Mykotoxine von Aspergillus nidulans: Identifizierung, toxische Mechanismen und potentielle Biomarker

• Antragsteller: Dr. Michael Müller
• Fachliche Zuordnung: Public Health, Gesundheitsbezogene Versorgungsforschung, Sozial- und Arbeitsmedizin
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5445944

• Erstellungsjahr: 2009

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In vorangegangenen Arbeiten war systematisch die Zytotoxizität von Pilzextrakten aus A. fumigatus, A. versicolor, A. nidulans, A. niger, P. crustosum und von kommerziell erhältlichen Referenzmykotoxinen in vier Zellinien (A-549 (Lunge). Hep-G2 (Leber). L-929 (Bindegewebe) und Neuro-2a (neuronales Gewebe)) mit Hilfe des Neutralrot-Assays (NRA) untersucht worden. Alle untersuchten Extrakte wiesen eine erhebliche Zytotoxizität auf. wobei der Extrakt von A. nidulans eine auffallend hohe Toxizität in der Lungenzellinie auslöste. Darüberhinaus erwies sich der A. nidulans- Extrakt als deutlich mutagen im AMES-Test. Zur Charakterisierung der toxischen Prinzipien wurde im Rahmen des Projektes eine effektorientierte Identifizierungsmethodik („structure-activity approach") von Mykotoxinen aus dem Gesamtextrakt von A. nidulans entwickelt, etabliert und evaluiert. Sie hat sich als zielführendes und effizientes Werkzeug herausgestellt. Die hier erarbeitete Kombination aus instrumenteller Analytik, semipräparativer Aufarbeitung und toxikologischem Effektscreening ist geeignet, auch in Zukunft analoge Fragestellungen für komplexe Gemische - nicht nur von Mykotoxinen - zu bearbeiten und erfolgreich zu beantworten. Aus der toxischsten von insgesamt drei toxischen Fraktionen des Extraktes konnten mindestens drei zytotoxische Substanzen mit IC50-Werten < 25 pg/mL und mindestens eine weitere Verbindung mit hoher Mutagenität ab 0,5 pg/Platte identifiziert werden. Nur eine der toxischen Einzelverbindungen konnte in hinreichender Menge und Reinheit isoliert werden, um ihre Struktur mit Hilfe von massenspektrometrischen, 1H- und 13C-NMR-Untersuchungen aufzuklären. Bei der Substanz handelt es sich um eine Verbindung mit einem Xanthon-Gerüst, die dem Cycloisoemericellin aus A. striatus ähnelt, aber bisher in der Literatur noch nicht beschrieben wurde. Strukturanalogien zu bekannten Topisomerasehemmstoffen führten dazu, in abschließenden Experimenten die mögliche Hemmung der Topoisomerasen durch das neu entdeckte Mykotoxin zu untersuchen. In zellfreien Assays konnte für das Cycloisomericellin-Derivat eine katalytische Hemmung der Topoisomerase I und II (Isoformen alpha und beta) nachgewiesen werden. Im so genannten Relaxationsassay hemmte das Cycloisomericellin-Derivat die Topoisomerase I ab einer Konzentration von 25 pg/mL. Die Hemmung der Topoisomerase II alpha und beta setzte im „Dekatenierungsassay" ab 25 pg/mL bzw. 50 pg/mL ein. Damit konnte ein Wirkmechanismus des neuen Mykotoxins aufgezeigt werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2006) Detection of unknown toxic mycotoxins in Aspergillus nidulans using a structure-activity approach. Mycotoxin Research 22, 201 - 205
  Handrich, C., Müller, M., Westphal, G., Hallier, E., Bünger, J.
  
• (2006) Development of a structure-activity method to identify unknown toxic mycotoxins in Aspergillus nidulans. Naunyn-Schmiedeberg's Arch. Pharmacol., Vol. 372, Suppl. 1, 109
  Handrich, C., Bünger, J., Westphal, G., Hallier, E., Müller, M.
  
• (2006) Identification of unknown toxic mycotoxins in Aspergillus nidulans using a structure-activity approach. Abstracts, Gesellschaft für Mykotoxinforschung e.V., 28. Mykotoxin-Workshop (29-31 May, Bydgoszcz, Poland), 100
  Handrich, C., Bünger, J., Westphal, G., Hallier, E., Müller, M.
  
• (2007) Characterization of novel toxic mycotoxins in Aspergillus nidulans. Int. J. Med. Microbiol., Vol. 297S1, Suppl. 43, 99
  Handrich, C., Bünger, J., Westphal, G., Hallier, E., Müller, M.
  
• (2007) Nachweis neuer cytotoxischer und mutagener Mykotoxine in Aspergillus nidulans. Umweltmed. Forsch. Prax. 12, 286
  Handrich, C., Bünger, J., Westphal, G., Hallier, E., Müller, M.
  
• (2007) Novel cytotoxic and mutagenic mycotoxins from Apergillus nidulans. Abstracts, Gesellschaft für Mykotoxinforschung e.V., 29. Mykotoxin-Workshop (14-16 May, Fellbach, Germany), 125
  Handrich, C., Bünger, J., Westphal, G., Hallier, E., Müller, M.
  
• (2008) Neue zytotoxische und mutagene Mykotoxine in Aspergillus nidulans. Arbeitsmed. Sozialmed. Umweltmed. 43, 161 - 162
  Handrich, C., Bünger, J., Westphal, G.A., Hallier, E., Müller. M.
  
• (2008) Neue zytotoxische und mutagene Mykotoxine in Aspergillus nidulans. Verh. Dt. Ges. Arbeitsmed. 48, 634 - 636
  Handrich, C., Bünger, J., Westphal, G., Hallier, E., Müller, M.
  
• (2009) Neues zytotoxisches Mykotoxin in Aspergillus nidulans. Arbeitsmed. Sozialmed. Umweltmed. 44, 177
  Handrich, C., Bünger, J., Westphal, G.A., Hallier, E., Müller, M.