Nanotoxikologie über die gesamte Lebensspanne: das Nervensystem als Zielorgan und vulnerable Altersgruppen im Nematoden Caenorhabditis elegans.

• Antragstellerin: Professorin Dr. Anna von Mikecz
• Fachliche Zuordnung: Toxikologie, Laboratoriumsmedizin ; Public Health, Gesundheitsbezogene Versorgungsforschung, Sozial- und Arbeitsmedizin
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 435335313

Die kontinuierlich wachsende Anwendung von anthropogenen Nanomaterialien und deren zwangsläufige Verbreitung in der Umwelt, sowie die zunehmende Verwendung von Nanopartikeln als Zusatzstoffe in Nahrungsmitteln verlangen nach der Erforschung relevanter Expositionsszenarien. Das beantragte Forschungsprojekt befasst sich daher mit Langzeituntersuchungen, d.h. mit Untersuchungen zur Nanotoxikologie im Fadenwurm Caenorhabditis elegans, die sich über dessen gesamte Lebensspanne erstrecken ('whole-life nanotoxicology').Unsere Vorarbeiten zeigen, dass das Nervensystem des Fadenwurms ein besonders sensitives Zielorgan für negative Effekte von Nanomaterialien darstellt. Nanopartikel aus Siliciumdioxid (Nano-Silika) induzieren eine globale amyloide Proteinaggregation, die auch die Axone einzelner serotonerger Neurone betrifft. Die Neurone degenerieren, die serotonerge Neurotransmission ist beeinträchtigt und es kommt zu Defekten von neuromuskulären Verhaltensphänotypen, wie der Eiablage und der Vorwärtsbewegung. Da diese Defekte normalerweise erst bei alten adulten C. elegans auftreten, nehmen wir an, dass sich die Toxizität bestimmter Nanomaterialen in einer reduzierten Gesundheitsspanne der Fadenwürmer manifestiert, der eine amyloide Proteinaggregation und die Degeneration wichtiger Neurone vorhergeht.Dementsprechend soll in dem beantragten Projekt über die gesamte Lebensspanne von C. elegans untersucht werden, welche zeitlichen Beziehungen zwischen der beobachteten Neurodegeneration und den Verhaltensdefekten bestehen. In Reporterwürmern für serotonerge, dopaminerge und GABAerge Neurone wird zunächst die zeitliche Abfolge und Art der durch Nanopartikel induzierten Neurodegeneration charakterisiert. Parallel hierzu werden die Defekte der Verhaltensphänotypen quantifiziert, die von den entsprechenden Neuronen gesteuert werden. Durch die Analysen über die gesamte Lebensspanne können Altersgruppen der Fadenwürmer identifiziert werden, die besonders sensitiv, d.h. vulnerabel für bestimmte Nanomaterialien sind. Die vulnerablen Altersgruppen werden darauf hin analysiert, ob ein Defekt der Proteinhomeostase vorliegt und vermehrte Amyloidbildung stattfindet. Die im Projekt vorgesehene Charakterisierung des chronologischen Bezugssystems zwischen amyloider Proteinaggregation, Neurodegeneration und reduzierter Gesundheitsspanne wird biologische Effekte im Fadenwurm eingrenzen, die ihrerseits zu einem kostengünstigen und zuverlässigen Screening von verschiedenen Nanomaterialien entwickelt werden können.Das Ziel des Forschungsantrags ist es durch die Aufklärung der Neurotoxizität im alternden Fadenwurm C. elegans Nanomaterialien zu identifizieren, die nicht zu Defekten des Nervensystems führen und so die Gesundheitsspanne maximieren ('eurosafe nanomaterials'.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen