Untersuchung der DNA-Reparaturmechanismen im Schutz gegenüber hepatotoxischen Pyrrolizidinalkaloiden

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Fahrer
• Fachliche Zuordnung: Toxikologie, Laboratoriumsmedizin ; Lebensmittelchemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563229752

Pyrrolizidinalkaloide (PAs) werden von 2-3% aller weltweiten Blütenpflanzen synthetisiert und dienen der Pflanze als Fraßschutz. Durch die Einnahme von PA-haltigen pflanzlichen Arzneimitteln und Nahrungsergänzungsmitteln sowie den Verzehr PA-kontaminierter Lebensmittel kommt es zur Exposition des Menschen. Von toxikologischer Bedeutung sind die 1,2-ungesättigten PAs, welche im Phase I-Stoffwechsel durch Cytochrom P450 (CYP)-Enzyme zu DNA-reaktiven Metaboliten umgewandelt werden. Diese sind hepatotoxisch und können im Tierversuch Krebs erzeugen. Zahlreiche Studien konnten demonstrieren, dass die Genotoxizität und die Zytotoxizität der PAs von deren chemischer Struktur und insbesondere vom Grad der Veresterung abhängt. Es wurde nachgewiesen, dass PAs DNA-Addukte und DNA-Crosslinks verursachen. Zu den möglicherweise beteiligten DNA-Reparaturwegen im Schutz gegenüber PAs gibt es bisher allerdings keine Untersuchungen. Außerdem ist unklar, welche DNA-Schäden für die Mutagenität und die Zytotoxizität der PAs von besonderer Relevanz sind. Das Ziel des Versuchsvorhabens ist es daher, die DNA-Reparaturmechanismen für die Behebung von PA-induzierten DNA-Schäden in Leberzellen zu identifizieren. Um den Einfluss der chemischen Struktur der PAs zu berücksichtigen, sollen ein PA-Monoester (Heliotrin), ein zyklischer PA-Diester (Retrorsin) sowie ein offenkettiger PA-Diester (Lasiocarpin) verwendet werden. Diese werden grundsätzlich alle über CYP3A4 metabolisch aktiviert, weshalb als Zellmodelle CYP3A4-kompetente humane Leberzelllinien sowie ergänzend primäre murine Hepatozyten eingesetzt werden sollen, die profizient und defizient in bestimmten DNA-Reparaturwegen sind. In Anbetracht der chemischen Struktur der PA-induzierten DNA-Läsionen soll der Fokus auf der Nukleotidexzisionsreparatur (NER) und der Interstrang-Crosslink-Reparatur (ICR) liegen. Mit diesen Modellen wollen wir schließlich folgende Fragen adressieren: a) in welchem Maße verursachen die strukturell verschiedenen PAs DNA-Monoaddukte und DNA-Crosslinks?, b) welchen Beitrag haben die NER und die ICR für die Behebung der PA-induzierten DNA-Schäden? und c) wie wirkt sich ein Defekt der NER oder ICR in Leberzellen auf die PA-induzierten zellbiologischen Effekte wie Zelltod, Mutagenität und Klastogenität aus?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen