Entwicklung neuer Biomarker zur Detektion von Umweltbelastung

Es wurde bis heute meist mit relativ aufwendigen Methoden nach dem Vorkommen von Strangbrüchen in der DNA gesucht. Die hier verwendete Fast-Micromethod steht jetzt neben mehreren bereits etablierten Methoden zur qualitativen und quantitativen Erfassung von DNA-Strangbrüchen zur Verfügung. Die Methode wurde zur schnellen und empfindlichen Messung von DNA-Schäden und deren Reparatur unter Verwendung von PicoGreen, einem spezifisch an DNA-Einzelstränge bindenden Fluoreszenzfarbstoff, durchgeführt. Die Methode wurde in der vorliegenden Arbeit für verschiedene Zellarten wie HeLa-Zellen und Schwamm-Zellen mit Schwermetallionen verwendet. Sie wurde ebenfalls bei verschiedenen Strangbruch-induzierenden Stoffen wie NQO und physikalischen Faktoren wie UV-Bestrahlung und Gammastrahlung erfolgreich eingesetzt. Die Strangbrüche wurden bei HeLa-Zellen mit 10 µM NQO nach 90 Minuten Inkubation und ebenso bei Gammastrahlung mit 16 Gy gemessen. An Schwammzellen wurden Effekte von Schwermetallionen und UV, auch einschließlich nachgeschalteter Reparaturaktivität, gemessen. Dabei war die Reparatur jedoch nicht ganz vollständig. Durch die Fast-Micromethod wurde DNA-Schädigung durch UV-Bestrahlung und Gentoxizität von Schwermetall-Ionen an HeLa-Zellen nachgewiesen. Die Schwammzellen wurden mit verschiedenen Schwermetall-Ionen in verschiedenen Konzentrationen getestet und mit UV bei verschiedenen Dosen bestrahlt. Teilweise wurde nach dem Einfluss die DNA-Reparatur erfasst. Schwammzellen wurden in den drei häufig verwendeten Medien CMFSW, CMFSW+EDTA und Seewasser aufgenommen. Im Seewasser waren die Zellen nach 60 Minuten Inkubationszeit aggregiert (Primmorphe). Im CMFSW+EDTA Medium lagen dagegen nur Einzellen vor, da die Zellen im EDTA-Medium dissoziiert wurden und auch nicht mehr proliferierten.

Regulation der Stress-aktivierten Proteinkinasen durch den gentoxischen Benzo[a]pyren-Metaboliten BPDE

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) sind ubiquitäre Verschmutzungen der Umwelt und entstehen während der unvollständigen Verbrennung organischen Materials wie Holz, Kohle und Erdöl. Werden diese chemisch nicht reaktiven PAK in den Körper aufgenommen, durchlaufen sie eine Reihe von enzymatischen Umsetzungen, die unter der Bezeichnung Fremdstoffmetabolismus zusammengefasst werden. Die chemische Umsetzung des PAK und Prokarzinogens Benzo[a]pyren (B[a]P) führt u.a. zur Bildung des reaktiven Metaboliten B[a]P-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxid (BPDE). BPDE ist stark elektrophil und kann auf Grund dieser Eigenschaft an nukleophile Makromoleküle wie Proteine und DNA binden. Die Bildung von BPDE-DNA-Addukten resultiert in der Entstehung von Mutationen und kann zur Tumorbildung führen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte die Wirkung von BPDE als Modellsubstanz für gentoxische Agenzien auf intrazelluläre Signalkaskaden und die Konsequenzen der BPDE-Exposition bezüglich der Zellaktivität untersucht werden. Es konnte gezeigt werden, dass BPDE-Behandlung von Mausfibroblasten eine intrazelluläre Signalkaskade induziert, welche zur Aktivierung der Stressaktivierten Proteinkinasen (SAPK) JNK und p38 führt. An dieser Signalkaskade sind Src-ähnliche Kinasen beteiligt. BPDE-Behandlung führt in den untersuchten Mausfibroblasten zur Induktion von DNA-Einzelstrangbrüchen, deren Auftreten zeitlich mit der SAPK-Aktivierung korreliert. Die BPDEinduzierten DNA-Strangbrüche sind die Folge der Entfernung dieser Läsionen aus dem Genom durch die Nukleotidexzisionsreparatur (NER). Erkannt werden BPDE-DNA-Addukte durch die NERProteine XPA und XPC (Xeroderma Pigmentosum Komplementationsgruppe A und C). Nach der Erkennung von BPDE-DNA-Addukten kommt es zur Rekrutierung von Nukleasen, welche die vorliegende Läsion und umliegende Nukleotide aus dem Genom entfernen. In XPA- und XPCdefizienten Mausfibroblasten induziert BPDE daher keine DNA-Strangbrüche. Jedoch ist nur in XPCdefizienten Zellen, aber nicht in XPA-defizienten Zellen, die SAPK-Aktivierung drastisch reduziert. Behandlung von Mausfibroblasten mit Benzo[c]phenanthren-3,4-Diol-1,2-Epoxid, einem PAK, dessen DNA-Addukte schlecht durch NER-Faktoren erkannt und repariert werden, führt zu keiner SAPKAktivierung. Die Aktivierung von p38 und JNK scheint demnach abhängig zu sein von der Erkennung des primären DNA-Schadens. Die XPC-abhängige SAPK-Aktivierung schützt die Zellen vor BPDEabhängiger Toxizität, da sowohl XPC- als auch p38-defiziente Mausfibroblasten eine höhere Sensitivität gegenüber BPDE zeigen als korrespondierende Wildtypzellen. Zusamenfassend konnte in dieser Arbeit ein neuer Signalweg beschrieben werden, in dem DNASchäden, verursacht durch BPDE, über die XPC-abhängige DNA-Schadenserkennung, die Aktivierung der SAPK induziert. Diese Aktivierung der SAPK schützt vor BPDE-induzierter Toxizität.

Bedeutung von Rho-GTPasen bei der Regulation zellulärer Antworten auf genotoxischen Stress

SAPK/JNK regulieren nach genotoxischem Stress eine Vielzahl von Zielsubstraten, die bedeutsam für Reparatur und Überleben der Zelle sind, somit nehmen sie Einfluss auf das zelluläre Schicksal der Zelle. Ob DNA-Schäden eine Phosphorylierung von Stress-Kinasen nach sich ziehen ist bisher noch wenig untersucht. Mit reparaturdefizienten Zellen wurde der Einfluss von DNA-Schäden, durch Cisplatin/Transplatin/UV-C, auf die SAPK/JNK Aktivierung untersucht. Die Aktivierung der Stress-Kinasen erfolgte agenzspezifisch und abhängig von verschieden Reparaturfaktoren. Die Aktivierung korrelierte in reparaturdefizienten Zellen teilweise mit dem späten Auftreten von DNA-Strangbrüchen, war jedoch unabhängig von erhöhten initialen DNA-Schäden. Diese Befunde zeigten, dass die späte Aktivierung der SAPK/JNK DNA-schadensabhängig verläuft und das Cisplatin und Transplatin bei Verwendung von äquitoxischen Dosen zu einer vergleichbaren Aktivierung von SAPK/JNK führten. Die Hemmung der Rho-GTPasen sowohl durch Statine als auch mittels Clostridium difficile Toxin B zeigte weiterhin, dass Rho-GTPasen möglicherweise die späte DNA-schadensabhängige Aktivierung der Stress-Kinasen vermitteln. Die Hemmung von Rho-GTPasen durch physiologisch relevante Konzentrationen von Statinen führte in primären humanen Endothelzellen (HUVECs) zu einer Protektion vor IR-Strahlung und Doxorubicin. In beiden Fällen konnte eine Hemmung des pro-apoptotischen Transkriptionsfaktors p53 sowie der Chk1, welche einen Zellzyklusarrest reguliert, mit der Statin-Behandlung erreicht werden. Effektor-Caspasen wurden dabei durch den HMG-CoA-Reduktase Hemmer nicht beeinflusst. Ausschließlich bei dem Statin-vermittelten Schutz vor Doxorubicin kam es zu einer Reduktion von initialen DNA-Schäden, in Form von DNA-Strangbrüchen. Die IR-induzierten Strangbrüche in der DNA blieben von der Statin-Inkubation hingegen unbeeinflusst. Aufgrund ihrer protektiven Eigenschaften gegenüber IR- und Doxorubicin-induzierter Zytotoxizität in Endothelzellen und ihrer pro-apoptotischen Wirkung auf Tumorzellen könnten Statine möglicherweise die unerwünschten Nebenwirkungen von Zytostatika und einer Strahlentherapie günstig beeinflussen

Die Rolle der Topoisomerase 2 beta in der normalen Herzfunktion sowie in der Entstehung der Herzinsuffizienz

Die Herzinsuffizienz (HI) ist eine der häufigsten und teuersten medizinischen Indikationen in der heutigen Zeit. rnIn der vorliegenden Arbeit konnte zum ersten Mal die Topoisomerase 2b (Top2b) in Zusammenhang mit der Entstehung einer dilatativen Kardiomyopathie gebracht werden. rnIn einem speziellen Mausmodell war es möglich, die Top2b gewebsspezifisch und zeitspezifisch nur in Kardiomyozyten zu deletieren. Dies geschah mittels eines Tamoxifen-induzierten Cre-Rekombinase-Gendeletionsmodells. Phänotypisch zeigten die Top2b-deletierten Mäuse 8 Wochen nach der Tamoxifen-Gabe signifikant reduzierte kardiale Ejektionsfraktionen sowie erhöhte linksventrikuläre enddiastolische und endsystolische Volumina. Weder Schlagvolumen noch Körpergewicht waren verändert. Die natriuretischen Peptide ANP und BNP waren in den Top2b-deletierten Tieren ebenfalls signifikant erhöht. Zusätzlich zeigten sowohl elektronenmikroskopische Untersuchungen als auch klassische histologische Verfahren fibrotische Veränderungen und erhöhte Kollagenablagerungen in Top2b-deletierten Tieren. Begleitend dazu stiegen die mRNA-Expressionslevel von Col1a1, Col3a1, Tgfβ1 und Tgfβ2 in den deletierten Tieren 8 Wochen nach der Implementierung der Deletion signifikant an. rnIn einer genomweiten Hochdurchsatz-Sequenzierung waren bereits 2 Wochen nach Tamoxifen-Gabe 128 Gene mindestens 2-fach gegenüber der Kontrollgruppe differentiell exprimiert. Eine genauere Analyse der veränderten Genexpression ließ bereits 14 Tage nach Implementierung der Deletion kardiale Verschlechterungen vermuten. So waren neben dem atrialen natriuretischen Peptid ANP die beiden häufigsten Kollagenarten im Herzen, Col3a1 und Col1a1, hochreguliert. rnInteressanterweise beinhalteten die 37 herunterregulierten Gene 11 Transkriptionsfaktoren. Da der Top2b in den letzten Jahren eine immer stärker werdende Bedeutung in der Transkription zugesprochen wird, sollte mittels Chromatin-Immunpräzipitation ein direkter Zusammenhang zwischen der Top2b-Deletion und der Herunterregulierung der 11 Transkriptionsfaktoren sowie die Bindung der Top2b an Promotoren ausgewählter, differentiell-exprimierter Gene untersucht werden. Generell konnte keine vermehrte Bindung von Top2b an Promotorbereiche gezeigt werden, was aber nicht dem generellen Fehlen einer Bindung gleichkommen muss. Vielmehr gab es methodische Schwierigkeiten, weshalb die Bedeutung der Top2b in der Transkription im Rahmen der vorliegenden Arbeit nicht ausreichend geklärt werden konnte.rnEine Kardiomyozyten-spezifische Top2b-Deletion mündete 8 Wochen nach Tamoxifen-Gabe in eine dilatative Kardiomyopathie. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt sind keine klaren Aussagen zum zugrundeliegenden Mechanismus der entstehenden Herzschädigung in Folge einer Top2b-Deletion zu treffen. Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass der Tumorsuppressormarker p53 eine wichtige Rolle in der Entstehung der dilatativen Kardiomyopathie spielen könnte. So konnte 8 Wochen nach der Top2b-Deletion mittels Chromatin-Immunpräzipitation eine erhöhte Bindung von p53 an Promotorregionen von Col1a1, Tgfβ2 und Mmp2 detektiert werden. Die Bedeutung dieser Bindung, und ob aufgrund dessen die Entstehung der Fibrose erklärt werden könnte, ist zum jetzigen Zeitpunkt unklar.rn

The cellular and molecular responses to a novel nucleotide analogue, GS-9219

GS-9219 is a cell-permeable double-prodrug of the acyclic nucleotide analogue 9-(2-phosphonylmethoxyethyl)guanine (PMEG). The conversion of GS-9219 to its active metabolite, PMEG diphosphate (PMEGpp), involves several intracellular enzymatic reactions which reduces the concentration of nephrotoxic PMEG in plasma. PMEGpp competes with the natural substrate, dGTP, for incorporation by DNA polymerases. The lack of a 3'-hydroxyl moiety makes PMEGpp a de facto DNA chain-terminator. The incorporation of PMEGpp into DNA during DNA replication causes DNA chain-termination and stalled replication forks. Thus, the primary mechanism of action of GS-9219 in replicating cells is via DNA synthesis inhibition. GS-9219 has substantial antiproliferative activity against activated lymphocytes and tumor cell lines of hematological malignancies. Tumor cell proliferation was significantly reduced as measured by PET/CT scans in dogs with advanced-stage, spontaneously occurring non-Hodgkin's lymphoma (NHL).^ The hypothesis of this dissertation is that the incorporation of PMEGpp into DNA during repair re-synthesis would result in the inhibition of DNA repair and accumulation of DNA damage in chronic lymphocytic leukemia (CLL) cells and activate signaling pathways to cell death.^ To test this hypothesis, CLL cells were treated with DNA-damaging agents to stimulate nucleotide excision repair (NER) pathways, enabling the incorporation of PMEGpp into DNA. When NER was activated by UV, PMEGpp was incorporated into DNA in CLL cells. Following PMEGpp incorporation, DNA repair was inhibited and led to the accumulation of DNA strand breaks. The combination of GS-9219 and DNA-damaging agents resulted in more cell death than the sum of the single agents alone. The presence of DNA strand breaks activated the phosphatidylinositol 3-kinase-like protein kinase (PIKK) family members ataxia-telangiectasia mutated (ATM) and DNA-dependent protein kinase (DNA-PK). The activated ATM initiated signaling to the downstream target, p53, which was subsequently phosphorylated and accumulated to exert its apoptotic functions. P53-targeted pro-apoptotic genes, Puma and Bax, were upregulated and activated when DNA repair was inhibited, likely contributing to cell death. ^

Design, synthesis and cellular and molecular pharmacology of 2$\sp\prime$-bromo-4$\sp\prime$-epidaunorubicin (WP401): A novel non-cross-resistant anthracycline antibiotic with the intrinsic ability to circumvent P -glycoprotein-mediated drug resistance

We designed and synthesized a novel daunorubicin (DNR) analogue that effectively circumvents P-glycoprotein (P-gp)-mediated drug resistance. The fully protected carbohydrate intermediate 1,2-dibromoacosamine was prepared from acosamine and effectively coupled to daunomycinone in high yield. Deprotection under alkaline conditions yielded 2$\sp\prime$-bromo-4$\sp\prime$-epidaunorubicin (WP401). The in vitro cytotoxicity and cellular and molecular pharmacology of WP401 were compared with those of DNR in a panel of wild-type cell lines (KB-3-1, P388S, and HL60S) and their multidrug-resistant (MDR) counterparts (KB-V1, P388/DOX, and HL60/DOX). Fluorescent spectrophotometry, flow cytometry, and confocal laser scanning microscopy were used to measure intracellular accumulation, retention, and subcellular distribution of these agents. All MDR cell lines exhibited reduced DNR uptake that was restored, upon incubation with either verapamil (VER) or cyclosporin A (CSA), to the level found in sensitive cell lines. In contrast, the uptake of WP401 was essentially the same in the absence or presence of VER or CSA in all tested cell lines. The in vitro cytotoxicity of WP401 was similar to that of DNR in the sensitive cell lines but significantly higher in resistant cell lines (resistance index (RI) of 2-6 for WP401 vs 75-85 for DNR). To ascertain whether drug-mediated cytotoxicity and retention were accompanied by DNA strand breaks, DNA single- and double-strand breaks were assessed by alkaline elution. High levels of such breaks were obtained using 0.1-2 $\mu$g/mL of WP401 in both sensitive and resistant cells. In contrast, DNR caused strand breaks only in sensitive cells and not much in resistant cells. We also compared drug-induced DNA fragmentation similar to that induced by DNR. However, in P-gp-positive cells, WP401 induced 2- to 5-fold more DNA fragmentation than DNR. This increased DNA strand breakage by WP401 was correlated with its increased uptake and cytotoxicity in these cell lines. Overall these results indicate that WP401 is more cytotoxic than DNR in MDR cells and that this phenomenon might be related to the reduced basicity of the amino group and increased lipophilicity of WP401. ^

Poly(ADP-ribose) polymerase is a mediator of necrotic cell death by ATP depletion

Apoptotic and necrotic cell death are well characterized and are influenced by intracellular ATP levels. Poly(ADP-ribose) polymerase (PARP), a nuclear enzyme activated by DNA strand breaks, physiologically participates in DNA repair. Overactivation of PARP after cellular insults can lead to cell death caused by depletion of the enzyme’s substrate β-nicotinamide adenine dinucleotide and of ATP. In this study, we have differentially elicited apoptosis or necrosis in mouse fibroblasts. Fibroblasts from PARP-deficient (PARP−/−) mice are protected from necrotic cell death and ATP depletion but not from apoptotic death. These findings, together with cell death patterns in PARP−/− animals receiving other types of insults, indicate that PARP activation is an active trigger of necrosis, whereas other mechanisms mediate apoptosis.

Poly(ADP-ribose) polymerase gene disruption conferred mice resistant to streptozotocin-induced diabetes

Streptozotocin (STZ), a glucose analogue known to induce diabetes in experimental animals, causes DNA strand breaks and subsequent activation of poly(ADPribose) polymerase (Parp). Because Parp uses NAD as a substrate, extensive DNA damage will result in reduction of cellular NAD level. In fact, STZ induces NAD depletion and cell death in isolated pancreatic islets in vitro. Activation of Parp therefore is thought to play an important role in STZ-induced diabetes. In the present study, we established Parp-deficient (Parp−/−) mice by disrupting Parp exon 1 by using the homologous recombination technique. These mice were used to examine the possible involvement of Parp in STZ-induced β-cell damage in vivo. The wild-type (Parp+/+) mice showed significant increases in blood glucose concentration from 129 mg/dl to 218, 370, 477, and 452 mg/dl on experimental days 1, 7, 21, and 60, respectively, after a single injection of 180 mg STZ/kg body weight. In contrast, the concentration of blood glucose in Parp−/− mice remained normal up to day 7, slightly increased on day 21, but returned to normal levels on day 60. STZ injection caused extensive necrosis in the islets of Parp+/+ mice on day 1, with subsequent progressive islet atrophy and loss of functional β cells from day 7. In contrast, the extent of islet β-cell death and dysfunction was markedly less in Parp−/− mice. Our findings clearly implicate Parp activation in islet β-cell damage and glucose intolerance induced by STZ in vivo.

Poly(ADP-ribose) polymerase-1 is required for efficient HIV-1 integration

Poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1; EC 2.4.2.30) is an abundant nuclear enzyme, activated by DNA strand breaks to attach up to 200 ADP-ribose groups to nuclear proteins. As retroviral infection requires integrase-catalyzed DNA strand breaks, we examined infection of pseudotyped HIV type I in fibroblasts from mice with a targeted deletion of PARP-1. Viral infection is almost totally abolished in PARP-1 knockout fibroblasts. This protection from infection reflects prevention of viral integration into the host genome. These findings suggest a potential for PARP inhibitors in therapy of HIV type I infection.

Activation of a 15-kDa endonuclease in hypoxia/reoxygenation injury without morphologic features of apoptosis.

Hypoxia/reoxygenation is an important cause of tissue injury in a variety of organs and is classically considered to be a necrotic form of cell death. We examined the role of endonuclease activation, considered a characteristic feature of apoptosis, in hypoxia/reoxygenation injury. We demonstrate that subjecting rat renal proximal tubules to hypoxia/reoxygenation results in DNA strand breaks and DNA fragmentation (both by an in situ technique and by agarose gel electrophoresis), which precedes cell death. Hypoxia/reoxygenation resulted in an increase in DNA-degrading activity with an apparent molecular mass of 15 kDa on a substrate gel. This DNA-degrading activity was entirely calcium dependent and was blocked by the endonuclease inhibitor aurintricarboxylic acid. The protein extract from tubules subjected to hypoxia/reoxygenation cleaved intact nuclear DNA obtained from normal proximal tubules into small fragments, which further supports the presence of endonuclease activity. Despite unequivocal evidence of endonuclease activation, the morphologic features of apoptosis, including chromatin condensation, were not observed by light and electron microscopy. Endonuclease inhibitors, aurintricarboxylic acid and Evans blue, provided complete protection against DNA damage induced by hypoxia/reoxygenation but only partial protection against cell death. Taken together, our data provide strong evidence for a role of endonuclease activation as an early event, which is entirely responsible for the DNA damage and partially responsible for the cell death that occurs during hypoxia/reoxygenation injury. Our data also indicate that in hypoxia/reoxygenation injury endonuclease activation and DNA fragmentation occur without the morphological features of apoptosis.

Genotoxicity of inorganic lead salts and disturbance of microtubule function

Lead compounds are known genotoxicants, principally affecting the integrity of chromosomes. Lead chloride and lead acetate induced concentration-dependent increases in micronucleus frequency in V79 cells, starting at 1.1 μ M lead chloride and 0.05 μ M lead acetate. The difference between the lead salts, which was expected based on their relative abilities to form complex acetato-cations, was confirmed in an independent experiment. CREST analyses of the micronuclei verified that lead chloride and acetate were predominantly aneugenic (CREST-positive response), which was consistent with the morphology of the micronuclei (larger micronuclei, compared with micronuclei induced by a clastogenic mechanism). The effects of high concentrations of lead salts on the microtubule network of V79 cells were also examined using immunofluorescence staining. The dose effects of these responses were consistent with the cytotoxicity of lead(II), as visualized in the neutral-red uptake assay. In a cell-free system, 20-60 μ M lead salts inhibited tubulin assembly dose-dependently. The no-observed-effect concentration of lead(II) in this assay was 10 μ M. This inhibitory effect was interpreted as a shift of the assembly/disassembly steady-state toward disassembly, e.g., by reducing the concentration of assembly-competent tubulin dimers. The effects of lead salts on microtubule-associated motor-protein functions were studied using a kinesin-gliding assay that mimics intracellular transport processes in vitro by quantifying the movement of paclitaxel-stabilized microtubules across a kinesin-coated glass surface. There was a dose-dependent effect of lead nitrate on microtubule motility. Lead nitrate affected the gliding velocities of microtubules starting at concentrations above 10 μ M and reached half-maximal inhibition of motility at about 50 μ M. The processes reported here point to relevant interactions of lead with tubulin and kinesin at low dose levels. Environ. Mal. Mutagen. 45:346-353, 2005. © 2005 Wiley-Liss, Inc.

Environmental contamination of arsenic and its toxicological impact on humans

Inorganic arsenic compounds are known carcinogens. The human epidemiologic evidence of arsenic-induced skin, lung, and bladder cancers is strong. However, the evidence of arsenic carcinogenicity in animals is very limited. Lack of a suitable animal model until recent years has inhibited studies of the mechanism of arsenic carcinogenesis. The toxicity and bioavailability of arsenic depend on its solubility and chemical forms. Therefore, it is critical to be able to measure arsenic speciation accurately and reliably. However, speciation of arsenic in more complex matrices remains a real challenge. There are tens of millions of people who are being exposed to excessive levels of arsenic in the drinking water alone. The source of contamination is mainly of natural origin and the mass poisoning is occurring worldwide, particularly in developing countries. Chronic arsenicosis resulting in cancer and non-cancer diseases will impact significantly on the public health systems in their respective countries. Effective watershed management and remediation technologies in addition to medical treatment are urgently needed in order to avoid what has been regarded as the largest calamity of chemical poisoning in the world.

Characterization of tumour necrosis factor alpha release by human granulocytes in response to procainamide challenge

The role of human granulocytes in the promotion of procainamide (PA) toxicity in vitro has been studied and one of the agents responsible for DNA strand scission and cell death in human target cells has been characterized. Crude peripheral blood mononuclear cells (cPBMNs) isolated by density centrifugation, and the lymphocyte cell lines--CCRF-HSB2 and WIL-2NS--were exposed to PA, and DNA strand breaks were quantified by fluorescent analysis of DNA unwinding. Therapeutic plasma concentrations of PA (0-50 microM) caused dose-dependent cytotoxicity, determined by dye exclusion, and strand breaks in cPBMNs incubated for 3 and 1.5 hr at 37 degrees, respectively. Using 50 microM PA a five-fold increase in DNA strand breaks was observed after 1.5 hr, with significant induction of strand breaks also being observed for 10 and 25 microM concentrations. Toxicity was much reduced in lymphocyte cell lines (maximal killing = 3.0% at 50 microM PA compared with 13.2% in cPBMNs). A similar decrease in toxicity was observed where N-acetyl procainamide (NAPA) was substituted for PA (less than 50% of strand breaks at all concentrations). Further investigations showed that the presence of a contaminating granulocyte population in the cPBMN fraction was responsible for the induction of PA toxicity. Incubation of a highly enriched granulocyte population with PA for 1 hr prior to exposure to purified peripheral blood mononuclear cells (pPBMNs) led to the complete restoration of the toxic effects. The resulting cyto- and genotoxicity were not significantly different to levels observed in cPBMNs. Significantly, incubation of granulocytes with NAPA did not induce toxicity in target pPBMNs. Ultrafiltration of granulocyte supernatants led to the identification of two toxic fractions of < 3000 and > 30,000 Da. Temporal studies showed that the toxicity associated with the < 3000 Da fraction appeared during the first 10-15 min incubation with PA whereas the > 30,000 Da fraction did not display significant toxicity until the 40-60 min period. Further assessment of the nature of these agents indicated that the 30,000 Da fraction was a protein. SDS-PAGE analysis showed an inducible 17,800 Da species appearing in granulocyte supernatants after 40 min incubation with PA. Dot blot analysis indicated that tumour necrosis factor alpha (TNF alpha) was present in the > 30,000 Da fraction. Evidence that TNF alpha was the high-molecular weight species responsible for PA-induced toxicity was obtained from neutralization assays employing an anti-TNF alpha antibody.(ABSTRACT TRUNCATED AT 400 WORDS)

Nanotechnology in food industry II: risk assessment and legislation

Currently, there is increasing use of nanomaterials in the food industry thanks to the many advantages offered and make the products that contain them more competitive in the market. Their physicochemical properties often differ from those of bulk materials, which require specialized risk assessment. This should cover the risks to the health of workers and consumers as well as possible environmental risks. The risk assessment methods must go updating due to more widespread use of nanomaterials, especially now that are making their way down to consumer products. Today there is no specific legislation for nanomaterials, but there are several european dispositions and regulations that include them. This review gives an overview of the risk assessment and the existing current legislation regarding the use of nanotechnology in the food industry.

Avaliação do potencial cancerigénico de microcistinas (cianotoxinas)

Tese de doutoramento em Farmácia (Toxicologia), apresentada à Faculdade de Farmácia da Universidade de Lisboa, 2009.