Bedeutung von oxidativem Stress für die Toxizität von Häm-Eisen in Darmzellen und zelluläre Schutzmechanismen

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Fahrer
• Fachliche Zuordnung: Toxikologie, Laboratoriumsmedizin
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527664508

Häm ist eine wichtige Eisenquelle für den Menschen und findet sich in hohen Mengen in rotem Fleisch, dessen übermäßiger Konsum mit einem erhöhten Darmkrebsrisiko assoziiert ist. Eine zentrale Rolle spielt hierbei das Häm-Molekül, welches über unterschiedliche Mechanismen die Tumorentstehung fördern kann. So ist bekannt, dass Häm-Eisen in Darmzellen oxidativen Stress auslöst und zytotoxisch wirkt, wohingegen Nicht-Häm Eisen wie Eisenchlorid nur moderate Effekte zeigt. In einer vorgegangenen Arbeit konnten wir zudem durch genetische und pharmakologische Ansätze die Häm-Oxygenase 1 als wichtigen Schutzfaktor in Darmzellen identifizieren. Die chemische Natur der gebildeten reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) in Darmzellen sowie deren räumlich-zeitliches Auftreten auf subzellulärem Niveau ist bisher nur wenig erforscht. Auch ist bisher unklar, inwieweit die antioxidativen Enzyme Katalase (KAT), Superoxiddismutase (SOD)-1 und SOD2 sowie Peroxiredoxin-1 (PRDX1) eine schützende Funktion in Darmzellen nach Häm-Exposition innehaben. Das Ziel dieses Projektes ist es daher, das Schicksal von Häm-Eisen in Darmzellen, die räumlich-zeitliche Bildung von ROS und deren Bedeutung für die gastrointestinale Toxizität von Häm-Eisen zu untersuchen. Weiterhin soll der Einfluss möglicherweise relevanter antioxidativer Proteine (KAT, SOD1, SOD2, PRDX1) auf diese Prozesse analysiert werden. Hierzu soll neben Hämin (Eisen3+-Protoporphyrin) anorganisches Eisen(III)chlorid sowie Eisen(II)sulfat als Nicht-Häm-Eisen-Quellen eingesetzt werden. Als Zellmodelle sollen nicht maligne-transformierte humane Kolonepithelzellen und kolorektale Karzinomzellen eingesetzt werden. Ergänzend werden murine intestinale Organoide und Tumoroide verwendet werden. Basierend auf unseren Vorarbeiten wollen wir mit diesen Modellen folgende Fragen adressieren: 1.) wie ist das Schicksal von Häm-Eisen versus Nicht-Häm-Eisen in Darmzellen und wie wird das globale Proteom durch diese Eisen-Spezies beeinflusst, 2.) in welchen Zellkompartimenten und in welcher Kinetik entstehen welche ROS nach Exposition von Darmzellen gegenüber Häm-Eisen und Nicht-Häm-Eisen, sowie 3.) welche Bedeutung haben die antioxidativen Faktoren SOD1, SOD2 und PRDX1 in Darmzellen nach Behandlung mit Häm-Eisen bzw. Nicht-Häm-Eisen und was bewirkt deren Fehlen in Hinblick auf oxidativen Stress, Zytotoxizität und das globale Proteom.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen