Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2021
Main Title: Untersuchungen zur direkten und indirekten Genotoxizität von Natriumselenit und Selenomethionin
Translated Title: Investigations on the direct and indirect genotoxicity of sodium selenite and selenomethionine
Author(s): Hall, Caroline
Advisor(s): Hartwig, Andrea
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Das für den Menschen essentielle Spurenelement Selen ist Bestandteil von Selenoproteinen. Neben antioxidativen Eigenschaften von Selenoproteinen werden eine Stimulierung von DNA-Reparaturprozessen und eine Induktion von Phase II-Enzymen des Fremdstoffmetabolismus als chemopräventive Wirkmechanismen von Selen diskutiert. Epidemiologische Studien und Untersuchungen zur Krebshäufigkeit in Korrelation zur Selenaufnahme sind jedoch teilweise widersprüchlich und deuten auf komplexe biologische Wirkmechanismen der Selenverbindungen hin, darunter auch prooxidative Wirkungen. Das Ziel dieser Arbeit war es, reduzierbares Natriumselenit und vollständig reduziertes Selenomethionin hinsichtlich möglicher prooxidativer Eigenschaften und daraus resultierender direkter und indirekter genotoxischer Effekte zu vergleichen. Zunächst konnte gezeigt werden, dass sowohl Natriumselenit als auch Selenomethionin in humanen Lungenadenokarzinomzellen (A549) bioverfügbar sind. Außerdem wurde eine ca. 100fach stärkere Zytotoxizität von Natriumselenit gegenüber Selenomethionin nachgewiesen. Natriumselenit führte in zytotoxischen Konzentrationen zu einer signifikanten Bildung von oxidiertem Glutathiondisulfid und zu einer konzentrationsabhängigen und signifikanten Induktion oxidativer DNA-Schäden. Demgegenüber wurden für vollständig reduziertes Selenomethionin keine direkten genotoxischen Effekte nachgewiesen. Die Untersuchungen zur indirekten Genotoxizität erfolgten anhand der Modulierung der Genotoxizität von (+)-anti-Benzo[α]pyrendiolepoxid (BPDE) und UVC-Strahlung. Beide Selenverbindungen führten bereits im nicht-zytotoxischen Konzentrationsbereich zu einer erhöhten Anzahl BPDE-induzierter DNA-Addukte und zu einer Hemmung der Nukleotidexzisionsreparatur (NER). Zudem konnte gezeigt werden, dass sich die Reparaturhemmung durch Natriumselenit in einer Verstärkung der BPDE-induzierten Zytotoxizität auswirkt. Untersuchungen zur enzymatischen Konjugation von BPDE an Glutathion ergaben keine Anzeichen einer verminderten enzymatischen Detoxifizierung von BPDE. Darüber hinaus wurde eine Hemmung der Reparatur UVC-induzierter Photoläsionen durch beide Verbindungen nachgewiesen. Es konnte gezeigt werden, dass die Hemmung der DNA-Reparatur im Fall von Natriumselenit wahrscheinlich aus einer Interaktion mit dem für die NER essentiellen Protein XPA (Xeroderma Pigmentosum Protein A) resultiert. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um die Relevanz der Ergebnisse für den intakten Organismus abzuklären.
The essential trace element selenium is part of selenoproteins, as glutathione peroxidases. Besides their antioxidative properties, induction of DNA repair processes and induction of phase II enzymes of the metabolism of xenobiotica are discussed. Epidemiological studies and research on cancer incidences in correlation to selenium uptake are still contradicting and suggest complex biological mechanisms. The aim of this study was to analyze inorganic, reducible sodium selenite and organic, fully reduced selenomethionine with respect to pro-oxidative properties and resulting direct and indirect genotoxicity. First of all it could be shown, that sodium selenite and selenomethionine were bioavailable in human lung carcinoma cells (A549). The cytotoxicity induced by sodium selenite was approximately 100-fold more pronounced than the cytotoxicity induced by fully reduced selenomethionine. High concentrations of sodium selenite led to a significant induction of oxidized glutathione disulfide and to an induction of oxidative DNA damage in a concentration-dependant manner. In contrast, selenomethionine showed no direct genotoxicity caused by pro-oxidative effects. Indirect genotoxicity was analysed as modulation of the genotocity induced by UVC and (+)-anti-Beno[α]pyren diolepoxide (BPDE) genotoxicity. Non-cytotoxic concentrations of both selenium compounds led to elevated levels of BPDE-induced DNA adducts and to an inhibition of nucleotide excision repair (NER). Additionally, it was shown that the inhibition of NER caused by sodium selenite resulted in an induction of BPDE-induced genotoxicity as measured by colony forming ability. No influence of either selenium compound on detoxification of BPDE, the conjugation to glutathione, was detectable. To further confirm the inhibition of NER, the repair of UVC-induced DNA photolesions was analysed. Both selenium compounds led to the inhibition of DNA repair after incubation with high, cytotoxic concentrations. Furthermore, in the case of sodium selenite it was shown that the inhibition of NER resulted most likely from an interaction with the xeroderma pigmentosum protein A, which is essential for nucleotide excision repair. More studies are necessary to clarify the physiological relevance of the results for intact organisms.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-20708
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2318
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2021
Exam Date: 3-Nov-2008
Issue Date: 11-Nov-2008
Date Available: 11-Nov-2008
DDC Class: 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Subject(s): DNA-Reparatur
Genotoxizität
Nukleotidexzisionsreparatur
Selen
DNA-repair
Genotoxicity
Nucleotide excision repair
Selenium
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