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In dieser Arbeit wurden Modelle entwickelt, an denen die noch weitgehend unbekannten zellulären Funktionen der epidermalen Lipoxygenasen (LOXn) untersucht werden können: 1. Mit Hilfe von GFP-LOX-Fusionsproteinen wurde die Bedeutung der katalytischen Aktivität und der Extradomäne, die bei den beiden Isoenzymen 12R-LOX und eLOX-3 vorkommt, für die intrazelluläre Verteilung der Enzyme nachgewiesen. 2. Die Herstellung LOX-überexprimierender Keratinozyten war möglicherweise wegen des Abschaltens des Promotors oder der Negativselektion LOX-exprimierender Zellen über eine Transfektion mit herkömmlichen Expressionsplasmiden nicht möglich. Für die virale Transduktion von Tetrazyklin-regulierbaren Expressionssystemen wurden die nötigen Vorarbeiten geleistet. 3. Es wurde der Knockout des 12R-LOX-Gens unter Verwendung des Cre/loxP-Systems bis zur Geburt chimärer Mäuse durchgeführt. 4. Bei der Charakterisierung von transgenen e12S-LOX-überexprimierenden Mäusen wurde eine gegenseitige Beeinflussung epidermaler 12S-LOXn in Bezug auf die mRNAExpression nachgewiesen. Die Wechselwirkungen führten dazu, daß bei Tieren mit starker l12S-LOX und schwacher e12S-LOX-Expression die Empfindlichkeit gegenüber chemischer Karzinogenese (Inititations-Promotions-Modell) herabgesetzt war. Dieses korrelierte mit einer massiven Akkumulation des Linolsäure-Derivats 13-HODE, dem eine antikarzinogene Wirkung zugeschrieben wird. Eine erhöhte Tumorbildung ging mit der Überexpression von p12S-LOX oder e12S-LOX einher. Dies wiederum korrelierte mit einer Akkumulation des Arachidonsäure-Derivats 12-HETE, für das eine prokarzinogene Wirkung postuliert wird. 5. Mit Hilfe des Comet-Assays konnte für primäre Keratinozyten eine gentoxische Wirkung von HPETEn und HETEn gezeigt werden.
Die Kanzerogenität von Dioxinen ist bisher am besten an der Prototyp“-Verbindung 2,3,7,8-Tetrachlordibenzo-p-dioxin (TCDD) untersucht worden. TCDD wurde im Jahr 1997 von der International Agency for Research on Cancer (IARC) als Klasse I Kanzerogen eingestuft, obwohl bislang die Mechanismen der kanzerogenen Wirkung von TCDD noch nicht hinreichend geklärt werden konnten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde von der Arbeitshypothese ausgegangen, dass TCDD über die durch den Arylhydrocarbon Rezeptor (AhR) massiv vermittelte Induktion von fremdstoffmetabolisierenden Phase I Enzymen, vor allem von CYP1A1, eine erhöhte Bildung reaktiver Sauerstoffspezies verursacht, welche die DNA schädigen können und potenziell mutagen sind. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein System entwickelt, das ausreichend große Mengen an CYP1A1 exprimieren sollte ohne dass zuvor eine das Studienergebnis möglicherweise verfälschende Behandlung mit einem AhR-Agonisten (z.B. TCDD) stattgefunden hat. Erstes Ziel war die Etablierung eines geeigneten in-vivo Systems, nämlich die Erzeugung einer transgenen, humanes CYP1A1 überexprimierenden Maus. Das humane CYP1A1 Transgen wurde in den generierten, transgenen Mauslinien nicht wie erwartet exprimiert, obwohl die Integration in das Genom der Mäuse zweifelsfrei nachgewiesen werden konnte. Zwar konnte eine Induktion von hCYP1A1 in verschiedenen Organen der Mäuse auf mRNA Ebene nachgewiesen werden, allerdings wurde im Vergleich zu Wildtyp Tieren weder eine Steigerung der CYP1A1 Proteinmenge noch deren katalytischer Aktivität erzielt. Im zweiten Teil der Arbeit wurden in-vivo Untersuchungen hinsichtlich oxidativem Stress und DNA-Schädigung an TCDD behandelten C57B6 Mäusen und Sprague-Dawley Ratten bzw. an deren entsprechenden Kontrollen, sowie an transgenen Mäusen mit konstitutiv aktivem AhR (CA-AhR) durchgeführt. Die CA-AhR Linie bot eine weitere Möglichkeit, die Auswirkungen der AhR-vermittelten Genexpression ohne Verwendung eines AhR-Liganden in-vivo zu untersuchen. Als Messparameter für oxidativen Stress wurde der auf Fluoreszenz basierende H2DCFDA Assay im 96 Well Format etabliert. Als Marker für oxidative DNA-Schäden wurde der Gehalt an 8-oxo dG in genomischer DNA individueller Proben mittels HPLC-MS quantifiziert. Ob evtl. erhöhte ROS Gehalte bzw. DNA Schäden nach TCDD Expostition in einen direkten Zusammenhang mit AhR-regulierten CYP1A Induktion stehen wurde durch die Analyse der katalytischen CYP1A Aktivität mittels EROD-Assay überprüft. Die gefundenen Ergebnisse wiesen darauf hin, dass die ROS Bildung möglicherweise auch im in-vivo Experiment davon abhängt, wie stark TCDD als Induktor von CYP1A Enzymen wirkt. Die Daten zeigten aber auch, dass es sich in-vivo bei der TCDD vermittelten Induktion von oxidativen DNA-Schäden vermutlich um einen chronischen Langzeiteffekt handelt, der nicht ausschließlich von TCDD Leberlast oder CYP1A Enzyminduktion abzuhängen scheint. Mit Hilfe von Mikrosomen (SupersomesTM) aus stabil transfizierten Insektenzellen wurde des weiteren das individuelle ROS-Bildungspotenzial einzelner, AhR-regulierter CYP-Enzyme mittels H2DCFDA Assay untersucht. Die SupersomesTM Experimente bestätigten generell die Hypothese, dass TCDD induzierte CYPs eine potenzielle Quelle für ROS darstellen. Generell konnte die Hypothese bestärkt werden, dass die ROS Bildung nach TCDD Exposition eine Konsequenz der AhR vermittelten CYP Induktion darstellt. Isolierte RNA aus den Lebern von Mäusen wurde mit Hilfe von Microarrays auf Veränderungen der Genexpressionsmuster untersucht, die Hinweise auf gentoxischen bzw. oxidativen Stress und andere prokarzinogene Veränderungen als Konsequenz einer TCDD Exposition bzw. der konstitutiven Aktivität des AhR geben sollten. Die (permanente) Aktivierung des AhR führte einerseits in der Leber von Mäusen generell zu einem erhöhten oxidativen Stress. Andererseits konnte gezeigt werden, dass pro- und antiapoptotische Signalwege an diesem Prozess beteiligt zu sein scheinen, möglicherweise als Konsequenz des induzierten oxidativen Stresses.