Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-6869
Authors: Illy, Florian
Title: Analyse von DNA-Doppelstrangbrüchen in A549 Tumorzellen nach ZnO Nanopartikelexposition
Online publication date: 6-Jul-2022
Year of first publication: 2022
Language: german
Abstract: Zinkoxid-Nanopartikel (ZnO NP) sind aufgrund ihrer Charakteristika und einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften in verschiedenen Anwendungsbereichen bereits weit verbreitet. Sie werden gleichzeitig als innovative Wirkstoffe für medizinische Anwendungen immer attraktiver. Allerdings führt die kontinuierliche Verwendung von ZnO NP zu einer zunehmenden Freisetzung in die Umwelt mit unbekannten Ergebnissen hinsichtlich ihrer Wechselwirkungen und möglicherweise gesundheitsschädlichen Auswirkungen auf den menschlichen Organismus. Um mögliche Nebenwirkungen der steigenden Exposition beurteilen zu können, aber auch um die Translation nanopartikelbasierter Therapeutika in die klinische Praxis zu ermöglichen, müssen profunde Kenntnisse über ihr Verhalten in biologischen Systemen erlangt werden. In diesem Zusammenhang war das Ziel dieser Arbeit, das genotoxische Potential von ZnO NP zu evaluieren. Das Auftreten, die Dynamik und die zugrundeliegenden Mechanismen von ZnO-NP-induzierten Doppelstrangbrüchen als eine der schwerwiegendsten Form von DNA-Schäden wurden an der menschlichen alveolären Adenokarzinom-Zelllinie (A549) untersucht. Um Apoptose-begleitende DNA Doppelstrangbrüche von direkten ZnO NP bedingten DNA Schäden unterscheiden zu können, wurden mittels Fluorescence Activated Cell Sorting (FACS) - Analyse subtoxische Dosen definiert und in den weiteren Analysen verwendet. Anschließend wurden DNA-Doppelstrangbrüche (DSB) durch eine γH2AX-Expressionsanalyse mittels Western Blot nachgewiesen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Behandlung von A549 Zellen mit ZnO NP zu DSB führte. Interessanterweise kam es bei Behandlung mit 100 µg/ml ZnO NP zu einem frühen Auftreten von DSB innerhalb der ersten 5 Minuten und einem anschließenden Einpendeln der γH2AX-Werte auf das Niveau der Kontrollgruppen. Bei einer ZnO NP Konzentration von 20 µg/ml wurde ein deutlich späterer Peak an DNA-Schäden 48 h nach ZnO NP Behandlung festgestellt. Während die frühen DSB in Zusammenhang mit extrazellulär freigesetzten Zn2+-Ionen stehen könnten, wäre für die beobachteten DNA-Schäden 48 h nach ZnO NP Behandlung die zelluläre Aufnahme solider ZnO NP und ihre anschließende intrazelluläre Dissoziation ein denkbarer Mechanismus. Bei der Immundetektion wurde eine zusätzliche Proteinbande, vermutlich mono-ubiquitiniertes γH2AX (γH2AX-ub1) nachgewiesen. Die quantitative Analyse der Banden ergab, dass das Verhältnis γH2AX / γH2AX-ub1 bei sub-toxischen ZnO NP Dosierungen konstant blieb. Bei zytotoxischen Behandlungsschemen hingegen konnte kein γH2AX-ub1 detektiert werden, was nahe legt, dass kein γH2AX-ub1 während der Apoptose gebildet wird. Die Ergebnisse weisen auf die Spezifität von mono-ubiquitiniertem γH2AX als Biomarker für nicht-apoptotische DSB hin. Die Daten zeigen abhängig von der eingesetzten Dosis eine zytotoxische bzw. genotoxische Aktivität von ZnO NP. Freigesetzte Zn2+-Ionen vermitteln zumindest teilweise diese Effekte. Beteiligte Signalwege sollten nun in weiterführenden Experimenten definiert werden.
DDC: 610 Medizin
610 Medical sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 04 Medizin
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-6869
URN: urn:nbn:de:hebis:77-openscience-f63e4708-7931-4451-bcce-09e5bcc85dea9
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 86 Seiten
Appears in collections:JGU-Publikationen

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