Zum Mechanismus einer gentoxischen Wirkung des 1,3-Butadien-Metaboliten 1,2:3,4-Diepoxybutan auf das Nierengewebe

Abstract

Das gasförmige Monomer 1,3-Butadien (BD) findet vielfältige Verwendung bei der Herstellung synthetischer Kunststoffe. Für die als Humankanzerogen eingestufte Substanz besteht unter anderem der begründete Verdacht Nierenkrebs auszulösen. Als ein DNA-reaktiver Metabolit von BD gilt das über Cytochrom P450 2E1 (CYP2E1) enzymatisch gebildete 1,2:3,4-Diepoxybutan (DEB). Im Rahmen der Dissertation erfolgt eine Risikoabschätzung für das kanzerogene Potential von BD auf die humane Niere basierend auf enzymatischer Charakterisierung des Nierengewebes und in vitro Untersuchungen zur Glutathion Transferasen T1-1 (GSTT1-1)-abhängigen Weiterverstoffwechslung von DEB. Die gebildeten Verbindungen wurden durch µHPLC getrennt und mittels ESI-MSn sowie 13C-NMR-Spektroskopie analysiert. Zwischen DEB und dem GST-Cofaktor Glutathion bildete sich überwiegend das C1-Konjugat S-(2-Hydroxy-3,4-epoxybutyl)-glutathion. Darüber hinaus ergaben sich Hinweise für die zuvor nur postulierte Bildung eines sehr reaktiven intermediären Episulfoniumions, das als ultimales Kanzerogen angesehen werden kann. Die enzymatische Charakterisierung der Niere wurde mit Probenmaterial von Patienten mit Nierenzellkarzinom durchgeführt und beschränkte sich auf die für den BD-Metabolismus wichtigen Enzyme CYP2E1 und GSTs. Mit Hilfe spektralphotometrischer bzw. gaschromatographischer Methoden konnte für alle untersuchten GSTs Aktivität gemessen werden. Im Tumorgewebe war diese im Vergleich zu normalem Gewebe reduziert. Der Nachweis des Isoenzyms CYP2E1 mittels Western Blots im Nierengewebe war negativ.

The gaseous monomer 1,3-butadiene (BD) is widely used in synthetic production of plastics. Classified as a human carcinogen the substance is suspected to cause kidney cancer. The DNA-reactive metabolite of BD is considered to be 1,2:3,4-diepoxybutane (DEB) formed by enzymatic reaction with cytochrome P-450 2E1 (CYP2E1). The thesis assesses the risk of BD for humans with regard to the nephrocarcinogenic potential based on results of enzymatic characterization of renal tissue and in vitro investigations concerning the glutathione transferase T1-1 (GSTT1-1)-dependent metabolism of DEB. The generated compounds were separated with µHPLC followed by analysis with ESI-MSn as well as 13C-NMR-spectroscopy. Mainly conjugation was observed between DEB and the GST-cofactor glutathione at the C1-position, resulting in S-(2-hydroxy-3,4-epoxybutyl)-glutathione. Different indications supported the prior postulation of a reactive episulfonium ion intermediate generated and assumed to be an ultimate carcinogen. The enzymatic characterization of renal tissue was carried out with samples from patients with renal cell carcinoma. The investigations were restricted to CYP2E1 and GSTs involved in BD-metabolism. Enzymatic activity was measured for all investigated GSTs by spectrophotometric and gaschromatographic assays, respectively. Compared to normal tissue activities in tumour tissue were reduced. No evidence for existence of CYP2E1 in human kidneys was obtained by Western blots.