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11.05.2015

Exposition gegenüber synthetischen Nanomaterialien kann Epigenom beeinflussen

Eine Forschungsgruppe der Harvard School of Public Health unter der Leitung von Dr. Demokritou hat die Auswirkungen von synthetischen Nanomaterialien (engl. engineered nanomaterials, ENM) auf das zelluläre Epigenom untersucht. Die Forscher fanden heraus, dass die Exposition gegenüber ENM bei umweltrelevanten Konzentrationen in vitro das Epigenom von Lungenepithelzellen beeinflussen kann. Auf Grund Ihrer Erkenntnisse raten die Forscher zur vertieften Untersuchung der Auswirkungen von ENM auf das Epigenom.

Der Erstautor der Studie, Xiaoyan Lu, und seine Kollegen vom “Center for Nanotechnology and Nanotoxicology” der Harvard School of Public Health in Boston haben in vitro-Untersuchungen zu den Wirkungen von synthetischen Nanomaterialien auf das Epigenom durchgeführt. Unter dem Begriff “Epigenom” versteht man alle chemischen Verbindungen, welche zu einem Genom (also der Gesamtheit der DNS) hinzugefügt wurden. Das Epigenom wird durch Umweltfaktoren viel stärker beeinflusst als beispielsweise die DNS an sich. Ein wichtiges Beispiel einer epigenetischen Veränderung ist die DNS-Methylierung. Die DNS-Methylierung ist einer der Faktoren, welcher die Expression von genetischen Informationen regelt.

Die Forscher testeten zwei kommerziell erhältliche Nanomaterialien (Kupferoxid- und Titandioxid-Nanopartikel), von Laserdruckern emittierte Partikel (engl. printer-emitted particles, PEPs) sowie Schweissrauch, welcher als eine Art Positivkontrolle fingierte (da dessen toxikologische Auswirkungen bekannt sind). Die in vitro-Experimente wurden u.a. an menschlichen Epithelzellen der Atemwege und an Makrophagen durchgeführt. Die PEP-Dosen beispielsweise waren so gewählt, dass sie einer einstündigen bzw. einer 60-stündigen Inhalation (niedrige bzw. hohe Dosis) von PEPs unter reellen Bedingungen (wie sie z.B. in einem Raum, in dem sich ein entsprechender Drucker befindet, anzutreffen sein könnten) entsprachen. Die Exposition der Zellen gegenüber ENM hatte einen moderaten direkten Einfluss auf die Methylierung der DNS. Jedoch beobachteten die Forscher auch ein Herunterregulieren des DNS-Methylierungsapparats. Dieser Effekt trat auch unterhalb der toxischen Konzentrationen auf.

Die Autoren werden nun untersuchen, welche epigenetischen Auswirkungen die ENM auf die Methylierung der DNS zu einem späteren Zeitpunkt (d.h. nach mehreren Zellteilungen) haben. Da epigenetische Veränderungen mit der Entstehung von Krankheiten (wie z.B. Krebs) einhergehen können, betonen die Forscher die Wichtigkeit der vertieften Auseinandersetzung mit der Thematik.

© 2015 – Die Innovationsgesellschaft, St. Gallen

Zitierte Studie: Short-term exposure to engineered nanomaterials affects cellular epigenome. Xiaoyan Lu, Isabelle R. Miousse, Sandra V. Pirela, Stepan Melnyk, Igor Koturbash, Philip Demokritou, Nanotoxicology, early online.

Bild: DNS-Molekül mit einem zweifach methylierten Cytosin. Die DNS-Methylierung spielt eine wichtige Rolle in der epigenetischen Regulierung bei der Entwicklung und bei Krebs. Credit: Christoph Bock (Max Planck Institute for Informatics)