Polymorphismen im DNA-Reparatursystem der X-Ray-Repair-Cross-Complementing-Gene (XRCC1) als Faktoren der genetischen Prädisposition arbeitsbedingter Lungenkrebserkrankungen

Abstract

In der Umwelt und am Arbeitsplatz kommen eine Vielzahl von möglichen krankheitsverursachenden Stoffen zur Einwirkung. Die gesundheitliche Wirkung bei Personen, die gegenüber kanzerogenen Gefahrstoffen exponiert sind, ist abhängig vom Alter, den Ernährungsgewohnheiten, dem Lebensstil und der unterschiedlichen genetischen Suszeptibilität (Anfälligkeit). Das Zusammenwirken von exogenen und genetischen Faktoren im Sinne der Gen-Umwelt-Interaktion sollte in der vorliegenden Arbeit untersucht werden. In der molekularen Epidemiologie versucht man die Zusammenhänge zwischen kanzerogenen Wirkungen und genetischer Anlagefaktoren zu klären, um empfindliche Personen vor gesundheitlichen Schäden zu schützen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei in der Analyse von Genpolymorphismen im System der fremdstoffmetabolisierenden Enzyme sowie im DNA-Reparatursystem. Zur Zeit sind mehr als 130 Reparatur- und reparaturassoziierte Enzyme beim Menschen bekannt. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob Polymorphismen in dem Genreparatursystem für Strahlenschäden, den XRCC1-Genen am Codon 194, 280 und 399, einen modifizierenden Effekt auf das Lungenkrebsrisiko besitzen. Die XRCC1-Gene sind nachweislich an der Reparatur von DNA nach deren Schädigung durch ionisierende Strahlen beteiligt. Strahlensensitive Mutanten bei Nagetieren mit eingeschränkter DNA-Reparaturkapazität sind identifiziert worden. Ursächlich sind die Gruppen der XRCC- (X-ray repair cross complementing) Gene an der Reparatur beteiligt. Für das XRCC1-Gen wird auch für Menschen eine eingeschränkte DNA Reparaturkapazität mit nachfolgendem Anstieg von Lungenkrebserkrankungen gefunden. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Patientenkollektiv mit 446 Lungenkrebspatienten und 622 Kontrollpersonen ohne Krebserkrankungen der Genpolymorphismen des XRCC1-Genes an den Codons 194, 280 und 399 untersucht. Zur Durchführung der molekularepidemiologischen Untersuchungen wurde eine neue, schnelle und kostengünstige Methode etabliert. Diese bestand mittels Real-time PCR, die eine DNA Analyse von 30 Proben innerhalb von etwa 60 Minuten in ′Echtzeitdetektion′ erlaubte. Hierbei entfiel der bei den konventionellen PCR-Methoden übliche Restriktionsverdau mit Enzymen, die Gelelektrophorese und das Anfärben mit gesundheitsschädlichem und als kanzerogen eingestuftem Ethidiumbromid. In den durchgeführten Untersuchungen wurden keine Unterschiede zwischen den Ergebnissen der konventionell durchgeführten und der Real-time PCR gefunden. Bei Analyse der Genpolymorphismen im XRCC1-Gen Codon 194, 280 und 399 wurde kein modifizierender Effekt hinsichtlich des Erkrankungsrisikos an Lungenkrebs gefunden. Auch unter Berücksichtigung des histologischen Tumortyps konnte keine signifikante Korrelation zwischen den Genotypen und dem Bronchialkarzinomrisiko gefunden werden. Zusätzlich wurden die Analysen nach dem Hauptrisikofaktor der Lungenkrebserkrankung, dem Rauchkonsum stratifiziert. In dieser Studie wurden erwartungsgemäß für Raucher in Abhängigkeit von der Zigarettendosis signifikant erhöhte Lungenkrebsrisiken gefunden. In den Auswertungen konnte jedoch kein Zusammenhang zwischen Tabakrauchen und den vorhandenen Genotypen festgestellt werden. Außerdem wurde untersucht, ob die Einwirkung kanzerogener Gefahrstoffe am Arbeitsplatz, insbesondere Asbest, Quarzstaub und ionisierende Strahlung, das Lungenkrebsrisiko verändert. Es konnte jedoch kein signifikanter Einfluss der Polymorphismen auf das Erkrankungsrisiko bei Gefahrstoffexposition nachgewiesen werden. Auch in der Mehrzahl der internationalen Vergleichsstudien spiegeln sich diese Ergebnisse wieder. Zur validen Identifizierung von Gen-Fremdstoff-Interaktionen werden umfangreiche Studien benötigt. Zur Zeit sind die in dieser vergleichsweise großen Studie untersuchten Suszeptibilitätsmarker nicht als Screening-Untersuchung oder als prädiktive Marker für das individuelle Krebsrisiko geeignet. In dem sehr komplexen System der Kanzerogenese und der großen Zahl von Polymorphismen ist es nicht ableitbar, dass die Funktionsstörung nur eines Enzyms eine signifikante Wirkung auf die Entstehung von Lungenkrebs hat. Deshalb erscheinen weitere Untersuchungen mit neuen Methoden unter Einsatz von Fuzzy-Technologien sinnvoll, um Kombinationswirkungen und die vielfältigen Gen-Gen-Interaktionen zu analysieren. There is an enourmous amount of substances causing diseases in our environmental and occupational surrounding. Age, illness, nutrition, life-style and genetic suszeptibility play an important role on the various effects on the persons who are exposed to xenobiotics. The combination of exogenous and genetic factors is called gene-environmental interaction. The molecular epidemiologic studies are used to find the combination between toxic effects and the individual genetic predisposition in order to protect sensitive people from damages. Much interest is focused on genotyping polymorphisms of metabolic enzymes and DNA repair systems. Up to now more than 130 enzymes have been identified as DNA repairing or enrolled in repairing. In this study the role of XRCC1 polymorphisms at codons 194, 280 and 399 as genetic modifiers of lung cancer risk were investigated. Provably the XRCC1 genes are an important component of repair activities of DNA damages caused by ionizing radiation. X-ray sensitive mutants of rodants with limited DNA repair capacity have been identified. Causally the group of XRCC genes are involved in repair. Even in humans the XRCC1 genes are responsible for a reduced repair capacity and an increased number of lung cancer diseases.The study population included 446 lung cancer patients and 622 cancer free controls. There was not found any association between the XRCC1 genes polymorphisms and lung cancer risk. This was also independent of the histological tumor type. Lung cancer risk rose significantly with higher cumulative cigarette consumption. By analysing the interaction between tobacco smoking and the genotypes, combined smoking and having the susceptible genotypes did not show a joint effect. In addition to that we analysed if occupational xenobiotics, as asbestos, mineral fibres, ionizing radiation influence lung cancer risk. In this study we did not observe any significant interaction between the XRCC1 polymorphisms and xenobiotics and the probability of being affected. These results were also stated in the majority of the comparative studies. Only in a few analysis a significant modified lung cancer risk could be proved. In this current study this fact could not be confirmed. The international literature claims partly different conclusions. On the one hand it is due to the variety of the frequency of polymorphic alleles among populations and on the other hand due to the limited study populations. Especially such reliable identifications of the gene-carcinogen-interactions require extensive studies. Up to now the genotypes presented in this comperatively large study are not suitable for screening or prediction of the individual cancer risk. In the complex system of carcinogenesis and the great variety of genotyope combinations, the isolated change of a single variant allele seems to have no significant consequence on developing lung cancer. Therefore further examinations with new methods and the use of Fuzzy-technologies seem to be meaningful to identify specific gene-gene interactions.