Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-4810
Authors: Fruth, Daniela
Title: N-Vinyl-2-pyrrolidon: Untersuchungen zum hepatokanzerogenen Mechanismus
Online publication date: 7-Apr-2019
Language: german
Abstract: N-Vinyl-2-pyrrolidon (NVP) ist eine Industriechemikalie, welche vornehmlich als Monomer in Kunststoffen aber auch zur Herstellung von UV-härtenden Klebstoffen, Druckfarben und Beschichtungen eingesetzt wird. NVP wirkt in der Ratte nach inhalativer Exposition kanzerogen in Leber, Nase und Kehlkopf, wobei in der Leber die geringste Effektkonzentration beobachtet wurde (5 ppm). Der genaue Mechanismus der NVP-vermittelten Kanzerogenese ist bisher nicht beschrieben, jedoch liegen basierend auf in vitro und in vivo Gentoxizitäts- und Mutagenitätsstudien keine Hinweise auf einen gentoxischen Mechanismus vor. Im Rahmen der in dieser Arbeit beschriebenen fünftägigen Inhalationsstudie an der Ratte wurde der Mechanismus der NVP-vermittelten Hepatokanzerogenese untersucht. Der Fokus lag dabei auf der Untersuchung möglicher Gentoxizität, hepatischer Rezeptoraktivierung, sowie der Induktion von oxidativem Stress. Zur Untersuchung der Gentoxizität nach fünftägiger NVP-Inhalationsexposition von Wistar Ratten (5, 10, 20 ppm, 6 Tiere/Geschlecht und Dosis) wurde der Mikrokerntest (MNT) im Knochenmark (OECD 474) und der Comet Assay mit und ohne Formamidopyrimidin-DNA-Glycosylase (FPG) Modifikation in Leber und Lunge durchgeführt. Weder die Ergebnisse des MNT noch des Comet Assays zeigten Hinweise auf eine gentoxische Wirkung, was die bereits vorliegenden in vitro und in vivo Studien, in welchen ebenfalls keine durch NVP induzierte Gentoxizität oder Mutagenität beobachtet wurde, ergänzt und bestätigt. Demnach liegen keine Hinweise auf einen gentoxischen Mechanismus der NVP-induzierten Hepatokanzerogenese vor. Zur Untersuchung der Beteiligung oxidativen Stresses am Wirkmechanismus der NVP-vermittelten Hepatokanzerogenese wurde der Gehalt an oxidiertem (GSSG) und reduziertem (GSH) Glutathion in Leberhomogenat der NVP-exponierten männlichen Ratten bestimmt. Veränderungen des GSH- und GSSG-Gehaltes wurden nicht beobachtet, sodass oxidativer Stress als Wirkmechanismus, bestätigt durch die negativen Ergebnisse des Comet Assays (FPG), ausgeschlossen wurde. Zur Untersuchung möglicher nicht gentoxischer Mechanismen der Hepatokanzerogenese wurde eine potentielle Aktivierung des Arylhydrocarbon-Rezeptors (AhR), des konstitutiven Androstan Rezeptors (CAR), des Pregnan-X-Rezeptors (PXR) und des Peroxisomen Proliferator aktivierten Rezeptors (PPARα) mittels Enzymaktivitätsbestimmung von Markerenzymen in subzellulären Fraktionen der Lebern der männlichen gegen NVP exponierten Ratten analysiert. Markerenzymaktivitätserhöhungen wurden nicht beobachtet, weshalb keine Hinweise auf die Beteiligung der genannten Rezeptoren an der NVP-vermittelten Hepatokanzerogenese vorliegen. Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit waren Untersuchungen zur abiotischen und metabolischen Stabilität NVPs in vitro. Die bereits in vorangegangenen Studien beschriebene Säurelabilität NVPs wurde durch die Untersuchungen innerhalb dieser Arbeit bestätigt; als Hydrolyseprodukte wurden 2-Pyrrolidon und Acetaldehyd identifiziert. Untersuchungen zum NVP in vitro Metabolismus wurden mittels Inkubationen in den folgenden Systemen durchgeführt: subzelluläre Fraktionen (Leber und Lunge), Hepatozyten und Präzisionsleberschnitte (PCLS). Ein me-tabolischer Abbau wurde in subzellulären Fraktionen der Leber sowie PCLS beobachtet. Dabei wurde 2-Pyrrolidon als Hauptmetabolit in den in vitro Systemen identifiziert und stellt in subzellulären Fraktionen den einzigen Metaboliten von NVP dar. Abschließend bleibt festzuhalten, dass ein nicht gentoxischer kanzerogener Mechanismus von NVP durch die Ergebnisse der fünftägigen Inhalationsstudie bestätigt wurde und eine zellproliferierende Wirkung im Vordergrund der NVP-vermittelten Hepatokanzerogenese steht. Das molekulare Schlüsselereignis, welches die Hepatozytenproliferation auslöst, bleibt zu klären.
N-Vinyl-2-pyrrolidone (NVP) is an industrial chemical used as a monomer in polymer production as well as in UV-curing adhesives, inks and coatings. NVP is carcinogenic in liver, nose and larynx after inhalation exposure. The lowest observed adverse effect concentration for hepatocarcinogenic effects is 5 ppm, identifying the liver as the most sensitive target organ. The mode of action (MoA) of NVP-induced hepatocarcinogenesis has not yet been clarified. However, in available in vitro and in vivo studies investigating genotoxicity and mutagenicity negative results were observed, providing no hint for a genotoxic MoA. Within the scope of this thesis, the hepatocarcinogenic mechanism of NVP was investigated within a 5 day inhalation study in rat focusing on potential genotoxicity, hepatic receptor activation as well as the induction of oxidative stress. Genotoxicity was addressed with the Micronucleus test (MNT) in bone marrow (OECD 474) and the Comet Assay with and without formamidopyrimidine glycosylase (FPG) modification in liver and lung within the 5 day NVP inhalation study in Wistar rats (5, 10, 20 ppm, 6 ani-mals/sex/dose). Neither the results of the MNT nor the results of the Comet Assay provided any hint for genotoxic potential of NVP, confirming and complementing the already existing negative in vitro and in vivo genotoxicity and mutagenicity data. In conclusion, there are no hints for a genotoxic MoA for NVP-induced hepatocarcinogenesis. In order to investigate the potential role of oxidative stress with regards to the MoA of NVP-induced hepatocarcinogenesis the concentration of oxidised (GSSG) and reduced (GSH) glutathione was analysed in liver homogenate of the NVP-exposed male rats. Neither GSH nor GSSG concentrations were affected by NVP exposure. Thus, oxidative stress was ruled out as the potential carcinogenic MoA which was substantiated by the negative results observed in the Comet Assay with FPG. In order to investigate non-genotoxic hepatocarcinogenic mechanisms, the potential activation of the following receptors was analysed by determining marker enzyme activities in sub-cellular fractions of male NVP-exposed rats: aryl hydrocarbon receptor (AhR), constitutive androstane receptor (CAR), pregnane X receptor (PXR), and the peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPARα). Increases in marker enzyme activities were not observed and thus, there is no indication for a contribution of these receptors to the NVP-related hepatocarcinogenic MoA. Moreover, investigations on the abiotic and metabolic in vitro degradation of NVP were conducted. The investigations confirmed the acid lability of NVP described in previous studies and 2-pyrrolidone and acetic aldehyde were identified as hydrolysis products. Investigations on the metabolic stability were performed in the following in vitro systems: whole blood, sub-cellular fractions (liver and lung), cryopreserved hepatocytes, and precision cut liver slices (PCLS). Metabolic degradation was observed in sub-cellular fractions of liver and PCLS. 2-Pyrrolidone was identified as the main metabolite in PCLS and as the single metabolite in sub-cellular fractions. In conclusion, the 5-day NVP inhalation study confirmed the absence of NVP-induced genotoxicity and substantiates a cell proliferating MoA for hepatocarcinogenicity. The molecular key event leading to hepatocyte proliferation has yet to be elucidated.
DDC: 540 Chemie
540 Chemistry and allied sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-4810
URN: urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000027167
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: v, 199 Seiten
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