Natürliche Lebensmittelinhaltsstoffe als Liganden des Ah Rezeptors

219 Pages·2005·1.33 MB·German

Natürliche Lebensmittelinhaltsstoffe als Liganden
des Ah Rezeptors

Identifizierung und Charakterisierung von β-Carbolinen mit
AhR Ligandenpotential mittels funktioneller Bioassays

Dissertation zur Erlangung des
naturwissenschaftlichen Doktorgrades
der Bayerischen Julius-Maximilians-Universität Würzburg

vorgelegt von
Diana Kemmer
aus Würzburg

Würzburg 2005
Eingereicht am: ...............................................................................................
bei der Fakultät für Chemie und Pharmazie

1. Gutachter: ..................................................................................................
2. Gutachter: ..................................................................................................
der Dissertation

1. Prüfer: ........................................................................................................
2. Prüfer: ........................................................................................................
3. Prüfer: ........................................................................................................
des öffentlichen Promotionskolloquiums

Tag des öffentlichen Promotionskolloquiums: ...............................................
Doktorurkunde ausgehändigt am: ...................................................................
Meiner Familie

Danksagung
Die vorliegende Arbeit wurde von Januar 2001 bis Dezember 2003 am Lehrstuhl für
Lebensmittelchemie der Universität Würzburg durchgeführt.
Herrn Prof. Dr. Markus Herderich danke ich herzlich für die Überlassung des Themas,
das entgegengebrachte Vertrauen, die gewährten Freiräume und die unkomplizierte,
kompetente wissenschaftliche Betreuung und Förderung - trotz der Entfernung
Würzburg – Adelaide.
Herrn Prof. Dr. Peter Schreier gilt mein Dank für die Möglichkeit, an seinem Lehrstuhl
promovieren zu können, für die hervorragenden Arbeitsbedingungen und für die mir
stets gewährte Unterstützung.
Herrn Prof. Dr. Michael S. Denison vom Lehrstuhl für Environmental Toxicology der
University of California in Davis gilt mein besonderer Dank für die Überlassung der
Zelllinien H1L6.1 und H1G1.1, für die sehr gute Kooperation und die hervorragende
Betreuung und Unterstützung während meines Forschungsaufenthalts in Davis.
Herrn Prof. Manfred Gessler und Herrn Prof. Dieter Palm vom Lehrstuhl für
Physiologische Chemie der Universität Würzburg möchte ich für die Möglichkeit, ihr
Zellkulturlabor nutzen zu können und für die freundliche Zusammenarbeit danken.
Weiterhin bedanke ich mich bei allen ehemaligen und jetzigen Kolleginnen und
Kollegen des Arbeitskreises, insbesondere bei den Mitgliedern des „Frauenkellers“
Anke Meisner, Dominique Kavvadias und Thomas Wickert, für das freundschaftliche
Verhältnis, die sehr gute Zusammenarbeit und die vielen wertvollen Diskussionen.
Den Kolleginnen und Kollegen in Davis und in der „Bio“ möchte ich für die freundliche
Aufnahme, die angenehme Arbeitsatmosphäre und ihre Hilfsbereitschaft bei allen
Assay- und Zellkulturfragen danken.
Mein ganz besonderer Dank gilt meinen Eltern und Norbert, die mich jederzeit ermutigt
und vielfältig unterstützt haben.
Schließlich danke ich der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die finanzielle
Förderung dieses Projektes.

Publikationen
Kemmer, D., Diem, S., Gutsche, B., Herderich, M. (2001) Glycosylation products of
tryptophan in nutritional sources: Identification of novel tryptophan metabolites by
HPLC-MS/MS studies. Abstract of Papers, 222nd ACS National Meeting, Chicago, IL,
USA
Adam, W., Marquardt, S., Kemmer, D., Saha-Moeller, C. R., Schreier, P. (2002)
2’-Deoxy-guanosine (DG) oxidation and strand-break formation in DNA by the radicals
released in the photolysis of N-tert-butoxy-2-pyridone. Are tert-butoxyl or methyl
radicals responsible for the photooxidative damage in aqueous media? Organic Letters,
4, 225-228
Adam, W., Marquardt, S., Kemmer, D., Saha-Moeller, C. R., Schreier, P. (2002)
Photobiological model studies on perester and pyridone tert-butoxyl radical sources
(photo-Fenton-type reagents): 2’-deoxyguanosine modification by methyl radicals
generated through competitive β-cleavage in aqueous media. Photochemical &
Photobiological Sciences, 1, 609-612

Vorträge
„Glycosylation products of tryptophan in nutritional sources: Identification of novel
tryptophan metabolites by HPLC-MS/MS studies.” National Meeting of the American
Chemical Society, Chicago, IL, USA, 26. bis 30. August 2001

Inhalt
ABKÜRZUNGEN............................................................................................XIV
ZUSAMMENFASSUNG...................................................................................... I
SUMMARY.......................................................................................................VII
A EINLEITUNG.............................................................................................. 1
B KENNTNISSTAND..................................................................................... 3
1 Der Aryl hydrocarbon Rezeptor.......................................................................................3
1.1 Die Struktur des Aryl hydrocarbon Rezeptors..............................................................3
1.2 Mechanismus der AhR vermittelten Genexpression.....................................................6
1.3 Modulation der zellulären AhR Gehalte........................................................................9
1.3.1 Der ligand-aktivierte AhR Abbau..................................................................................9
1.3.2 Das AhR Repressor Protein (AhRR)...........................................................................10
2 Liganden des Ah Rezeptors.............................................................................................11
2.1 Klassische Liganden – PAHs und HAHs......................................................................11
2.2 Nicht-klassische synthetische AhR Liganden..............................................................14
2.3 Natürliche Liganden des Ah Rezeptors........................................................................16
2.3.1 Natürliche aus der Nahrung stammende AhR Liganden.............................................16
2.3.1.1 Indole und indolhaltige Verbindungen.....................................................................16
2.3.1.2 Carotinoide...............................................................................................................19
2.3.1.3 Heterozyklische Amine............................................................................................20
2.3.1.4 Flavonoide................................................................................................................21
2.3.1.5 Pflanzliche Extrakte.................................................................................................22
2.3.2 Endogene Liganden.....................................................................................................22
2.3.2.1 Indole........................................................................................................................23
2.3.2.2 Tetrapyrrole..............................................................................................................24
2.3.2.3 Arachidonsäure-Metabolite......................................................................................25
2.3.2.4 Sonstige endogene Liganden....................................................................................26
3 Toxische und biochemische Effekte von 2,3,7,8-Tetrachlordibenzo-p-dioxin (TCDD)
und verwandten Verbindungen.......................................................................................29
3.1 Übersicht der durch TCDD ausgelösten Effekte.........................................................29
3.2 Übersicht über die durch AhR Liganden
und Induktoren regulierten Genprodukte...................................................................34
3.3 Mögliche Mechanismen der TCDD Toxizität..............................................................36
3.3.1 Veränderungen der Genexpression..............................................................................37
3.3.2 Einfluss auf Zellproliferation, Zelldifferenzierung, Zellzyklus und Apoptose...........38
3.3.3 Wechselwirkungen mit anderen Signalwegen.............................................................39
4 Bioassays für AhR Liganden...........................................................................................41
4.1 Einführung......................................................................................................................41
4.2 Spezielle Bioassays für AhR Liganden.........................................................................42
4.3 Reportergenassays.........................................................................................................44
4.3.1 Definition der Reportergene........................................................................................44
4.3.2 Übersicht über die gängigsten Reportergensysteme....................................................44
4.3.3 GFP- und Luciferase-Reportergensysteme..................................................................47
4.3.3.1 Das grün fluoreszierende Protein (GFP)..................................................................47
4.3.3.2 Luciferase.................................................................................................................51
4.4 Reportergenplasmide.....................................................................................................53
4.4.1 Reporterplasmide pGudLuc6.1 und pGreen1.1...........................................................54
5 β-Carboline........................................................................................................................56
5.1 Einleitung........................................................................................................................56
5.2 Vorkommen von β-Carbolinen in Pflanzen und Lebensmitteln................................57
5.3 Vorkommen von β-Carbolinen in Säugern..................................................................61
5.3.1 Endogene Bildung und Aufnahme über die Nahrung.................................................62
5.3.2 β-Carboline als Biomarker..........................................................................................63
5.4 Pharmakologische Wirkungen der β-Carboline.........................................................64
5.4.1 Genotoxizität...............................................................................................................64
5.4.2 Neurotoxizität..............................................................................................................65
5.4.3 Wechselwirkungen mit dem zentralen Nervensystem.................................................66