Offene Fragen zum Metabolismus von Ethyl- und Pentylfuran im Menschen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Elke Richling
• Fachliche Zuordnung: Lebensmittelchemie ; Toxikologie, Laboratoriumsmedizin
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 576019341

Im Rahmen unseres Forschungsprojektes RI 1176/13-1 haben wir die metabolische Aktivierung von 2-Methylfuran (2-MF) und 2,5-Dimethylfuran (DMF) untersucht. 2-MF wird über CYP P450 2E1 zum hochreaktiven Acetylacrolein metabolisiert, das Protein- und DNA-Addukte bildet. Der Metabolismus von DMF wird in unserer Gruppe noch untersucht, da im metabolisch kompetenten Leberzellmodell sowohl eine Ringöffnung des Furanrings als auch eine Seitenkettenoxidation der Methylgruppe stattfindet. Kürzlich wurden µg/kg Mengen von 2-Ethylfuran (2-EF) und 2-Pentylfuran (2-PF) in Frühstückscerealien nachgewiesen. Das Wissen über ihre Reaktivität gegenüber kritischen zellulären Targets wie Proteinen, Aminosäuren oder DNA-Basen ist gering. In unserem Antrag werden wir uns auf den Stoffwechsel - insbesondere die metabolische Aktivierung - von 2-EF und 2-PF sowie die Bildung von Protein- und DNA-Addukten in vitro auch unter Verwendung unserer untargeted MS (UHPLC-tims-ToF-MS) und metabolisch kompetenter Zellen konzentrieren. Wir werden uns mit den folgenden Punkten befassen: (1) Wir wollen Phase-I-Metaboliten von 2-EF und 2-PF durch Inkubation von Mikrosomen und metabolisch kompetenten Leberzellen (HepG2 2E1) identifizieren. Da wir jetzt wissen, dass es zu einer Ringöffnung und Seitenkettenoxidation kommen kann, werden wir die Metaboliten in den mikrosomalen/zellulären Überständen mit Hilfe etablierter Techniken wie UHPLC-tims-ToF-MS, UHPLC-ESI-MS/MS und HPLC-UV/Vis identifizieren, und falls es über den Phase-I-Stoffwechsel zu einer Seitenkettenoxidation kommt, werden wir unsere etablierten Headspace-GC-MS-Methoden modifizieren und stattdessen verwenden. (2) Das/die Cytochrom-P450-Isoenzym(e), das/die für die Umwandlung von 2-EF und 2-Pentylfuran in ihre jeweiligen Metaboliten verantwortlich ist/sind, wird/werden mit Hilfe von einzelnen CYP Isoformen enthaltenden Systemen wie BaculosomenTM identifiziert. (3) Die Reaktivität der Metaboliten gegenüber ausgewählten Aminosäuren, Glutathion (GSH) und Proteinen wird durch Inkubation der Reaktanten und Analyse mittels UHPLC-tims-ToF-MS (untargeted) und UPLC-ESI-MS/MS (targeted) untersucht. (4) Verwendung von SULT-kompetenten Leberzellen zur Überprüfung der Bildung eines potenziellen Carbokations und seiner Reaktivität gegenüber DNA-Basen.(5) Inkubation von 2-EF und 2-PF (oder ihrer jeweiligen reaktiven Metaboliten) mit Lachs-DNA und SULT-kompetenten Zellen, gefolgt von der Identifizierung möglicher DNA-Addukte mittels hochauflösender MS. Die jeweils identifizierten DNA-Basen werden synthetisiert. Die Reaktivität mutmaßlich reaktiver Metaboliten (oder ihrer Pro-Formen) gegenüber DNA-Komponenten und ihr Vorhandensein in metabolisch kompetenten Zellen nach 2-EF- oder 2-PF-Behandlung wird mittels microLC-ESI-MS/MS untersucht, da sie die höchste Empfindlichkeit bietet. Durch unseren Forschungsansatz wird eine bessere Bewertung der potenziellen Risiken für die menschliche Gesundheit durch 2-EF und 2-PF ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen