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Mechanismen der Zink-vermittelten Genotoxizität
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Veröffentlicht: | 26. März 2015 |
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Zink Oxid Nanopartikel (ZnO-NP) können ihre genotoxische Wirkung direkt durch Interaktion der Partikel mit zellulären Strukturen oder indirekt über ihre Dissoziation zu Zn2+ vermitteln.
Ziel dieser Studie war es, in vitro die genotoxische Wirkung sowie die zugrundeliegenden Mechanismen von ZnO-Ionen zu analysieren.
A549 Zellen wurden mit 100µg/ml ZnO-NP (15-18 nm) exponiert und im zeitlichen Verlauf analysiert. Mittels TEM, cLSM und Fluoreszenzspektroskopie wurde die zelluläre Aufnahme der ZnO-NP sowie deren Dissoziation zu Zn2+ ermittelt. Die Zellen wurden mit N-Acetyl-L-Cystein (NAC) zur Hemmung des oxidativen Stresses sowie mit Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA) zur extrazellulären Komplexierung von Zn2+ vorbehandelt. Die Entstehung von oxidativem Stress wurde mittels H2DCFDA-Assays gemessen. Die DNA Schädigung wurde quantitativ durch γH2AX-Foci-Analyse fluoreszenz-mikroskopisch evaluiert.
Es zeigte sich eine schnelle extrazelluläre Dissoziation der ZnO-NP in Zn2+. Die Zn2+ werden innerhalb kurzer Zeit von der Zelle aufgenommen und führen zu einem kontinuierlichen intrazellulären Zn2+ Anstieg. ZnO-NP führen zu einem kontinuierlichen Anstieg von ROS. Eine Behandlung mit NAC führt zu einer ROS Reduktion. Werden die Zn-Ionen extrazellulär durch DTPA komplexiert, entsteht kein oxidativer Stress. ZnO-NP führen bereits nach einer Expositionsdauer von 15 min zu einer starken DNA-Schädigung. Diese DNA-Schädigung wird durch NAC reduziert, aber nicht aufgehoben. Werden die Zn-Ionen extrazellulär abgefangen, findet keine DNA-Schädigung statt.
Wir konnten zeigen, dass ZnO-NP extrazellulär in Zn2+ dissoziieren und oxidativen Stress vermitteln. Damit assoziiert sind DNA-Doppelstrangbrüche. Wir konnten außerdem zeigen, dass die DNA auch direkt durch Zn2+, unabhängig von ROS, geschädigt wird.
Unterstützt durch: Diese Arbeit wird untertützt durch das Max Planck Graduate Center mit der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (MPGC).
Der Erstautor gibt keinen Interessenkonflikt an.