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The alkaline comet assay, or single cell gel electrophoresis, is one of the most popular methods for assessing DNA damage in human population. One of the open issues concerning this assay is the identification of those factors that can explain the large inter-individual and inter-laboratory variation. International collaborative initiatives such as the hCOMET project - a COST Action launched in 2016 - represent a valuable tool to meet this challenge. The aims of hCOMET were to establish reference values for the level of DNA damage in humans, to investigate the effect of host factors, lifestyle and exposure to genotoxic agents, and to compare different sources of assay variability. A database of 19,320 subjects was generated, pooling data from 105 studies run by 44 laboratories in 26 countries between 1999 and 2019. A mixed random effect log-linear model, in parallel with a classic meta-analysis, was applied to take into account the extensive heterogeneity of data, due to descriptor, specimen and protocol variability. As a result of this analysis interquartile intervals of DNA strand breaks (which includes alkali-labile sites) were reported for tail intensity, tail length, and tail moment (comet assay descriptors). A small variation by age was reported in some datasets, suggesting higher DNA damage in oldest age-classes, while no effect could be shown for sex or smoking habit, although the lack of data on heavy smokers has still to be considered. Finally, highly significant differences in DNA damage were found for most exposures investigated in specific studies. In conclusion, these data, which confirm that DNA damage measured by the comet assay is an excellent biomarker of exposure in several conditions, may contribute to improving the quality of study design and to the standardization of results of the comet assay in human populations.
Wichtiges Forschungsthema der letzten Jahre war die Entwicklung eines prädiktiven Testsystems zur Bestimmung der individuellen Strahlenempfindlichkeit von Tumorpatienten im Vorfeld einer Strahlentherapie. Ziel ist eine individuelle Dosisanpassung mit möglichst effizienter Tumorzerstörung bei maximaler Schonung des Normalgewebes. Standardmethode zur Messung der zellulären Strahlenempfindlichkeit ist der Koloniebildungstest, der sich jedoch für eine prädiktive Testung nicht eignet, da es mehrere Wochen, wenn nicht Monate dauert, bis die Resultate vorliegen. In dieser Arbeit sollte untersucht werden, ob der Comet Assay als prädiktiver Test zur Erfassung der Strahlenempfindlichkeit normaler Gewebe geeignet ist. Dazu wurden bestrahlte Hautfibroblasten und periphere Blutlymphozyten von 30 Brustkrebspatientinnen im Comet Assay analysiert und die Resultate mit den akuten radiogenen Hautreaktionen der Patientinnen verglichen. Vor allem die Versuche mit Lymphozyten ergaben eine gute Korrelation zwischen initialem DNS-Schaden bzw. Schaden nach 40minütiger Reparatur und den klinisch beobachteten frühen Normalgewebsnebenwirkungen. Anhand der in vitro-Ergebnisse konnte klar zwischen durchschnittlich und überdurchschnittlich strahlenempfindlichen Patientinnen unterschieden werden. Bei den Fibroblasten waren die Patientinnen mit durchschnittlichen Reaktionen und die mit stärkeren radiogenen Nebenwirkungen nur im Initialschaden deutlich voneinander verschieden. Der Comet Assay scheint demzufolge ein günstiger Test zu sein, um eine erhöhte Strahlenempfindlichkeit zu erfassen, vor allem wenn Lymphozyten aus dem peripheren Blut analysiert werden. Er kann schnell und mit wenigen Zellen durchgeführt werden und ist bei standardisierten Versuchsbedingungen gut reproduzierbar. Mit dem Comet Assay ist es möglich, in kurzer Zeit mehrere Malignompatienten auf ihre Radiosensitivität hin zu untersuchen, wobei diese nur eine Blutprobe zur Lymphozytenisolation abgeben müssen. Im Hinblick auf die Anwendung als prädiktiver Test im klinischen Alltag ist die Kombination mit anderen Methoden wie z. B. dem Mikronukleus-Test und der FISH-Technik empfehlenswert, was die Zuverlässigkeit und Aussagekraft der Resultate noch steigern würde.
In der vorliegenden Arbeit wurden die Einflüsse verschiedener genotoxischer Substanzen auf Säugertierzellen untersucht. Da ein Organismus der Ontogenese unterliegt und sich Zellen aus Stamm- und Vorläuferzellen entwickelt, gilt es diese ursprünglichen Zellen vor äußeren Einflüssen zu schützen. Da bisher kaum Untersuchungen von Zellen in verschiedenen Differenzierungsstadien durchgeführt wurden, wurden unter Verwendung vieler unterschiedlicher biologischer Endpunkte Effekte auf die Vitalität, Proliferation, Mitose und Apoptose dieser Zellen untersucht. Zudem erfolgte eine Interpretation der Ausbildung von Mikrokernen, Entstehung von DNS-Schäden und der zugrundeliegenden Reparaturmechanismen.
So konnte mit Hilfe der Untersuchungen der hämatopoetischen Stammzellen und der TK6-Zellen postuliert werden, dass hämatopoetische Stammzellen weitestgehend weniger empfindlich gegenüber Zytostatika (Doxorubicin, Vinblastin, Methylmethansulfonat und Mitomycin C) sind als die lymphoblastoide Zelllinie TK6, welche in der Entwicklungshierarchie den Stammzellen folgt. Die Befürchtung, dass der Mikrokerntest in immortalisierten TK6-Zellen als Grundlage für Genotoxizitätsuntersuchungen nicht genügen würden, konnte mit Hilfe der Versuchsergebnisse dieser Arbeit widerlegt werden. Die Ergebnisse belegen, dass der Mikrokerntest in TK6-Zellen relevant ist, da TK6-Zellen empfindlicher auf genotoxische Agentien im Vergleich zu hämatopoetischen Stammzellen reagieren.
Bei der Untersuchung der Leukämiezelllinie HL-60 wurden die Effekte klassischer (Vinblastin, Vincristin, Vinflunin und Vinorelbin) mit neu synthetisierten Vinca-Alkaloiden (4-Chlorochablastin, 4-Chlorochacristin, 16a, 17b und 18a) verglichen. Vinca-Alkaloide werden sehr häufig mit Nebenwirkungen, wie Neuropathien assoziiert, welche während einer Chemotherapie oftmals zu Therapieabbrüchen durch die Patienten führen. Aus diesem Grund war es erstrebenswert, neuartige Vinca-Alkaloide zu entwickeln, welche weniger Nebenwirkungen aber zugleich eine ähnliche Wirksamkeit aufweisen. Obwohl die Potenz der neuen Substanzen niedriger war als bei Vinblastin, Vincristin und Vinorelbin, zeigte ein Teil eine ähnliche Wirkung wie das Vinca-Alkaloid Vinflunin auf die Krebszelllinie HL-60 auf. Die Ergebnisse diese Arbeit können als erste Indikation in vitro genommen werden, dass sich diese Substanzen in der Krebstherapie als wirksam erweisen könnten und nach weiteren Ergebnissen in vivo als therapeutische Alternativen in Betracht gezogen werden.
Auch bei der vergleichenden Untersuchung von exponentiell wachsenden mit differenzierten Zelllinien konnten Unterschiede detektiert werden. Die Zelllinie HT-22, welche selbst keine Krebszelllinie ist, zeigte nach Differenzierung zu nicht exponentiell wachsenden Zellen eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber dem Alkylanz Methylmethansulfonat, was auf einer verminderten Basenexzisionsreparatur beruhen könnte. Auch die differenzierte Form der Adenokarzinom-Zelllinie CaCo2 zeigte eine gesteigerte Sensitivität gegenüber dem Topoisomerase II-Inhibitor Etoposid auf, wohingegen der unselektive Topoisomerase II-Hemmer Doxorubicin keinen Effekt aufwies. Um den Sachverhalt zu klären ob die festgestellten Unterschiede auf das Enzym Topoisomerase II zurückzuführen oder zellartspezifisch waren, wurden weitere Analysen der Zelllinien HL-60 und deren differenzierten Zellart durchgeführt. Auch hier konnten signifikante Unterschiede bei der Einzelzellgelelektrophorese nach Behandlung mit Doxorubicin und Etoposid festgestellt werden. Neben den in dieser Arbeit nachgewiesenen Unterschieden bei der Reparatur zwischen den Zelltypen, könnten aber auch weitere Faktoren zu Varianzen führen und die Mutagenitätsforschung beeinflussen. Folglich ist davon auszugehen, dass zukünftige Testungen bei der pharmakologischen Substanzentwicklung in verschiedenen Zellsystemen von Nöten sind, bevor neue Substanzen zugelassen werden.
Alles in allem konnte die Komplexität der Ergebnisse zwischen Zellen der verschiedenen Differenzierungsstadien in dieser Arbeit aufgezeigt werden. Deswegen sollte auch bei weiteren Forschungsvorhaben insbesondere ein Augenmerk auf den Differenzierungszustand der zu untersuchenden Zellpopulation geworfen werden.
Neurons critically rely on the functions of RNA-binding proteins to maintain their polarity and resistance to neurotoxic stress. HnRNP R has a diverse range of post-transcriptional regulatory functions and is important for neuronal development by regulating axon growth. Hnrnpr pre-mRNA undergoes alternative splicing giving rise to a full-length protein and a shorter isoform lacking its N-terminal acidic domain. To investigate functions selectively associated with the full-length hnRNP R isoform, we generated a Hnrnpr knockout mouse (Hnrnpr\(^{tm1a/tm1a}\)) in which expression of full-length hnRNP R was abolished while production of the truncated hnRNP R isoform was retained. Motoneurons cultured from Hnrnpr\(^{tm1a/tm1a}\) mice did not show any axonal growth defects but exhibited enhanced accumulation of double-strand breaks and an impaired DNA damage response upon exposure to genotoxic agents. Proteomic analysis of the hnRNP R interactome revealed the multifunctional protein Yb1 as a top interactor. Yb1-depleted motoneurons were defective in DNA damage repair. We show that Yb1 is recruited to chromatin upon DNA damage where it interacts with gamma-H2AX, a mechanism that is dependent on full-length hnRNP R. Our findings thus suggest a novel role of hnRNP R in maintaining genomic integrity and highlight the function of its N-terminal acidic domain in this context.
Purpose:
The purpose of this study was to determine possible genotoxic effects of a new very promising antibacterial/ antiviral drug FS-1.
Methods:
The drug was tested in TA98, TA100, TA102, TA 1535 and TA1537 strains of Salmonella (Ames test) with and without metabolic activation, and also in mouse lymphoma L5178Y cells by means of micronucleus and comet assays. In microbes the drug was tested at concentrations up to 500 \(\mu\)g/plate and in mouse lymphoma cells up to 2,000 \(\mu\)g/ml.
Results:
In both test-systems in all experiments completely negative results were obtained although FS-1 was tested at maximum tolerated doses.
Conclusions:
The drug is not genotoxic. This is advantageous because many antibacterial/antiviral drugs possess such activity.
The comet assay is a commonly used method to determine DNA damage and repair activity in many types of samples. In recent years, the use of the comet assay in human biomonitoring became highly attractive due to its various modified versions, which may be useful to determine individual susceptibility in blood samples. However, in human biomonitoring studies, working with large sample numbers that are acquired over an extended time period requires some additional considerations. One of the most important issues is the storage of samples and its effect on the outcome of the comet assay. Another important question is the suitability of different blood preparations. In this study, we analysed the effect of cryopreservation on DNA damage and repair activity in human blood samples. In addition, we investigated the suitability of different blood preparations. The alkaline and FPG as well as two different types of repair comet assay and an in vitro hydrogen peroxide challenge were applied. Our results confirmed that cryopreserved blood preparations are suitable for investigating DNA damage in the alkaline and FPG comet assay in whole blood, buffy coat and PBMCs. Ex vivo hydrogen peroxide challenge yielded its optimal effect in isolated PBMCs. The utilised repair comet assay with either UVC or hydrogen peroxide-induced lesions and an aphidicolin block worked well in fresh PBMCs. Cryopreserved PBMCs could not be used immediately after thawing. However, a 16-h recovery with or without mitotic stimulation enabled the application of the repair comet assay, albeit only in a surviving cell fraction.
Neben der Chemotherapie ist heutzutage auch die Hyperthermie-Behandlung eine wichtige Säule der antitumorösen Therapie. Während der sogenannten HIPEC Therapie (Hypertherme intraperitoneale Chemoperfusion) werden die beiden Arten der Therapieformen kombiniert und in der klinischen Praxis erfolgreich angewendet. Genauere Kenntnisse über die zu Grunde liegenden toxikologischen in-vitro Mechanismen könnten zu neuen Möglichkeiten in der klinischen Anwendung führen. In unserer Arbeit untersuchten wir verschiedenen Tumorzelllinien (HT29,CaCo-2,HCT116,HaCaT) in Kombination mit Cisplatin und Hyperthermie mit verschiedenen Methoden, wie zum Beispiel Mikrokerntest, Comet-Assay, Durchflusszytometrie, Vitalitätstest und mikroskopischen Analysen. Unsere Ergebnisse führten uns zu der Hypothese, dass Hyperthermie alleine zu einer sogenannte mitotic catastrophe führt und zum Absterben der Tumorzellen. Im Gegensatz dazu zeigten Tumorzellen, welche mit Cisplatin alleine oder auch in Kombination mit Hyperthermie nicht in die Mitose eintreten und daher nicht durch Apoptose in den Zelltod gehen.