Metabolismus und Gentoxizität in der Nahrung vorkommender kanzerogener Phenylpropanoide
Lebensmittelchemie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der mikrosomale Metabolismus von α-, β- und γ-Asaron konnte nahezu vollständig sowohl qualitativ, als auch quantitativ in Lebermikrosomen aufgeklärt werden. Es resultierten daraus zwei Peer-review Artikel. Die bildungskinetischen Untersuchungen und Berechnungen legen den Schluss nahe, dass β-Asaron in allen untersuchten Spezies (mit Ausnahme der Schweinelebermikrosomen) konzentrationsunabhängig zum Großteil (> 68 %) durch CYP- katalysierte Oxidation der Seitenkette zum Epoxid umgewandelt wird. (E)-3′-Hydroxyasaron ist der Hauptmetabolit von α-Asaron in allen untersuchten Spezies. Die Epoxidierung der Seitenkette findet ebenfalls statt; je nach Startkonzentration werden 7–40 % α-Asaron epoxidiert. Den wichtigsten Beitrag zur Epoxidierung leistet das in der menschlichen Leber häufigste CYP3A4 (bei β-Asaron auch CYP1A2). Die synthetisierten Epoxide von α- und β-Asaron waren konzentrationsabhängig mutagen im Ames-Fluktuationstest, während die Muttersubstanzen nur in Anwesenheit eines metabolisierenden Systems Effekte zeigten. Andere Metaboliten zeigten in diesem Test keine mutagenen Eigenschaften. Im Gegensatz dazu zeigte weder γ-Asaron, noch einer seiner Metaboliten im Ames-Fluktuationstest mutagene Effekte. Schließlich gelang es, von α- bzw. β-Asaronepoxid-abgeleitete DNA-Addukte und isotopenmarkierte Standards zu synthetisieren, und diese in mit den Muttersubstanzen behandelten primären Hepatozyten, konzentrations- und zeitabhängig zu quantifizieren. Hervorzuheben ist, dass deutlich mehr DNA-Addukte detektiert wurden, als z. B. im Fall von Methyleugenol. Sowohl die Ausgangsubstanzen als auch die Metaboliten α- bzw. β-Asaronepoxid und 3′-Oxo-Asaron induzierten DNA-Strangbrüche in verschiedenen Zellkulturlinien. Ein Teil der DNA-Schäden wurden als DNA-Doppelstrangbrüche charakterisiert. Für α-Asaron und β-Asaron wurde ein DNA-schädigendes Potential auch in primären humanen Hepatozyten festgestellt. α-und β-Asaron und die oben genannten Metaboliten führten zu einem starken Anstieg der Mikrokernrate in humanen Leberkarzinomzellen (HepG2-Zellen) und in Hamsterfibroblasten (V79-Zellen). Dabei wurde ein aneugener Mechanismus der Mikrokerninduktion charakterisiert. Entgegen den Erwartungen stellten sich humane Topoisomerasen nicht als Zielenzyme der Asaronmetaboliten, im Gegensatz zu den oxidativen Metaboliten von Methyleugenol, heraus. Weitere Ergebnisse des Projektes geben erste Hinweise darauf, dass Enzyme der DNA-Schaden-assoziierten Signalkaskade sowie DNA-Reparaturmechanismen zur fehlenden Mutagenität in vitro (im HPRT-Test) beitragen könnten. Abschließend ist zu sagen, dass die bakteriellen mutagenen Effekte und die in vitro-Gentoxizität von α- und β-Asaron sehr wahrscheinlich auf der Bildung der Seitenkettenepoxide beruht. Die Epoxidierung wird auch von humanen Enzymen katalysiert, welche 12–19 % α-Asaron und 71–75 % β-Asaron über diesen Weg metabolisieren, was den Schluss nahe legt, dass beide Verbindungen als gentoxische Kanzerogene eingestuft werden sollten und wahrscheinlich auch beim Menschen gentoxisch, evtl. sogar kanzerogen sein könnten. Damit würde sich die Ableitung eines health-based guidance value wie eines ADI (acceptable daily intake) ausschließen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2017) Formation of DNA adducts of α- and β-asarone in vitro. Toxicology Letters 280 S114
Stegmüller, Simone; Cartus, Alexander; Schrenk, Dieter
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2017.07.318) - Hepatic metabolism of carcinogenic β-asarone. Chem Res Toxicol. 2015, 28, 1760-73
Cartus AT, Stegmüller S, Simson N, Wahl A, Neef S, Kelm H, Schrenk D
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.chemrestox.5b00223) - Comparative investigation of the mutagenicity of propenylic and allylic asarone isomers in the Ames fluctuation assay. Mutagenesis. 2016, 31, 443–451
Berg K, Bischoff R, Stegmüller S, Cartus A, Schrenk D
(Siehe online unter https://doi.org/10.1093/mutage/gew007) - Current methods in risk assessment of genotoxic chemicals. Food Chem Toxicol. 2016, 13. pii: S0278-6915(16)30327-1
Cartus A, Schrenk D
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.fct.2016.09.012) - Metabolism of the carcinogen alpha-asarone in liver microsomes. Food Chem Toxicol. 2016, 87, 103–112
Cartus AT, Schrenk D
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.fct.2015.11.021) - Methyleugenol and oxidative metabolites induce DNA damage and interact with human topoisomerases. Arch Toxicol. 2016, 90, 2809–2823
Groh IA, Rudakovski O, Gründken M, Schroeter A, Marko D, Esselen M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00204-015-1625-3) - „Angriffspunkt DNA - Zelluläre Schadensantwort auf natürliche Lebensmittelkanzerogene“, labor & more, Ausgabe 06/2016
Haupenthal S., Uebel T., Esselen M.
- In vitro genotoxicity of carcinogenic asarone isomers. Food Funct. 2017, 8, 1227–1234
Haupenthal S, Berg K, Gründken M, Vallicotti S, Hemgesberg M, Sak K, Schrenk D, Esselen M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/c6fo01701k)
