Umwelt- und Arbeitsstoffe stellen wichtige Faktoren bei der Kanzerogenese im menschlichen Körper dar. In der vorliegenden Arbeit wurden einige Vertreter von Umweltstoffen ausgewählt und auf ihre kanzerogene Wirkung hin untersucht: N-Nitrosodiethylamin (NDEA) für die Nitrosamine, Natriumdichromat (Na2Cr2O7) für die Chromverbindungen, Mono(2-Ethylhexyl)-Phthalat (MEHP) für die Phthalate und Benzo[a]pyren-Diolepoxid (BPDE) für die polyzyklischen Kohlenwasserstoffe. Als Negativkontrolle diente Dimethylsulfoxid (DMSO) und als Positivkontrolle N-Methyl-N‘-Nitro-N-Nitrosoguanidin (MNNG). Da viele dieser Stoffe über die Atemwege aufgenommen werden, ist die Schleimhaut des oberen Aerodigestivtraktes besonders exponiert. Als Untersuchungsmaterial diente deshalb humane nasale Schleimhaut. Um möglichst lebensnahe Bedingungen zu schaffen, wurden aus dieser ca. 1mm3 große Miniorgane gewonnen, die über eine Woche kultiviert wurden, was zu einer vollständigen Epithelialisierung führte. Die im natürlichen Zellverband verbliebenen Zellen konnten daraufhin mehrmals mit Fremdstoffen inkubiert werden. Die dazwischenliegenden Zeitintervalle ließen Reparaturvorgänge zu. Die Schädigungsmuster von Miniorganzellen wurden auch mit denen von Einzelzellen verglichen, die vor der Inkubation separiert worden waren. Dabei wurden sowohl Einzelzellen aus Frischbiopsaten und als auch Einzelzellen aus Miniorganen nach 7-tägiger Kultivierung getestet. Zur quantitativen Schädigungsanalyse wurde die alkalische Einzelzell-Mikrogelelektrophorese (Comet Assay) angewandt, bei der es zu einer Wanderung von gelösten DNA-Bruchstücken im elektrischen Feld kommt. Diese Wanderung konnte durch anschließende Anfärbung unter dem Fluroszenzmikroskop sichtbar gemacht werden.

Die Ergebnisse zeigten unterschiedliche Fragmentierungen der DNA nach einmaliger und dreimaliger Fremdstoffinkubation: Die DNA-Schädigungen der Miniorgane blieben nach ein- und dreimaliger Inkubation mit NDEA und MEHP auf gleichem Niveau. Dagegen traten bei jeder Inkubation mit Na2Cr2O7, BPDE und MNNG zunehmende DNA-Fragmentierungen auf. Die aus Frischbiopsaten gewonnenen Einzelzellen zeigten bei jeder der getesteten Substanzen eine erhöhte Empfindlichkeit. Der direkte Vergleich zwischen Einzelzellen und Miniorganen nach 7 Tagen ergab eine gleich hohe Schädigung für NDEA. Bei den anderen getesteten Stoffen wiesen die Einzelzellen höhere DNA-Fragmentierungen auf.

Es konnte gezeigt werden, dass alle getesteten Stoffe Schädigungen an der Erbsubstanz in Form von Einzelstrangbrüchen hervorrufen. Im Vergleich zwischen Miniorganen und Einzelzellen wiesen Einzelzellen überwiegend eine höhere Empfindlichkeit gegenüber Fremdstoffen auf als die im epithelialen Strukturverband belassenen Zellen der Miniorgane. Das Miniorganmodell bot mehrfache Inkubationsmöglichkeiten und ließ so Reparaturphasen zu.

Durch die Verwendung von Miniorgankulturen können lebensnahe Bedingungen geschaffen werden, die die Vorgänge im menschlichen Körper besser widerspiegeln als ein Einzelzellmodell. Die Verwendung von Miniorgankulturen eignet sich somit zur Untersuchung der metabolischen Kompetenz von Zellen und der DNA-Reparaturmechanismen. Dadurch kann die hier vorgestellte Methode zur Prävention von malignen Tumoren des oberen Aerodigestivtraktes einen wichtigen Beitrag leisten.

Auch die hier erstmals in Verbindung mit Miniorganen eingesetzte alkalische Einzelzell-Mikrogelelektrophorese (Comet Assay) erwies sich als geeigneter Kurzzeittest zur Schädigungsanalyse. Das gezeigte Modell ermöglicht die Weiterentwicklung einer Screeningmethode für die Genotoxizität von Umweltstoffen unter Berücksichtigung individueller Empfindlichkeiten.

Teil I:

Bereits seit Jahrzehnten wird der Anteil des nicht-genetisch bedingten Risikos für Brustkrebs auf über 60% geschätzt. Umweltfaktoren wie Adipositas, Ernährung und körperliche Aktivität, sozioökonomischer Status, elektromagnetische Felder und Nikotin sind in vielen Studien mit dem Brustkrebsrisiko assoziiert; jedoch nur radioaktive Bestrahlung und hormonelle Faktoren, die östrogenimitierend wirken, sind anerkannte Risikofaktoren für Brustkrebs.

Teil II:

17 Studien mit Messung im Fettgewebe und 25 Serumstudien sind bisher zu der Fragestellung Pestizide und Brustkrebs als Fall-Kontroll-Studien publiziert, die in der Mehrzahl keine signifikanten Assoziationen zum Brustkrebsrisiko beobachteten. Für Untergruppen mit erhöhter Exposition, wie bei dunkelhäutigen Frauen oder bei Frauen, die nicht stillten, wird ein erhöhtes Brustkrebsrisiko mit steigenden Konzentrationen einiger Substanzen berichtet.

Teil III:

Für die Substanzen DDT/DDE, HCB, HCH, Pyrethroide, PCP und PCB existieren experimentelle Daten über hormonimitierende, zumeist östrogene Wirkungen, die bei hormonsensitiven Tumoren, wie dem Brustkrebs, an der Karzinogenese beteiligt sind. DDT/DDE, -HCH, HCB und PCP gelten als möglicherweise humankanzerogen, PCB als wahrscheinlich humankanzerogen. DDE, -HCH, HCB und hochchlorierte PCBs sind persistent und schwer abbaubar.

Teil IV:

Es wurde eine krankenhausbasierte Fall-Kontroll-Studie an neun Patientinnen mit histologisch nachgewiesenen Mammakarzinomen und sieben nach dem Alter gematchten Kontrollpatientinnen mit benignen Mammaveränderungen, die sich einem operativen Eingriff an ihrer Brust unterzogen, durchgeführt. Bezüglich der Confounder Alter, Alter bei Menarche, Alter bei erster Geburt, Stilldauer (Monate), BMI und Zahl der Kinder bestanden keine signifikanten Unterschiede zwischen Fall- und Kontrollgruppe. Die Patientinnen der Fallgruppe waren überwiegend postmenopausal, die in der Kontrollgruppe überwiegend prämenopausal; in der Fallgruppe rauchte eine von neun Patientinnen (= 11%), in der Kontrollgruppe fünf von sieben (= 71%). Es wurde Brust- bzw. Tumorgewebe auf die Gehalte an DDT/DDE, HCB, ß-HCH, Permethrin, PCP und die Summe der PCB-Abkömmlinge Nr. 28, 52, 101, 138, 153 und 180 gaschromatografisch mit Elektroneneinfangdetektor untersucht. Permethrin wurde in keiner Probe oberhalb der Nachweisgrenze von 50 ppb detektiert. Statistisch signifikante Unterschiede zwischen Fall- und Kontrollgruppe wurden für keine Substanz festgestellt. Die von uns gemessenen HCB-Konzentrationen sind mit 794/561 ppb in Fall-/Kontrollgruppe (arithmetrisches Mittel) nach hiesiger Kenntnis die höchsten, welche bisher im Brustgewebe festgestellt wurden. Dies ist vermutlich auf eine stärkere Belastung der deutschen Nahrungsmittel mit HCB zurückzuführen. Bei der Untersuchung der Werte des Gesamtkollektivs korrelierte die Anzahl der Geburten signifikant negativ mit dem Gehalt an DDT (r=-0,72; p<0,01), nicht jedoch mit dem Gehalt an DDE. Es zeigt sich eine signifikante Korrelation zwischen ß-HCH und DDT, wobei der Signifikanzlevel durch einen „Ausreißer“ stark beeinflusst wird: hoch signifikant (r=0,79; p<0,001) mit Ausreißer, schwach signifikant (r=0,45, p<0,05) ohne Ausreißer. Die Altersabhängigkeit der Pestizidgehalte konnte nur für HCB bei Karzinompatientinnen signifikant (r=0,69; p<0,01), weiterhin schwach signifikant für HCB im Gesamtkollektiv (r=0,60; p<0,05) und für die Summe der PCB (r=0,50; p<0,05) belegt werden; für DDE, DDT und PCP zeigte sich keine Altersabhängigkeit; ß-HCH korrelierte dagegen schwach negativ mit dem Alter der Patientinnen (r=-0,54; p<0,05).

Korrelationen zum Ernährungsverhalten der Patientinnen konnten nicht beobachtet werden. Der BMI war nur mit den HCB-Konzentrationen knapp nicht mehr signifikant assoziiert (r=0,48; p=0,06).

Bei den vier Einzeldarstellungen wird versucht, Gründe für sehr hohe Expositionslevels zu finden, und bei einer Patientin werden die Gehalte zwischen malignem und benignem Mamm

CpG-Oligonukleotide (CpG-ODN) werden in Vertebraten von Zellen des angeborenen Immunsystems als molekulares Muster eines mikrobiellen Erregers erkannt und lösen als Konsequenz eine Immunreaktion aus. Natürliche Killer T(NKT)-Zellen sind voraktivierte Memory-T-Zellen mit angeborener Spezifität für das CD1d-restringierte Glykolipid-Antigen α-Galaktosylceramid (α-GalCer). CpG-ODN und α-GalCer haben jeweils in tierexperimentellen Vakzinierungsstudien potente Adjuvanseigenschaften gezeigt. Vorbereitend für eine kombinierte Anwendung der beiden Adjuvantien CpG-ODN und α-GalCer zur Verstärkung der spezifischen zellulären Immunität wurde in Teil I dieser Arbeit die Wirkung der gleichzeitigen Gabe beider Adjuvantien anhand der Aktivierung humaner NKT-Zellen untersucht. In Teil II der Arbeit wurde die Wirkung von CpG-ODN auf Rhesusaffen-Immunzellen in vitro untersucht sowie eine Impfstudie mit CpG-ODN als Adjuvans in vivo in Rhesusaffen durchgeführt.

Kostimulation mit CpG-ODN plus α-GalCer verstärkte synergistisch die Effektorfunktion von NKT-Zellen und ihre Differenzierung in Richtung Th1. Experimente zur Klärung des Mechanismus, der dem Synergismus zwischen CpG-ODN und α-GalCer zu Grunde liegt, ergaben, dass plasmazytoide DC (PDC) die CpG-vermittelte Aktivierung auf NKT-Zellen übertragen. PDC aktivierten NKT-Zellen über die Ausschüttung von Typ-I-Interferon und einen Zellkontakt-abhängigen Mechanismus. Dieser direkte Zellkontakt zwischen PDC und NKT-Zelle erfolgte Antigen-unabhängig, da PDC aufgrund fehlender CD1d-Expression das Antigen für NKT-Zellen nicht präsentieren können. In Teil II dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die zwei verschiedenen CpG-Typen A und B in vitro auf Rhesusaffen-Immunzellen vergleichbar immunstimulatorisch wirken wie auf humane Immunzellen. Beide CpG-Typen A und B verstärkten als Adjuvantien im Rhesusaffen in vivo die spezifische humorale Immunantwort auf eine Alum-haltige Hepatitis B-Vakzine. Die spezifische T-Zellantwort gegen Hepatitis B-Virus wurde durch CpG-ODN nicht verstärkt.

Teil I dieser Arbeit bildet die rationale Basis für den kombinierten Einsatz von CpG-ODN und α-GalCer zur Verstärkung einer Th1-gerichteten Immunantwort. Darüber hinaus trägt dieser Teil der Arbeit zu einem neuen Verständnis der plasmazytoiden DC als speziellem DC-Subtyp bei, der innerhalb des Immunsystems die Aktivierung von Memory-T-Zellen Antigen-unabhängig regulieren kann. Teil II dieser Arbeit bestätigt anhand von in vitro- und in vivo-Untersuchungen, dass der Rhesusaffe ein ideales Primatenmodell für präklinische Studien mit CpG-ODN ist. Im Rahmen einer Vakzinierungsstudie im Rhesusaffen wurde nachgewiesen, dass CpG-ODN eine spezifische Immunisierung im Primaten maßgeblich verstärken können. Basierend auf diesen Ergebnissen sollte nun in nachfolgenden Studien untersucht werden, ob die kombinierte Anwendung von CpG-ODN und α-GalCer eine spezifische T-Zellantwort in vivo im Primaten verstärken kann.

Das TT-Virus wurde 1997 in Japan bei einem Patienten mit Non A-G-Hepatitis entdeckt. Weitere Arbeiten zeigten eine weite Verbreitung auch in der gesunden Bevölkerung, die sich vor allem durch den fäkal-oralen Übertragungsweg erklären lässt. Zudem konnte eine enorme genetische Variabilität innerhalb der TTV Familie mit bislang 39 beschriebenen Genotypen aufgeklärt werden. Diese ist charakteristisch für die Familie der Circoviren, zu der sich TTV phylogenetisch zuordnen lässt. Bei den schon bekannten tierischen Circoviren konnte festgestellt werden, dass geringe Sequenzunterschiede mit einer erheblich veränderten Pathogenität einhergehen. Bislang konnte trotz intensiver Forschungsarbeit keine Krankheitsassoziation für TTV nachgewiesen werden. Interessant sind jedoch erste Hinweise, dass die zur TTV-Familie gehörenden SENV-Isolate D und H mit Symptomen einer Hepatitis einhergehen. In dieser Arbeit konnten zwei SENV-H Isolate von unterschiedlichen Patienten charakteriert werden. Eine Krankheitsassoziation konnte jedoch bei beiden hier beschriebenen Isolaten nicht nachgewiesen werden.

Bislang liegen wenige Arbeiten vor, die sich mit der Etablierung von TTV-genotypen-spezifischen Nachweisverfahren beschäftigen. Für das weitere Verständnis der TTV-Familie ist es jedoch unabdingbar, genotyp-spezifische Nachweisverfahren anzuwenden. In der vorliegenden Arbeit gelang ein solcher typ-spezifischer Nachweis mittels neuentwickelter Restriktions-Fragment-Längenpolymorphismus-Analyse (RFLP) für die TTV-Genotypen SENV-A und KAV. In einer Gruppe von 86 HCV-infizierten Patienten konnte eine Prävalenz von 9,3% für das SEN A Virus eine Prävalenz von 19,7% für KAV bestimmt werden. SENV-A Isolate konnten von vier verschiedenen Patienten sequenziert werden. Die Isolate zeigten dabei eine Homologie von mindestens 95%.

Das KAV-Isolat ist dabei Prototyp des in dieser Studie neu entdeckten TTV-Genotyp 28. Es gelang, das Gesamtgenom von KAV zu sequenzieren. Genotyp 28 besitzt mit 3705 Nt das bis dahin kürzeste Genom aller TTV-Genotypen. Dabei fallen besonders zahlreiche Deletionen im Offenen Leserahmen 1 auf. Das KAV-Isolat konnte der zweiten genetischen Gruppe zugeordnet werden und stellt den vierten Genotyp dieser Gruppe dar.

Durch Klonierung und anschließende Sequenzierungsanalyse wurden 28 TTV-Isolate gewonnen. Die Analyse dieser Sequenzen zeigte eine enorme genetische Variabilität mit fließenden Übergängen zwischen TTV-Geno- bzw. Subtypen. Einige Wissenschaftler gehen deshalb bei der TTV-Familie inzwischen von einem Virusschwarm aus. Die Ergebnisse dieser Arbeit können als weitere Hinweis für die Richtigkeit dieser Theorie gewertet werden.

Eine Gruppe von 86 HCV-infizierten Patienten wurde im Verlauf einer antiviralen Interferon-Therapie auch dreimal auf TTV untersucht. Dabei zeigte eine TTV-Prävalenz von 79,1% zu Beginn der IFN-Therapie. Nach Therapieende ergab sich ein signifikanter Rückgang auf 47,7%, wohingegen eine im Verlauf durchgeführte Follow-up-Untersuchung wieder einen signifikanten Anstieg der TTV-Prävalenz auf 61,6% ergab.

Die hier entwickelte RFLP-Methode erwies sich als geeignet zur Analyse von TTV-Mehrfachinfektionen. Dabei zeigte sich eine Mehrfachinfektionsrate von 88%. Dieses Ergebnis läßt den Schluss zu, dass die Häufigkeit von TTV-Mehrfachinfektionen bislang erheblich unterschätzt wurde. Eine Mehrfachinfektion beeinflusste signifikant das Antwortverhaltens von TTV bezüglich Interferon. Das Vorliegen einer Mehrfachinfektion bei Therapiebeginn war mit einer signifikant schlechteren Virus-Clearance durch Interferon vergesellschaftet. Eine Infektion mit einem TT-Virus führte signifikant häufiger zum Verschwinden von TTV unter der antiviralen Therapie. Unter der IFN-Therapie verringerte sich der Anteil von Trägern von mehr als zwei TT-Viren von 47,7% auf 18,6%. Eine Beeinflussung des Therapieerfolgs bezüglich HCV durch das Vorliegen einer zusätzlichen TTV-Mehrfachinfektion konnte jedoch nicht nachgewiesen werden.

In der Klonierungsana

Human cells have evolved protective mechanisms such as DNA repair and cell cycle checkpoints in order to promote stability of the genome. Studies on hereditary instability syndromes associated with a higher incidence of malignancies like Xeroderma pigmentosum or Nijmegen breakage syndrome demonstrated that genetic defects and subsequent dysfunction of a specific DNA repair mechanism trigger the development of cancer. Within the last years, the investigation of cell cycle checkpoints gained increasing importance in cancer research.

Checkpoints are signaling cascades that halt the cell cycle in response to DNA damage, thereby providing time for repair and preventing accumulation of DNA alterations. While the p53-dependent G1-S checkpoint has been extensively investigated, little is known about other checkpoints in humans such as the G2-M or the S-phase progression checkpoint. Studies on the human cancer syndrome ataxia telangiectasia (AT) showed that AT cells fail to induce several checkpoints in response to ionizing radiation (IR), indicating that a checkpoint gene defect is responsible for the AT-associated cancers. The responsible gene (ATM) has significant sequence homology to the checkpoint kinase gene sprad3 in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe (S. pombe). In S. pombe, spRad3 regulates G2-M checkpoint activation in response to DNA damage. Defects in the sprad3 gene, like defects in ATM, sensitize the organisms to radiation and radiomimetic drugs, suggesting conservation of checkpoint pathways from yeast to humans as well as a potential role of the G2-M checkpoint in carcinogenesis.

The discovery of G2-M checkpoint-deficient yeast mutants led to the cloning of additional checkpoint genes in yeast and their human homologs. This group of novel human genes includes homologs of sprad9 (hRAD9), sphus1 (hHUS1), and sprad1 (hRAD1). In S. pombe, these genes are required for activation of spRad3, and defects in one or more of these genes render the yeast more sensitive to genotoxic agents. Mutations within the human rad genes may bring about an increased rate of mutations and genomic instability as shown for p53 or AT and may be responsible for inherited predisposition to cancer.

In view of this potential importance of human rad genes in the process of carcinogenesis, we have undertaken a cellular and molecular analysis of the novel human checkpoint proteins hRad9, hHus1, and hRad1 in the leukemia cell line K562 and in human keratinocytes. Using specific antibodies to the hRad9, hHus1, and hRad1 proteins we demonstrated with co-immunoprecipitation and Western-blot experiments that the human checkpoint proteins hRad9, hHus1, and hRad1 associate in a biochemical complex similar to the spRad9-spHus1-spRad1 complex reported in fission yeast.

To generate a model system of checkpoint protein function amenable to biochemical analysis, we prepared epitope-tagged expression vectors for hRad9, hHus1, and hRad1, which were transfected into K562 cells by electroporation, resulting in transient expression of epitope-tagged protein. By simultaneous expression of hRad9, hHus1, and hRad1 we showed that transiently expressed epitope-tagged checkpoint proteins hRad9, hHus1, and hRad1 recapitulate complex formation of endogenous proteins. Immunoprecipitation studies with lysates of hRad9-overexpressing cells revealed that hRad9 undergoes complex post-translational modifications. Co-expression of hRad9 with hHus1, and hRad1 resulted in a large increase of the amount of a highly modified form of hRad9, suggesting that hRad1 and hHus1 either promote formation of, or stabilize the modified form of hRad9.

Previously, a direct correlation between checkpoint protein phosphorylation and activation of DNA damage checkpoints in yeast was proposed. In this study, we show that hRad9 is phosphorylated in response to DNA damage, and that phosphorylated hRad9 interacts with hHus1 and hRad1 as well. The present results suggest that the hRad9-hHu