Regulation der Stress-aktivierten Proteinkinasen durch den gentoxischen Benzo[a]pyren-Metaboliten BPDE
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Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) sind ubiquitäre Verschmutzungen der Umwelt
und entstehen während der unvollständigen Verbrennung organischen Materials wie Holz, Kohle und
Erdöl. Werden diese chemisch nicht reaktiven PAK in den Körper aufgenommen, durchlaufen sie eine
Reihe von enzymatischen Umsetzungen, die unter der Bezeichnung Fremdstoffmetabolismus
zusammengefasst werden. Die chemische Umsetzung des
PAK und Prokarzinogens Benzo[a]pyren
(B[a]P) führt u.a. zur Bildung des reaktiven Metaboliten B[a]P-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxid (BPDE).
BPDE ist stark elektrophil und kann auf Grund dieser Eigenschaft an nukleophile Makromoleküle wie
Proteine und DNA binden. Die Bildung von BPDE-DNA-Addukten resultiert in der Entstehung von
Mutationen und kann zur Tumorbildung führen.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte die Wirkung von BPDE als Modellsubstanz für gentoxische
Agenzien auf intrazelluläre Signalkaskaden und die Konsequenzen der BPDE-Exposition bezüglich
der Zellaktivität untersucht werden. Es konnte gezeigt werden, dass BPDE-Behandlung von
Mausfibroblasten eine intrazelluläre Signalkaskade induziert, welche zur Aktivierung der Stressaktivierten
Proteinkinasen (SAPK) JNK und p38 führt. An dieser Signalkaskade sind Src-ähnliche
Kinasen beteiligt. BPDE-Behandlung führt in den untersuchten Mausfibroblasten zur Induktion von
DNA-Einzelstrangbrüchen, deren Auftreten zeitlich mit
der SAPK-Aktivierung korreliert. Die BPDEinduzierten
DNA-Strangbrüche sind die Folge der Entfernung dieser Läsionen aus dem Genom durch
die Nukleotidexzisionsreparatur (NER). Erkannt werden BPDE-DNA-Addukte durch die NERProteine
XPA und XPC (Xeroderma Pigmentosum Komplementationsgruppe A und C). Nach der
Erkennung von BPDE-DNA-Addukten kommt es zur Rekrutierung von Nukleasen, welche die
vorliegende Läsion und umliegende Nukleotide aus dem Genom entfernen. In XPA- und XPCdefizienten
Mausfibroblasten induziert BPDE daher keine DNA-Strangbrüche. Jedoch ist nur in XPCdefizienten
Zellen, aber nicht in XPA-defizienten Zellen, die SAPK-Aktivierung drastisch reduziert.
Behandlung von Mausfibroblasten mit Benzo[c]phenanthren-3,4-Diol-1,2-Epoxid, einem PAK, dessen
DNA-Addukte schlecht durch NER-Faktoren erkannt und repariert werden, führt zu keiner SAPKAktivierung.
Die Aktivierung von p38 und JNK scheint demnach abhängig zu sein von der Erkennung
des primären DNA-Schadens. Die XPC-
abhängige SAPK-Aktivierung schützt die Zellen vor BPDEabhängiger
Toxizität, da sowohl XPC- als auch p38-defiziente Mausfibroblasten eine höhere
Sensitivität gegenüber BPDE zeigen als korrespondierende Wildtypzellen.
Zusamenfassend konnte in dieser Arbeit ein neuer Signalweg beschrieben werden, in dem DNASchäden,
verursacht durch BPDE, über die XPC-abhängige DNA-Schadenserkennung, die
Aktivierung der SAPK induziert. Diese Aktivierung der SAPK schützt vor BPDE-induzierter
Toxizität.