An investigation into some mechanistic aspects of estrogen biosynthesis

The mechanistic aspects of the 19-hydroxy1ation and aromatization of androgens were investigated. Fungal, bacterial and mammalian enzymatic activities were studied in this regard . The fungus Pell i cular~ fi1amentosa metabolized androst-4-ene-3 , 17-dione to the corresponding 110<' , 11 f and 14 0( hydroxylated derivatives. No ~19- hydroxylated products were isolated, although this transformation was previously observed for the C21-steroids . The intestinal bacterium Clostridi um paraputrific~ had been reported to aromatize androsten-4-ene-3,17-dione. In the present study, however, only the ring A reduced products , 17(3 - hydroxy-5f -andro8tane- 3-one and 5f-androstane-3,17-dione , were recovered . Human placental microsomes contain substantial aromatase activity and were employed in an effort to elucidate some of the mechanistic details of aromatization. Selectively deuterated steroidal substrates were employed as a probe in order to distinguish b'!tween certain of the mechanisms proposed for aromatization . Retention of deuterium at C4 and C6 was observed. It was concluded that no free intermediates allowing for loss of hydrogen from either of these two positions are implicated in this process . The involvement of a Schiff base enzyme-sup strate complex in aromatization was examined using the substrate 17f - hydroxyandrost-4-ene-3-one- 3_ 1BO. Since no loss of label was ob~erved, the implication of a Schiff base was discounted . Mixed label1ir~ studies were performed in order to determine if hydroxylation at C19 is a rate-determining process in aromatization . Isotope effects of 2 .1 and 1.7 were determined for the conversion of 17f - hydroxyandrost-4-ene-J-one-19,19,19-dJ and -19-dl respectively to estrogens. It was concluded from this that 19-hydroxylation is at l east a partially rate-determinjng process in aromatization. A homoenb~ation mechanism for 19-hydroxylation was not supported by the data obtained in this s tudy. In vitro 1JC NMR monitoring using l7f-hydroxyandrost-4-ene-Jone- 19-l3C was found not to be a successful approach in the study of steroid transformations, owing in part t o their low solubility in the incubation medium.

Biotransformation of polycylic aromatic compounds by fungi and an investigation into the oxidation of alkylbenzenes by Mortierella isabellina NRRL 1757

Incubations of several polycyclic heteroaromatic compounds and two polycyclic aromatic hydrocarbons with a series of common fungi have been performed. The fungi Cunninghamella elegans ATCC 26269, Rhizopus arrhizus ATCC 11145, and Mortierella isabellina NRRL 1757 were studied in this regard. Of the aza heteroaromatics, only dibenzopyrrole gave a ring hydroxylated product following the incubation with C. elegans. From the thio heteroaromatics studied, dibenzothiophene was metabolized by all the three fungi and thioxanthone by C. elegans and M. isabellina giving sulfones and sulphoxides. Thiochromanone was metabolized stereoselectively to the corresponding sulphoxide by C. elegans. Methyl substituted thioxanthones on incubation with C. elegans produced oxidative products, arising from S -oxidation and hydroxylation at the methyl group. Of the cyclic ketones studied, only fluorenone was reduced to hydroxyfluorene and this metabolism is compared with that reported with cytochrome P-450 monooxygenases of hepatic microsomes. A series of para-substituted ethylbenzenes has been transformed stereoselectively to the 1-phenylethanols by incubation with M. isabellina. Comparisons of the enantiomeric purities obtained from products with their respective para substituent of the same steric size but different electronic properties indicate that the stereoselectivity of hydroxylation at benzylic carbon may be susceptible to electron donating or withdrawing factors in some cases, but that observation is not va lid in all the comparisons. The stereochemistry of the reaction is discussed in terms of three possible steps, ethylbenzene ---) 1-phenylethanol ---) acetophenone ---) 1-phenylethanol. This metabolic pathway could account for the inconsistencies observed in the comparisons of optical purities and electronic character of para substituents. Furthermore, formation of 2-phenylethanol (in some cases), l-(p-acetylphenyl)ethanol from p-diethylbenzene, and N-acetylation of p-ethylaniline was observed. n-Propylbenzene was also converted to optically active 1-phenylpropanol. Acetophenone, p-ethylacetophenone, and o(,~,~-trifluoroacetophenone were transformed to 1-phenylethanol, l-(p-ethylphenyl)ethanol, and 1-phenyl-2,2,2-trifluoroethanol, respectively, with high chemical and excellent optical yields. The 13 C NMR spectra of several substrates and metabolic products have been reported and assigned for the first time.

Caractérisation de la toxicocinétique de l’octylphénol chez le rat en vue d’une meilleure analyse de risque toxicologique des perturbateurs endocriniens

Le p-tert-octylphénol est un produit présent dans l’environnement et issu de la dégradation des alkylphénols éthoxylés. Ce composé a la capacité de se lier au récepteur œstrogénique et d’exercer ainsi un léger effet œstrogénique. Les objectifs de cette étude étaient de 1) développer une méthode d'identification de l'octylphénol dans le sang et les tissus à l'aide de la chromatographie en phase gazeuse jumelée à la spectrométrie de masse, 2) caractériser la toxicocinétique sanguine et tissulaire de l’octylphénol chez le rat Sprague-Dawley mâle et femelle et 3) développer un modèle toxicocinétique à base physiologique permettant de décrire la cinétique sanguine et tissulaire de l’octylphénol inchangé. Pour ce faire, des rats mâle et femelle Sprague-Dawley ont reçu des doses uniques d’octylphénol par les voies intraveineuse, orale et sous-cutanée. Deux autres groupes ont reçu des doses répétées d'octylphénol par voie orale pour une durée de 35 jours consécutifs pour les femelles ou 60 jours pour les mâles. Les concentrations sanguines et tissulaires d’octylphénol ont été mesurées à différents moments après administration à partir d’une méthode d’analyse développée dans nos laboratoires dans le cadre de ce projet. Les expériences impliquant des administrations uniques ont montré que les concentrations sanguines et tissulaires d'octylphénol étaient en général plus élevées chez les femelles que chez les mâles. Des expériences réalisées avec des microsomes hépatiques ont confirmé que ces différences étaient vraisemblablement reliées au métabolisme de l'octylphénol. Les expériences impliquant des administrations répétées ont montré qu'il n'y avait pas d'accumulation d'octylphénol dans l'organisme aux doses étudiées. Les résultats obtenus expérimentalement ont servi à développer et valider un modèle toxicocinétique à base physiologique. Ce modèle a permis de simuler adéquatement les concentrations sanguines et tissulaires d'octylphénol suite à des expositions intraveineuses, orales et sous-cutanées. En conclusion, cette étude a fourni des données essentielles sur la toxicocinétique de l'octylphénol. Ces données sont nécessaires pour établir la relation entre la dose externe et la dose interne et vont contribuer à une meilleure évaluation des risques liés à l'octylphénol.

Modulation du cytochrome P450 dans un modèle murin d'insuffisance rénale chronique

Introduction : Les modèles murins sont grandement utilisés dans l’étude des maladies rénales et des pathologies associées. La concentration de la créatinine sérique est un bon indicateur de la filtration glomérulaire et en présence d’insuffisance rénale chronique (IRC), les concentrations de créatinine sérique (et la clairance) reflètent la sévérité de l’IRC. De plus, il a été démontré que l’IRC modifie le métabolisme des médicaments en diminuant l’activité et l’expression des enzymes hépatiques du cytochrome P450 (CYP450). Afin d’étudier la modulation du P450 par l’IRC avec un modèle murin et de confirmer nos résultats chez le rat, nous devons 1) développer un modèle d’IRC chez la souris, 2) mettre au point une technique de dosage des marqueurs de l’IRC et, 3) évaluer l’expression protéique du CYP450 en présence IRC. Matériel et Méthode : Trois modèles chirurgicaux d’IRC chez la souris ont été développés. Une méthode du dosage de la créatinine par chromatographie liquide à haute performance (CLHP) a été mise au point chez la souris et l’expression protéique du P450 a été mesurée par immunobuvardage de type Western. Résultats : Plusieurs paramètres de CLHP comme le pH, la concentration et le débit de la phase mobile modifient le pic d’élution et le temps de rétention de la créatinine. Concernant le modèle expérimental, on observe une perte de poids et une augmentation de la concentration plasmatique de la créatinine chez les souris avec une IRC. De plus, l’expression protéique de plusieurs isoformes du cytochrome P450 est modulée par l’IRC. Nous observons une diminution du CYP 2D de 42% (p < 0,01), du CYP 3A11 de 60% et du CYP 1A de 37% (p <0,01) par rapport aux souris témoins. On ne dénote aucun changement significatif au niveau de l’isoforme 2E1. Conclusion : Il est possible d’induire une insuffisance rénale chronique chez la souris suite à une néphrectomie. La technique de dosage de la créatinine par CLHP est précise et exacte et permet de caractériser la sévérité de l’IRC chez la souris. L’expression protéique du CYP450 est régulée à la baisse dans le foie des souris atteintes d’IRC.

Effet de l’insuffisance rénale chronique sur les enzymes du cytochrome P450 dans le cerveau de rat

Introduction: Nous avons déjà montré que l’insuffisance rénale chronique (IRC) entraîne une régulation négative du cytochrome P450 (CYP450) dans le foie et l’intestin de rat. La présente étude cherche à déterminer l’effet de l’IRC sur l’expression des enzymes du CYP450 dans le cerveau de rat. L’expression génique, protéique ainsi que l’activité des isoenzymes du CYP450 ont été analysées dans différentes régions du cerveau (hippocampe, cervelet, cortex et parenchyme cérébral) afin de déterminer l’effet de l’insuffisance rénale chronique sur le métabolisme cérébral des médicaments par le CYP450. Méthodes: Le cerveau entier de rats atteints d’IRC (induite par une néphrectomie sub-totale 5/6) et de rats témoins (laparotomie blanche) a été disséqué en 4 parties (cortex, cervelet, hippocampe et parenchyme cérébral). L’expression protéique et celle de l’ARNm des isoformes 1A, 2C11, 2D, 3A et 4A du cytochrome P450 a été étudiée respectivement par immunobuvardage de type Western et PCR en Temps Réel. L’activité du CYP3A a été mesurée par le métabolisme du DFB en DFH sur des préparations de microsomes de cerveau. Une technique de culture cellulaire d’astrocytes a été mise au point et a permis d’évaluer l’expression des enzymes dans ces cellules suite à l’incubation des astrocytes avec le sérum de rats atteints d’insuffisance rénale chronique. Résultats: Chez les rats atteints d’IRC, les niveaux géniques de CYP1A, 2C et 3A sont diminués d’au moins 40% (p < 0,05) dans presque toutes les parties étudiées. Les niveaux d’ARNm du CYP2D demeurent inchangés. De plus, une diminution significative d’au moins 45% (p < 0,05) de l’expression protéique des CYP1A, 2C et 3A est observée dans presque toutes les structures étudiées. L’activité enzymatique de CYP3A est diminuée significativement dans le cerveau de rats IRC, ainsi que l’expression des enzymes du CYP2C11 dans les astrocytes en culture lorsqu’incubés avec du sérum de rat urémique. Conclusions: Ces études démontrent que le cerveau est également affecté par l’IRC. Ceci se traduit par une diminution de l’expression protéique, génique, ainsi que de l’activité des enzymes du CYP450. Cette diminution pourrait expliquer une augmentation des effets secondaires dans le système nerveux central en IRC.

Étude des tachykinines et de leurs dérivés peptidiques associés à la douleur neuropathique grâce à l’utilisation de modèles animaux et de la chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse

Thèse réalisée en co-tutelle avec l'Université Claude Bernard de Lyon 1, en France.

Administration de [6]-gingérol intrathécal pour le traitement de la douleur neuropathique chez le rat mâle Sprague-Dawley

Le [6]-gingérol est un analogue structurel de la capsaïcine, une molécule agoniste au récepteurs TRPV1 et ayant des propriétés thérapeutiques connues dans le traitement de la douleur. Deux objectifs principaux ont été poursuivis lors de la réalisation de ce projet de recherche. D’abord, établir une meilleure caractérisation du métabolisme du [6]-gingérol chez le rat. Pour ce faire, une méthode sensible et spécifique pour la quantification du [6]-gingérol et ses métabolites par HPLC-ESI/MS/MS a été développée. Une étude de stabilité métabolique in vitro utilisant des microsomes hépatiques de rats a ensuite été réalisée. Les résultats démontrent une dégradation lente avec un temps de demi-vie de 163 minutes et une clairance intrinsèque relativement basse de 0.0043 mL/min. D’autres analyses ont ensuite été performées pour caractériser les métabolites in vitro et in vivo. Trois principaux métabolites de phase I et quatre métabolites de phase II ont été identifiés par HPLC-MS/MS et HPLC-MSD TOF. Les résultats suggèrent que le principal métabolite excrété dans l’urine est un glucuronide du [6]-gingérol hydroxylé. Le second objectif de ce projet était de déterminer l’effet central du [6]-gingérol sur la douleur neuropathique lorsqu’injecté par voie intrathécale. La distribution de la molécule a d’abord été évaluée suite à une administration intra-péritonéale de 40 mg/kg de [6]-gingérol et les ratios des concentrations cerveau-plasma et moelle épinière-plasma (0.73 et 1.7, respectivement) suggèrent que le [6]-gingérol se distribue efficacement au niveau du système nerveux central. Une injection intrathécale de 10 μg de [6]-gingérol à été performée chez les rats suite à l’induction de douleur par la pose de ligatures au niveau du nerf sciatique. Les résultats suggèrent une réduction significative de l’allodynie mécanique et de l’hyperalgésie thermique à 30 min, 2 h et 4 h suivant l’injection (p < 0.05, p < 0.01 et p < 0.001). Le [6]-gingérol se distribue donc adéquatement au niveau du système nerveux central des rats, permettant une action au niveau des récepteurs TRPV1. Ainsi, le [6]-gingérol pourrait soulager la douleur neuropathique en agissant centralement au niveau de la moelle épinière.

Développement et utilisation de modèles in vitro et de données précliniques pour augmenter la prédictibilité de la perméabilité et du métabolisme intestinal chez l'humain

Tout médicament administré par la voie orale doit être absorbé sans être métabolisé par l’intestin et le foie pour atteindre la circulation systémique. Malgré son impact majeur sur l’effet de premier passage de plusieurs médicaments, le métabolisme intestinal est souvent négligé comparativement au métabolisme hépatique. L’objectif de ces travaux de maîtrise est donc d’utiliser, caractériser et développer différents outils in vitro et in vivo pour mieux comprendre et prédire l’impact du métabolisme intestinal sur l’effet de premier passage des médicaments comparé au métabolisme hépatique. Pour se faire, différents substrats d’enzymes du métabolisme ont été incubés dans des microsomes intestinaux et hépatiques et des différences entre la vitesse de métabolisme et les métabolites produits ont été démontrés. Afin de mieux comprendre l’impact de ces différences in vivo, des études mécanistiques chez des animaux canulés et traités avec des inhibiteurs enzymatiques ont été conduites avec le substrat métoprolol. Ces études ont démontré l’impact du métabolisme intestinal sur le premier passage du métoprolol. De plus, elles ont révélé l’effet sur la vidange gastrique du 1-aminobenzotriazole, un inhibiteur des cytochromes p450, évitant ainsi une mauvaise utilisation de cet outil dans le futur. Ces travaux de maîtrise ont permis d’améliorer les connaissances des différents outils in vitro et in vivo pour étudier le métabolisme intestinal tout en permettant de mieux comprendre les différences entre le rôle de l’intestin et du foie sur l’effet de premier passage.

The cell wall and secretory proteome of a tobacco cell line synthesising secondary wall

The utility of plant secondary cell wall biomass for industrial and biofuel purposes depends upon improving cellulose amount, availability and extractability. The possibility of engineering such biomass requires much more knowledge of the genes and proteins involved in the synthesis, modification and assembly of cellulose, lignin and xylans. Proteomic data are essential to aid gene annotation and understanding of polymer biosynthesis. Comparative proteomes were determined for secondary walls of stem xylem and transgenic xylogenic cells of tobacco and detected peroxidase, cellulase, chitinase, pectinesterase and a number of defence/cell death related proteins, but not marker proteins of primary walls such as xyloglucan endotransglycosidase and expansins. Only the corresponding detergent soluble proteome of secretory microsomes from the xylogenic cultured cells, subjected to ion-exchange chromatography, could be determined accurately since, xylem-specific membrane yields were of poor quality from stem tissue. Among the 109 proteins analysed, many of the protein markers of the ER such as BiP, HSP70, calreticulin and calnexin were identified, together with some of the biosynthetic enzymes and associated polypeptides involved in polymer synthesis. However 53% of these endomembrane proteins failed identification despite the use of two different MS methods, leaving considerable possibilities for future identification of novel proteins involved in secondary wall polymer synthesis once full genomic data are available.

CHOLESTEROL MODULATION OF LIPID PROTEIN INTERACTIONS IN LIVER MICROSOMAL MEMBRANE - A SPIN LABEL STUDY

ESR spectra of spin probes were used to monitor lipid-protein interactions in native and cholesterol-enriched microsomal membranes. In both systems composite spectra were obtained, one characteristic of bulk bilayer organization and another due to a motionally restricted population, which was ascribed to lipids in a protein microenvironment. Computer spectral subtractions revealed that cholesterol modulates the order/mobility of both populations in opposite ways, i.e., while the lipid bilayer region gives rise to more anisotropic spectra upon cholesterol enrichment, the spectra of the motionally restricted population become indicative of increased mobility and/or decreased order. These events were evidenced by measurement of both effective order parameters and correlation times. The percentages of the motionally restricted component were invariant in native and cholesterol-enriched microsomes. Variable temperature studies also indicated a lack of variation of the percentages of both spectral components, suggesting that the motionally restricted one was not due to protein aggregation. The results correlate well with the effect of cholesterol enrichment on membrane-bound enzyme kinetics and on the behavior of fluorescent probes [Castuma & Brenner (1986) Biochemistry 25, 4733-4738]. Several hypothesis are put forward to explain the molecular mechanism of the cholesterol-induced spectral changes.

Immunological disturbances in toxic multinodular goitre and active Graves' disease

Cell-mediated and humoral immunity were studied in seventeen patients with toxic multinodular goitre, ten with active Graves' disease and fourteen healthy controls. The study included determination of sheep erythrocyte and complement rosette-forming cells in peripheral blood, immunoglobulin levels, titres of microsomal antibodies and migration inhibition test using thyroid extract and phytohaemagglutinin. When compared with controls the patients showed a positive response to thyroid antigen in the leucocyte migration inhibition test. Microsomal antibodies were detected in seven out of ten active Graves' disease patients against two out of seventeen of those with toxic multinodular goitre. Significantly increased IgG and IgA and decreased IgM levels were found only in the toxic multinodular group. These data provide further evidence for immunological disturbances in toxic multinodular goitre.

2 '-Deoxyguanosine, 2 '-deoxycytidine, and 2 '-deoxyadenosine adducts resulting from the reaction of tetrahydrofuran with DNA bases

A recent study showed that tetrahydrofuran (THF), a widely used solvent, is carcinogenic in experimental animals. Despite its carcinogenic activity, there is a paucity of information regarding cellular toxicity, biomolecular damage, and genotoxicity induced by THF. We describe here the structural characterization of adducts produced by the reaction of oxidized THF with 2'-deoxyguanosine (dGuo-THF 1 and dGuo-THF 2), 2'-deoxyadenosine (dAdo-THF), and 2'-deoxycytidine (dCyd-THF). Adducts were isolated from in vitro reactions by reverse-phase HPLC and fully characterized on the basis of spectroscopic measurements. The stable derivatives obtained by the reduction of adducts with NaBH4 ( the case of dGuo-THF 1, dCyd-THF, and dAdo-THF) and the stable adduct dGuo-THF 2 were used as standards for optimization of chromatographic separations for adduct detection in DNA through HPLC/ESI/MSMS. Using this methodology, we successfully detected the four adducts in calf thymus DNA reacted with oxidized THF. The present study also provides evidence that rat liver microsomal monooxigenases oxidize THF to the reactive electrophilic compounds that are able to damage the DNA molecule, as indicated by a significant increase in adduct dGuo-THF 1 level when NADPH was added to the THF/ microsomes/dGuo incubation mixtures. Our data point to DNA-THF adducts as possible contributing factors to the toxicological effects of THF exposure.

Assessment of the stereoselective fungal biotransformation of albendazole and its analysis by HPLC in polar organic mode

A high-performance liquid chromatographic method using polar organic mode was developed to analyze albendazole (ABZ), albendazole sulfone (ABZSO(2)) and the chiral and active metabolite albendazole sulfoxide (ABZSOX, ricobendazole) that was further applied in stereoselective fungal biotransformation studies. The chromatographic separation was performed on a Chiralpak AS column using acetonitrile:ethanol (97:3, v/v) plus 0.2% triethylamine and 0.2% acetic acid as the mobile phase at a flow rate of 0.5 mL min(-1). The present study employed hollow fiber liquid-phase microextraction as sample preparation. The method showed to be linear over the concentration range of 25-5000 ng mL(-1) for each ABZSOX enantiomer, 200-10,000 ng mL(-1) for ABZ and 50-1000 ng mL(-1) for ABZSO(2) metabolite with correlation coefficient (r)> 0.9934. The mean recoveries for ABZ, rac-ABZSOX and ABZSO(2) were, respectively, 9%, 33% and 20% with relative standard deviation below 10%. Within-day and between-day precision and accuracy assays for these analytes were studied at three concentration levels and were lower than 15%. This study opens the door regarding the possibility of using fungi in obtaining of the active metabolite ricobendazole. Nigrospora sphaerica (Sacc.) E. W. Mason (5567), Pestalotiopsis foedans (VR8), Papulaspora immersa Hotson (SS13) and Mucor rouxii were able to stereoselectively metabolize ABZ into its chiral metabolite. Among them, the fungus Mucor rouxii was the most efficient in the production of (+)-ABZSOX. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Mechanismen der Aktivierung und Detoxifizierung von Aflatoxin B 1 in verschiedenen Leberzelltypen von Ratten, Mäusen und Waldmurmeltieren

Zusammenfassung: Die Applikation des Mykotoxins Aflatoxin B1 (AFB1) führt in der Ratte zu Lebertumoren hepatozellulären Ursprungs, während bisher keine transformierende Wirkung dieses Mykotoxins auf Kupffer- und Endothelzellen (Nichtparenchymzellen, NPC) nachgewiesen werden konnte. Diese Resistenzmechanismen der NPC gegenüber AFB1 wurden im ersten Teil dieser Arbeit untersucht. AFB1 ist per se inaktiv, wird jedoch durch Verstoffwechselung in den chemisch reaktiven, an DNA bindenden Metaboliten AFB1-8,9-Epoxid überführt. Daneben stellt die enzymatische Hydroxylierung von AFB1 am Kohlenstoff-9a zum Aflatoxin M1 eine Detoxifizierung dar. Durch HPLC-Analyse der AFB1-Metabolite konnte gezeigt werden, daß in Nichtparenchymzellen (NPC) das Verhältnis von 9a-Hydroxylierung zu 8,9-Epoxidierung höher als in Parenchymzellen (PC) ist. Die AFB1-9a-hydroxylase fördert insbesondere in den NPC der Leber die Bildung des weniger gentoxischen Metaboliten AFM1 und konkurriert daher um die Aktivierung von AFB1 zum mutagenen und kanzerogenen 8,9-Epoxid. Dieser metabolische Unterschied scheint also einen Beitrag zur Resistenz der NPC der Leber gegenüber der hepatokanzerogenen Wirkung von AFB1 zu leisten. Da ein Synergismus zwischen der AFB1-Exposition und einer Infektion mit dem Hepatitis B-Virus (HBV) beim Menschen bezüglich des Auftretens von hepatozellulären Karzinomen zu bestehen scheint, wurde im zweiten Teil dieser Arbeit untersucht, ob die metabolische Aktivierung von AFB1 durch eine HBV-Infektion verstärkt wird. In einem Vergleich der Biotransformation von AFB1 mit mikrosomalen Leberfraktionen von transgenen HBV-Mäusen und Kontrollmäusen wurde keine signifikanten Unterschiede festgestellt. Dagegen wurde bei Virus-infizierten Waldmurmeltieren eine deutlich reduzierte Bildung des AFB1-8,9-Epoxids beobachtet. Es konnte z.T. ein Zusammenhang zwischen den verschiedenen Stadien der Leberschädigung und den Metabolismusraten festgestellt werden, wobei die metabolische Aktivierung mit zunehmender Leberschädigung abzunehmen scheint. Auch hinsichtlich der Aktivitäten verschiedener Cytochrom P450 abhängiger Monooxygenasen wurde eine weitgehende Übereinstimmung mit den durch HPLC ermittelten Metabolitenprofilen des AFB1 beobachtet. Diese Studien mit subzellulären Leberfraktion der transgenen HBV-Mäusen und der Waldmurmeltieren zeigen, daß die Interaktion zwischen Hepatitis und AFB1 nicht mit der verstärkten metabolischer Aktivierung von AFB1 zu erklären ist. TGF-ß1, aus der Gruppe der Cytokine, wird als Mediator bei Entzündungsprozessen in der Leber so z.B. im Verlauf einer Virushepatitis freigesetzt. Aufgrund der besonderen Bedeutung des murinen CYP2A5 (ortholog zum humanen CYP2A6) bei der Aktivierung von AFB1 wurde der Einfluß von TGF-ß1 auf CYP2A5 in Primärkulturen von Maushepatozyten untersucht. Durch Messung der Aktivität der Cumarin-7-hydroxylase sowie durch Bestimmung der Proteinmenge von CYP2A5 mittels Western Blotting konnte zunächst die Induzierbarkeit des CYP2A5-Isoenzyms durch Phenobarbital in kultivierten Hepatozyten der Maus gezeigt werden. Nur bei einer niedrigen TGF-ß1-Konzentration wurde eine leicht erhöhte Expression von CYP2A5 festgestellt, ansonsten führte die Behandlung der kultivierten Maushepatozyten mit TGF-ß1 zu einer dosisabhängigen Verminderung der Expression von CYP2A5.

Mikrosomale Biotransformation von Benzo[ghi]perylen, einem mutagenen polyaromatischen Kohlenwasserstoff ohne das Strukturelement der Bay-Region des kanzerogenen Benzo[a]pyrens

Kanzerogene polyaromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs), wie Benzo[a]pyren, besitzen eine Bay-Region mit ortho-kondensiertem Benzoring. Dadurch ist die enzymatische Bildung von Bay-Region-Dihydrodiolepoxiden (Oxiranylring in der sterisch abgeschirmten Molekülbucht) möglich, die als ultimal kanzerogene Metaboliten der PAKs gelten. Diese lösen durch DNA-Modifikation Primärläsionen aus, die, sofern sie nicht enzymatisch repariert werden, bei der DNA-Replikation Fehler verursachen (Mu-tationen). Der Mehrstufenprozeß der Kanzerogenese (Promotion und Progression) führt schließlich zur neoplastischen Entartung der Zelle. Benzo[ghi]perylen (BghiP) repräsentiert eine Gruppe von PAKs, die keine „klassische“ Bay-Region besitzen und daher keine vicinalen Dihydrodiolepoxiden bilden können. Trotzdem ist BghiP mutagen, z. B. in den Stämmen TA98 und TA100 von Salmonella typhimurium (1,3- bzw. 4,3 his+-Revertanten/nmol) nach metabolischer Aktivierung mit der postmitochondrialen Fraktion von Ratten nach Behandlung mit 3-Methylcholanthren. Hemmung der mikrosomalen Epoxidhydrolase (mEH) mit 1,1,1-Trichlor-2-propenoxid (TCPO) steigert die bakterielle Mutagenität von BghiP im Stamm TA98 um das 4-fache, was Arenoxide als ultimale Mutagene wahrscheinlich macht. Dieses Ergebnis wird au-ßerdem durch Untersuchung der DNA-Bindung mit dem Verfahren des 32P-Postlabelings bestätigt (Dr. Fickler, Institut für Toxikologie, Universität Mainz). Danach bildete mikrosomal aktiviertes BghiP drei Addukte (ein Hauptaddukt, zwei Nebenaddukte), die durch Hemmung der mEH mit TCPO verstärkt wurden (das Hauptaddukt um 29%). Um den für die bakterielle Mutagenität von BghiP verantwortlichen Metaboliten zu identifizieren, wurde die mikrosomale Biotransformaton von BghiP aufgeklärt. Umsetzung von BghiP mit Lebermikrosomen von Ratten nach Behandlung mit Aroclor 1254 lieferte 17 mit Ethylacetat extrahierbare Metaboliten. Zwölf dieser Metaboliten konnten durch eine Kombination von chromatographischen, spektroskopi-schen und biochemischen Methoden identifiziert werden. Daraus ergeben sich zwei Biotransformati-onswege: Weg I beginnt mit einem Angriff von Cytochrom P450-abhängigen Monooxygenasen an Position 7 und der Bildung des 7-Phenols. Dieses wird dann in das 7,8- bzw. 7,10-Diphenol überführt, die schließlich zu den mehrkernigen Chinonen an der 7,8- bzw. 7,10-Position oxidiert werden. Im Bio-transformationsweg II werden die K-Regionen von BghiP durch Cytochrom P450 funktionalisiert. Zu-nächst entstehen das auf indirektem Weg identifizierte 3,4-Oxid und das 3,4,11,12-Bisoxid, die in mikrosomalen Umsetzungen von BghiP nur nach Hemmung der mEH gebildet werden. Enzymatische Hydrolyse des 3,4-Oxides ergibt das trans-3,4-Dihydrodiol, das zum 3,4-Chinon oxidiert wird. Ebenso entsteht aus dem 3,4,11,12-Bisoxid das trans-3,4-trans-11,12-Bisdihydrodiol, aus dem durch Oxidati-on das trans-3,4-Dihydrodiol-11,12-Chinon hervorgeht. Untersuchung der stereoselektiven enzymati-schen Bildung der K-Region-trans-Di¬hydrodiole ergaben eine präferentielle Entstehung der 3R,4R- bzw. 3R,4R,11R,12R-Enantiomere. Untersuchungen der bakteriellen Mutagenität der Hauptmetaboliten 3,4-Dihydrodiol und dem 7-Phenol machte deutlich, dass beide Biotransformationswege I und II von BghiP zur bakteriellen Mutagenität beitragen. Das 7-Phenol aus Weg I ist ein proximales Mutagen, was auch von Phenolen anderer PAKs bekannt ist. Das 3,4-Dihydrodiol aus Weg II wird so schwach zu Mutagenen aktiviert, dass dem vermutlich gebildete 3,4-Dihydrodiol-11,12-oxid keine große Bedeutung als ultimales Mutagen von BghiP zukommt. Die Bestimmung der direkten mutagenen Aktivität (ohne metabolische Aktivierung) der mutmaßlich ultimal mutagenen Arenoxide von BghiP ergab, dass die des 3,4,11,12-Bisarenoxides sehr gering war (1,3 his+-Revertanten/nmol im Stamm TA98). Das 3,4-Oxid hingegen bewirkte einen deutlichen gentoxischen Effekt in den Stämmen TA98 und TA100 (5,5 bzw. 10 his+-Revertanten/nmol). Dies wurde durch die Bestimmung der DNA-Bindung mit dem 32P-Postlabeling, in dem das 3,4-Oxid für das Hauptaddukt von BghiP verantwortlich gemacht werden konnte, bestätigt. Daher kommt dem 3,4-Oxid als ultimales Mutagen die größte Bedeutung für die Gentoxizität von BghiP zu. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen bei PAKs ohne Bay-Region auf Arenoxide schließen, die eine notwendige Voraussetzung für DNA-Bindung und Mutagenität sind.