Comparative study of beta-carotene and microencapsulated beta-carotene: Evaluation of their genotoxic and antigenotoxic effects

beta-Carotene (BC) is one of the natural pigments that is most commonly added to food; however, the utilization of BC is limited due to its instability. Microencapsulation techniques are commonly used because they can protect the microencapsulated material from oxidization. Nevertheless, the properties of the encapsulated compounds must be studied. We compared the antigenotoxic potential of pure and microencapsulated beta-carotene (mBC) in Wistar rats. Two doses of BC or mBC (2.5 or 5.0 mg/kg) were administered by gavage over a period of 14 days. The final gavage was followed by an injection of doxorubicin (DXR). After 24 h the animals were euthanized. The micronucleus test results showed that when both mBC and DXR were given, only the higher dose was antigenotoxic. The results of the comet assay show that when given in association with DXR, mBC had protective effects in the liver. The differences between the results obtained with BC and mBC suggest that possibly the carotenoid biodisponibility was modified by the process of microencapsulation. In conclusion, mBC does not lose its protective properties, but higher doses must be used to observe antigenotoxic effects. This is the first time that the genotoxicity and antigenotoxicity of a microencapsulated compound was evaluated in vivo. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Protective effect of bixin on cisplatin-induced genotoxicity in PC12 cells

Bixin is the main carotenoid found in annatto seeds (Bixa orellana L.) and is responsible for their reddish-orange color. The antioxidant properties of this compound are associated with its ability to scavenge free radicals, which may reduce damage and protect tissues against toxicity caused by anticancer drugs such as cisplatin. In this study, the genotoxicity and antigenotoxicity of bixin on cisplatin-induced toxicity in PC12 cells was assessed. Cytotoxicity was evaluated using the mu assay, mutagenicity, genotoxicity, and protective effect of bixin were evaluated using the micronucleus test and comet assay. PC12 cells were treated with bixin (0.05, 0.08, and 0.10 mu g/mL), cisplatin (0.1 mu g/mL) or a combination of both bixin and cisplatin. Bixin was neither cytotoxic nor genotoxic compared to the controls. In the combined treatment bixin significantly reduced the percentage of DNA in tail and the frequency of micronuclei induced by cisplatin. This result suggests that bixin can function as a protective agent, reducing cisplatin-induced DNA damage in PC12 cells, and it is possible that this protection could also extend to neuronal cells. Further studies are being conducted to better understand the mechanisms involved in the activity of this protective agent prior to using it therapeutically. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Antigenotoxic Effects of Piquia (Caryocar villosum) in Multiple Rat Organs

This study investigated the in vivo genotoxicity of piquia pulp (Caryocar villosum) and its potential antigenotoxicity on doxorubicin (DXR)-induced DNA damage by comet assay and micronucleus test. In addition, the phytochemicals present in piquia pulp were determined. Piquia fruit pulp (75, 150 or 300 mg/kg b.w.) was administered by gavage to Wistar rats for 14 days, and the animals received an injection of saline or DXR (15 mg/kg b.w., i.p.) 24 h before they were euthanized. The phytochemical analysis revealed the presence of carotenoids; phenolic compounds, including flavonoids; tannins and alpha-tocopherol in piquia pulp. No statistically significant differences were observed in the evaluated parameters, demonstrating the absence of cytotoxic and genotoxic effects of piquia pulp at all tested doses. In liver, kidney, cardiac and bone marrow cells, piquia significantly reduced the DNA damage induced by DXR. Our results showed that the lowest piquia dose caused the largest decrease in DNA damage and the highest dose caused the smallest decrease, demonstrating an inverse dose-response of piquia pulp. Furthermore, we observed a difference in the potential antigenotoxic effects in several tissues. In conclusion, our results demonstrated that piquia pulp was not genotoxic and inhibited the genotoxicity induced by DXR, but some of the protective effects that were observed depended on the doses and experimental conditions. Therefore, further investigations are needed to clarify how piquia pulp positively affects human health.

Effect of varicocele on sperm function and semen oxidative stress

OBJECTIVE To assess the effect of varicocele on sperm DNA integrity, mitochondrial activity, lipid peroxidation and acrosome integrity. PATIENTS AND METHODS In all, 30 patients with a clinically diagnosed varicocele of grade II or III and 32 men without a varicocele were evaluated for sperm DNA fragmentation (comet assay), mitochondrial activity (3,3'-diaminobenzidine assay), lipid peroxidation (malondialdehyde) and acrosome integrity (fluorescent probe labelled peanut agglutinin). RESULTS The varicocele group showed fewer spermatozoa with intact DNA (grade II, P = 0.040), more cells with inactive mitochondria (class III, P = 0.001), fewer cells with active mitochondria (class I, P = 0.005) and fewer spermatozoa with intact acrosomes (P < 0.001). Finally, no significant differences were observed in lipid peroxidation levels. CONCLUSION Men with varicocele showed an increase in sperm DNA fragmentation and a reduction in mitochondrial activity and acrosome integrity. However, lipid peroxidation levels remained unchanged.

Evaluation of cytotoxic, genotoxic and antigenotoxic potential of Solanum lycocarpum fruits glicoalkaloid extract in V79 cells

Solanum lycocarpum St.-Hil (Solanaceae) is a hairy shrub or small much-branched tree of the Brazilian Cerrado, popularly known as "fruit-of-wolf". Considering that the induction of chromosomal mutations is involved in the process of carcinogenesis, and that S. lycocatpum is often used in folk medicine, it becomes relevant to study its effect on genetic material. In this sense, the aim of present study was to determine the possible cytotoxic, genotoxic and antigenotoxic potentials of S. lycocarpum fruits glycoalkaloid extract (SL) in Chinese hamster lung fibroblasts (V79 cells). The cytotoxicity was evaluated by the colony forming assay, apoptosis and necrosis assay. Trypan blue exclusion dye method and mitotic index. Genotoxic and antigenotoxic potential were evaluated by comet and chromosomal aberrations assays. Four concentrations of SL (4, 8, 16 and 32 mu g/mL) were used for the evaluation of its genotoxic potential. The DNA damage-inducing agent methyl methanesulfonate (MMS, 221 mu g/mL) was utilized in combination with extract to evaluate a possible protective effect. The results showed that SL was cytotoxic at concentrations above 32 mu g/mL by the colony forming assay. For apoptosis and necrosis assay, the concentration of 64 mu g/mL of SL showed statistically significant increase in cell death by apoptosis and necrosis, while the concentrations of 128 and 256 mu g/mL of SL demonstrated statistically significant increase in cell death by necrosis, compared with the control group. Analysis of cell viability by Trypan blue exclusion indicated >96% viability for treatments with concentrations up to 32 mu g/mL of SL No significant differences in MI were observed between cultures treated with different concentrations of 51 (4, 8, 16 and 32 mu g/mL) alone or in combination with MMS and the negative control, indicating that these treatments were not cytotoxic. The comet and chromosomal aberrations assays revealed that SL does not display genotoxic activity. Moreover, the different concentrations of SL showed protective effect against both genomic and chromosomal damages induced by MMS. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Bixin and norbixin protect against DNA-damage and alterations of redox status induced by methylmercury exposure in vivo

Populations in the Amazon are exposed to organic mercury via consumption of contaminated foods. These ethnic groups consume a specific plant seed annatto which contains certain carotenoids. The aim of this study was to find out if these compounds (bixin, BIX and norbixin, NOR), protect against DNA-damage caused by the metal. Therefore, rats were treated orally with methylmercury (MeHg) and with the carotenoids under conditions that are relevant to humans. The animals were treated either with MeHg (30 mu g/kg/bw/day), BIX (0.110 mg/kg/bw/day), NOR (0.011.0 mg/kg/bw/day) or combinations of the metal compound and the carotenoids consecutively for 45 days. Subsequently, the glutathione levels (GSH) and the activity of catalase were determined, and DNA-damage was measured in hepatocytes and leukocytes using single cell gel electrophoresis assays. Treatment with the metal alone caused a decrease in the GSH levels (35%) and induced DNA damage, which resulted in increased DNA migration after electrophoresis in liver and blood cells, whereas no effects were seen with the carotenoids alone. When BIX or NOR were given in combination with organic mercury, the intermediate and the highest concentrations of the carotenoids (1.0 and 10.0 mg/kg/bw/day BIX and 0.1 and 1.0 mg/kg/bw/day NOR) protected against DNA-damage. Furthermore, we found with both carotenoids, a moderate increase in the GSH levels in both metal-treated and untreated animals, while the activities of catalase remained unchanged. Our results indicate that consumption of BIX and NOR may protect humans against the adverse health effects caused by exposure to organic mercury. Environ. Mol. Mutagen., 2012. (c) 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Baccharin Prevents Genotoxic Effects Induced by Methyl Methanesulfonate and Hydrogen Peroxide in V79 Cells

Baccharin is one of the major chemical compounds isolated from the aerial parts of Baccharis dracunculifolia DC (Asteraceae), a native plant of South America and the most important botanical source of the Brazilian green propolis that has been used in alternative medicine to treat inflammation, liver disorders, and stomach ulcers. The present study was carried out in V79 cells to determine the possible genotoxic and antigenotoxic activities of baccharin utilizing comet and micronucleus assays, where 2 known mutagenic agents with different mechanisms of DNA damage were used as positive controls. The V79 cells were treated with concentrations of baccharin (0.25, 0.5, 1.0, and 2.0 mu g/mL) and for to investigate the antigenotoxicity these concentrations were associated with methyl methanesulfonate (MMS; 200 mu M-comet assay and 400 mu M-micronucleus assay) or hydrogen peroxide (H2O2; 50 mu M-comet assay and 100 mu M-micronucleus assay). Statistically significant differences in the rate of DNA damage were observed in cultures treated with the highest concentration of baccharin when compared to the control group, but this difference was not found in the micronucleus assay. The results also showed that the frequencies of DNA damage and micronuclei induced by MMS and H2O2 were significantly reduced after treatment with baccharin. The baccharin showed a chemoprevention effect and can be the chemical compound responsible for the antigenotoxicity also demonstrated by the B. dracunculifolia. The antioxidant potential of baccharin may be related to its chemoprevention activity induced against both genomic and chromosomal damages.

SET overexpression decreases cell detoxification efficiency: ALDH2 and GSTP1 are downregulated, DDR is impaired and DNA damage accumulates

Alcohol and tobacco consumption are risk factors for head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC). Aldehyde dehydrogenase 2 (ALDH2) and glutathione Stransferase pi 1 (GSTP1) are important enzymes for cellular detoxification and low efficiencies are implicated in cancer. We assessed the potential role of SET protein overexpression, a histone acetylation modulator accumulated in HNSCC, in gene regulation and protein activity of ALDH2 and GSTP1. SET was knocked down in HN13, HN12 and Cal27, and overexpressed in HEK293 cells; ethanol and cisplatin were the chemical agents. Cells with SET overexpression (HEK293/SET, HN13 and HN12) showed lower ALDH2 and GSTP1 mRNA levels and trichostatin A increased them (real-time PCR). Ethanol upregulated GSTP1 and ALDH2 mRNAs, whereas cisplatin upregulated GSTP1 in HEK293 cells. SET-chromatin binding revealed SET interaction with ALDH2 and GSTP1 promoters, specifically via SET NAP domain; ethanol and cisplatin abolished SET binding. ALDH2 and GSTP1 efficiency was assessed by enzymatic and comet assay. A lower ALDH2 activity was associated with greater DNA damage (tail intensity) in HEK293/SET compared with HEK293 cells, whereas HN13/siSET showed ALDH2 activity higher than HN13 cells. HN13/siSET cells showed increased tail intensity. Cisplatin-induced DNA damage response showed negative relationship between SET overexpression and BRCA2 recruitment. SET downregulated repair genes ATM, BRCA1 and CHEK2 and upregulated TP53. Cisplatin-induced cell-cycle arrest occurred in G0/G1 and S in HEK293 cells, whereas HEK293/SET showed G2/M stalling. Overall, cisplatin was more cytotoxic for HN13 than HN13/siSET cells. Our data suggest a role for SET in cellular detoxification, DNA damage response and genome integrity.

Chemopreventive effect of Copaifera langsdorffii leaves hydroalcoholic extract on 1,2-dimethylhydrazine-induced DNA damage and preneoplastic lesions in rat colon

Background Natural antioxidants present in common foods and beverages have drawn great attention to cancer prevention due to its health benefits, remarkable lack of toxicity and side effects. Copaifera langsdorffii, known as “copaiba”, “capaiva”, or “pau-de-óleo“, belongs to the Leguminosae family and occurs in fields and grasslands in the northern and northeastern parts of Brazil. Biological studies of Copaifera corroborate its widespread use by the population. This paper describes the effects of C. langsdorffii leaves hydroalcoholic extract on the 1,2-dimethylhydrazine (DMH)-induced DNA damage and aberrant crypt foci (ACF) in the colon of male Wistar rats. Methods The hydroalcoholic extract of C. langsdorffii was administered to rats by gavage at daily doses of 20, 40 and 80 mg/kg body weight. To evaluate DNA damage by the comet assay, animals received the C. langsdorffii extract for seven days and a single subcutaneous injection (sc) of 1,2-dimethylhydrazine (DMH) at a dose of 40 mg/kg on day 7. Animals were sacrificed 4 h after injection of DMH, to assess DNA damage. For the ACF assay, animals were acclimatized for one week (week 1) and then treated with the C. langsdorffii extract five times a week for four weeks (weeks 2 to 5). The rats received sc injections of DMH (40 mg/kg) on days 2 and 5 of weeks 2 and 3, to induce ACF. Animals were euthanized at week 5; i.e., four weeks after the first DMH treatment. Results Animals treated with different doses of the C. langsdorffii extract combined with DMH had significantly lower frequency of DNA damage as compared with the positive control (animals treated with DMH only). The percentage of reduction in the frequency of DNA damage ranged from 14.30% to 38.8%. The groups treated with 40 and 80 mg/kg C. langsdorffii extract during and after DMH treatment presented significantly lower numbers of ACF and aberrant crypts compared with the control. Conclusion The C. langsdorffii extract significantly reduced the extent of DNA damage and ACF induced by DMH, suggesting that the extract has a protective effect against colon carcinogenesis.

Photodynamic therapy for the treatment of induced mammary tumor in rats

The objective of this work was to evaluate photodynamic therapy (PDT) by using a hematoporphyrin derivative as a photosensitizer and light-emitting diodes (LEDs) as light source in induced mammary tumors of Sprague–Dawley (SD) rats. Twenty SD rats with mammary tumors induced by DMBAwere used. Animals were divided into four groups: control (G1), PDT only (G2), surgical removal of tumor (G3), and submitted to PDT immediately after surgical removal of tumor (G4). Tumors were measured over 6 weeks. Lesions and surgical were LEDs lighted up (200 J/cm2 dose). The light distribution in vivo study used two additional animals without mammary tumors. In the control group, the average growth of tumor diameter was approximately 0.40 cm/week. While for PDT group, a growth of less than 0.15 cm/week was observed, suggesting significant delay in tumor growth. Therefore, only partial irradiation of the tumors occurred with a reduction in development, but without elimination. Animals in G4 had no tumor recurrence during the 12 weeks, after chemical induction, when compared with G3 animals that showed 60 % recurrence rate after 12 weeks of chemical induction. PDT used in the experimental model of mammary tumor as a single therapy was effective in reducing tumor development, so the surgery associated with PDT is a safe and efficient destruction of residual tumor, preventing recurrence of the tumor.

Endogene DNA-Schädigung als Ursache genetischer Instabilität

Zusammenfassung Diese Arbeit beschreibt Untersuchungen über die zellulären Mechanismen, die zur Bildung dieser DNA-Schäden führen, sowie über die biologischen Auswirkungen dieser Schäden. Die Untersuchungen zu Uracil in der DNA wurden in ung-knockout-MEFs und Mäusen durchgeführt, die es erlauben, die Konsequenzen eines Ausfalls der wichtigsten Reparaturglykosylase für Uracil zu beleuchten. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Akkumulation von Uracil in den ung-/--Mausfibroblasten im Vergleich zum Wildtyp. In frisch isolierten Leber- und Milzzellen der Mäuse konnte dieser genotypspezifische Unterschied, wenn auch weniger ausgeprägt, ebenso beobachtet werden, nicht jedoch in reifen Spermien. Dieser gewebespezifische Unterschied und die quantitativ stärker ausgeprägte Akkumulation in ung-/--Mausfibroblasten im Vergleich zu den Mäusegeweben gab Anlass zur Vermutung, dass die Proliferation der Zellen für den Haupteintrag an Uracil in die DNA verantwortlich ist. Erstmals konnte in Versuche mit konfluenten (nicht mehr proliferierenden) ung-/--Mausfibroblasten gezeigt werden, dass nicht die spontane hydrolytische Desaminierung von Cytosin, sondern der Fehleinbau von dUMP während der DNA-Replikation die Hauptquelle für Uracil in der DNA von Säugerzellen darstellt. Da der Uracilmetabolismus ein wichtiges Target in der Chemotherapie ist, lag es nahe, das zur Verfügung stehende ung-knockout-Modell der MEFs zur Untersuchung mit Fluorpyrimidinen, die als Zytostatika verwendet werden, einzusetzen. Da bisher die Ursachen der beobachteten Apoptose der Tumorzellen und aller anderen metabolisch hochaktiven Zellen eines behandelten Organismus noch nicht vollständig verstanden ist, wurden diese Zellen mit verschiedenen Fluorpyrimidinen behandelt, die als Thymidylatsynthasehemmer die de novo Synthese von Thymidin unterbinden. Es konnte gezeigt werden, dass ung-/- Mausfibroblasten, im Gegensatz zu ung+/+ Mausfibroblasten, verstärkt Uracil in der DNA akkumulieren. Obwohl die ung+/+ Mausfibroblasten keine erhöhten Uracil-Spiegel in der DNA aufwiesen, zeigten sie bei Inkubation mit einem der beiden Thymidylatsynthasehemmern, 5-Fluoruracil (5-FU), die gleiche Sensitivität in einem nachfolgenden Proliferationsversuch wie die ung-/- Mausfibroblasten. Dies lässt darauf schließen, dass weder Reparatur noch Einbau von Uracil in die DNA für die beobachtete Toxizität dieser Zytostatika notwendig sind. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit war die Untersuchung des DNA-schädigenden Potenzials endogener ROS, die aus dem Fremdstoffmetabolismus stammen. Dazu wurden V79-Zellen verwendet, die mit dem humanen Enzym Cytochrom 2E1 (CYP2E1) transfiziert wurden (V79 CYP2E1) sowie Zellen, die ebenfalls durch Transfektion das humane Enzym Cytochromreduktase (auch Oxidoreduktase genannt) überexprimieren (V79 hOR). Beide Enzyme sind zusammen an der Hydroxylierung von Fremdstoffen beteiligt, bei der die Reduktion von molekularem Sauerstoff durch Übertragung von zwei Elektronen notwendig ist. Wird anstatt zweier Elektronen in Folge nur eines auf den Sauerstoff übertragen, so führt dieser von der Substratoxygenierung enkoppelte Vorgang zur Bildung von Superoxid. Daher galt es zu klären, ob das so erzeugte Superoxid und daraus gebildete ROS in der Lage sind, die DNA zu schädigen. Es konnte gezeigt werden, dass die Überexpression von CYP2E1 nicht zu einem erhöhten basalen Gleichgewichtsspiegel oxidativer DNA-Schäden führt und die Metabolisierung von Ethanol durch dieses Enzym ebenfalls keine DNA-Modifikationen verursacht. Die Überexpression der Cytochromreduktase hingegen führte gegenüber dem Wildtyp zu einem erhöhten basalen Gleichgewichtsspiegel oxidativer Basenmodifikationen nach Depletion von Glutathion, einem wichtigen zellulären Antioxidans. Im Mikrokerntest, der gentoxische Ereignisse wie Chromosomenbrüche in Zellen aufzeigt, zeigte sich schon ohne Glutathion-Depletion eine doppelt so hohe Mikrokernrate im Vergleich zum Wildtyp. In weiteren Versuchen wurden die V79-hOR-Zellen mit dem chinoiden Redoxcycler Durochinon inkubiert, um zu untersuchen, ob das vermutlich durch die Reduktase vermittelte Redoxcycling über Generierung von ROS in der Lage ist, einen oxidativen DNA-Schaden und Toxizität zu verursachen. Hier zeigte sich, dass die Überexpression der Reduktase Voraussetzung für Toxizität und den beobachteten DNA-Schaden ist. Die Wildtyp-Zellen zeigten weder einen DNA-Schaden noch Zytotoxizität, auch eine zusätzliche Glutathion-Depletion änderte nichts an dem Befund. Die V79-hOR-Zellen hingegen reagierten auf die Inkubation mit Durochinon mit einer konzentrationsabhängigen Zunahme der Einzelstrangbrüche und oxidativen Basenmodifikationen, wobei sich der DNA-Schaden durch vorherige Glutathion-Depletion verdoppeln ließ.

Effetti dell'inibizione di Tanchirasi in linee cellulari di Medulloblastoma umano

Tanchirasi (TNKS) è un membro della superfamiglia delle PARP (Poli ADP-Ribosio Polimerasi). TNKS è coinvolta nella stabilizzazione della subunità catalitca del complesso proteico DNA-PK (protein chinasi DNA-dipendente), la DNA-PKcs. Questa proteina è fondamentale per il corretto funzionamento del meccanismo di riparo del DNA chiamato "Saldatura Non Omologa delle Estremità" (NHEJ). La deplezione di TNKS induce una degradazione della DNA-PKcs e una maggiore sensibilità alle radiazioni ionizzanti (RI). TNKS è inoltre un regolatore negativo di axina e di conseguenza un attivatore del pathway di WNT; l'inibizione quindi di TNKS induce anche una inibizione del pathway di WNT. Alterazioni in questo signalling si riscontrano frequentemente nel Medulloblastoma (MB), il tumore cerebrale embrionale più comune dell'infanzia. La radioterapia post-operatoria risulta essere molto efficacia in questa neoplasia, ma causa gravi effetti collaterali e un terzo dei pazienti presenta radioresistenza intrinseca. Un'importante sfida per la ricerca è quindi l'aumento della radiosensibilità tumorale. In questo lavoro, abbiamo studiato gli effetti dell'inibizione farmacologica di TNKS in linee cellulari di MB umano, mediante la small molecule XAV939, potente e specifico inibitore di TNKS. Il trattamento con XAV939 induce una consistente inibizione della capacità proliferativa e clonogenica, non correlata ad un aumento della mortalità cellulare, indicando una bassa tossicità legata alla molecola. Il co-trattamento di XAV939 e RI (γ-ray, dose 2 Gy) causa una ulteriore inibizione della proliferazione cellulare e della capacità di formare colonie. Abbiamo inoltre constatato, mediante Neutral Comet Assay, una minore efficacia nel riparo del DNA in cellule irradiate trattate con XAV939, indicando un effettivo aumento della radiosensibilità in cellule di MB trattate con l'inibitore di TNKS. L'aumentata mortalità cellulare in cellule tumorali trattate con XAV939 e RI ha confermato la nostra ipotesi. Il nostro studio in vitro indica come TNKS possa essere un utile target terapeutico per rendere più efficace l'attuale terapia contro il MB.

Einfluss von Resveratrol auf oxidative DNA-Schäden und Mutagenese in vivo

Oxidative DNA-Basenmodifikationen, wie 7,8-Dihydro-8-oxoguanin (8-oxoG), werden endogen in allen Zellen gebildet. Die beobachtbaren Spiegel ergeben sich aus dem Gleichgewicht zwischen der Bildung durch reaktive Sauerstoffspezies (ROS), sowie der gleichzeitigen Reparatur der DNA-Schäden. Durch ihr hohes mutagenes Potential, tragen oxidative DNA-Basenmodifikationen zur spontanen Mutationsrate bei. Der Ausfall wichtiger DNA-Reparaturmechanismen führt in Ogg1(-/-)Csb(-/-)-Knockout-Mäusen zu einem Anstieg von 8 oxoG und der spontanen Mutationsrate.rnIn dieser Arbeit sollte untersucht werden, ob die basalen Spiegel an oxidativen Basenmodifikationen und die spontanen Mutationsraten in vivo durch die orale Gabe von Resveratrol moduliert werden können. Resveratrol ist ein Pflanzeninhaltsstoff (u.a. aus Rotwein) mit einer Vielzahl von Wirkungen, der bereits in zahlreichen Studien ein chemopräventives Potential gezeigt hat und antioxidativ wirkt.rnAn verschiedenen Mausgenotypen wurden zum einen eine Kurzzeit-Behandlung (7 Tage mit 100 mg/kg per Gavage) und zum anderen eine Langzeit-Behandlung (3-9 Monate mit 0,04% ad libitum) mit Resveratrol durchgeführt. Die oxidativen DNA Schäden wurden in primären Maushepatozyten mit Hilfe einer modifizierten Alkalischen Elution, mit der bakteriellen Formamidopyrimidin-DNA Glykosylase als Sonde, bestimmt. Zur Analyse der Mutationsrate wurde der BigBlue® Mutationsassay mit anschließender Sequenzierung der Mutationen verwendet.rnDie Ergebnisse zeigen, dass die Kurzzeit- und die Langzeit-Behandlung mit Resveratrol die basalen Spiegel oxidativer DNA-Basenmodifikationen senken. Die Reduktion ist jeweils wesentlich ausgeprägter in den reparaturdefizienten Ogg1(-/-)Csb(-/-)-Mäusen zu erkennen. Auch die spontane Mutationsrate wird durch eine mehrmonatige Behandlung mit Resveratrol um ungefähr 20-30% reduziert.rnAnschließende mechanistische Untersuchungen zeigten, dass dieser Schutz wahrscheinlich auf einer Induktion der antioxidativen Schutzmechanismen begründet ist. So wurde gefunden, dass primäre Hepatozyten aus mit Resveratrol behandelten Mäusen wesentlich besser gegen exogen herbeigeführten oxidativen Stress geschützt sind, als Hepatozyten von unbehandelten Tieren. Ein weiterer Hinweis ist die Hochregulation der mRNA-Spiegel von verschiedenen antioxidativen Schutzenzymen, wie Superoxiddismutase 1 / 2, Hämoxygenase 1, Glutathionperoxidase 1, nach der Gabe von Resveratrol in Mäuselebern. Außerdem sind die oxidativen Markermutationen (GC->TA-Transversionen) stärker von der Reduktion der spontanen Mutationsrate betroffen, als andere Mutationen (z.B. GC->AT-Transitionen).rnDie Ergebnisse zeigen erstmalig, dass spontane Mutationen in vivo durch Fremdstoffe in der Nahrung reduziert werden können. Im Falle von Resveratrol wird diese Reduktion wahrscheinlich durch eine Stimulation der antioxidativen Schutzmechanismen ausgelöst.rn

Einfluss von Chromatin-Modulatoren auf Bildung, Reparatur und Mutagenität von DNA-Schäden

Die Entstehung von Mutationen, und somit der erste Schritt der Kanzerogenese, steht in engem Zusammenhang mit der Effektivität der DNA-Reparatur. Werden zur Fehlpaarung neigende (prämutagene) DNA-Schäden, wie z.B. die oxidative Läsion 8-oxoG, zu langsam oder auch fehlerhaft repariert, so führt dies zwangsläufig zu einer Erhöhung der Mutationsrate. Das Zusammenspiel zwischen Schadensentstehung und dessen Reparatur ist somit von großem Interesse. Ein wichtiger Faktor, der dieses Gleichgewicht beeinflussen könnte, ist die Chromatinstruktur, die entscheidend ist für die DNA-Zugänglichkeit.rnrnDie Frage, ob und in welchem Ausmaß der globale Kondensationsgrad des Chromatins die Entstehung und Reparatur von DNA-Schäden und damit die Entstehung von Mutationen beeinflusst, war der Ausgangspunkt für die vorliegende Arbeit. Um die Chromatinstruktur zu modulieren, wurden zum einen Resveratrol, zum anderen die HDAC-Inhibitoren Natriumbutyrat und Trichostatin A eingesetzt. Resveratrol führt, möglicherweise über eine SIRT1-Aktivierung, zu einem kondensierten und schlecht zugänglichen Chromatin. Die HDAC-Inhibitoren hingegen resultieren durch verstärkte Acetylierung von Histonen in einer global dekondensierten, offenen Chromatinstruktur. Mit Hilfe des Photosensibilisators Ro19-8022 in Kombination mit sichtbarem Licht, UV-B-Strahlung und Wasserstoffperoxid wurden in so veränderten Zellen verschiedene Arten von DNA-Schäden induziert, welche jeweils spezifisch sind für unterschiedliche Reparaturwege. Das Ausmaß induzierter Läsionen sowie deren Reparatur wurde mittels Alkalischer Elution und entsprechenden Reparaturendonukleasen bestimmt. rnrnDie Ergebnisse zeigen eine durch Resveratrol unbeeinflusste Schadensinduktion, andererseits jedoch eine deutliche Verlangsamung der Reparatur verschiedener Arten von DNA-Läsionen (oxidative Läsionen, Cyclobutanpyrimidindimere, Einzelstrangbrüche) und somit auch verschiedener Reparaturwege in AS52-Zellen. Die HDAC-Inhibitoren hingegen verursachen ein erhöhtes Ausmaß induzierter Läsionen, jedoch keine Änderung der Reparaturgeschwindigkeit. Die Entstehung spontaner und induzierter Mutationen zeigt sich durch Resveratrol unbeeinflusst, HDAC-Inhibitoren resultieren in signifikant erniedrigten Mutationsraten in AS52-Zellen. Letzterer Effekt ist durch die beobachteten Einflüsse auf Reparatur und Suszeptibilität in den Zellen nicht erklärbar und bedarf einer mechanistischen Aufklärung. Die durch Resveratrol beobachtete Reparatur-Retardierung wurde mechanistisch weiter untersucht. Durch Inhibierung von SIRT1, einer durch Resveratrol aktivierten Deacetylase, konnte dessen Beteiligung an der Reparaturverlangsamung ausgeschlossen werden. Auch eine Beteiligung von oxidativem Stress, dem MAPK-Signalweg (ERK 1/2, p38) oder p53 konnte ausgeschlossen werden. Die Durchführung der Reparaturversuche mit menschlichen HeLa-Zellen zeigten, dass die durch Resveratrol verursachten Effekte quantitativ stark zelltypabhängig sind. Während die Reparatur in HeLa-Zellen deutlich weniger beeinflusst wird, sind dennoch andere Parameter wie Proliferation und Glutathionspiegel eher stärker verändert wie in AS52-Zellen. Der Mechanismus der durch Resveratrol verursachten Reparaturhemmung bedarf somit weiterer Untersuchungen.rn

Untersuchungen zur Chemosensitivität von testikulären Tumorzellen gegenüber Cisplatin

Metastasierender Krebs ist bei Erwachsenen in der Regel nicht heilbar. Eine Ausnahme stellen testikuläre Keimzelltumoren (TKZT) dar, da über 75 % der Patienten mit fortgeschrittenen metastasierenden TKZT mit einer auf Cisplatin basierenden Kombinations-Chemotherapie geheilt werden können. Zelllinien, die aus TKZT isoliert wurden, behalten diese Cisplatin-Sensitivität in vitro bei. Somit spiegeln Testistumorzelllinien die klinische Situation wider und sind deswegen ein gutes Modellsystem um zu untersuchen, welche Faktoren der Cisplatin-Sensitivität zugrunde liegen. Die Ursachen der Cisplatin-Sensitivität in Testistumoren sind nicht bekannt. Es wurde bereits gezeigt, dass Testistumorzellen eine geringe Kapazität für die Entfernung von Cisplatin-induzierten DNA-Platinierungen aufweisen. Dieser Defekt in der DNA-Reparatur könnte ein Faktor für die beobachtete Cisplatin-Sensitivität sein. Cisplatin induziert sowohl Intrastrang-Vernetzungen als auch Interstrang-Vernetzungen (ICLs). Die Bildung und Reparatur der Cisplatin-induzierten Intrastrang-Vernetzungen wurde mittels DNA-Slot-Blot, die Bildung und Entfernung von Interstrang-Vernetzungen wurde mithilfe des Comet-Assays untersucht. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass die Reparatur von Intrastrang-Vernetzungen in Testis- und Blasentumorzelllinien vergleichbar ist. Somit sind Testistumorzellen in diesem Reparaturweg nicht beeinträchtigt. Im Unterschied dazu zeigte sich, dass Testistumorzellen die ICLs nicht oder nur mit einer reduzierten Kapazität entfernen können.Da die ICL-Reparatur über die Bildung von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSB) mit anschließender DSB-Reparatur verläuft, wurde die Kinetik der DSB-Reparatur anhand der Immundetektion der Histon-Variante γH2AX, die zur Visualisierung von DSB verwendet wird, verfolgt. γH2AX Foci wurden nach Behandlung mit Cisplatin in Testistumorzellen und Blasentumorzellen gebildet. Anders als in Blasentumorzellen blieb der Prozentsatz an γH2AX-positiven Zellen in Testistumorzellen bestehen. Offensichtlich konnten die Testistumorzellen die Cisplatin-induzierten ICLs nicht korrekt prozessieren, was dazu führte, dass γH2AX Foci persistierten. Da unreparierte DNA-Läsionen eine DNA-schadensabhängige Antwort einleiten können, wurde die Aktivierung der Hauptfaktoren dieser Signalwege untersucht. In den Testistumorzellen zeigte sich eine Erhöhung der p53 Proteinmenge nach Cisplatin-Behandlung. Des Weiteren wurde die durch Cisplatin induzierte Aktivierung von ATM/ATR, Chk1/Chk2, Bax und Noxa in Testis- und Blasentumorzellen vergleichend untersucht. Es wurde bereits gezeigt, dass der Reparaturfaktor ERCC1-XPF in Testistumorzelllinien reduziert vorliegt. Um eine mögliche Rolle von ERCC1-XPF für die Reparatur-Defizienz der ICLs und Cisplatin-Sensitivität in Testistumorzellen zu analysieren, wurde ERCC1-XPF in der Testistumorenzelllinie 833K mithilfe eines Expressionsvektors überexprimiert, und der Einfluss von ERCC1-XPF auf ICL-Reparatur sowie Cisplatin-Sensitivität wurde ermittelt. Überexpression von ERCC1-XPF führte zur Reparatur der ICLs in 833K-Zellen und verminderte die Cisplatinsensitivität. Somit scheint die Cisplatinsensitivität der Testistumorzellen, zumindest zum Teil, auf einer verminderten ICL-Reparatur zu beruhen. Des Weiteren wurde in „proof of principle“ Experimenten ERCC1-XPF in der Cisplatin-resistenten Blasentumorzelllinie MGH-U1 mittels siRNA herunterreguliert, und die Auswirkung der Herunterregulation auf die ICL-Reparatur und die Cisplatinsensitivität wurde geprüft. RNA-Interferenz-vermittelte Herunterregulierung von ERCC1-XPF reduzierte die Prozessierung der Cisplatin-induzierten ICLs und verstärkte die Cisplatinsensitivität in MGH-U1 Zellen. Somit wurde in dieser Arbeit zum ersten Mal gezeigt, dass die Testistumorzellen in Vergleich zu Blasentumorzellen in der Reparatur von ICLs defizient sind, wobei die verminderte ICL-Reparatur auf die geringe Expression von ERCC1-XPF zurückgeführt werden konnte. Diese ICL-Reparatur-Defizienz könnte, zumindest zu einem Teil, für die Sensitivität der Testistumoren gegenüber Cisplatin verantwortlich sein.