Einfluss toxischer und kanzerogener Metallverbindungen auf die zelluläre Redox-Regulation

• Antragstellerin: Professorin Dr. Andrea Hartwig
• Fachliche Zuordnung: Toxikologie, Laboratoriumsmedizin
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517723786

Viele Metallverbindungen haben toxische und sogar krebserzeugende Eigenschaften; dies trifft auch für Spurenelemente wie Eisen, Kupfer oder Zink zu, wenn die homöostatische Kontrolle, z.B. durch nicht-physiologische Expositionspfade wie Inhalation, außer Kraft gesetzt wird. Mit Ausnahme von Chromaten spielen eher indirekte genotoxische Wirkungen und die Induktion von oxidativem Stress eine wichtige Rolle. In umfangreichen Vorarbeiten wurden Wechselwirkungen mit nahezu allen wichtigen DNA-Reparaturprozessen und weiteren zelluläre Antworten auf DNA-Schäden sowie ein Anstieg von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) beobachtet. Gesamtziel des Vorhabens ist die Untersuchung der Frage, ob neben der irreversiblen Schädigung von DNA, Lipiden und Proteinen durch toxische/kanzerogene Metallverbindungen auch eine Beeinflussung redox-regulierter Signalwege stattfindet, die möglicherweise zur kanzerogenen Wirkung der Metallverbindungen beitragen kann. Diese Untersuchungen sollen in der SV40-immortalisierten humanen Bronchialepithelzelllinie BEAS-2B durchgeführt werden. In einem ersten Schritt soll zunächst der Einfluss von Cadmiumchlorid, Arsenit sowie Kupferchlorid und partikulärem CuO (insbesondere CuO NP) auf die Zusammensetzung des Gesamt-Proteoms untersucht werden. Im Zentrum stehen anschließend reversible oxidative Modifikationen an Cysteinresten, da diese eine Schlüsselrolle in der zellulären Redox-Regulation von Signalwegen einnehmen. Dabei soll zunächst die Aktivierung und/oder Inaktivierung redox-regulierter Signalwege anhand reversibler und irreversibler Thiol-Oxidationen nach Inkubation mit H2O2 mit Hilfe einer LC-MS/MS-basierten Proteomanalyse identifiziert und charakterisiert werden. Ferner sollen Wechselwirkungen der Metallverbindungen mit potentiell redox-regulierten Zielstrukturen aufgeklärt sowie ihr Einfluss auf die H2O2-vermittelte Redox-Regulation untersucht werden. Ziel ist hierbei die Identifizierung besonders empfindlicher Zielstrukturen der jeweiligen Metallverbindungen, d.h. der zellulären Angriffspunkte, die bei besonders niedrigen Konzentrationen der entsprechenden Metallverbindungen modifiziert werden. Schließlich soll die Aktivierung/Inaktivierung entsprechender Signalwege auf Transkriptionsebene weiterverfolgt werden. Die geplanten Untersuchungen tragen neben grundsätzlichen Erkenntnissen zum Wirkungsmechanismus der Metallverbindungen auch zu einer wissenschaftlichen Risikobewertung bei, als Voraussetzung für die Ableitung von gesundheitsbasierten Grenzwerten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen