Das Mykotoxin Ochratoxin A : Untersuchungen zu in vitro Genotoxizität und Metabolismus

Abstract

Das Mykotoxin Ochratoxin A (OTA) gilt als potentiell kanzerogen für den Menschen. Seine bereits vor Beginn der Arbeit nachgewiesene Genotoxizität im in vitro Versuch, nämlich Mikrokerninduktion in Prostaglandin-Synthase (PGS) -exprimierenden Säugerzellen, war deutlich stärker ausgeprägt in Anwesenheit des PGS-Inhibitors Indometazin (INDO). Verschiedene Hyothesen zur Erklärung des zunächst überraschenden Befundes wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit experimentell untersucht: In vitro Metabolismusstudien (Umsetzungen in Zellkultur und mikrosomale Ansätze) konnten keine Umsetzung durch PGS und andere Peroxidasen (im Sinne einer Detoxifizierung) von OTA zeigen. Die Hemmung einer solchen OTA-Detoxifizierung durch INDO konnte daher nicht zur Klärung des obigen Ergebnisses herangezogen werden. Mittels intrazellulärer pH-Wert Messungen an den verwendeten Zellen konnte eine Modulation desselben durch OTA und/oder INDO ausgeschlossen werden, welche theoretisch zu einer erhöhten Retention (und damit erhöhter Genotoxizität) des Mykotoxins in den Zellen hätte führen können. Einen Erklärungsansatz bietet die durch Kompetitionsstudien gezeigte Konkurrenz von OTA und INDO um eine Bindung an Proteine des Zellkulturmediums. Unter INDO-Einfluss wird OTA offenbar aus dieser extrazellulären Proteinbindung verdrängt, kann so in freier Form vermehrt in die Zellen aufgenommen werden und dort genotoxisch wirken. Insgesamt deuten die Befunde darauf hin, dass OTA selbst und nicht ein Metabolit genotoxisch wirktund möglicherweise indirekt (z.B. über Bildung reaktiver Sauerstoffspezies) das Erbgut schädigt. In der vorliegenden Arbeit wurde ferner ein genotoxisches Potential für das dechlorierte OTA-Derivat Ochratoxin B nachgewiesen (Mikrokerninduktion in Zellkultur aus Schafsamenblasen), während Ochratoxin alpha, ein hydrolytisches Spaltprodukt von OTA, in diesem Testsystem keine Genotoxizität zeigte. The mycotoxin ochratoxin A (OTA) is viewed as possibly carcinogenic to humans. Genotoxicity was demonstrated in earlier in vitro experiments by induction of micronuclei in ram seminal vesicle cell cultures which express prostaglandin synthase (PGS), and it was found to be increased by addition of the PGS-inhibitor Indometacin (INDO). In the present thesis several hypothesis to explain this initially surprising finding were investigated experimentally: In vitro studies on metabolism (cell cultures and microsomal incubations) did not provide any evidence of peroxidative metabolism (detoxification) of OTA by PGS or other peroxidase. An inhibition of OTA detoxification by INDO could hence not explain the above result of its enhanced genotoxicity in the cells. By measuring intracellular pH over time a shift of the pH by OTA and / or by INDO could be excluded which in theory could have led to an enhanced retention (and thus enhanced genotoxicity) of the mycotoxin in the cells. A potential explanation is offered by the competition of OTA and INDO for binding to proteins of the cell culture medium, as shown by competition studies. INDO was found to compete with OTA for extracellular protein binding, thus enabling larger quantities of unbound OTA to be taken up by the cells, and resulting in enhanced genotoxicity. These results indicate that OTA itself is genotoxic rather than a metabolite. OTA may exert its genotoxicicity in an indirect manner (e.g. via generating reactive oxygen species). The present research work also showed a genotoxic potential of the OTA derivative ochratoxin B (induction of micronuclei in the above cell system), whereas ochratoxin alpha, a hydrolytic metabolite of OTA did not show genotoxicity in the assay.