Untersuchungen zur Ökotoxikologie von Umweltchemikalien als Multixenobiotic resistance-spezifische Chemosensitizer am Zebrabärbling
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Wasser lebende Organismen, wie z.B. Fische, sind beständig den im Wasser gelösten Chemikalien ausgesetzt. Diese können giftig sein und Fische haben verschiedene Anpassungen, um sich vor diesen Stoffen zu schützen. So werden giftige Ionen über die Kiemen ausgeschieden oder Substanzen werden in der Leber verstoffwechselt und dann ausgeschieden. Doch wie gehen frühe Lebensstadien der Fische, die ja sich ja vielfach außerhalb des schützenden Körpers des Elterntieres entwickeln und daher direkt ungünstigen Umweltbedingungen ausgesetzt sein können, mit giftigen Substanzen in der Umwelt um? Früh in der Entwicklung sind Zellen noch nicht in dem Maße ausdifferenziert und komplexe Organe, die Aufgaben der Entgiftung übernehmen könnten, sind noch nicht vorhanden. In diesem Projekt wurde untersucht, inwieweit Fischembryonen ein zelluläres Abwehrsystem aufweisen, das die Anreicherung von giftigen Stoffen in der Zelle verhindert. Dieses System beruht auf Proteinen in der Zellmembran, die wie Pumpen wirken, und toxische Stoffe aus der Zelle ausschleusen. Diese „Pumpen" vermitteln eine Resistenz von Zellen gegen eine Vielzahl von giftigen Stoffen, ein Phänomen, das als multixenobiotlc resistance oder MXR bezeichnet wird. Im Rahmen dieses Projektes wurden diese MXR-Pumpen bei Embryonen des Zebrabärblings untersucht. Diese Fischart eignet sich sehr gut für Untersuchungen am Embryo, da Embryonen in einer Zuchtanlage ständig verfügbar sind. In dem Projekt wurde/n 1) genetische Sequenzen der MXR-Pumpen ermittelt. Diese Arbeiten waren Grundlage für die folgenden Schritte, 2) mit einem Zellkultursystem künstlich MXR-Pumpen des Zebrabärblings hergestellt und in Experimenten zur Funktion verwendet. Hiermit ließen Aufschlüsse zur spezifischen Funktion von MXR-Pumpen gewinnen, 3) die Menge an MXR-Pumpen in verschiedenen Embryonalstadien ermittelt. Hierzu wurde die Anwesenheit von Vorstufen der Proteine („mRNA") ermittelt. Dies ließ Rückschlüsse zu, welche MXR-Pumpen in den verschiedenen Embryonalstadien vorhanden sind und relevant sein könnten, 4) lokalisiert, in welchen Geweben des Fischembryos MXR-Pumpen vorhanden sind. Hierdurch konnten auch Rückschlüsse über eine Funktion der Proteine gezogen werden. 5) die Aufnahme von Farbstoffen durch die Fischembryonen gemessen und 6) die Empfindlichkeit der Embryonen gegen Giftstoffe bestimmt, wenn Substanzen anwesend waren, die die Funktion der MXR-Pumpen hemmen. Durch diese Untersuchungen war es möglich, einen Eindruck zu bekommen, wie effektiv die Pumpen arbeiten und inwieweit sie überhaupt den Fischembryo vor Giftstoffen schützen. Insgesamt verlief das Projekt erfolgreich. Es liegt eine Fülle an Daten vor. Die Daten zeigen, dass das MXR-System in der Tat bei Fischembryonen als Schutzsystem gegen Giftstoffe fungiert. Die Daten sind insbesondere in der Umwelttoxikologie relevant. Hier dienen Fischembryonen als Modell, um die Giftigkeit von Chemikalien zu bestimmen. Dass die Aufnahme und die Giftigkeit von Stoffen durch aktive Transportprozesse der Zellen beeinflusst werden kann ist wichtig zu berücksichtigen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2006. Chemosensitizer: Eine neue Klasse bioaktiver Umweltchemikalien. Jahrestagung der Fachgruppe Umweltchemie und Ökotoxikologie der GDCh (Gesellschafl deutscher Chemiker); 4.-6.10.2006; Halle/Saale, Germany
Luckenbach T., Schirmer K., Epel D.
- 2007. ABC xenobiotic transporters in embryos of the zebrafish Danio rerio - I. Expression profiles. ABC Transport Proteins in Environmental Health and Toxicology, International Conference; 18.-21.10.2007; Siena, Italy
Fischer, S.,Luckenbach, T.
- 2007. ABC xenobiotic transporters in embryos of the zebrafish Danio rerio - II. Transporter activities. ABC Transport Proteins in Environmental Health and Toxicology, International Conference; 18.-21.10.2007; Siena, Italy
Luckenbach, T., Ahnert, M., Fischer, S., Suchsland, R., Schirmer, K.
- 2007. Methoden zur Erfassung von Chemosensitizer-Wirkungen von Umweltchemikalien. 12. SETAC-GLB Jahrestagung, Leipzig
Luckenbach, T., Ahnert, M., Fischer, S., Knöbel, M., Schirmer, K.
- 2007. Nachweis der Expression und Aktivität von ABC-Transportern in Embryonen des Zebrabärblings. 12. SETAC-GLB Jahrestagung, Leipzig
Fischer, S.,Luckenbach, T.
- 2007. Zebrafish embryos are sensitized towards chemicals by efflux transporter inhibitors. PRIMO 14, Florianopolis, Brasil
Luckenbach, T., Ahnert, M., Fischer, S., Schirmer, K.
- 2008. Chemosensitisation as a mechanism of toxicity of chemical mixtures. SETAC Europe 18th Annual Meeting; 25.-29.5.2008; Warsaw, Poland
Fischer, S., Ahnert, M., Schirmer K., Luckenbach T.
- 2008. Efflux transporters: newly appreciated roles in protection against pollutants. Environmental Science and Technology 42, 3914-3920
Epel, D., Luckenbach, T., Stevenson, C.N., MacManus-Spencer, L.A., Hamdoun, A., Smital, T.
- 2008. Expression profiles and activities of ABC xenobiotic transporters in embryos of the zebrafish Danio rerio. FEBS special meeting: ATP- Binding Cassette (ABC) Proteins: From Multidrug Resistance to Genetic Diseases. 1.-8.3,2008; Innsbruck, Austria
Fischer, S., Schirmer K., Luckenbach T.
- 2008. The zebrafish embryo model in environmental risk assessment - applications beyond acute toxicity testing. Environmental Science and Pollution Research, 15, 394-404
Scholz, S., Gündel, U., Fischer, S., Küster, E., Luckenbach, T., Völker, D.
- „Chemo-Sensitivierung": Ein Mechanismus hinter der toxischen Wirkung von Chemikalienmischungen? 3. Gemeinsame Jahrestagung von SETAC-GLB und GDCh; 23.-26.9.2008, Frankfurt a.M., Germany
Luckenbach, T., Ahnert, M., Fischer, S., Schirmer, K.
- 2009. Expression and activities of MXR related ABC transporters in Danio rerio embryos. PRIMO 15; 17.-20.5.2009; Bordeaux, France
Fischer, S., Schirmer K., Nils Klüver, Ahnert, M., Suchsland, R., Schlüssler, K., Luckenbach T.
- 2009. Transgenerational effects and chemosensitizating behaviour by perfluorinated chemicals (PFCs) in fish. SETAC Europe 19th Annual Meeting; 31.5.-4.6.2009; Göteborg. Sweden
Jernbro, S., Luckenbach, T., Fischer, S., Engwall, M., Braunbeck, T.
- Can permanent trout cell lines be used to detect chemical effects on the MXR system? PRIMO 15, 17.-20.5.2009; Bordeaux, France
Luckenbach, T., Fischer, S., Loncar, J., Schirmer, K., Schnell, S., Zaja, R., Smital, T.
- 2010. Active cellular transport mechanisms in zebrafish embryos - implications for pharmacology and toxicology. 1st European Zebrafish PI Meeting (EZPM 2010); 18-21.3.2010; Padua, Italy
Luckenbach, T., Fischer, S., Küster, E., Schirmer K.
