Effekte bromierter Flammschutzmittel auf den Fremdstoffmetabolismus

Effects of brominated flame retardants on xenobiotic metabolism

  • Bromierte Flammschutzmittel (BFRs) werden zum Brandschutz in verschieden Kunststoffe eingearbeitet. Da sie auch in Alltagsgegenständen eingesetzt werden und in nahezu allen Kompartimenten der Umwelt, eingeschlossen der Nahrung, detektiert wurden, ist der Mensch täglich diesen Stoffen ausgesetzt. Die Flammschutzmittel Tetrabromobisphenol A (TBBPA), Hexabromocyclododecan (HBCD) und die aus polybromierten Biphenylethern (PBDEs) bestehenden, industriell hergestellten Gemische Pentamix und Decamix stehen aufgrund ihrer verbreiteten Anwendung oder Verteilung in der Umwelt und ihrem bioakkumulierendem Potential unter besonderem Fokus dieser Arbeit. In subakuten Studien wurden Wistar Ratten (WU-CBP) oral mit verschiedenen Dosen von TBBPA, HBCD, Pentamix oder Decamix über 28 Tage täglich behandelt. Während TBBPA mit Dosen bis zu 300 mg/kg KG/d im Futter vermengt wurde, wurden HBCD und der Pentamix mit jeweils bis zu 200 mg/kg KG/d und der Decamix mit bis zu 60 mg/kg KG/d in Maiskeimöl per Schlundsonde verabreicht. Untersucht wurden anschließend in allen vier Studien die fremdstoffmetabolisierenden Enzyme CYP1A, CYP2B und CYP3A in der Leber in der Real-Time-PCR, im Western-Blot und in Enzymaktivitätstests. Induktionseffekte in diesen Enzymfamilien wurden zusätzlich in Primärheptozyten der Ratte bei Behandlung mit HBCD und dem Pentamix ermittelt. Während für TBBPA in vivo bei keinem der drei Enzymfamilien Induktionseffekte weder bei Protein, noch RNA nachzuweisen waren, zeigte sich beim Decamix eine Erhöhung von CYP1A und CYP2B in der Leber von weiblichen und noch stärker von männlichen Ratten. Dies liess sich für RNA, sowie Protein nachweisen. Unabhängig von der Trendanalyse wurden schon signifikante Effekte ab der Dosis von 15 bzw 7,5 mg/kg KG/d für CYP1A bzw. CYP2B berechnet. Für CYP3A wurden weder in den weiblichen noch männlichen Tieren Induktionseffekte ausgemacht. Durch HBCD-Behandlung wurden in vitro CYP1A, CYP2B und CYP3A konzentrationsabhängig induziert, in vivo CYP2B und CYP3A ab Dosen von 10 mg/kg KG/d. HBCD zeigte für CYP1A in vivo keine Effekte. Der Pentamix induzierte, dosisabhängig die Enzyme CYP1A, CYP2B und CYP3A, wie auf RNA- und Protein- und teilweise auf Aktivitätsebene nachgewiesen werden konnte. Im Falle von CYP2B liegt statistisch signifikant der niedrigste Effektlevel bei 2,47 mg/kg KG/d. In vitro wurde CYP1A mit einer EC50 von etwa 1µM induziert, festgestellt in der RealTimePCR, im Western Blot-Verfahren und im EROD-Assay. Die bromierten Flammschutzmittel HBCD, Penta- und Decamix konnten somit in vivo und, teilweise in vitro, als Induktoren für fremdstoffmetabolisierende CYPs der Ratte ausgemacht werden. Implikationen davon sind vermutete endokrine Effekte durch Disbalance der über die CYPs metabolisierten Hormone, aber auch Einwirkungen auf Medikamentenwechselwirkungen. Andere Enzyme, die bei der Transkription über die gleichen Signalwege gesteuert werden wie die vorgestellten Markerenzyme, könnten ebenso durch BFRs induziert werden.
  • Brominated flame retardants (BFRs) are incorporated into plastics due to fire safety. They are employed in every day items and were detected in nearly all environmental compartiments, even in food. Therefore presumely, the human being is continously exposed to BFRs. The flame retardants tetrabromobisphenol A (TBBPA), hexabromocyclododecane (HBCD) and the polybrominated diphenyl ethers (PBDEs), particularly the commercial mixtures Pentamix and Decamix, are presented in this thesis. The selection of these BFRs is based on their momentous application, spreading in the environment or bioaccumulating potential. In subacute studies Wistar rats (WU-CBP) were administered a daily oral dose with TBBPA, HBCD, Pentamix or Decamix for 28 days. TBBPA was mixed into feed with doses of up to 300 mg/kg bw/d. HBCD, Pentamix and Decamix were mixed in corn oil and given via gavage up to 200 mg/kg bw/d (HBCD, Pentamix) or 60 mg/kg bw/d (Decamix). In all of these studies the liver enzymes of the xenobiotic metabolism CYP1A, CYP2B and CYP3A were examined in Real Time PCR, Western Blot analysis, and enzyme activity assays. Additionally, inducing effects of these enzyme families were investigated in primary rat hepatocytes under treatment of HBCD and Pentamix. No inducing effects in these enzyme families were found for treatment with TBBPA neither on RNA, nor protein level. Contrariwise, treatment with the Decamix led to increase of CYP1A and CYP2B in liver of female and yet stronger of male rats, as detected for RNA and protein. Independently of a trend analysis, significant effects were detected already at doses of 15 and 7.5 mg/kg bw/d for CYP1A and CYP2B, respectively. No effects appeared for CYP3A in liver of male or female rats. Treatment of HBCD led to concentration dependent induction of CYP1A, CYP2B and CYP3A in vitro. In vivo significant effects occurred at doses of 10 mg/kg bw/d for CYP2B and CYP3A, but not CYP1A. The enzymes CYP1A, CYP2B, and CYP3A were dose dependently increased through treatment of Pentamix, as shown for RNA, protein and partly for activity level. The lowest effect level for CYP2B was determined at dosage of 2.47 mg/kg bw/d. In vitro, 1 µM seemed to be the EC50 concentration for induction of CYP1A on activity level. Also, significant effects at this concentration were shown in Real Time PCR and Western blot analysis. In Real Time PCR analysis CYP2B was increased. Additionally, on RNA and protein level CYP3A was enhanced due to Pentamix treatment. Thus, the brominated flame retardants HBCD, Penta- and Decamix were demonstrated to be inducers of CYPs in xenobiotic metabolism in rat liver, in vivo and partly in vitro. These results implicate probable endocrine effects through disbalances of hormones metabolized by CYPs and, also, impacts on drug-drug-interactions. Other enzymes involved in the same transcriptional signalling pathways might be comparably induced.

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Metadaten
Author:Silke Germer
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-21900
Advisor:Dieter Schrenk
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:2008
Year of Publication:2008
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2008/05/08
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Chemie
DDC-Cassification:540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften

$Rev: 12793 $