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.

含联苯结构的聚酰亚胺复合材料

以改进的PMR方法由联苯四甲酸二甲酯(BPDE),二氨基二苯甲烷(MDA)及降冰片烯二酸单甲酯(NE)合成的树脂为基体制备了AS4碳纤维增强的超高温聚酰亚胺复合材料。研究了树脂预聚物的高温流变行为。制得的复合材料在室温的弯曲强度为1190MPa,弯曲模量为121GPa,层间剪切强度为42MPa;在371℃的力学性能分别是763MPa、116GPa、26MPa;在371℃时的力学强度保持率可达50%以上;玻璃化温度为472℃;该基体树脂和复合材料在空气中371℃下100h老化后,热失重分别为1.9%和2%。

Study on a novel polyimide precursor prepared by a modified polymerization of monomeric reactants (MPMR) procedure

A novel polyimide precursor based on the dimethyl ester of 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic acid, 4,4'-methylene dianiline and the monomethyl ester of 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid (BPDE/MDA/NE) was prepared by a modified polymerization of monomeric reactants (PMR) approach (MPMR). The composition of the precursor was quantitatively characterized by means of FTIR, HPLC and GC. The fractions of imide, amic ester and amic acid units in the precursor, typically prepared by refluxing in 1,4-dioxane for 2 h, were 33.7, 30.8 and 1.1 mol-%, respectively. The portion of free MDA was 3.34 wt.-% as determined by HPLC.

Retinal Pigment Epithelial Cell DNA is Damaged by Exposure to Benzo[a]pyrene, a Constituent of Cigarette Smoke.

This study examined the effect of exogenous benzo[ a ]pyrene (BaP), an important constituent of cigarette smoke, on cultured bovine retinal pigment epithelial (RPE) cells. Evidence is presented for its metabolic conversion into benzo[ a ]pyrene diol epoxide (BPDE) and the consequent formation of potentially cytotoxic nucleobase adducts in DNA. Cultured RPE cells were treated with BaP at concentrations in the range of 0–100 µm. The presence of BaP was found to cause inhibition of cell growth and replication. BaP induced the expression of a phase I drug metabolizing enzyme which was identified as cytochrome P450 1A1 (CYP 1A1) by RT–PCR and by Western blotting. Coincident with the increased expression of CYP 1A1, covalent adducts between the mutagenic metabolite BPDE and DNA could be detected within RPE cells by immunocytochemical staining. Additional support for their formation was afforded by nuclease P1 enhanced 32P-postlabelling assays on cellular DNA. Single-cell gel electrophoresis (comet) assays showed that exposure of RPE cells to BaP rendered them markedly more susceptible to DNA damage induced by broad band UVB or blue light laser irradiation. In the case of UVB, this is consistent with the photosensitization of DNA cleavage by nucleobase adducts of BPDE. Collectively, these findings imply that BaP has a significant impact on RPE cell pathophysiology and suggest mechanisms whereby exposure to cigarette smoke might cause RPE dysfunction and cell death, thus possibly contributing to degenerative disorders of the retina.

Évaluation de la cytogénotoxicité humaine induite par l’exposition à de faibles doses de benzo-a-pyrène, à l’aide de biomarqueurs précoces

Le benzo-a-pyrène (BaP) est un hydrocarbure aromatique polycyclique (HAP) cancérogène pour l’homme, qui contamine toutes les sphères de notre environnement. Son métabolite, le BaP-7,8-diol-9,10-époxyde (BPDE) est considéré comme son cancérogène ultime. Le BPDE se lie à l’ADN, formant des adduits qui doivent être réparés et qui seraient responsables des dommages à l’ADN et de la cancérogenèse induite par le BaP. Les adduits BPDE-ADN et les dommages à l’ADN (bris simple-brin [BSB] à l’ADN, aberrations chromosomiques [AC], échanges entre chromatides-sœurs [ÉCS] et micronoyaux [MN]) ont été mesurés dans les lymphocytes humains exposés à de faibles concentrations de BaP, provenant de jeunes volontaires non-fumeurs et en santé. Suite à l’exposition au BaP, le niveau d’adduits BPDE-ADN et la fréquence des AC et des MN augmentent significativement, puis diminuent aux concentrations les plus élevées de BaP testées, suggérant une induction du métabolisme de phase II du BaP. Lors de la mesure des ÉCS, nous obtenons une courbe dose-réponse linéaire, indiquant la production d’un autre type de lésions devant être réparées par le système de réparation par recombinaison homologue. Ces lésions pourraient être des bris à l’ADN ou des bases oxydées (8-OH-dG), ce qui est suggéré par l’analyse des corrélations existant entre nos biomarqueurs. Par ailleurs, la comparaison de la courbe dose-réponse des hommes et des femmes montre que des différences existent entre les sexes. Ainsi, les ÉCS, les AC et les MN sont significativement augmentés chez les hommes à la plus faible concentration de BaP, alors que chez les femmes cette augmentation, quoique présente, est non significative. Des différences interindividuelles sont également observées et sont plus importantes pour les adduits BPDE-ADN, les MN et les AC, alors que pour les ÉCS elles sont minimes. Les analyses statistiques effectuées ont permis d’établir que quatre facteurs (niveau d’exposition au BaP, adduits BPDE-ADN, fréquence des AC et nombre de MN par cellule micronucléée) expliquent jusqu’à 59 % de la variabilité observée dans le test des ÉCS, alors qu’aucun facteur significatif n’a pu être identifié dans le test des AC et des MN. L’analyse du mécanisme de formation de nos biomarqueurs précoces permet de suggérer que les bris à l’ADN et les bases oxydées devraient être classées comme biomarqueurs de dose biologique efficace, au sein des biomarqueurs d’exposition, dans le continuum exposition-maladie du BaP, étant donné qu’ils causent la formation des biomarqueurs de génotoxicité (ÉCS, AC et MN). Par ailleurs, le test des AC et des MN ont permis de confirmer l’action clastogénique du BaP en plus de mettre en évidence des effets aneugènes affectant surtout la ségrégation des chromosomes lors de la division cellulaire. Ces effets aneugènes, reliés à l’étape de progression dans la cancérogenèse, pourraient être particulièrement importants puisque l’exposition au BaP et aux HAP est chronique et dure plusieurs années, voire des décennies. La compréhension des mécanismes régissant la formation des biomarqueurs étudiés dans cette étude, ainsi que des relations existant entre eux, peut être appliquée à de nombreux contaminants connus et émergents de notre environnement et contribuer à en évaluer le mode d’action.

Protective effects of beta-glucan extracted from Agaricus brasiliensis against chemically induced DNA damage in human lymphocytes

beta-Glucans (BGs) are polysaccharides that are found in the cell walls of organisms such as bacteria, fungi, and some cereals. The objective of the present study was to investigate the genotoxic and antigenotoxic effects of BG extracted from the mushroom Agaricus brasiliensis (=Agaricus blazei Murrill ss. Heinemann). The mutagenic activity of BG was tested in single-cell gel electrophoresis assays with human peripheral lymphocytes. In addition, the protective effects against the cooked food mutagen 3-amino-1-methyl-5H-pyrido[4,3-b]indole (Trp-P-2) and (+/-)-anti-B[a]P-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxide (BPDE), which is the main metabolite of B[a]P, and against ROS (H2O2)-induced DNA damage, were studied. The results showed that the compound itself was devoid of mutagenic activity, and that a significant dose-dependent protective effect against damage induced by hydrogen peroxide and Trp-P-2 occurred in the dose range 20-80 mu g/ml. To investigate the prevention of Trp-P-2-induced DNA damage, a binding assay was carried out to determine whether BG inactivates the amine via direct binding. Since no such interactions were observed, it is likely that BG interacts with enzymes involved in the metabolism of the amine.

Modulation of cytochrome P450 enzyme activity and PAH -induced skin carcinogenesis by naturally occurring coumarins

The present study was designed to determine the potential anticarcinogenic activity of naturally occurring coumarins and their mechanism of action. The results indicated that several naturally occurring coumarins including bergamottin, coriandrin, imperatorin, isopimpinellin, and ostruthin, to which humans are routinely exposed in the diet, were effective inhibitors and/or inactivators of CYP1A1-mediated ethoxyresorufin-O-dealkylase (EROD) or CYP2B1-mediated pentoxyresorufin-O-dealkylase (PROD) in mouse liver microsomes. In addition, bergamottin and corandrin were also found to be inhibitors of purified human P450 1A1 in vitro. Further studies with coriandrin revealed that this compound was a mechanism-based inactivator of P450 1A1 and covalently bound to the P450 1A1 apoprotein. In cultured mouse keratinocytes, bergamottin and coriandrin effectively inhibited the B(a) P metabolism and significantly decreased covalent binding of B(a) P and DMBA to keratinocyte DNA and anti-diol-epoxide-DNA adducts derived from both B(a) P and DMBA in keratinocytes. The data from in vivo experiments showed that bergamottin and coriandrin were potent inhibitors of covalent binding of B (a) P to epidermal DNA and the formation of (+) anti BPDE-DNA adduct, whereas imperatorin and isopimpinellin were more potent inhibitors of covalent binding of DMBA to epidermal DNA. The ability of coumarins to inhibit covalent binding of B (a) P to DNA in mouse epidermis was positively correlated with their inhibitory effect P450 1A1 in vitro, while the inhibitory effect of coumarins on covalent binding of DMBA to epidermal DNA was positively correlated with their inhibitory effects on P450 2B1 and negatively to their inhibitory activity toward P450 1A1. The data from tumor experiments indicated that bergamottin, ostruthin, and coriandrin inhibited tumor initiation by B (a) P in a two-stage carcinogenesis protocol. Bergamottin was most effective in this regard and produced a dose dependent inhibition of papilloma formation in these experiments. In addition, imperatorin was an effective inhibitor of skin tumorigenesis induced by DMBA in SENCAR mouse skin using both a two-stage and a complete carcinogenesis protocol. At dose levels higher than those effective against DMBA, imperatorin also inhibited tumor initiation by B (a) P. The results to date demonstrate that several naturally occurring coumarins possess the ability to block tumor initiation and tumorigenesis by PAHs such as B (a) P and DMBA through inhibition of the P450s involved in the metabolic activation of these hydrocarbons. A working model for the involvement of specific P450s in the metabolic activation of these two PAHs was proposed. ^