image: The way in which hazardous organic substances such as benzopyrene get into human cells, their impact and how they are dispersed is another topic that scientists at the UFZ are also investigating experimentally. view more
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Diese Pressemitteilung ist verfügbar auf Englisch.
Die Wissenschaftler haben die Wirkung von Benzo[a]pyren als Modellsubstanz in Zellkulturen genauer untersucht. Benzo[a]pyren ist eine der am längsten bekannten und untersuchten krebserregenden Substanzen. Nach heutigem wissenschaftlichem Kenntnisstand gibt es keine Dosis ohne Wirkung, d.h. dass jede Menge schädlich sein kann. Idealerweise sollten Verbraucher mit solchen Stoffen überhaupt nicht in Kontakt kommen. Die Gehalte der Substanz in einem Lebensmittel sind so weit zu minimieren, wie dies vernünftigerweise" möglich ist (as low as reasonably achievable"). Dieser Ansatz wird als ALARA-Prinzip bezeichnet. Benzo[a]pyren ist ein polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoff, der bei der unvollständigen Verbrennung von organischen Stoffen entsteht. Er ist daher weit verbreitet und zum Beipiel auch im Rauch von Zigaretten oder in gegrilltem Fleisch zu finden.
Leberzellen der Maus wurden 24 Stunden lang sowohl einer toxischen als auch einer Benzo[a]pyren-Konzentration, die deutlich unter einer Schwelle lag, bei der in der Regel Veränderungen in der Zellkultur festgestellt werden, ausgesetzt. Anschließend wurden die Veränderungen in den Proteinen und Stoffwechselprodukten der Zellen analysiert. Auf diese Weise wurden bei einer für die Zelle toxischen Konzentration 190 Proteine identifiziert, die sich unter Behandlung mit Benzo[a]pyren in ihrer zellulären Menge veränderten. Bei einer Konzentration von lediglich 50 Nanomolar (Nanomol pro Liter) Benzo[a]pryren waren es immerhin noch 150 veränderte Proteine. Die Wirkungen von in der Regel nicht zelltoxischen Konzentrationen waren im Falle des Benzo[a]pyrens deutlich nachweisbar und nicht durch Wirkungen von direkt toxischen Konzentrationen vorhersagbar.
Durch die Erfassung von tausenden Proteinen und hunderten Stoff-wechselprodukten können die chemikalieninduzierten Prozesse in den Zellen im Detail beschrieben werden. Die große Anzahl von erfassten Molekülen erlaubt es, auf der Basis von bekannten funktionalen Zusammenhängen die zelluläre Reaktion auf der Ebene der physiologischen Signalwege zu erfassen. Da hierfür eine Vielzahl von verschiedenen Proteinen und Stoffwechselprodukten zusammengefasst werden, wird die Aussage zu einem Signalweg deutlich robuster und verlässlicher, als dies die Messung eines einzelnen Proteins erlauben würde. Die Beschreibung der Wirkung von unerwünschten Stoffen mittels dieser Technik wird auch als Toxicoproteomics bezeichnet.
Benzo[a]pyren ist einer von 105 Stoffen, die von der Internationalen Agentur für Krebsforschung (IARC) als krebserregend eingestuft sind. Schätzungen gehen davon aus, dass beispielsweise jeder US-Bürger im Schnitt 200 Nanogramm pro Tag davon aufnimmt. Aufgrund der krebserregenden Wirkung und weiten Verbreitung dieses Stoffes besteht ein großes Interesse, die Mechanismen, die dahinter stehen, besser zu verstehen. Das Vorkommen von Benzo[a]pyren, das auch auf natürliche Weise bei der unvollständigen Verbrennung von organischen Stoffen entsteht, ist heutzutage unvermeidbar. Die in dem Forschungsprojekt genutzte neue Methode bestätigt, dass Konzentrationen von Benzo[a]pyren im Idealfall so weit zu minimieren sind, wie dies vernünftigerweise" möglich ist, um gesundheitsschädliche Wirkungen zu vermeiden. Toxicoproteomics-Methoden sollen in Zukunft vermehrt auch für die Analyse der Wirkungen von ausgewählten Modellsubstanzen sowohl für Leber- als auch Immunzellen verwendet werden.
Publikationen:
Stefan Kalkhof, Franziska Dautel, Salvatore Loguercio, Sven Baumann, Saskia Trump, Harald Jungnickel, Wolfgang Otto, Susanne Rudzok, Sarah Potratz, Andreas Luch, Irina Lehmann, Andreas Beyer, Martin von Bergen (2015):
Establishing the pathway and time resolved benzo[a]pyrenetoxicity on Hepa1c1c7 cells at toxic and subtoxic exposure. J. Proteome Res., 14 (1), pp 164-182
http://dx.doi.org/10.1021/pr500957t
Murugaiyan, J., Rockstroh, M., Wagner, J., Baumann, S., Schorsch, K., Trump, S., Lehmann, I., von Bergen, M., Tomm, J.M. (2013): Benzo[a]pyrene affects Jurkat T cells in the activated state via the antioxidant response element dependent Nrf2 pathway leading to decreased IL-2 secretion and redirecting glutamine metabolism.
Toxicol. Appl. Pharmacol. 269 (3), 307 - 316 http://dx.doi.org/10.1016/j.taap.2013.03.032
Beide Untersuchungen wurden von der Helmholtz-Allianz Systembiologie" sowie der Helmholtz-Graduiertenschule HIGRADE unterstützt.
Weitere Informationen:
Prof. Dr. Martin von Bergen
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)
Department für Proteomics, Department für Metabolomics
Telefon: +49 (0)341-235-1211
Prof. Dr. Martin von Bergen
und
Dr. Stefan Kalkhof
Department für Proteomics
Telefon: +49 (0)341-235-1354
Dr. Stefan Kalkhof
oder über
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
Tilo Arnhold, Susanne Hufe (UFZ-Pressestelle)
Telefon: +49-(0)341-235-1635, -1630
sowie
Pressestelle des BfR
Telefon: +49-(0)30-18412-4300/-4301/-4302/-4303
Pressestelle des BfR
Weiterführende Links:
'Omics'-Methoden in der regulatorischen Toxikologie: Experten diskutierten mögliche Anwendungen (BfR-Mitteilung Nr. 037/2014 vom 21. Oktober 2014): http://www.bfr.bund.de/cm/343/omics-methoden-in-der-regulatorischen-toxikologie-experten-diskutieren-moegliche-anwendungen.pdf
UFZ-Schwerpunkt Exposom" http://www.ufz.de/index.php?de=32300
Benzo(a)pyren induzierte Zellantwort in Leberzellen http://www.ufz.de/index.php?de=19244
Benzo(a)pyren induzierte Zellantwort in Immunzellen http://www.ufz.de/index.php?de=15010
Helmholtz-Allianz für Systembiologie http://www.helmholtz.de/helmholtz_zentren_netzwerke/helmholtz_allianzen/systembiologie/ From Contaminant Molecules to Cellular Response: System Quantification and Predictive Model Development
Journal
Journal of Proteome Research