Protektive Wirkungen carotinoidreicher Nahrungsmittel vor DNA-Schäden aus Reaktionen chemisch induzierter Triplettzustände von Melaninderivaten

• Antragsteller: Professor Dr. Volker Böhm; Professor Dr. Wilhelm Stahl
• Fachliche Zuordnung: Lebensmittelchemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 349764062

Carotinoide sind sekundäre Pflanzenstoffe mit photoprotektiven Eigenschaften und gelangen über pflanzliche Nahrung in unseren Organismus. Interventionsstudien mit carotinoidreichen Nahrungsmitteln oder Nahrungsergänzungsmitteln belegen lichtschützende Wirkungen der Hauptcarotinoide beta-Carotin, Lycopin und Lutein beim Menschen. Die Substanzen verteilen sich über das Blut ins Zielgewebe (Haut und Auge) und entfalten lokal Lichtschutzeffekte. Mechanistisch im Vordergrund stehen dabei antioxidative Wirkungen, wie die Desaktivierung (Löschen bzw. Quenching) lichtinduzierter, elektronisch angeregter Moleküle (Triplett-Zustand) oder von Singulettsauerstoff, sowie Abfangreaktionen von Sekundärprodukten (Superoxid, Lipidperoxide), was u. a. zum Schutz der DNA vor photooxidativer Schädigung beiträgt. Bei UV-Bestrahlung bilden sich, neben oxidierten DNA-Basen und DNA-Strangbrüchen, in einer lichtabhängigen Reaktion vor allem Cyclobutan-Dimere (CPD) aus Pyrimidinbasen. Zeitlich betrachtet erfolgen diese Prozesse bzw. Schädigungen direkt nach der Lichtexposition. Kürzlich wurde gezeigt, dass zudem in einer Dunkelreaktion noch lange nach UV-Bestrahlung eine um Stunden zeitverzögerte CPD-Bildung (dark-CPDs) stattfindet. Verantwortlich für die Bildung sind Abbauprodukte des Melanins und reaktive Sauerstoffverbindungen, bei deren Zerfall angeregte Carbonylverbindungen (Triplett-Zustand) entstehen. Die Löschung des Triplettzustands erfolgt unter anderem in Wechselwirkung mit der DNA, wobei dark CPDs entstehen. Über die Zusammensetzung der Reaktionsprodukte (CPD-Muster) kann man zwischen direkt gebildeten CPDs und zeitlich verzögert auftretenden dark-CPDs unterscheiden. Die Analyse erfolgt mittels HPLC-MS/MS. Carotinoide löschen sehr effizient angeregte Triplettzustände und sollten so die späte Bildung von dark-CPDs vermindern. In Modellsystemen (oxidiertes Melanin) und Zellkultur (Melanozyten, Hautmodell) werden als Carotinoidquellen verarbeitete Lebensmittel aus Karotten (alpha- und beta-Carotin), Tomaten (Lycopin) und Kürbis (Lutein) eingesetzt. Untersucht werden soll, ob die Bildung von dark-CPDs durch carotinoidhaltige Nahrungsmittel vermindert wird. Im Vordergrund steht ein lebensmittelchemischer Ansatz, der die Wirkung des komplexen Systems Nahrungsmittel auf einen biologisch genau definierten Schaden erfasst und diese Wirkung definierten Inhaltsstoffen (Carotinoiden) zuordnet. Unter dem übergeordneten Aspekt Lichtschutz durch Nahrungsmittel soll geprüft werden, inwieweit die Inaktivierung chemisch erzeugter Triplettzustände als Wirkmechanismus photoprotektiver Eigenschaften von Nahrungsinhaltsstoffen in Betracht kommt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen