Einfluss kanzerogener Metallverbindungen auf den Zellzyklus und seine Kontrolle [online]

Die Metalle Cadmium, Cobalt und Nickel sowie das Halbmetall
Arsen sind toxisch und krebserregend, doch ihre Mutagenität ist
nur schwach ausgeprägt. Viele ihrer Verbindungen verstärken die
Genotoxizität und Zytotoxizität DNA-schädigender Agenzien und
hemmen in nicht-zytotoxischen Konzentrationen
DNA-Reparaturprozesse. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob die
Metallverbindungen auch andere zelluläre Kontrollmechanismen
stören.
Der Einfluss auf die Zellzykluskontrolle wurde zunächst
ermittelt, indem die Zellzyklusphasenverteilung von kultivierten
Säugerzellen nach Inkubation mit verschiedenen
nicht-zytotoxischen Konzentrationen der Metallverbindungen
bestimmt wurde. Dabei löste As(III) einen G2- und einen leichten
G1-Phasen-Arrest aus, während Cd(II), Co(II) und Ni(II) einen
G1-Phasen-Arrest induzierten.
Inwieweit die Metallverbindungen einen Einfluss auf einen
vorhandenen Zellzyklusphasen-Arrest haben, wurde durch die
zusätzliche Bestrahlung mit UVC untersucht, welche in
A549-Zellen einen S-Phasen-Arrest auslöst. Nach gemeinsamer
Behandlung mit den Metallionen und UVC konnten deutliche
Unterschiede in den Effekten der einzelnen Metalle auf die
... mehrZellzyklusphasenverteilung beobachtet werden. Nach Inkubation
mit 50 µM As(III) zeigten die Zellen die Verteilung der
unbehandelten Kontrollen, weder der G2-Phasen-Arrest durch
As(III), noch der S-Phasen-Arrest durch UVC-Bestrahlung war
nachzuweisen. Die Inkubation mit Cd(II) oder Ni(II) und die
Bestrahlung mit UVC zeigten ein deutlich verzögertes Auftreten
des S-Phasen-Arrestes. Während dieser in Folge der
UVC-Bestrahlung acht bis zwölf Stunden nach Behandlung auftrat,
verschob er sich nach Cd(II)-Inkubation auf zwölf bis siebzehn
Stunden und nach Ni(II)-Inkubation auf sechzehn bis zwanzig
Stunden nach erfolgter UVC-Bestrahlung. Demgegenüber befanden
sich die Zellen nach Co(II)-Inkubation und UVC-Bestrahlung
weiterhin in einem G1-Phasen-Arrest, ein S-Phasen-Arrest war
nicht zu beobachten.
Der zweite Teil dieser Arbeit sollte Erklärungen dafür liefern,
welche Faktoren dafür verantwortlich sind, dass der entstehende
S-Phasen-Arrest nach gemeinsamer Behandlung mit Metallionen und
UVC-Bestrahlung nicht mehr in gleicher Weise auftritt. Hierzu
wurden zwei Gene, die in der Zellzykluskontrolle beteiligt sind,
p21 und GADD45, mittels mRNA-PCR auf ihre Expression nach
Behandlung mit UVC allein oder gemeinsam mit den Metallionen
untersucht. Während As(III) allein eine deutliche Induktion von
p21 hervorrief, kam es nach gemeinsamer Behandlung mit
UVC-Bestrahlung nur zu einer leichten p21-Induktion im Vergleich
zur As(III)-Inkubation allein. Für GADD45 zeigte sich eine etwas
stärkere Expression nach As(III)-Inkubation. Demgegenüber
inhibierte As(III) nach kombinierter Gabe die GADD45-Induktion
durch UVC.
Die Expression von p21 wurde durch Cd(II) allein nicht
induziert, während sich bei gleichzeitiger Behandlung mit UVC
ein deutlicher induktiver Effekt auf die p21-Expression
nachweisen ließ, das GADD45-Signal verdoppelte sich. Eine
deutliche Induktion war auch für GADD45 nach UVC-Bestrahlung und
gleichzeitiger Cd(II)-Inkubation zu beobachten.
Während Co(II) keine Induktion bei p21 hervorrief, zeigten
Konzentrationen ab 100 µM Co(II) nach gleichzeitiger
UVC-Bestrahlung einen deutlichen Anstieg des GADD45-Gehaltes.
Bei Ni(II) war für die Induktion von p21 ein ähnlicher
konzentrationsabhängiger Verlauf wie für GADD45 zu beobachten.
Die höheren Ni(II)-Konzentrationen von 375 und 500 µM zeigten
bei beiden Genen eine deutliche Verstärkung der Induktion im
Vergleich zur Kontrolle.
Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen darauf hin, dass der
beobachtete Einfluss der toxischen Schwermetalle auf die
Zellzyklusphasenverteilung mit einer veränderten Genexpression
von p21 und GADD45 einher geht.
Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Arbeit ein Effekt
einiger toxischer und kanzerogener Schwermetalle auf die
Zellzykluskontrolle gezeigt werden, dieser variierte allerdings
von Metall zu Metall in seiner Stärke und Art. Darüberhinaus kam
es nach einer Inkubation mit Metallionen und UVC-Bestrahlung zu
einer veränderten Induktion der Zellzykluskontrollgene p21 und
GADD45.