projects. Especially, for the purpose of establishing a quantitative metabolite profile of free and conjugated estradiol, estrone and their metabolites.
KW  - Estradiol
KW  - GC-MS
KW  - Fest-Flüssig-Extraktion
KW  - Estradiolkonjugate
KW  - Gewebespiegel
KW  - Festphasenextraktion
KW  - Brust
KW  - Gewebe
KW  - Gewebespende
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-118808
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmalbach, Katja
T1  - Identification of factors influencing 17beta-estradiol metabolism in female mammary gland
T1  - Identifizierung von Einflussfaktoren auf den 17beta-Estradiolmetabolismus der weiblichen Brustdrüse
N2  - The female sex hormone 17beta-estradiol, produced naturally in the body, seems to play an important role in the development of breast cancer, since (i) it can be activated to reactive metabolites, which are known to damage DNA and (ii) the stimulation of the estrogen receptor alpha by 17beta-estradiol enhances cell proliferation. Both processes together increase mutation frequency and subsequently lead to transformation of epithelial cells. Therefore, the aim of this work was to characterize the influence of polymorphisms and lifestyle factors on 17beta-estradiol metabolism in normal mammary gland tissue. [...] 
In sum, the tissue specific 17beta-estradiol metabolism was described in mammary gland tissue homogenate, whereas differences in proliferation of epithelial cells were only reflected in isolated epithelial cells. Factors associated with breast cancer risk (age, BMI and age-related changes in mammary gland morphology) were shown to affect 17beta-estradiol tissue levels.
The 17beta-estradiol mediated genotoxicity was evaluated using bioinformatically calculated
DNA adduct fluxes, which were predominately influenced by individual mRNA patterns rather than individual genotypes and (DNA adduct fluxes) were correlated with known breast cancer risk factors (age, parity, BMI and polymorphism of glutathione-S-transferase theta 1).
N2  - Das körpereigene, weibliche Geschlechtshormon, 17beta-Estradiol spielt eine wichtige Rolle bei der Brustkrebsentstehung, da (i) es zu reaktiven Metaboliten aktiviert werden kann, welche die DNA schädigen können und (ii) durch die Stimulation des Estrogenrezeptors alpha die Zellproliferation steigern kann. Beide Prozesse können dann zum Anstieg der Mutationsfrequenz und anschließender maligner Transformation von Epithelzellen führen. Deshalb war das Ziel dieser Arbeit, den Einfluss von Polymorphismen und der Lebensweise auf den gewebespezifischen 17beta-Estradiol-Metabolismus im normalen Brustdrüsengewebe zu untersuchen. [...]
Zusammenfassend wurde der gewebespezifische 17beta-Estradiol-Metabolismus in der weiblichen Brustdrüse beschrieben. Unterschiede in der Proliferation von Epithelzellen wurden nur in mittels Laser-Mikrodissektion isolierten Epithelzellen widergespiegelt. Es wurde gezeigt, dass Faktoren, die mit einem verändertem Brustkrebsrisiko assoziiert sind (Alter, BMI und altersbedingte Veränderungen in der Brustdrüsenmorphologie), den 17beta-Estradiol-Gewebespiegel in der Brustdrüse beeinflussen. Die 17beta-Estradiol-vermittelte Genotoxizität wurde mittels bioinformatischer Berechnung der DNA-Adduktflüsse ausgewertet, welche vornehmlich von den individuellen mRNA-Mustern beeinflusst wurde statt von dem individuellen Genotyp.
Die DNA-Adduktflüsse korrelierten mit bekannten Brustkrebsrisiko-Faktoren (Alter, Parität, BMI und Polymorphismus der Glutathion-S-Transferase theta 1).
KW  - Milchdrüse
KW  - Estradiol
KW  - Präamplifizierung
KW  - metabolisches Netzwerk
KW  - 17beta-Estradiol
KW  - mRNA-Spiegel
KW  - mammary gland
KW  - mRNA level
KW  - metabolic network
KW  - 17beta-estradiol
KW  - metabolism
KW  - Stoffwechsel
KW  - Brustdrüse
KW  - Metabolismus
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-109300
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pfenning, Carolin
T1  - Untersuchungen zum genotoxischen Wirkmechanismus des Mykotoxins Patulin: Reaktivität gegenüber DNA-Basen unter dem Einfluss von Glutathion
T1  - Studies on the genotoxic mode of action of the mycotoxin patulin: Reaction with DNA bases in the presence of glutathione
N2  - Als Sekundärmetabolit verschiedener Schimmelpilze gehört das Mykotoxin Patulin zu den als Kanzerogene diskutierten Lebensmittelinhaltsstoffen natürlichen Ursprungs und kommt vor allem in braunfaulen Äpfeln und daraus verarbeiteten Lebensmitteln vor. Trotz zahlreicher in vitro- und in vivo-Studien zur Genotoxizität von Patulin, ist der Wirkmechanismus für das genotoxische Potential von Patulin weitgehend unbekannt.
Um die direkte DNA-Reaktivität von Patulin als mögliche genotoxische Wirkung zu betrachten, wurde im ersten Teil der Arbeit zunächst die direkte Reaktion von Patulin mit DNA-Basen untersucht. 
Nach Inkubation von Patulin mit der DNA-Base Adenin wurden mittels (U)HPLC-Massenspektrometrie im Vollscan-Modus insgesamt fünf Addukte von Patulin mit Adenin identifiziert. Anhand der Fragmentierungsmuster ohne und nach Methylierung freier Carboxyl- und Ketogruppen wurde für drei Patulin-Adenin-Addukte eine Ketohexansäure-Derivat-Struktur des Patulin-Rückgrates und die Bindung des Adenin-Moleküls an C6 (C5) abgeleitet. Zusätzlich wurden zwei Addukte identifiziert, welche die gleiche Patulin-Struktur aufwiesen, jedoch je ein Molekül Adenin an C5 und C6 gebunden haben. Patulin reagierte folglich mit Adenin unter Bildung von Mono- und Diaddukten.
In Gegenwart von einer zu Adenin äquimolarer Konzentrationen an Glutathion im Inkubationsansatz wurden mittels (U)HPLC-Massenspektrometrie im Vollscan-Modus die gleichen Patulin-Adenin-Addukte wie in Abwesenheit von Glutathion beschrieben beobachtet. Weiterhin wurden drei bisher unbekannte Glutathion-Patulin-Addukte identifiziert. Es handelte sich, abgeleitet von deren Fragmentierungsverhalten ohne und nach Methylierung, um C6-monosubstituierte Addukte mit Ketohexansäure-Derivat-Struktur. In einem dieser Addukte lag das Glutathion-Molekül linear gebunden vor, wohingegen in den beiden anderen Addukten die α-Aminogruppe des Glutaminsäurerestes zudem an C1 oder C7 von Patulin verknüpft war und es sich somit um 6,1- bzw. 6,7-cyclische Glutathion-Patulin-Addukte handelte.
Interessanterweise, wurden sieben weitere Produktpeaks nur bei gleichzeitiger Anwesenheit beider Nukleophilkomponenten im Inkubationsansatz gebildet, was folglich auf gemischte Addukte aus Patulin, Glutathion und Adenin hinwies. Das Fragmentierunsmuster bestätigte die Anwesenheit von Adenin und Glutathion in der Adduktstruktur und zeigte zudem, dass die neuartigen Addukte Regioisomere mit Ketohexansäure-Derivat-Struktur waren, die ein 6,7-cyclisch gebundenes Glutathion-Molekül aufwiesen. Durch Methylierung der freien Carboxylgruppen innerhalb der Adduktstruktur und Analyse der Molekül- und Fragmentionen wurde die Bindung des Adenin-Moleküls lokalisiert. In zwei diastereomeren Adduktpaaren war das Adenin-Molekül an C1 über eine Amidbindung gebunden. In geringerer Intensität wurden auch zwei diastereomere gemischte Glutathion-Patulin-Adenin-Addukte mit linearem Glutathion-Molekül und C1-gebundenem Adenin-Molekül identifiziert. 
Die Summenformeln aller postulierten Strukturen wurden mittels hochauflösender Massenspektrometrie bestätigt. Zudem wurde ein Reaktionsmechanismus für die Bildung der neuen (Glutathion-)Patulin(-Adenin)-Addukte hergeleitet. Die Bildung gemischter Glutathion-DNA-Basen-Addukte wurde bisher weder für Patulin noch für andere α,β-ungesättigte Carbonyle beschrieben. Die Reaktion der Mischadduktbildung unterscheidet sich zudem mechanistisch von den Reaktionen, welche zur Bildung bereits bekannter Glutathion-DNA-Basen-Addukte von 1,2-Dihaloalkanen, sowie 1,2,3,4-Diepoxybutan führen. ...
N2  - As a secondary metabolite of various widespread fungi, the mycotoxin patulin belongs to the diet derived mutagens of natural origin and is mainly found in moldy apples and products derived thereof. Despite numerous studies investigating the in vitro- and in vivo-genotoxicity of patulin, the mode of action of the genotoxic potential of patulin is not yet completely clarified.
To consider the direct reaction with DNA as a possible cause of patulin-induced genotoxicity, the reactivity of patulin against DNA bases was investigated in the first part of this thesis.
Incubation of patulin with the DNA base adenine followed by HPLC-mass spectrometry analysis in full scan mode revealed a total of five adducts of patulin with adenine. Based on their fragmentation patterns without and after methylation of free carboxyl- and keto groups, a ketohexanoic acid derivative-type structure of the patulin backbone and the linkage of adenine to C6 (C5) were suggested for three patulin-adenine adducts. In addition, two adducts were identified exhibiting the same patulin structure, but possessing two molecules of adenine at C5 and C6 of patulin. Consequently, patulin reacted with adenine forming mono- and diadducts.
The influence of glutathione on the reactivity of patulin towards adenine was investigated by adding glutathione in a concentration equimolar to adenine, revealing the same patulin-adenine adducts as in the absence of glutathione. Furthermore, three hitherto unknown glutathione-patulin adducts were identified. Based on their collision-induced fragmentation pattern without and after methylation, they were suggested to be C6-monosubstituted ketohexanoic acid derivative adducts, with one adduct exhibiting a linearly bound glutathione moiety, whereas in both other adducts the α-amino group of the glutamic acid residue was additionally linked to C1 or C7 of patulin, presenting a 6,1 or 6,7-cyclic glutathione moiety.
Interestingly, seven additional product peaks were formed only by simultaneous incubation of patulin with adenine and glutathione together, indicating to be mixed adducts of patulin, glutathione and adenine, which was finally confirmed by means of their fragmentation patterns. The novel adducts were identified to be regioisomers with ketohexanoic acid derivative structure, exhibiting a 6,7-cyclic glutathione moiety. The position of adenine within the adduct structure was assigned by determining the number of carboxyl groups via methylation and subsequent mass spectrometry analysis of the resulting molecular and fragment ions. In two diastereomeric pairs of adducts the adenine molecule was linked at C1 of patulin via an amide bond. In addition, two diastereomeric mixed glutathione-patulin-adenine adducts were detected at lower intensities, possessing a linear glutathione moiety and a C1-bound adenine molecule. 
The molecular formulas of all proposed structures were confirmed by high resolution mass spectrometry. In addition, a reaction scheme for the formation of (glutathione-)patulin(-adenine) adducts was postulated. The formation of mixed glutathione-DNA base adducts has neither been described for patulin nor for any other α,β-unsaturated carbonyl compound. Furthermore, the chemical reaction leading to the formation of mixed glutathione-patulin-DNA base adducts differs mechanistically from the one leading to mixed glutathione-DNA base adducts of 1,2-dihaloalkanes as well as of 1,2,3,4-diepoxybutane. ...
KW  - Patulin
KW  - Glutathion
KW  - glutathione
KW  - DNA-Basen
KW  - nucleobases
KW  - adduct
KW  - Nucleinbasen
KW  - Addukt
KW  - Glutathion
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-109599
ER  - 
TY  - THES
A1  - Martínez Jaramillo, Daniela
T1  - Einfluss einer definierten Enzymausstattung auf die Mutagenität von 17β-Estradiol und dessen Metaboliten
T1  - Influence of a defined enzymatic composition on the mutagenicity of 17ß-estradiol and its metabolites
N2  - Der brustgewebsspezifische Metabolismus des weiblichen Sexualhormons 17β-Estradiol (E2) spielt eine wichtige Rolle bei der Brustkrebsentstehung. In der Brust wird E2 durch die humanen Cytochrom P450-abhängigen Monooxygenasen (CYP) Isoenzyme 1A1 (hCYP1A1) und 1B1 (hCYP1B1) zu 2-Hydroxy (2-OH) und 4-HO-E2 oxidiert und vorrangig durch die Catechol-O-Methyltransferase (COMT) entgiftet. Bei unzureichender O-Methylierung können diese Catecholestrogene zu elektrophilen Chinonen oxidiert werden, welche mit der DNA reagieren und somit Mutationen induzieren können. Eine niedrige COMT-Aktivität, durch Polymorphismen und/oder durch Nahrungsbestandteile, die mit dem Enzym selbst oder seiner Genexpression wechselwirken, könnte daher die Mutagenität von E2 und dessen Catecholestrogenen beeinflussen.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der Hemmung der COMT-Aktivität auf die Mutagenität von E2 und dessen Catecholestrogenen untersucht. Zu diesem Zweck wurden der Hypoxanthin-Guanin-Phosphoribosyltransferase (HPRT)-Test und der Mikrokern-Test eingesetzt. Die Untersuchungen erfolgten in kultivierten Lungenfibroblasten des Chinesischen Hamsters (V79-Zellen) und in V79-Zellen, die mit hCYP1A1 transfiziert wurden. Begleitend zu den Mutagenitätsuntersuchungen wurde das Metabolitenprofil der Testsubstanzen anhand von Gaschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie bestimmt.
Nach Inkubation mit 0,08 µM 2 HO-E2 wurde dieses vollständig zu dessen Methylcatecholen umgesetzt, ab 2,5 µM hingegen war zusätzlich 2 HO-E2 im Medium nachweisbar. Demnach war die Hemmung der COMT-Aktivität bei der Inkubation mit 0,08 µM 2 HO-E2 vollständig und ab 2,5 µM partiell. Mit und ohne Hemmung der COMT-Aktivität war 2 Methoxyestradiol der Hauptmetabolit.
2-HO-E2 induzierte im Konzentrationsbereich 0,08 µM - 5 µM, mit und ohne Hemmung der COMT-Aktivität, keine Erhöhung der Mutantenfrequenz im hprt-Lokus von V79-Zellen. Im Gegensatz hierzu induzierte 2 HO-E2 ab 2,5 µM, mit und ohne Hemmung der COMT-Aktivität, mindestens eine Verdreifachung der Mikrokernrate im Vergleich zur Kontrollpopulation, wobei dieser Effekt ohne Inhibierung der COMT-Aktivität stärker ausgeprägt war. 
Über den gesamten getesteten Konzentrationsbereich (5 - 40 µM) wurde 4 HO-E2 zu dessen beiden Methylcatecholen umgesetzt, wobei 4-Methoxyestradiol den größten Anteil der detektierten Verbindungen (≥ 86%) ausmachte. Nach der Behandlung mit 3,5-Dinitrocatechol waren keine Methylierungsprodukte mehr nachweisbar, weswegen von einer vollständigen Hemmung der COMT-Aktivität im gesamten getesteten Konzentrationsbereich auszugehen war.
4-HO-E2 induzierte über den gesamten getesteten Konzentrationsbereich keine Genmutationen im hprt-Lokus. Erst nach Hemmung der COMT-Aktivität und Behandlung mit 20 µM 4 HO-E2 wurde eine Verdreifachung der Mutantenfrequenz im Vergleich zur Kontrollpopulation beobachtet. Mit und ohne Hemmung der COMT-Aktivität induzierte 4 HO E2 ab 20 µM eine Verdopplung der Mikrokernrate im Vergleich zur Kontrollpopulation. 
Im Kulturmedium der V79 hCYP1A1-Zellen, die mit 0,1 und 1 µM E2 für bis zu drei Wochen behandelt wurden, machten über die gesamte Versuchsdauer E2 (> 86%) und Estron (> 10%, bezogen auf die Summe aller Peakflächen) den größten Anteil der detektierten Verbindungen aus. Wie erwartet, waren nach Hemmung der COMT-Aktivität keine Methylierungsprodukte mehr nachweisbar. 
Die durchgehende, zwei- und dreiwöchige Behandlung mit jeweils 0,1 und 1 µM E2 bewirkte keine Induktion von Genmutationen im hprt-Lokus. Demgegenüber erhöhte sich die Mutantenfrequenz nach Hemmung der COMT-Aktivität und dreiwöchiger Behandlung mit 0,1 µM E2 um Faktor 4 im Vergleich zur Kontrollpopulation. Was die Mikrokerninduktion betrifft, so wurde nach 24-stündiger Inkubation mit 0,1 und 1 µM E2, mit und ohne Hemmung der COMT-Aktivität, keine Erhöhung der Mikrokernrate im Vergleich zur Kontrollpopulation beobachtet. 
Über die gesamte Dauer der Mutagenitätstests von E2 und dessen Catecholestrogenen unterschieden sich die Zellzyklusverteilung, die Wachstumskurven und die Koloniebildungsfähigkeit zum Zeitpunkt der Selektion, mit und ohne Hemmung der COMT-Aktivität, nicht statistisch signifikant von denjenigen der Kontrollpopulationen. Demnach war von einer sicheren Detektion von Mutationen im HPRT-Test und im Mikrokerntest auszugehen.
Zusammenfassend bestätigen die durchgeführten Untersuchungen, dass die zelluläre COMT-Aktivität eine essentielle Rolle zur Entgiftung mutagener Catecholestrogene spielt. Eine hundertprozentige Inhibierung der Aktivität dieses Enzyms führt zur Induktion von Genmutationen durch 4 HO-E2 in V79-Zellen ohne CYP-Aktivität und durch E2 in V79-Zellen, die hCYP1A1 exprimieren. Demnach könnte eine Reduktion der COMT-Aktivität durch Polymorphismen und/oder durch Nahrungsbestandteile, die mit dem Enzym selbst oder seiner Genexpression wechselwirken, die Induktion von Genmutationen durch E2 und dessen Catecholestrogenen begünstigen.
N2  - Oxidative metabolism of the female sex hormone 17β-estradiol (E2) is considered to play a major role in the initiation of hormone-induced carcinogenesis. In extrahepatic tissues, E2 undergoes metabolic activation by human cytochrome P450-dependent monooxygenase (CYP) isozymes 1A1 (hCYP1A1) and 1B1 (hCYP1B1) to 2-hydroxy (HO)- and 4-HO-E2. If not conjugated these catecholestrogens can further oxidize to electrophilic quinones, which may react with DNA and induce thereby mutations. Conjugation of these catechols in extrahepatic tissues is mainly catalyzed by catechol-O-methyltransferase (COMT). A low COMT activity, caused for example by polymorphisms and certain food components, which influence the enzyme activity or its gene expression, may therefore enhance quinone formation and thereby the induction of mutations.
The aim of the present work was to determine the effect of inhibition of COMT on the mutagenic potential of a) the catechols 2- and 4-HO-E2 in V79 wild type cells without CYP activity and b) E2 in V79 cells expressing hCYP1A1. 3,5-dinitrocatechol (20 μM) served as COMT inhibitor.
Gene and chromosomal mutations were assessed using the hypoxanthine-guanine-phosphoribosyltransferase (HPRT) and the micronuclei assay. In addition, the metabolite profile of E2 and its catechols in the culture medium was analyzed via gas chromatography/mass spectrometry.
After incubation of V79 cells with 2-HO-E2, 2-methoxyestradiol was the major metabolite, whereas in the presence of the COMT inhibitor, disappearance (0.08 μM) and a decreased amount (2.5 μM or more) of methylated inactivation products was observed. 
Treatment of V79 cells with 0.08 μM – 5 μM 2-HO-E2, neither with nor without inhibition of COMT activity induced a significant increase in mutant frequency at the hprt locus. In contrast, at concentrations above or equal to 2.5 μM 2-HO-E2, at least a 3-fold increase of the micronuclei rate compared to control cells was observed with and without inhibition of COMT activity.
Over the entire concentration range (5-40 μM) 4-HO-E2 was mainly converted to its methylation products, 4-methoxyestradiol being the major metabolite (≥ 86%) of the detected compounds. After treatment with 3,5-dinitrocatechol no methylation products were detected, thus indicating a complete inhibition of COMT over the entire concentration range.
4-HO-E2 did not induce gene mutations at the hprt locus in V79 cells with active COMT. Yet,
after inhibition of COMT and treatment with 20 μM 4-HO-E2, a 3-fold increase in the mutant frequency was observed in comparison to control cells. Like 2-HO-E2, induction of micronuclei by 20 µM 4-hydroxyestradiol and more, was not affected by inhibition of COMT.
In the culture medium of V79 cells expressing hCYP1A1, which were incubated with 0.1 and 1 μM E2 for up to three weeks, over the entire assay duration, E2 and estrone (86% and 10% of the sum of all peak areas, respectively) were the major metabolites. As expected, no methylation products were detected after inhibition of COMT.
Treatment of V79 cells expressing hCYP1A1, for two and three weeks with 0.1 and 1 μM E2 did not induce gene mutations at the hprt locus. In contrast, a 4-fold increase in mutant frequency was observed in comparison to control cells after inhibition of COMT and treatment with 0.1 μM E2 for three weeks.
With and without inhibition of COMT, no increase in micronuclei rate compared to control cells was observed after incubation with 0.1 and 1 μM E2 for 24 hours.
Over the entire duration of the mutagenicity assays of E2 and its catechols, cell cycle distribution, cell growth and plating efficiency at the time of mutant selection, with and without inhibition of COMT, did not differ statistically significant from control cells; therefore a reliable detection of mutations in the micronuclei and the HPRT assay can be assumed.
The present work confirms that cellular COMT is essential for the inactivation of mutagenic catechols. Complete inhibition of its enzyme activity results in the induction of gene mutations by 4-HO-E2 in V79 wildtype cells without CYP activity and also by E2 in cells expressing hCYP1A1. 
Polymorphisms and food components lowering COMT activity could therefore mediate the potential of E2 and its metabolites to induce gene mutations.
KW  - Mutagenität
KW  - Estradiol
KW  - Catecholmethyltransferase <Catechol-0-Methyltransferase>
KW  - Hypoxanthin-Guanin-Phosphoribosyl-Transferase
KW  - Catecholestrogene
KW  - Genotoxizität
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-91903
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jarzina, Sebastian Oskar
T1  - Assessment of systemic toxicity in vitro using the Adverse Outcome Pathway (AOP) concept: nephrotoxicity due to receptor-mediated endocytosis and lysosomal overload and inhibition of mtDNA polymerase-ɣ   as case studies
T1  - Bewertung der systemischen Toxizität in vitro unter Verwendung des Adverse Outcome Pathway (AOP)-Konzepts: Nephrotoxizität infolge rezeptorvermittelter Endozytose und lysosomaler Überlastung sowie Hemmung der mtDNA-Polymerase-ɣ als Fallstudien
N2  - The US National Research Council (NRC) report "Toxicity Testing in the 21st Century: A Vision and a strategy (Tox21)", published in 2007, calls for a complete paradigm shift in tox-icity testing. A central aspect of the proposed strategy includes the transition from apical end-points in in vivo studies to more mechanistically based in vitro tests. To support and facilitate the transition and paradigm shift in toxicity testing, the Adverse Outcome Pathway (AOP) concept is widely recognized as a pragmatic tool. As case studies, the AOP concept was ap-plied in this work to develop AOPs for proximal tubule injuries initiated by Receptor-mediated endocytosis and lysosomal overload and Inhibition of mtDNA polymerase-. These AOPs were used as a mechanistic basis for the development of in vitro assays for each key event (KE). To experimentally support the developed in vitro assays, proximal tubule cells from rat (NRK-52E) and human (RPTEC/TERT1) were treated with model compounds. To measure the dis-turbance of lysosomal function in the AOP – Receptor-mediated endocytosis and lysosomal overload, polymyxin antibiotics (polymyxin B, colistin, polymyxin B nonapeptide) were used as model compounds. Altered expression of lysosomal associated membrane protein 1/2 (LAMP-1/2) (KE1) and cathepsin D release from lysosomes (KE2) were determined by im-munofluorescence, while cytotoxicity (KE3) was measured using the CellTiter-Glo® cell via-bility assay. Importantly, significant differences in polymyxin uptake and susceptibility be-tween cell lines were observed, underlining the importance of in vitro biokinetics to determine an appropriate in vitro point of departure (PoD) for risk assessment. Compared to the in vivo situation, distinct expression of relevant transporters such as megalin and cubilin on mRNA and protein level in the used cell lines (RPTEC/TERT1 and NRK-52E) could not be con-firmed, making integration of quantitative in vitro to in vivo extrapolations (QIVIVE) neces-sary. Integration of QIVIVE by project partners of the University of Utrecht showed an im-provement in the modelled biokinetic data for polymyxin B. To assess the first key event, (KE1) Depletion of mitochondrial DNA, in the AOP – Inhibition of mtDNA polymerase-, a RT-qPCR method was used to determine the mtDNA copy number in cells treated with mod-el compounds (adefovir, cidofovir, tenofovir, adefovir dipivoxil, tenofovir disoproxil fumarate). Mitochondrial toxicity (KE2) was measured by project partners using the high-content imaging technique and MitoTracker® whereas cytotoxicity (KE3) was determined by CellTiter-Glo® cell viability assay. In contrast to the mechanistic hypothesis underlying the AOP – Inhibition of mtDNA polymerase-, treatment with model compounds for 24 h resulted in an increase rather than a decrease in mtDNA copy number (KE1). Only minor effects on mitochondrial toxicity (KE2) and cytotoxicity (KE3) were observed. Treatment of RPT-EC/TERT1 cells for 14 days showed only a slight decrease in mtDNA copy number after treatment with adefovir dipivoxil and tenofovir disoproxil fumarate, underscoring some of the limitations of short-term in vitro systems. To obtain a first estimation for risk assessment based on in vitro data, potential points of departure (PoD) for each KE were calculated from the obtained in vitro data. The most common PoDs were calculated such as the effect concentra-tion at which 10 % or 20_% effect was measured (EC10, EC20), the highest no observed effect concentration (NOEC), the lowest observed effect concentration (LOEC), the benchmark 10 % (lower / upper) concentrations (BMC10, BMCL10, BMCU10) and a modelled non-toxic con-centration (NtC). These PoDs were then compared with serum and tissue concentrations de-termined from in vivo studies after treatment with therapeutic / supratherapeutic doses of the respective drugs in order to obtain a first estimate of risk based on in vitro data. In addition, AOPs were used to test whether the quantitative key event relationships between key events allow prediction of downstream effects and effects on the adverse outcome (AO) based on measurements of an early key event. Predictions of cytotoxicity from the mathematical rela-tionships showed good concordance with measured cytotoxicity after treatment with colistin and polymyxin b nonapeptide. The work also revealed uncertainties and limitations of the ap-plied strategy, which have a significant impact on the prediction and on a risk assessment based on in vitro results.
N2  - Der Bericht des US National Research Council (NRC) „Toxicity Testing in the 21st Century: A Vision and a strategy (Tox21)“, der 2007 veröffentlicht wurde, sieht einen vollständigen Paradigmenwechsel in der Toxizitätsprüfung vor. Ein zentraler Aspekt des Berichts beinhaltet den Übergang von apikal ermittelten Endpunkten für Toxizität in in vivo Studien, zu mehr mechanistisch basierten in vitro Tests. Um den Übergang zu erleichtern und den Paradigmen-wechsel in der Prüfung auf Toxizität zu unterstützen, wird das Adverse Outcome Pathway (AOP) Konzept als pragmatisches Instrument weithin anerkannt. In dieser Arbeit wurde das AOP Konzept angewandt, um neue Ansätze zur Prüfung auf systemische Toxizität zu unter-suchen. Dazu wurden AOPs für proximale Tubulusschäden, die durch lysosomale Überladung und Inhibition der mtDNA Polymerase- initiiert werden, entwickelt. Diese AOPs wurden als mechanistische Grundlage für die Entwicklung von mechanistisch relevanten in vitro Tests für jedes Schlüsselereignis (KE) verwendet. Um die entwickelten in vitro Tests experimentell zu unterstützen, wurden proximale Tubuluszellen aus der Ratte (NRK-52E) und aus dem Men-schen (RPTEC/TERT1) mit Hilfe von Modellsubstanzen behandelt. Zur Messung der Störung der lysosomalen Funktion im AOP – Rezeptor-vermittelte Endozytose und lysosomale Überla-dung wurden Polymyxin-Antibiotika (Polymyxin B, Colistin, Polymyxin B Nonapeptid) als Modellsubstanzen verwendet. Die gestörte Expression des lysosomal assoziierten Membran-proteins 1/2 (LAMP 1/2) (KE1) und die Cathepsin D Freisetzung (KE2) wurden mittels Im-munofluoreszenztechnik bestimmt und die Zytotoxizität (KE3) mittels CellTiter-Glo® Zellvia-bilitätstest gemessen. Zwischen den Zelllinien wurden signifikante Unterschiede in der Auf-nahme von Polymyxinen und der Empfindlichkeit beobachtet, was die Bedeutung der in vitro Biokinetik zur Definition eines geeigneten Ausgangspunktes für die Risikobewertung unter-streicht. 
Im Vergleich zur in vivo Situation, konnte eine eindeutige Expression von relevanten Trans-portern wie Megalin und Cubilin auf mRNA und Proteinebene in den verwendeten Zelllinien (RPTEC/TERT1 und NRK-52E) nicht gezeigt werden, was eine zusätzliche Integration von quantitativen in vitro zu in vivo Extrapolationen (QIVIVE) unabdingbar macht. Die Integrati-on von QIVIVE durch Projektpartner der Universität Utrecht zeigte eine Verbesserung der modellierten biokinetischen Werte für Polymyxin B. Zur Bestimmung des ersten Schlüsseler-eignisse, (KE1) Depletion von mitochondrialer DNA, im AOP – Hemmung der mitochondria-len DNA Polymerase-, wurde nach Behandlung mit Modellsubstanzen (Adefovir, Cidofovir, Tenofovir, Adefovirdipivoxil, Tenofovirdisoproxil Fumarat) eine RT-qPCR Methode verwen-det, um die mtDNA Kopienzahl zu bestimmen. Die mitochondriale Toxizität (KE2) wurde mittels eines hochauflösenden Bildgebungsverfahrens und MitoTracker® vom Projektpartner des Fraunhofer Institut in Hamburg gemessen, während die Zytotoxizität (KE3) mittels Cel-lTiter-Glo® Zellviabilitätstest ermittelt wurde. Entgegen der mechanistischen Hypothese des AOPs – Hemmung der mitochondrialen DNA Polymerase-, führte eine 24 h Behandlung mit den Modellsubstanzen eher zu einer Erhöhung als zu einer Verringerung der mtDNA-Kopienzahl (KE1). Auch wurden nur geringe Auswirkungen auf die mitochondriale Toxizität (KE2) und Zytotoxizität (KE3) beobachtet. Die Behandlung von RPTEC/TERT1 Zellen über einen Zeitraum von 14 Tagen zeigte eine leichte Abnahme der mtDNA Kopienzahl nach Be-handlung mit Adefovirdipivoxil und Tenofovirdisoproxil Fumarat, was den Bedarf an zeit-aufgelösten Daten und Einschränkungen von kurzfristigen in vitro Systemen unterstreicht. Um eine erste Einschätzung für die Risikobewertung basierend auf in vitro Daten zu erhalten, wurden aus den erhaltenen in vitro Daten für jedes KE mögliche Ausgangspunkte (Points of Departure (PoD)) berechnet. Dazu wurden gängige in vitro PoDs berechnet, wie die Effekt-konzentration, bei der 10 % bzw. 20 % Effekt gemessen wurden (EC10, EC20), die höchste Konzentration ohne Wirkung (no observed effect Konzentration (NOEC)), die niedrigste Konzentration mit beobachteter Wirkung (lowest observed effect Konzentration (LOEC)), die Benchmark 10 % (unterer / obere) Konzentrationen (BMC10, BMCL10, BMCU10) und eine modellierte nicht-toxische Konzentration (NtC). Diese wurden dann mit Serum- bzw. Ge-webskonzentrationen aus in vivo Studien verglichen, die nach Gabe therapeutischer / suprathe-rapeutischer Dosen gemessen wurden. Zusätzlich wurde überprüft, ob es mit Hilfe von quanti-tativen Beziehungen zwischen Schlüsselereignissen möglich ist, basierend auf der Bestimmung früher Schlüsselereignisse nachfolgende Effekte vorherzusagen. Diese Untersuchungen zeig-ten eine gute Korrelation der aus den mathematischen Beziehungen modellierten Daten mit den tatsächlich gemessenen Werten der Zytotoxizität der Modellsubstanzen Colistin und Po-lymyxin B-Nonapeptid. Im Rahmen der Arbeit wurden auch Unsicherheiten und Limitationen der Strategie deutlich, die maßgebliche Auswirkungen auf die Vorhersage und auf die Risiko-bewertung basierend auf in vitro Resultaten haben.
KW  - Adverse outcome pathway (AOP)
KW  - Nephrotoxicity
KW  - In vitro testing
KW  - QIVIVE
KW  - Risk Assessment
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-264842
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schott, Lea Marie
T1  - In vitro Untersuchung zur Genotoxizität ausgewählter Pyrrolizidinalkaloide
T1  - Assessment of in vitro genotoxicity of selected pyrrolizidine alkaloids
N2  - Pyrrolizidinalkaloide (PA) sind sekundäre Pflanzenstoffe, welche über Nahrungsmittel in den menschlichen Organismus gelangen können. Zahlreiche Studien belegen, dass PA in der Leber verstoffwechselt und dabei in aktive genotoxische Metabolite umgewandelt werden. Diese verursachen vor allem in der Leber zelluläre Schäden, was sich klinisch in Form einer hepatischen venösen okklusiven Leberkrankheit, aber auch in der Entstehung von Tumoren zeigt. Die vorliegende Arbeit testet das genotoxische Potential der drei PA Lasiocarpin, Senecionin und Seneciphyllin anhand der Leberzelllinie Huh6 mit Hilfe des Mikrokerntests. Darüber hinaus wird die Wirkung von Lasiocarpin auf den intrazellulären Glutathion-Gehalt, die Superoxidproduktion und das mitochondriale Membranpotential analysiert. Zudem werden sowohl der eventuell negative Einfluss einer Glutathion Depletion, als auch die möglicherweise schützenden Effekte des pflanzlichen Antioxidans Delphinidin in Bezug auf die Genotoxizität von Lasiocarpin untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass alle drei ausgewählten PA einen signifikanten Anstieg der Mikrokernfrequenz bewirken.Unsere Messungen zeigten für Lasiocarpin eine dezente Reduktion des Glutathion Gehalts. Dagegen führte eine Glutathion-Depletion in den Huh6 Zellen zu keiner Steigerung der Genotoxizität von Lasiocarpin. In Kombination mit dem Antioxidans Delphinidin zeigte sich für Lasiocarpin eine signifikante Reduktion der Mikrokernfrequenz. Abschließend ist anzumerken, dass in Zukunft vor allem die Wechselwirkung der PA untereinander und mit anderen (Pflanzen-)bestandteilen für eine verbesserte Risikoabschätzung der PA-Exposition untersucht werden sollte.
N2  - Pyrrolizidine alkaloids (PA) are secondary plant metabolites that can enter the human organism via food. Numerous studies showed that PA are metabolized in the liver and converted into active genotoxic metabolites. This causes cellular damage, particularly in the liver, which is clinically manifested in the "veno-occlusive-disease". It can also induce the development of tumors. This dissertation investigates the genotoxic potential of the three PA lasiocarpine, senecionine and seneciphylline in the liver cell line Huh6 using the micronucleus test. Furthermore, the effect of lasiocarpine on intracellular glutathione content, superoxide production and mitochondrial membrane potential are analyzed. In addition, the possible negative influence of glutathione depletion as well as the possible protective effects of the plant antioxidant delphinidin on the genotoxicity of lasiocarpine are investigated. It could be shown that all three selected PA cause a significant increase of the micronucleus frequency. Our measurements showed a small reduction of the glutathione content by treatment with lasiocarpine. In contrast, glutathione depletion in Huh6 cells did not lead to an increase in genotoxicity of lasiocarpine. In combination with the antioxidant delphinidin, micronucleus induction by lasiocarpine was reduced. In conclusion, it should be noted, that in the future, the interaction of different PA with each other, but also with other (plant-)components, should be investigated for an improved risk assessment of PA exposure.
KW  - Pyrrolizidinalkaloide
KW  - Lasiocarpin
KW  - Senecionin
KW  - Seneciphyllin
KW  - Huh6
KW  - Genotoxizität
KW  - lasiocarpine
KW  - senecionine
KW  - seneciphylline
KW  - huh6
KW  - genotoxicity
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-241716
ER  - 
TY  - THES
A1  - Calderón Giraldo, Jeniffer
T1  - Analysis of estrogen profiles including methoxyestrogen glucuronides: method validation and applicability to human plasma and breast tissue
T1  - Analyse von Estrogenprofilen einschließlich Methoxyestrogenglucuroniden: Methodenvalidierung und Anwendbarkeit auf menschliches Plasma und Brustgewebe
N2  - Estrogens, namely 17β-estradiol (E2) and estrone (E1) are considered to play an important role in the initiation and promotion of breast cancer (summarized in Raftogianis et al., 2000), a malignancy responsible for around 500,000 deaths per year (summarized in Ghislain et al., 2016). Two major mechanisms have been postulated to explain the carcinogenic effects of estrogens: (1) the estrogen receptor-mediated stimulation of breast cell proliferation with a concomitant enhanced rate of mutations and (2) the metabolism of hydroxylated estrogens to quinone derivatives which can react with the DNA (Russo and Russo, 2006, summarized in Yager and Davidson, 2006). Nevertheless, as a detoxifying mechanism, E1, E2, and their hydroxylated and methoxylated metabolites are reversibly conjugated into sulfates and glucuronides devoid of biological activity (summarized in Guillemette et al., 2004). Yet, despite the key detoxifying function of these conjugates, the study of their circulating levels face some significant problems: (1) analysis by techniques such as radioimmunoassay lack specificity and accuracy and requires enzymatic/chemical hydrolysis before analysis, being unable to differentiate between sulfates and glucuronides (summarized in Stanczyk et al., 2007, summarized in Wang et al., 2016), (2) very little knowledge in healthy women, which has been identified as a barrier to advance in breast cancer research (summarized in Liu, 2000), and (3) far fewer studies in pre- than in postmenopausal women (summarized in Samavat and Kurzer, 2015). Therefore, to get more insights into the research of breast cancer etiology and prevention, the analysis of circulating levels of estrogens (including metabolites and conjugates) in women without breast cancer through reliable analytical techniques, is required.
N2  - Estrogene spielen eine zentralle Rolle bei der Entstehung von Brustkrebs. Jedoch haben nicht alle Estrogenmetabolite die gleiche Wirkung. Deshalb ist das Wissen über das Profil der zikulierenden Estrogene bei gesunden Frauen von entscheidender Bedeutung. Die meisten Methoden zur Analyse von Estrogenen zielen jedoch entweder nicht auf konjugierte Estrogene ab oder erfassen nur die Summe der jeweiligen freien und konjugierten Form. Gegenstand der vorliegenden Arbeit war demzufolge, die Möglichkeit der Einbeziehung von Methoxyestrogenglucuroniden in eine bestehende Methode zur Analyse von Estrogenen zu evaluieren und somit die Analyse von Estrogenprofilen im menschlichen Plasma und im Brustgewebe von Frauen ohne Brustkrebs zu ergänzen. ...
KW  - Estrogens
KW  - profiles
KW  - human plasma
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-209396
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mahdiani, Maryam
T1  - Quantitative analysis of fatty acids, cholesterol and oxidation products thereof in human breast adipose tissues
T1  - Die quantitative Analyse von Fettsäuren, Cholesterin und deren Oxidationsprodukte in menschlichem Brustfettgewebe
N2  - The aim of the present work was to determine the breast adipose tissue composition regarding fatty acids, cholesterol and (aut)oxidation products of cholesterol in women without breast cancer and to identify associated variables. Thus the necessary methods were optimized and validated where required and the breast adipose tissues of women without breast cancer were collected and analyzed.
The gas chromatography with flame ionization detection was optimized for detection and separation of 37 relevant fatty acids. Fifty breast adipose tissues were analyzed using the optimized method. 26 fatty acids were detected in breast adipose tissues. The median proportion of saturated (sum of 11 fatty acids), monounsaturated (sum of 5 fatty acids), polyunsaturated (sum of 9 fatty acids) and one trans fatty acid were 34.6%, 53.2%, 12.1% and 0.3% respectively. Moreover, absolute levels of pentadecanoic acid (median: 0.37 mg/g, range: 0.08 - 1.31 mg/g), elaidic acid (median: 0.50 mg/g, range: 0.09 - 1.92 mg/g), linolenic acid (median: 0.88 mg/g, range: 0.10 - 3.06 mg/g) and docosahexaenoic acid (median: 0.31 mg/g, range: 0.04 - 1.80 mg/g) were determined in breast adipose tissues for the first time. These four fatty acids are indicative for consumption of dairy products, processed fats, vegetable oils such as flax seed oil and fish respectively.
Furthermore, for the investigation of cholesterol in breast adipose tissues a gas chromatography was optimized and validated. The accuracies of the method in three independent spiked samples with low, medium and high levels of cholesterol were 99.1 ± 10.1%, 87.0 ± 11.2%, and 103.4 ± 4.6% with precisions of 2.1, 2.1, and 0.8% respectively. Using external calibration with internal standard cholesterol was quantified in samples (median: 1.1 mg/g, range: 0.7 - 1.5 mg/g). 
In order to detect (aut)oxidation products of cholesterol, gas chromatography coupled triple quadrupole mass spectrometry was optimized and validated. The accuracy was between 81.6% and 115.7% and precisions for low, medium and high oxy-cholesterols levels were below 10.0%. The quantitative determination of (aut)oxidation products of cholesterol was established using external calibration with an internal standard. The most abundant oxy-cholesterol was 5,6β-Epoxy- (median: 147.2 ng/g, range: 25.7 – 624.2 ng/g), followed by 5,6α-Epoxy- (median: 34.6 ng/g, range: 9.9 – 124.7 ng/g), 7-Keto- (median: 19.1 ng/g, range: 7.9 – 220.6 ng/g), 7α-Hydroxy- (median: 10.2 ng/g, range: 3.8 – 111.3 ng/g) and 7β-Hydroxy-Cholesterol (median: 3.5 ng/g, range: 1.0 – 45.6 ng/g) respectively. Median oxy-cholesterol/cholesterol ratios ranged from 0.0001 (5,6β-Epoxy-Cholesterol) to 0.000003 (7β-Hydroxy-Cholesterol).
Finally the associations between fatty acids, cholesterol and oxy-cholesterol were investigated using Spearman’s rank correlation. Absolute levels of elaidic acid were positively correlated with levels of linolenic and docosahexaenoic acid (R = 0.79, 0.68, p < 0.01). Absolute levels of linolenic acid were positively associated with levels of docosahexaenoic acid (R = 0.81, p < 0.01). Moreover, relative proportions of saturated fatty acids capric, myristic, palmitic and stearic acid were negatively correlated with oleic acid (R = -0.36, -0.71, -0.65, -0.39, p < 0.05). Tissue levels of cholesterol were not correlated with levels of 5,6α/β-Epoxy-Cholesterols but were negatively associated with that of 7α-Hydroxy-, 7β-Hydroxy- and 7-Keto-Cholesterol (R = -0.29, -0.32, -0.29 p = 0.04, 0.02, 0.04). Levels of 7-Keto- and 7-Hydoxy-Cholesterol were strongly correlated with each other (R = 0.81, 0.91, p < 0.01) and, weaker, with 5,6α/β-Epoxy-Cholesterols (R = 0.60-0.70, p < 0.01). 5,6α/β-Epoxy-Cholesterols were associated positively with each other (R = 0.90, P < 0.01). Total oxy-cholesterol, 7β-Hydroxy-Cholesterol, and 5,6β-Epoxy-Cholesterol levels were correlated with relative proportions of elaidic acid (R = 0.30, 0.30, and 0.31 respectively, p = 0.04, 0.03, 0.03, respectively), whereas no correlation was observed between levels of oxy-cholesterols and relative proportion of pentadecanoic acid, linolenic acid and docosahexaenoic acid.
Furthermore, Spearman’s rank correlation was performed to investigate the relationship of fatty acids, cholesterol and oxy-cholesterol with age and body mass index. The relative proportions of total saturated fatty acids were negatively correlated with age (R = -0.47, p < 0.01) and body mass index (R = -0.29, p = 0.05). A positive significant correlation was observed between proportions of oleic acid and body mass index (R = 0.32, p = 0.02). There was no correlation between levels of cholesterol and body mass index or age. Likewise, no correlations of oxy-cholesterol levels with age or body mass index were observed. 
In sum, in this work the quantification methods of cholesterol and oxy-cholesterol were validated. The validation data met the criteria according to the FDA guideline. Using the validated methods the absolute levels of cholesterol and oxy-cholesterols were determined in breast adipose tissue of human females for the first time.
N2  - Brust-Fettgewebe ist in der Entwicklung und Funktion der weiblichen Brust durch komplexe Interaktionen mit Stroma beteiligt. Allerdings gibt es nur wenige Informationen über die quantitative Lipid-Zusammensetzung in Brust-Fettgewebe in Hinblick auf Substanzen wie Fettsäuren, Cholesterin und (Aut)Oxidationsprodukt von Cholesterin. Fettsäuren spielen eine wichtige Rolle in der menschlichen Gesundheit. Einige Studien deuten darauf hin, dass spezifische Arten von ungesättigten Fettsäuren (wie Omega-6-Fettsäuren) an der Tumorentstehung beteiligt sein können und im Gegensatz dazu können Omega-3-Fettsäuren präventive Wirkungen haben. Weiterhin können (Aut)Oxidationsprodukte von Cholesterin wie 7α-Hydroxy-Cholesterin, 7β-Hydroxy-Cholesterin, 7-Keto-Cholesterin, 5,6α-Epoxy-Cholesterin und 5,6β-Epoxy-Cholesterin Entzündungsprozesse beeinflussen. Darüber hinaus gibt es in Brust-Fettgewebe von Frauen ohne Brustkrebs wenig Informationen über das Profil von Fettsäuren, und der absolute Gehalt an Fettsäuren, das charakteristisch beeinflusst werden durch den Verzehr von bestimmten Lebensmitteln, wie Milchprodukten (Pentadecansäure), künstlich modifizierten Fetten (Elaidinsäure), Pflanzenölen wie Leinsamenöl (Linolensäure) und Fisch (Docosahexaensäure), noch nicht bestimmt wurden. Außerdem wurden quantitative Profile von Oxy-Cholesterinen und Cholesterin in Brust-Fettgewebe noch nicht bestimmt. Weiterhin ist nicht bekannt, ob Fettsäuren, Oxy-Cholesterinen und Cholesterin zum einen miteinander und zum anderen mit physiologischen Parametern wie dem Alter oder dem Body-Mass-Index assoziiert sind. Daher war das Ziel der vorliegenden Arbeit, das Brust-Fettgewebe von Frauen ohne Brustkrebs, die sich aus rein Kosmetischen Gründen einer Brustverkleinerung (Reduktions-Mammaplastik) unterzogen haben, zu sammeln um die Zusammensetzung in Bezug auf Fettsäuren, Cholesterin und (Aut)Oxidationsprodukte von Cholesterin zu untersuchen und hierzu entsprechende Methoden zu optimieren und validieren. Anschließend sollte mit geeigneten statistischen Methoden geprüft werden, ob ein Zusammenhang zwischen Fettsäuren, Cholesterin und Oxy-Cholesterinen untereinander und mit physiologischen Faktoren wie dem Alter und dem Body-Mass-Index besteht. 
Für den Nachweis und die Trennung von 37 relevanten Fettsäuren wurde eine Methode mit gaschromatographischer Trennung und Flammenionisationsdetektion optimiert. Mit dieser optimierten Methode wurden 50 Brust-Fettgewebe analysiert. Der mittlere Fettsäureanteil (Median) von gesättigten (insgesamt 11 Fettsäuren), einfach ungesättigten (insgesamt 5 Fettsäuren), mehrfach ungesättigten Fettsäuren (insgesamt 9 Fettsäuren) und einer trans-Fettsäure lag bei 34,6%, 53,2%, 12,1% und 0,3%. Darüber hinaus wurde zum ersten Mal der absolute Gehalt von Pentadecansäure (Median: 0,37 mg/g, Bereich: 0,08 - 1,31 mg/g), Elaidinsäure (Median: 0,50 mg/g, Bereich: 0,09 - 1,92 mg/g), Linolensäure (Median: 0,88 mg/g, Bereich: 0,10 - 3,06 mg/g) und Docosahexaensäure (Median: 0,31 mg/g, Bereich: 0,04 - 1,81 mg/g) in Brust-Fettgeweben bestimmt. Pentadecansäure, Elaidinsäure, Linolensäure and Docosahexaensäure sind bezeichnend für den Verzehr von Milchprodukten, Künstlich modifizierte Fette, Pflanzenöle wie Leinsamenöl und Fische.
Weiterhin wurde nach gaschromatographischer Trennung mit anschließender Flammenionisationsdetektion der absolute Gehalt an Cholesterin in Brust-Fettgewebe von Frauen bestimmt. Die gaschromatographische Trennung wurde optimiert und die Methode validiert. Die Richtigkeit der Bestimmung wurde in drei unabhängigen Proben für einen niedrigen, mittleren und hohen Cholesteringehalt bestimmt und lag bei 99,1 ± 10,1%, 87,0 ± 11,2% und 103,4 ± 4,6% mit der Präzision von 2,1, 2,1 bzw. 0,8%. Der absolute Gehalt an Cholesterin, der mit externer Kalibrierung mittels eines internen Standards bestimmt wurde, lag zwischen 0,7 und 1,5 mg/g (Median: 1,1 mg/g).
Zur Erfassung von Oxy-Cholesterinen in den Brustfettgeweben wurde eine gaschromatographische Trennung mit anschließender Detektion mittels eines Triple-Quadrupol-Massenspektrometers im Multiple Reaction Monitoring Modus optimiert und validiert. Die Richtigkeiten der Bestimmung lagen zwischen 81,6% und 115,7% und die Präzision lagen unter 10,0%. Die quantitative Bestimmung von (Aut)Oxidationsprodukten von Cholesterin wurde mittels externer Kalibrierung mit internem Standard durchgeführt. Das am häufigsten vorkommende Oxy-Cholesterin war 5,6β-Epoxy (Median: 147,2 ng/g, Bereich: 25,7 – 624,2 ng/g), gefolgt von 5,6α-Epoxy (Median: 34,6 ng/g, Bereich: 9,9 – 124,7 ng/g), 7-Keto (Median: 19,1 ng/g, Bereich: 7,9 – 220,6 ng/g), 7α-Hydroxy (Median: 10,2 ng/g, Bereich: 3,8 – 111,3 ng/g) und 7β-Hydroxy (Median: 3,5 ng/g, Bereich: 1,0 – 45,6 ng/g). Der Median des Oxy-Cholesterin/Cholesterin-Verhältnisses reichte von 0,0001 (5,6β-Epoxy-Cholesterin) bis 0,000003 (7β-Hydroxy-Cholesterin).
Schließlich wurden die Korrelation zwischen Fettsäuren, Cholesterin und Oxy-Cholesterinen mithilfe der Spearman-Korrelation untersucht. Die absolute Gehalte an Elaidinsäure korrelierte positiv mit den Gehalten an Linolensäure und Docosahexaensäure (R = 0,79, 0,68, p < 0,01). Die Gehalte an Linolensäure waren positiv mit denen von Docosahexaensäure assoziiert (R = 0,81, p < 0,01). Darüber hinaus korrelierten die relative Anteile an gesättigten Fettsäuren Caprin-, Myristin-, Palmitin- und Stearinsäure negativ mit denen von Ölsäure (R = -0,36, -0,71, -0,65, -0,39, p < 0,05). Die Gehalte an Cholesterin korrelierten nicht mit denen von 5,6α/β-Epoxy-Cholesterin und waren negativ assoziiert mit denen von 7α-Hydroxy-, 7β-Hydroxy- und 7-Keto-Cholesterin (R = -0,29, -0,32, -0,29, p = 0,04, 0,02, 0,04). Die Gehalte von 7-Keto- und 7-Hydoxy-Cholesterin korrelierten stark miteinander (R = 0,81, 0,91, p < 0,01) und eine schwächere Korrelation mit denen von 5,6α/β-Epoxy-Cholesterin (R = 0,60-0,70, p < 0,01) wurde beobachtet. 5,6α/β-Epoxy-Cholesterin waren positiv miteinander assoziiert (R = 0,90, P < 0,01). Der Gesamt-Oxy-Cholesteringehalt, 7β-Hydroxy-Cholesterin und 5,6β-Epoxy-Cholesterin korrelierten mit dem relativen Fettsäureanteil von Elaidinsäure (R = 0,30, 0,30 bzw. 0,31 p = 0,04, 0,03, 0,03). Dagegen wurde keine Korrelation zwischen den Gehalten von Oxy-cholesterinen und dem Anteil an Pentadecansäure, Linolensäure und Docosahexaensäure beobachtet.
Darüber hinaus wurde die Spearman-Korrelation durchgeführt, um einen möglichen Zusammenhang von Fettsäuren, Cholesterin und Oxy-Cholesterinen mit dem Alter und dem Body-Mass-Index zu untersuchen. Die Fettsäureanteile der gesättigten Fettsäuren korrelierten negativ mit dem Alter (R = -0,47, p < 0,01) und dem Body-Mass-Index (R = -0,29, p = 0,05). Es wurde eine signifikant positive Korrelation zwischen dem Anteil an Ölsäure und dem Body-Mass-Index (R = 0,32, p = 0,02) beobachtet. Es gab keine Korrelation zwischen den Gehalten von Cholesterin und dem Body-Mass-Index oder dem Alter. Ebenso wurden keine Korrelationen von Oxy-Cholesterinen mit dem Alter oder Body-Mass-Index beobachtet.
Zusammengefasst wurden die Quantifizierungsmethoden für Cholesterin und Oxy-Cholesterine validiert. Die Validierungsdaten entsprechen den Kriterien nach der FDA-Richtlinie. Mit den validierten Methoden wurden die absoluten Werte von Cholesterin und Oxy-Cholesterinen erstmals in Brust-Fettgewebe von Frauen bestimmt.
KW  - Lebensmittelchemie
KW  - cholesterol and oxy-cholesterol
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-156102
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jaud, Tobias Armin
T1  - Application based personalized food choices and health sustainment: scientific background and investigation of biomarkers in human tissue specimens
T1  - Gesundheitserhaltende Ernährung: Wissenschaftlicher Hintergrund einer App zur personalisierten Lebensmittelauswahl und Identifizierung von Biomarkern für die Ernährungsweise in Humangewebe
N2  - Dietary fatty acids serve as objective biomarkers for the estimation of habitual diet mainly because biomarkers are free of memory bias or inaccuracies of food databases. The aim of the present work encompassed the implementation of a gas chromatographical method coupled with a mass spectrometrical and flame-ionization detector for analysis of fatty acid biomarkers in human biospecimens, their analytical determination and statistical evaluation in two different study populations and different biospecimens as well as the elaboration of adverse reactions to food ingredients with special focus on food allergies and food intolerances in the context of a possible implementation into an application for consumer health. The first aim was the identification of potential influence of fatty acid biomarkers on desaturase and elongase indexes (Δ9DI, Δ6DI, Δ5DI and ELOVLI5), which are factors in type 2 diabetes risk, in breast adipose tissue from healthy women. Influence of further variables on respective indexes was also investigated. 40 samples were investigated and potential variables were either collected by questionnaire or determined. Principle component analysis was applied for fatty acid biomarkers (PCdiet1, PCdiet2 and PCdiet3 representative for the dietary intake of vegetable oils/nuts, fish and partially hydrogenated vegetable oils), endogenous estrogens (PCE1) and oxysterols (PCOxy1). Multiple linear regression models were applied. Δ9DI and Δ6DI were influenced non-significantly and significantly negatively by PCdiet2 supporting a putative beneficial effect of vegetable oils and nuts on type 2 diabetes risk factors. ELOVLI5 and Δ5DI were influenced significantly and non-significantly positively by PCdiet1 supporting a putative beneficial effect of fish consumption on type 2 diabetes risk factors. On the other hand, PCdiet1 also significantly and non-significantly positively influenced Δ9DI and Δ6DI supporting a putative adverse effect of fish biomarkers on type 2 diabetes risk factors. The opposing influences of PCdiet1 suggesting an ambivalent role of dietary intake of fish on investigated indexes. Δ6DI was significantly positively influenced by PCdiet3 and number of pregnancies supporting a putative adverse effect of partially hydrogenated vegetable oils and pregnancies on type 2 diabetes risk factors. Lifestyle factors like smoking significantly and non-significantly influenced Δ9DI and Δ6DI putatively adversely. Δ5DI was influenced significantly positively by estrogen active drugs suggesting a putative beneficial effect on type 2 diabetes risk factors. It must be considered that a variation coefficient of up to 0.44 only explained 44% of variance of the respective indexes, suggesting other influencing factors might play a role. The second aim was the implementation of a gas chromatographical method coupled with a mass spectrometrical and flame-ionization detector for analysis of fatty acid biomarkers in human biospecimens. The method was optimized for separation and detection of 40 fatty acids. Mean recovery for tridecanoic acid was x(tridecanoic acid) = 90.51% and for nonadecanoic acid x(nonadecanoic acid) = 96.21%. Thus, there was no significant loss of fatty acids with shorter and longer carbon chains over the extraction process to be expected. Limit of detections were calculated in adipose tissue samples and ranged from 0.007 to 0.077% of the proportion of the respective fatty acid to total fatty acids. The third aim was the investigation if differentiation between breast glandular and adipose tissue had a relevant impact on the analysis of dietary fatty acid biomarkers or if contamination of breast glandular with breast adipose tissue and vice versa was neglectable for the analysis of dietary fatty acid biomarkers. No statistical significant differences were observed for all investigated fatty acid biomarkers (pentadecanoic-, heptadecanoic-, trans palmitoleic-, eicosapentaenoic-, docosahexaenoic-, linoleic and α-linolenic acid) between breast glandular and adipose tissue. Thus, differentiation between breast glandular and adipose tissue seems not to be necessary for the analysis of fatty acids serving as biomarkers for the intake of specific food groups. Potential influence of mixed breast tissue on fatty acid biomarkers analysis seems to be neglectable. The fourth aim was the determination of fatty acid biomarkers in adipose tissue in another study population from healthy participants. 27 adipose tissue samples were analyzed. Milk and ruminant fat biomarkers exhibited proportions of 0.47% for pentadecanoic acid, 0.34% for heptadecanoic acid and 0.25% for trans palmitoleic acid. Fish fatty acid biomarkers revealed proportions of 0.034% for eicosapentaenoic acid and 0.061% for docosahexaenoic acid. The mean proportion of vegetable oils and nuts biomarkers were 9.58% for linoleic acid and 0.48% for α-linolenic acid in all adipose tissues. Principle component analysis was applied for the fatty acid biomarkers to provide objective markers of habitual diet for this study population. PCdiet1 was mainly characterized by pentadecanoic acid, heptadecanoic acid and trans palmitoleic acid and therefore served as a principle component for the dietary intake of milk and ruminant fat. PCdiet2 and PCdiet3 only exhibited pattern for ω3 and ω6 fatty acids but not for dietary intake of specific food groups and could therefore not used as objective marker. PCdiet1, 2 and 3 explained 82.76% of variance. The last aim of this thesis was the elaboration of adverse reactions to food ingredients with special focus on food allergies and food intolerances in the context of a possible implementation into an application for consumer health. Scientific information on adverse reactions to food ingredients and trigger substances was provided in this thesis and possible implementation strategies were evaluated. For food allergens, which have regulatory requirements in the context of labelling, a strategy was elaborated, where it is necessary to provide information on the list of ingredients, the nexus ’contain’ and the respective food allergen as well as information on the name of the product. For food intolerances, which do not have regulatory requirements, limits were shown in the context of the application. If the elaborated food intolerances shall be implemented into the application, a professional dietary concept has to be developed for every food intolerance because of the complexity of the implementation.
N2  - Die vorliegende Arbeit umfasste die Implementierung einer analytischen Methode zur Bestimmung von Fettsäurebiomarkern in unterschiedlichen Bioproben, die analytische Bestimmung und statistische Evaluation von Fettsäurebiomarkern in zwei Studienpopulationen und unterschiedlichen Bioproben sowie die Ausarbeitung und Bereitstellung wissenschaftlicher Information zu adversen Reaktionen von Lebensmittelzutaten mit besonderem Fokus auf Nahrungsmittelallergien sowie Nahrungsmittelunverträglichkeiten im Kontext einer strategischen Implementierung dieser adversen Reaktionen in eine Applikation im Sinne des Verbraucherschutzes. Das erste Ziel war die Identifizierung von potentiellen Einflüssen durch Fettsäurebiomarker der Ernährung auf Desaturase- und Elongase-Indices (Δ9DI, Δ6DI, Δ5DI, ELOVLI5), welche Einflussfaktoren auf das Typ 2 Diabetes Risiko darstellen, in Brustfettgewebe von gesunden Frauen. Der potentielle Einfluss von weiteren Variablen auf Desaturase- und Elongase-Indices wurde ebenfalls untersucht. 40 Proben wurden untersucht und potentielle Variablen sowohl mithilfe eines Fragebogens erhoben als auch analytisch ermittelt. Hauptkomponentenanalysen wurden für Fettsäurebiomarker (PCdiet1, PCdiet2 und PCdiet3 repräsentativ für eine Ernährung reich an pflanzlichen Ölen/Nüssen, Fisch und gehärteten Ölen), endogene Estrogene (PCE1) und Oxysterole (PCOxy1) angewendet. Potentielle Einflussfaktoren wurden mittels multiple linearer Regressionsanalyse ermittelt. Δ9DI und Δ6DI wurden nicht-signifikant und signifikant durch PCdiet2 beeinflusst. Dies unterstützt einen möglicherweise vorteilhaften Effekt von Fettsäurebiomarkern repräsentativ für die Aufnahme von pflanzlichen Ölen und Nüssen auf Typ 2 Diabetes Risikofaktoren. PCdiet1 hatte einen möglicherweise vorteilhaften signifikanten und nicht-signifikanten Einfluss auf ELOVLI5 und Δ5DI. Auf der anderen Seite hatte PCdiet1 einen möglicherweise adversen signifikanten Einfluss auf Δ9DI und Δ6DI, was auf eine ambivalente Rolle von Fettsäurebiomarkern des Fischkonsums hindeutet. Möglicherweise adverse signifikante Einflüsse auf Δ6DI hatten PCdiet3 sowie die Anzahl an Schwangerschaften. Rauchen hatte einen signifikanten und nicht-signifikanten möglicherweise adversen Einfluss auf Δ9DI und Δ6DI. Einen möglicherweise vorteilhaften Einfluss auf ELOVLI5 wurde mit der Einnahme von estrogenaktiven Substanzen beobachtet. Berücksichtigt werden muss allerdings, dass mit einem Variationskoeffizienten von bis zu 0.44 nur 44% der Varianz der entsprechenden Indices erklärt werden konnte und somit weitere Einflussfaktoren eine Rolle spielen könnten. Das zweite Ziel war die Implementierung einer gaschromatographischen Methode für die Trennung und Detektion von 40 Fettsäuren. Die Chromatographie war simultan an einen Massenspektrometer und einen Flammenionisationsdetektor gekoppelt. Recovery Versuche zeigten für die Internen Standards Tridecansäure und Nonadecansäure Wiederfindungs raten von x(Tridecansäure) = 90.51% und x(Nonadecansäure) = 96.21%. Die Nachweisgrenzen der Fettsäuren wurden mit Fettgewebsproben bestimmt und reichten von 0.007 bis 0.077% Anteil der jeweiligen Fettsäuren an der Gesamtfettsäureverteilung. Die Untersuchung der Fragestellung ob die Differenzierung zwischen Brustdrüsen- und Brustfettgewebe einen relevanten Einfluss auf die Analyse von Fettsäurebiomarkern repräsentativ für eine Ernährung reich an Milch, Fisch und pflanzlichen Ölen/Nüssen hat war das dritte Ziel der vorliegenden Arbeit. Es wurde kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den prozentualen Anteilen der Fettsäurebiomarkern (Pentadecan-, Heptadecan-, trans Palmitolein-, Eicosapentaen-, Docosahexaen-, Linol- und α-Linolensäure) in Brustdrüsen und Brustfettgewebe entdeckt. Eine Differenzierung zwischen Brustdrüsen- und Brustfettgewebe scheint daher in Bezug auf die Analyse von Fettsäurebiomarker der Ernährung nicht notwendig zu sein. Der potentielle Einfluss von, mit Brustdrüsen- und Brustfettgewebe, gemischtem Gewebe scheint damit in Bezug auf die Analyse von Fettsäurebiomarkern vernachlässigbar zu sein. Das vierte Ziel der vorliegenden Arbeit war die Bestimmung der Fettsäureverteilung mit besonderem Fokus auf Fettsäurebiomarker für die Ernährung in Fettgewebe in einer anderen Studienpopulation von gesunden Teilnehmerinnen und Teilnehmern. 27 Fettgewebsproben wurde untersucht. Der Anteil an Fettsäurebiomarker für den Konsum von Milch- und Wiederkäuerfette betrug 0.47% für Pentadecansäure, 0.34% für Heptadecansäure und 0.25% für trans Palmitoleinsäure. Fettsäurebiomarker repräsentativ für Fischkonsum hatten Anteile von 0.034% für Eicosapentaensäure und 0.061% für Docosahexaensäure. Für Fettsäurebiomarker repräsentativ für den Konsum von pflanzlichen Fetten und Nüssen wurden Anteile von 9.58% für Linolsäure und 0.48% für α-Linolensäure gefunden. Anschließend wurde eine Hauptkomponentenanalyse der Fettsäurebiomarker für die Ernährung durchgeführt. PCdiet1 wurde hauptsächlich durch Pentadecansäure, Heptadecansäure und trans Palmitoleinsäure charakterisiert. PCdiet1 wurde folglich als Hauptkomponente für den Konsum von Milch- und Wiederkäuerfetten interpretiert. PCdiet2 und PCdiet3 wurden ausschließlich von ω3 und ω6 Fettsäuren charakterisiert. Eine eindeutige Zuordnung zu speziellen Lebensmittelgruppen war nicht möglich. Die Biomarker für den Konsum von Fisch und pflanzlichen Fetten sowie Nüssen können daher nicht durch PCdiet2 und PCdiet3 zusammengefasst werden. PCdiet1, 2 und 3 erklärten 82.76% der Varianz. Das letzte Ziel der vorliegenden Arbeit war die Ausarbeitung von adversen Reaktionen gegenüber Lebensmittelinhaltsstoffen mit speziellem Fokus auf Nahrungsmittelallergien und Nahrungsmittelunverträglichkeiten im Kontext einer möglichen Implementierung in eine Applikation im Sinne des Verbraucherschutzes. Hierfür wurden wissenschaftliche Informationen zu adversen Reaktionen gegenüber Lebensmittelinhaltsstoffen und potentiellen Triggersubstanzen zusammengetragen und mögliche Implementierungsstrategien evaluiert. Für Nahrungsmittelallergene, welche spezielle regulatorische Voraussetzungen im Sinne von Beschriftung und Deklaration besitzen, wurde eine Strategie ausgearbeitet, welche die Notwendigkeit der Informationen von Zutatenliste, der Verknüpfung der Signalwörter ’enthält’ und dem entsprechenden Allergen wie auch den Namen des Produktes beinhaltet. Zutaten und Inhaltsstoffe, die Nahrungsmittelunverträglichkeiten hervorrufen können, haben keine speziellen regulatorischen Voraussetzungen. Limitierungen einer möglichen Implementierung von Nahrungsmittelunverträglichkeiten in die Applikation wurden im Rahmen dieser Arbeit aufgezeigt. Aufgrund der Komplexizität der Implementierung einer jeder einzelnen Nahrungsmittelunverträglichkeit in die Applikation sollte für jede einzelne ausgewählte Unverträglichkeit ein individuelles Konzept entwickelt werden.
KW  - Lebensmittelchemie
KW  - Massenspektrometrie
KW  - Biomarker
KW  - Gaschromatographie
KW  - Masspectrometry
KW  - Biomarker
KW  - Gas chromatography
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-298646
ER  - 
TY  - THES
A1  - Eshun, Guy
T1  - Functional properties and chemical constituents of eight underutilized Ghanaian legumes
T1  - Funktionelle Eigenschaften und chemische Bestandteile von acht wenig genutzten ghanaischen Hülsenfrüchten
N2  - The aim of this study was to determine the potential of some Ghanaian underutilized legumes in helping to reduce the problems of poverty, hunger and malnutrition among the vulnerable group of the Ghanaian population. The study looked into the functional properties, fat and fatty acid distribution, raffinose, sucrose, glucose, fructose, calcium, magnesium, sodium, potassium, iron, copper, manganese, zinc, cyanide and isoflavone contents of raw and processed seed flours of Cajanus cajan, Canavalia ensiformis, Canavalia gladiata, Mucuna pruriens, Parkia biglobosa, Phaseolus lunatus and Vigna subterranea. The parameters mentioned above were also determined for raw fruit flour of Dialium guineense. In addition to these, the study also looked into the crude protein and starch contents of the raw and processed seed flours of Canavalia gladiata, Parkia biglobosa and Vigna subterranea. The obtained results suggest that the legumes may have untapped potential, which may be exploited to help assist in reducing hunger, malnutrition and poverty in Ghana. Results of the functional properties reveal that the legumes may serve useful roles in various food products. For instance, velvet tamarind (Dialium guineense) flour may be useful in infant food formulations because of it high solubility and low bulk density. African Locust bean (Parkia biglobosa) flour had the highest fat content among the studied flours, recording a fat content of approximately 14%. It may therefore be economical to express the oil and use the oil as an edible oil or for industrial applications for products such as soaps, shampoos, paints, etc. This means the properties of the oil of African Locust bean flour need to be studied to know the uses of the oil. Unsaturated fatty acids in the cis configuration formed more than 50% of the fatty acids in all the legumes. This observation coupled with the low sodium content of all the legumes suggest that these legumes may be suitable for consumption to prevent cardiovascular diseases. The daily nutrient needs of individuals can be met by the consumption of the appropriate amounts of these legumes. For example, 375.25 g of processed velvet beans (Mucuna pruriens) flour may be able to meet the adequate intake (AI) of 350 mg/day magnesium for adult males.
N2  - Ziel dieser Studie war es, das Potenzial einiger selten genutzter ghanaischer Hülsenfrüchte zur Verringerung der Probleme von Armut, Hunger, und Unterernährung in der gefährdeten Gruppe der ghanaischen Bevölkerung zu ermitteln. Die Hülsenfruchtproben wurden von Bauern in Ejura in der Gemeinde Ejura-Sekyedumase in der Ashanti-Region in Ghana erhalten. Aus den Hülsenfrüchten wurde ohne und mit vorausgehender Prozessierung Mehle hergestellt, die für die Bestimmung der funktionellen Eigenschaften sowie Rohfettgehalt und Fettsäureprofil, Stärke (3 Leguminosen), Zuckergehalt, Asche und Mineralstoffgehalt, freisetzbares Cyanid, Isoflavon (3 Mehle) und Rohprotein (3 Legumonosen) bestimmt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Hülsenfrüchte möglicherweise bisher ungenutztes Potenzial haben. Die Ergebnisse der funktionellen Eigenschaften zeigen, dass die Hülsenfruchtmehle in verschiedenen Lebensmittelprodukten nützliche Funktionen erfüllen können. Zum Beispiel kann Samttamarindenmehl (Dialium guineense) aufgrund seiner hohen Löslichkeit und geringen Schüttdichte in der Formulierung von Säuglingsnahrung nützlich sein. Afrikanisches Johannisbrotmehl (Parkia biglobosa) wies mit etwa 14% den höchsten Fettgehalt unter den untersuchten Mehlen auf. Es kann daher wirtschaftlich sein, das Öl auszupressen und als Speiseöl oder für industrielle Anwendungen für Produkte wie Seifen, Shampoos, Farben usw. Dies bedeutet, dass die Eigenschaften des Öls von afrikanischen Johannisbrotkernmehl (Parkia biglobosa) untersucht werden müssen, um die Verwendung des Öls zu kennen. Ungesättigte Fettsäuren bilden mehr als 50% der Fettsäuren in allen Hülsenfrüchten. Diese Beobachtung in Verbindung mit dem niedrigen Natriumgehalt aller Hülsenfrüchte legt nahe, dass der Verzehr dieser Hülsenfrüchte Herz-Kreislauf-Erkrankungen vorbeugen könnte. Der tägliche Mineralstoffbedarf des Einzelnen kann durch den Verzehr entsprechender Mengen dieser Hülsenfrüchte gedeckt werden (Beispielsweise können 375,25 g verarbeitetes Samtbohnenmehl in der Lage sein, den angemessene Zufuhr für erwachsene Männer zu decken, während für erwachsene Frauen 321,65 g verarbeitetes Samtbohnenmehl ihren Bedarf an einer angemessenen Zufuhr decken können. Auch der Verzehr von 1,63 - 3,66 g verarbeitetem afrikanischen Johannisbrotkernmehl kann in der Lage sein, die Empfohlene Nahrungsaufnahme von Eisen zu erreichen, die zwischen 8 - 18 mg / Tag liegen). Afrikanisches Johannisbrotmehl (Parkia biglobosa) hatte einen sehr hohen Kalzium- und Magnesiumgehalt und ist möglicherweise sehr gut geignet, um Knochen und den Zähnen Festigkeit zu verleihen und kann aufgrund seines vergleichsweise hohen Eisengehalts sehr gut zur Vorbeugung von Eisenmangel beitragen. Außer Samttamarinde (Dialium guineense) haben alle anderen Hülsenfrüchte einen sehr geringen Zuckergehalt und damit gut für Diabetiker geeignet. Sehr geringe Mengen an Cyanid [von 0 in verarbeitetem Mehl von Straucherbsen (Cajanus cajan), Samtbohnen (Mucuna pruriens) und Afrikanischer Johannisbrotbohne (Parkia biglobosa) bis zu 2,94 mg/100 g in Bambara-Erdnüssen (Vigna subterranea)] wurden aus dem freigesetzt Hülsenfrüchte Mehle. Werden die Hülsenfrüchte vor der Herstellung von Mehlen prozessiert (z.B. Kochen) kann die freisetzbare Cyanidmenge um 71-93% [Jackbohne (Canavalia ensiformis), Schwertbohne (Canavalia gladiata), Limabohne (Phaseolus lunatus) und Bambara-Erdnuss (Vigna subterranea)] reduziert werden. Für einen Teil der Leguminosen [Straucherbse (Cajanus cajan), Samtbohnen (Mucuna pruriens) und afrikanischer Johannisbrotbohne (Parkia biglobosa)] kann daraufhin in den Mehlen kein freisetzbares Cyanid mehr nachgeweisen werden. Die Ergebnisse weisen auf die Notwendigkeit hin, diese Hülsenfrüchte richtig zu verarbeiten, um die Cyanid vollständig zu beseitigen und eine langfristige Exposition von Zyaniden bei regelmäßigen Verzehr dieser Hülsenfrüchte zu vermeiden. Diese Studie lieferte auch quantitative Daten zum Isoflavongehalt der verarbeiteten Mehle von Straucherbse (Cajanus cajan), Afrikanischer Johannisbrotbohne (Parkia biglobosa) und Bambara-Erdnuss (Vigna subterranea). Die Mengen an daidzein, genistein, daidzin und genistin in den verarbeiteten Mehlen von Straucherbse (Cajanus cajan), Johannisbrot (Parkia biglobosa) und Bambara-Erdnuss (Vigna subterranea) sind im Vergleich zu denen in Sojabohnen sehr gering. Obwohl die biologischen Aktivitäten der wichtigsten Soja-Isoflavone (daidzein und genistein) sehr gut untersucht sind, ist über die Wirkung dieser Stoffklasse auf Männer und Frauen in Subsahara Afrika wenig bekannt. Daher kann über, die Wirkung der Isoflavone in dieser Bevölkrungsgruppe kein verlässliche Aussage getroffen werden. Quantitative Daten zum Rohprotein- und Stärkegehalt der Mehle von Schwertbohne (Canavalia gladiata), Afrikanischer Johannisbrot (Parkia biglobosa) und Bambara-Erdnuss (Vigna subterranea) zeigen, dass diese Hülsenfrüchte potenziell zur Vermeidung von Unterernährung (beispielsweise durch Proteinmangel) beitragen können. Es wird empfohlen, die Bioverfügbarkeit der Nährstoffe in den untersuchten Hülsenfruchtmehlen anhand von Tiermodellen zu bestimmen. Es besteht Bedarf an weiterer Forschung an diesen Hülsenfrüchten, um weitere Potenziale zu entdecken. Die richtige Nutzung dieser Hülsenfrüchte könnte nicht nur einen Beitrag zur gesunden Ernährung der ghanaischen Bevölkerung leisten, sondern darüber hinaus umweltpolitisch und wirtschaftlich von großem Nutzen sein.
KW  - Hülsenfrüchte
KW  - Functional properties
KW  - Unterernährung
KW  - Lebensmittelprodukte
KW  - human nutrition
KW  - underutilized legumes
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-299274
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dekant, Raphael H.
T1  - Species-differences in the \(in\) \(vitro\) biotransformation of trifluoroethene (HFO-1123)
T1  - Speziesunterschiede in der \(in\) \(vitro\) Biotransformation von Trifluorethen (HFO-1123)
N2  - 1,1,2-trifluoroethene (HFO-1123) is intended for use as a refrigerant. Inhalation studies on HFO-1123 in rats suggested a low potential for toxicity, with no-observed-adverse-effect levels greater then 20,000 ppm. However, single inhalation exposure of Goettingen Minipigs  and New Zealand White Rabbits resulted in mortality. It was assumed that conjugation of HFO-1123 with glutathione, via glutathione S-transferase, gives rise to S-(1,1,2-trifluoroethyl)-L-glutathione (1123-GSH), which is then transformed to the corresponding cysteine S-conjugate (S-(1,1,2-trifluoroethyl)-L-cysteine, 1123-CYS). Subsequent beta-lyase mediated cleavage of 1123-CYS may result in monofluoroacetic acid, a potent inhibitor of aconitase. Species-differences in 1123-GSH formation and 1123-CYS cleavage to MFA may explain species-differences in HFO-1123 toxicity.
This study was designed to test the hypothesis, that GSH-dependent biotransformation and subsequent beta-lyase mediated formation of monofluoroacetic acid, a potent inhibitor of aconitase in the citric acid cycle, may play a key role in HFO-1123 toxicity and to evaluate if species-differences in the extent of MFA formation may account for the species-differences in HFO-1123 toxicity. The overall objective was to determine species-differences in HFO-1123 biotransformation in susceptible vs. less susceptible species and humans as a basis for human risk assessment.
To this end, in vitro biotransformation of HFO-1123 and 1123-CYS was investigated in renal and hepatic subcellular fractions of mice, rats, humans, Goettingen Minipigs and NZW Rabbits. Furthermore, cytotoxicity and metabolism of 1123-CYS was assessed in cultured renal epithelial cells. Enzyme kinetic parameters for beta-lyase mediated cleavage of 1123-CYS in renal and hepatic cytosolic fractions were determined, and 19F-NMR was used to identify fluorine containing metabolites arising from 1123-CYS cleavage. Quantification of 1123-GSH formation in hepatic S9 fractions after incubation with HFO-1123 was performed by LC-MS/MS and hepatic metabolism of HFO-1123 was monitored by 19F-NMR.
Rates of 1123-GSH formation were increased in rat, mouse and NZW Rabbit compared to human and Goettingen hepatic S9, indicating increased GSH dependent biotransformation in rats, mouse and NZW Rabbits. NZW Rabbit hepatic S9 exhibited increased 1123-GSH formation in the presence compared to the absence of acivicin, a specific gamma-GT inhibitor. This indicates increased gamma-GT mediated cleavage of 1123-GSH in NZW Rabbit hepatic S9 compared to the other species. 19F-NMR confirmed formation of 1123-GSH as the main metabolite of GSH mediated biotransformation of HFO-1123 in hepatic S9 fractions next to F-. Increased F- formation was detected in NZW Rabbit and Goettingen Minipig hepatic S9 in the presence of an NADPH regenerating system, indicating a higher rate of CYP-450 mediated metabolism in these species. Based on these findings, it is possible that CYP-450 mediated metabolism may contribute to HFO-1123 toxicity.
In contrast to the increased formation of 1123-GSH in rat, mouse and NZW Rabbit hepatic S9 (compared to human and Goettingen Minipig), enzyme kinetic studies revealed a significantly higher beta-lyase activity towards 1123-CYS in renal cytosol of Goettingen Minipigs compared to cytosol from rats, mice, humans and NZW Rabbits. However, beta-lyase cleavage in renal NZW Rabbit cytosol was slightly increased compared to rat, mouse and human renal cytosols. 19F-NMR analysis confirmed increased time-dependent formation of MFA in renal Goettingen Minipig cytosol and NZW Rabbit (compared to human and rat cytosolic fractions). Three structurally not defined MFA-derivatives were detected exclusively in NZW Rabbit and Goettingen Minipig cytosols. Also, porcine kidney cells were more sensitive to cytotoxicity of 1123-CYS compared to rat and human kidney cells. 
Overall, increased beta-lyase mediate cleavage of 1123-CYS to MFA in Goettingen Minipig and NZW Rabbit kidney (compared to human and rat) may support the hypothesis that enzymatic cleavage by beta-lyases may account for the species-differences in HFO-1123 toxicity. However, the extent of GST mediated biotransformation in the liver as the initial step in HFO-1123 metabolism does not fully agree with this hypothesis, since 1123-GSH formation occurs at higher rates in rat, mouse and NZW Rabbit S9 as compared to the Goettingen Minipig.
Based on the inconsistencies between the extent of GST and beta-lyase mediated biotransformation of HFO-1123 obtained by this study, a decisive statement about an increased biotransformation of HFO-1123 in susceptible species with a direct linkage to the species-specific toxicity cannot be drawn. Resulting from this, a clear and reliable conclusion regarding the risk for human health originating from HFO-1123 cannot be made. However, considering the death of Goettingen Minipigs and NZW Rabbits after inhalation exposure of HFO-1123 at concentrations great than 500 ppm and greater than 1250 ppm, respectively, this indicates a health concern for humans under peak exposure conditions. For a successful registration of HFO-1123 and its use as a refrigerant, further in vitro and in vivo investigations addressing uncertainties in the species-specific toxicity of HFO-1123 are urgently needed.
N2  - 1,1,2-Trifluorethen (HFO-1123) besitzt hervorragende klimatische und thermische Eigenschaften für den Einsatz als Kühlmittel. In Inhalationsstudien an Ratten, Kaninchen und Schweinen, die im Rahmen der regulatorischen Toxizitätsprüfung durchgeführt wurden, konnten ausgeprägte Speziesunterschiede in der Toxizität von HFO-1123 nachgewiesen werden. In Ratten zeigte HFO-1123 ein geringes Potential für akute und chronische Toxizität, mit NOAELs („No-Observed-Adverse-Effect Level“) größer als 20.000 ppm. Im Gegensatz dazu führte die einmalige HFO-1123 Exposition von Goettingen Minischweinen und Weißen Neuseeländer Kaninchen zum Tod von Versuchstieren. Bereits die niedrigste verwendete Raumkonzentrationen von 65 ppm führten bei Goettingen Minischweinen zu ausgeprägter Toxizität (Kardiotoxizität, Neurotoxizität). Auf Grundlage der inhalativen Toxizität, sowie detaillierter Kenntnis der Biotransformation strukturverwandten Substanzen wurde vermutet, dass Speziesunterschiede in der Toxizität auf einer speziesspezifischen Biotransformation von HFO-1123 beruhen. Der erste Schritt in der vermuteten Bioaktivierung von HFO-1123 könnte demnach eine Glutathion S-transferase abhänge Konjugation mit Glutathion beinhalten und zur Bildung von S-(1,1,2-trifluoroethyl)-L-Glutathion (1123-GSH) führen. Das gebildete Glutathion-Konjugat könnte gamma-Glutamyltransferase, sowie Dipeptidase und Aminotransferase abhängig zu seinem korrespondierenden Cystein S-Konjugat, S-(1,1,2-trifluoroethyl)-L-Cysteine (1123-CYS) abgebaut werden. Wie andere Cystein S-Konjugate mit elektronegativen Substituenten am Schwefelatom, könnte dieses mittels Cysteinkonjugat-beta-Lyasen (beta-Lyasen) zu einem Thionoacylfluorid- Intermediat umgewandelt werden. Nach Hydrolyse entsteht voraussichtlich Monofluoressigsäure (MFA) als stabiler Metabolit. MFA greift in den Zitronensäurezyklus ein, indem das Enzym Aconitase irreversible gehemmt wird. Die Hemmung der Aconitase führt zu einem Abbruch des Zitronensäurezyklus und somit zu einem erheblichen Eingriff in die Energiegewinnung des Organismus. Speziesunterschiede in der Bildung von 1123-GSH sowie der Spaltung von 1123-CYS zu MFA könnten die speziespezifische Toxizität von HFO-1123 erklären.
Ziel dieser Arbeit war es die im vorherigen Absatz aufgestellte Arbeitshypothese, einer Glutathion-abhängigen Biotransformation von HFO-1123, gefolgt von einer beta-Lyase vermittelten Bildung von MFA zu überprüfen um deren Beitrag in der speziesspezifischen Toxizität von HFO-1123 einzuschätzen. Unterschiede im Ausmaß der Bildung von MFA könnten ursächlich für die Speziesunterschiede in der Toxizität von HFO-1123 sein. Ergebnisse dieser Untersuchungen sollen als Grundlage für die Risikobewertung von HFO-1123 im Menschen dienen.
Im Rahmen dieser Arbeit, wurde die in vitro Biotransformation von HFO-1123 und 1123-CYS in subzellulären Fraktionen von Leber und Niere der Spezies Ratte, Maus, Goettingen Minischwein, Kaninchen und Mensch untersucht. Zusätzlich wurde die Zytotoxizität und der Metabolismus von 1123-CYS in Nierenepithelzellen überprüft. Die Bildung von 1123-GSH wurde mittel LC-MS/MS in hepatischen S9 Fraktionen quantitativ bestimmt und die Entstehung weiterer Metabolite mittels 19F-NMR analysiert. Weiterhin wurde die Enzymkinetik der beta-Lyase vermittelten Spaltung von 1123-CYS in cytosolischen Leberfraktionen bestimmt und fluorhaltige Metabolite dieser Spaltung mittels 19F-NMR aufgezeichnet.
In Leber S9 Fraktionen von Ratten, Mäusen und WN Kaninchen wurde eine gesteigerte Bildung von 1123-GSH im Vergleich zu S9 Fraktionen von Goettingen Minischweinen und Menschen beobachtet. Dies deutet auf eine gesteigerte Glutathion-abhängige Biotransformation in Ratten, Mäusen und WN Kaninchen hin. Zusätzlich zeigten Leber S9 Fraktionen von WN Kaninchen eine erhöhte Bildung von 1123-GSH in Anwesenheit von Acivicin, einem spezifischen gamma-GT Inhibitor. Dies deutet auf eine gesteigerte gamma-GT abhängige Spaltung von 1123-GSH in hepatischen S9 Fraktionen von WN Kaninchen hin. Zusätzlich bestätigten 19F-NMR Untersuchungen - neben anorganischem Fluorid (F-) - 1123-GSH als Hauptmetaboliten der Glutathion-abhängigen Biotransformation von HFO-1123. Die erhöhte Bildung von F- in Leber S9 Fraktionen von Goettingen Minischweinen und WN Kaninchen in Anwesenheit eines NADPH regenerierenden Systems, deutet weiterhin auf eine gesteigerte CYP-450 vermittelte Biotransformation in diesen Spezies hin. Jedoch ist der Beitrag der CYP-450 vermittelten Biotransformation von HFO-1123 zur speziesspezifischen Toxizität nicht geklärt.
Im Gegensatz zur gesteigerten Bildung von 1123-GSH in Leber S9 Fraktionen von Ratten, Mäusen und Kaninchen (verglichen mit Leber S9 Fraktionen von Goettingen Minischweinen und Menschen), wurde in enzymkinetischen Untersuchungen eine erhöhte beta-Lyase Aktivität gegenüber 1123-CYS in Nierenzytosol von Goettingen Minischweinen im Vergleich zu zytosolischen Fraktionen von Ratten, Mäusen, Menschen und WN Kaninchen beobachtet. Trotz der niedrigeren beta-Lyase Aktivität in WN Kaninchen (verglichen mit Goettingen Minischwein), zeigte diese zytosolische Fraktion eine leicht erhöhte Aktivität im Vergleich zu Nierenzytosol von Ratten, Mäusen und Menschen. Im Einklang damit wurde eine erhöhte Bildung von MFA in Nierenzytosol von Goettingen Minischweinen und WN Kaninchen (im Vergleich zu zytosolischen Fraktionen von Menschen und Ratten) mittels 19F-NMR beobachtet. Interessanterweise wurde ausschließlich im Zytosol von Goettingen Minischweinen und WN Kaninchen die Bildung von drei strukturell nicht charakterisierten MFA-Derivaten nachgewiesen. Unterstützt wird die erhöhte beta-Lyase Aktivität in Nierenzytosol von Goettingen Minischweinen durch eine erhöhte Zytotoxizität von 1123-CYS in Nierenepithelzellen von Schweinen (Verglichen mit humanen und Ratten Nierenzellen).
Grundsätzlich bestätigt die erhöhte beta-Lyase abhängige Spaltung von 1123-CYS zu MFA in Goettingen Minischweinen und WN Kaninchen die Annahme, dass eine beta-Lyase vermittelte Spaltung von 1123-CYS einen wichtigen Beitrag zur Toxizität von HFO-1123 leistet. Jedoch steht dem eine verminderte GST vermittelte Bildung von 1123-GSH in Goettingen Minischwein Leber S9 Fraktionen im Vergleich zu Ratten, Maus und WN Kaninchen entgegen.
Auf Basis der bisher erhobenen Daten ist der Beitrag der Glutathion-abhängigen und beta-Lyase vermittelten Biotransformation zur Toxizität von HFO-1123 nicht abschließend geklärt und lässt eine eindeutige Aussage über eine vermehrte Biotransformation von HFO-1123 zu toxischen Metaboliten in empfindlichen Spezies im Zusammenhang mit der speziesspezifischen Toxizität nicht zu. Diese Unsicherheiten lassen keine Rückschlüsse über das Ausmaß der Biotransformation und Toxizität im Menschen zu. Für die Registrierung von HFO-1123 und seiner zukünftigen Verwendung als Kühlmittel sind weiter in vitro und in vivo Untersuchungen nötig, um die Sicherheit bei der Verwendung von HFO-1123 für die menschliche Gesundheit zu gewährleisten.
KW  - Biotransformation
KW  - Risikoanalyse
KW  - 19F-NMR
KW  - LC-MS/MS
KW  - Mercapturic acid pathway
KW  - Trifluoroethene
KW  - HFO-1123
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-314035
ER  -