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Nutzen-Risiko-Bewertung von Mineralstoffen und Spurenelementen

 | 
Andrea Hartwig
, 
Beate Köberle
, 
Bernhard Michalke

Posterbeiträge

Die Bedeutung des Transkriptionsfaktors MTF-1 für die Aufnahme, Zytotoxizität und Genotoxizität von anorganischem Arsenit

Claudia Keil, Constanze Richter, Wolfgang Paul et Andrea Hartwig

Résumé

Anorganisches Arsenit wurde sowohl durch die „International Agency for Research on Cancer“ (IARC) als auch durch die Senatskommission der DFG zur Prüfung gesundheitschädlicher Arbeitsstoffe (MAK-Komission) als Humankanzerogen eingestuft. Dennoch sind zum jetzigen Zeitpunkt die zugrunde liegenden Mechanismen nur unzureichend verstanden. Eine wesentliche Rolle wird der Metabolisierung von anorganischem Arsenit zu drei-und fünfwertigen methylierten bzw. Schwefel-konjugierten Verbindungen sowie deren Interaktion mit thiolhaltigen Molekülen zugeschrieben. Das Ziel der vorliegenden Studie war es, die Bedeutung des Transkriptionsfaktors MTF-1 für die Aufnahme, Zytotoxizität und Genotoxizität von anorganischem Arsenit zu untersuchen. Modellhaft wurden hierfür embryonale Mausfibroblasten mit funktionellem MTF-1 (3T3) bzw. aus MTF-1-knockout Mäusen generierte defiziente Zellen (dko7) verwendet. Die Aufgabe von MTF-1 besteht in einer metallvermittelten Induktion der Metallothioneinbiosynthese. Das gewählte Modellsystem erfasst somit auch die Bedeutung dieser metallbindenden Proteine für die Aufnahme, Biotransformation und Zytotoxiziät von anorganischem Arsenit. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen mit Bezug auf die Zellzahl und die Koloniebildungsfähigkeit eine vergleichbare zytotoxische Wirkung von iAs3+ in beiden Zelllinien; bezogen auf die intrazellulär akkumulierten Mengen an Arsen erwiesen sich die MTF-1-defizienten Zellen jedoch als deutlich sensitiver. Die Untersuchungen zur Genotoxizität ergaben, dass es in beiden Mausfibroblastenlinien erst bei hohen Konzentrationen an anorganischem Arsenit zur Induktion von Strangbrüchen kommt. Im Vergleich war das Ausmaß der Schädigung größer in den MTF-1-defizienten Fibroblasten, im Einklang mit einer protektiven Funktion von MTF-1 gegenüber oxidativem Stress. Erfolgte eine Koinkubation mit Wasserstoffperoxid, so resultierte dies in der synergistischen Erhöhung der Anzahl an Strangbrüchen in den 3T3-Zellen bereits bei niedrigen mikromolaren Konzentrationen. Dieser Effekt wurde jedoch nicht in MTF-1-defizienten Fibroblasten beobachtet. In weiteren Versuchen soll geklärt werden, inwieweit diese erhöhte DNA-schädigende Wirkung auf eine regulatorische Funktion von MTF-1 auf die Entgiftung von Wasserstoffperoxid oder auf den Einfluss von DNA-Reparaturprozessen zurückzuführen ist.

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Kurztitel: Zusammenhang von Arsenit und MTF-1

Texte intégral

Einleitung

1Arsen ist ein in der Umwelt weit verbreiteter Kontaminant, welcher sowohl im Boden, im Wasser als auch in der Atmosphäre vorkommt. Die Exposition der Bevölkerung gegenüber Arsen erfolgt vornehmlich durch den Verzehr von kontaminierten Lebensmitteln bzw. durch das Trinken von kontaminiertem Wasser [1]. Die Toxizität von Arsen steht in engem Zusammenhang mit seiner chemischen Form, wobei anorganische As-Spezies sowie seine methylierten Metabolite im Vergleich zu anderen organischen Arsenverbindungen ein deutlich toxischeres Potential aufweisen [2]. Für die anorganischen Arsenverbindungen gibt es eine Vielzahl an epidemiologischen Untersuchungen, die ein erhöhtes Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen und das vermehrte Auftreten von Haut-, Blasen-, Leber-, Lungen-und Nierentumoren bei einer chronischen Exposition gegenüber erhöhten Mengen an Arsen zeigen [3]. Daher wurden anorganisches Arsen und seine Verbindungen durch die „International Agency for Research on Cancer“ als Humankanzerogen eingestuft [1]. Eine Neubewertung der Arsenbelastung durch Lebensmittel durch das sog. CONTAM-Panel der European Food Safety Authority (EFSA) im Jahr 2009 führte zu einer Aussetzung des bis dahin gültigen „Provisional Tolerable Weekly Intake“ (PTWI) von 15 µg/kg KG anorganischem Arsen. Grundlage hierfür war die Berechnung von „Benchmark Dose Lower Limits01 “ zwischen 0,3 und 8 µg/kg KG pro Tag für Tumore der Lunge, Haut und Blase. Die tatsächliche Exposition an anorganischem Arsen liegt für 95% der Bevölkerung im Bereich von 0,37 bis 1,22 µg/kg Körpergewicht und Tag [4]. Für anorganisches Arsenit (iAs3+) sind die der Kanzerogenese zugrunde liegenden Mechanismen bis jetzt nur unzureichend geklärt. Vorangegangene Studien zeigen, dass keine direkten DNA-Schädigungen im Vordergrund stehen, da anorganisches Arsenit in bakteriellen Mutagenitätstests in der Regel nicht und auch in Säugerzellen nur schwach mutagen ist [5]. Demgegenüber weisen sie aber ausgeprägte verstärkende Effekte in Kombination mit anderen DNA-schädigenden Agentien wie UVC-Strahlung und Benzo[α]pyren auf. Dies deutet darauf hin, dass eher indirekte genotoxische Effekte wie eine Beeinflussung von DNA-Reparaturprozessen und andere an der Prozessierung von DNA-Schäden beteiligte Reaktionen für die Kanzerogenität von Bedeutung sind [6]. Weitere diskutierte Mechanismen sind die Induktion oxidativer DNA-Schäden, Beeinflussungen der Genexpression, auch im Zusammenhang mit Veränderungen des DNA-Methylierungsmusters, sowie eine Beeinflussung von Signaltransduktions-kaskaden [7-9]. Interessanterweise wurde gezeigt, dass das transkriptionsaktive Tumorsupressorprotein p53 ein molekularer Angriffspunkt für anorganisches Arsenit ist [10-12], woraus sich Interferenzen mit der Zellzykluskontrolle, tumorsupressiven Regulationsmechanismen und inhibitorische Effekte auf die Induktion der Apoptose ergeben [5]. Ein weiterer wichtiger Punkt, der zur kanzerogenen Wirkung von iAs3+ beiträgt, ist deren Metabolisierung zu methylierten und Schwefel-konjugierten Spezies [13]. Eine Vielzahl an Studien zeigen im Vergleich zu Arsenit deutlich stärkere toxische und genotoxische Effekte für die trivalenten Metaboliten MMAIII und DMAIII [14, 15] sowie auch für die pentavalente Verbindung Thio-Dimethylarsinate (DMAV) [16, 17], womit der Bio-methylierung nicht länger eine detoxifizierende Wirkung zugesprochen werden kann [13]. Obwohl die genauen Wirkmechanismen dieser anorganischen Arsenverbindungen nicht vollständig geklärt sind, wird die Interaktion von Arsenspezies mit Proteinen als eine der Hauptursachen für die Toxizität und Kanzerogenität betrachtet. Durch die direkte Bindung von iAs3+ oder den methylierten As-Spezies an kritische vicinale Cysteinreste kann die Aktivität von Enzymen und Proteinen, welche in DNA-Reparaturprozesse, Transkriptionsvorgänge, DNA-Methylierungen, Proliferationsabläufe oder der strukturellen Organisation der Zelle involviert sind, beeinflusst werden [18, 19]. Für die kleinen, Cystein-reichen Proteine der Metallothioneine, welche über ausgeprägte Metallbindungseigenschaften verfügen, gibt es nur wenige Aussagen im Hinblick auf die Aufnahme, Zytotoxizität und Genotoxizität von iAs3+ . Anorganisches Arsenit wurde als Induktor der Metallothionexpression, insbesondere der Isoformen mt1 und mt2, in verschiedensten Zelltypen beschrieben [20-22]. Die transkriptionelle Regulation der Metallothioneinexpression durch Arsenit und auch anderer Metalle wie Zn2+, Cd2+, Co2+, Ni2+ wird durch den Transkriptionsfaktor MTF-1 gesteuert. Entsprechend dem Modell von He und Ma [23] wird MTF-1 durch direkte Bindung von iAs3+ , und nicht wie für andere Metalle gezeigt durch Zink-Austauschreaktionen, aktiviert. Nach Translokation in den Zellkern bindet MTF-1 an multiple Kopien von „metal responsible elements“ (MRE) in den Enhancer-Regionen von mt1 und vermittelt darüber die Genexpression. Eine vollständige Deletion von mtf-1 in Mäusen [24, 25] oder Mutationen in den C-terminalen Cystein-Clustern [23] unterbinden oder vermindern dramatisch die mt1-Genexpression aufgrund der fehlenden Transkriptionsaktivität von MTF-1. Im Hinblick auf iAs3+ zeigen einige Studien einen Zusammenhang mit der vermehrten Expression von Metallothioneinen und der erhöhten zellulären Anreicherung von Arsen [26, 27]. Zudem wurde für anorganisches Arsenit sowie auch für MMAIII und DMAIII eine Bindung an isolierte Metallothioneinmoleküle gezeigt [28, 29]. Mäuse mit genetisch inaktiviertem mt1 und mt2 zeigen eine deutlich höhere Sensitivität gegenüber iAs3+ [30, 31]. Zelluläre Experimente mit Rattenmyoblasten hingegen weisen eher auf eine unter geordnete Bedeutung der Metallothioneinexpression bei der Arsenvermittelten Toxizität hin [32]. Bezüglich der verstärkten Synthese von Metallothioneinen in sich schnell teilenden und neoplastischen Zellen [33, 34] wurde eine vermehrter Gehalt an MT1 und MT2 in Tumorbiopsien sowie in malignen Zellen nach Transformation durch Arsen als negativer prognostischer Indikator bewertet [35, 36]. Aufgrund dieser inkonsistenten Datenlage war es das Ziel der vorliegenden Studie, zusammenhängend die Rolle des Transkriptionsfaktors MTF-1 für die Arsenit-induzierte Zytotoxizität und Genotoxizität bei gleichzeitiger Betrachtung der zellulären Arsenaufnahme zu untersuchen. Aufgrund der zentralen Funktion von MTF-1 in der Metall-vermittelten Induktion der Metallothioneinexpression erlaubt es das gewählte Modell, auch die Bedeutung von Metallothioneinen in diesem Zusammenhang zu erfassen.

Materialien und Methoden

Material

2Embryonale Mausfibroblasten, profizient (3T3) oder defizient (dko7) in dem Transkriptionsfaktor MTF-1, wurden wie zuvor beschrieben [37] als Monolayer in Zellkulturschalen in DMEM mit 5% fötalem Kälberserum sowie 100 U Penizillin/ml und 100 µg Streptomyzin/ml kultiviert. Logarithmisch wachsende Zellen wurden 24 h mit anorganischem Arsenit (Sigma-Aldrich, 99,999%) behandelt. Um Oxidationsvorgänge zu vermeiden, wurden die Stammlösungen von anorganischem Arsenit in sterilem, bidestilliertem Wasser unmittelbar vor jedem Experiment hergestellt.

Bestimmung der Zytotoxizität

3Die Zytotoxizität wurde wie zuvor beschrieben [38] anhand des Einflusses auf die Zellzahl und die Koloniebildungsfähigkeit bestimmt.

Quantifizierung der zellulären Aufnahme von Arsen

4Für die Bestimmung des gesamtzellulär aufgenommenen Arsens wurden die embryonalen Mausfibroblasten nach Inkubation mit iAs3+ von den Zellkulturschalen abgelöst und mittels Säureaufschluss 65% HNO3/ 30% H2O2 (1/1) bei 95°C für mindestens 12 h verascht. Anschließend erfolgten die Analysen des Gesamt-Arsengehaltes mittels Graphitrohr-Atomabsorptionsspektrometrie (AAnalyst800, Perkin Elmer) und die Quantifizierung mithilfe der Software AA Winlab 32.

Einfluss auf die Metallothionein-Genexpression

5Der Effekt von anorganischem Arsenit auf die Expression der Metallothionein-Isoformen mt1, mt2, mt3 und mt4 wurde mittels RT-PCR unter Verwendung eines iCycler, gekoppelt an das iCycler TM IQ Detektionssystem (Biorad), durchgeführt. Zur Berechnung wurde das Effizienz-korrigierte relative Quantifizierungsmodell herangezogen [39].

Nachweis von DNA-Schäden

6Um die DNA-schädigende Wirkung erfassen zu können, wurden die embryonalen Mausfibroblasten für 24 h mit anorganischem Arsenit inkubiert und die Menge generierter DNA-Strangbrüche in Abwesenheit oder Anwesenheit von H2O2 mittels Alkalischer Entwindung quantifiziert [40].

Ergebnisse

7Im Rahmen der vorliegenden Studie sollte die Bedeutung des Transkriptionsfaktors MTF-1 für die Aufnahme, Zytotoxizität und Genotoxizität von anorganischem Arsenit erfasst werden. Hierzu wurde zunächst eine Bestimmung des gesamtzellulär aufgenommenen Arsens nach Inkubation von MTF-1-profizienten (3T3) und -defizienten Mausfibroblasten (dko7) mit iAs3+ vorgenommen. Die Ergebnisse zeigen, dass Arsenit innerhalb von 24 h dosisabhängig von den embryonalen Mausfibroblasten aufgenommen wird. Für die 3T3-Zellen konnte bereits bei der Inkubation mit einer vergleichsweise geringen Konzentration von 1 µM iAs3+ eine ca. 8fache intrazelluläre Anreicherung von Arsen nachgewiesen werden. Eine weitere Erhöhung der extrazellulären Inkubationskonzentration an iAs3+ resultierte in einer Verringerung des Anreicherungsfaktors. Im Vergleich dazu erfolgte in den MTF-1-defizienten Mausfibroblasten eine vergleichsweise geringere Akkumulation von Gesamtarsen. Nach Inkubation mit 1 bis 10 µM iAs3+ wurde lediglich eine Verdoppelung des intrazellulären Gesamtarsen-Gehaltes detektiert. Da anorganisches Arsenit mehrfach als Induktor der Metallothioneinsynthese beschrieben ist, wurde zusätzlich die Expression aller vier beschriebenen murinen Metallothioneinisoformen untersucht. iAs3+ induzierte dosisabhängig lediglich die Expression von mt1 und mt2 in MTF1-WT Zellen. Die MTF-1-defizienten Mausfibroblasten verfügten unabhängig vom MTF-1 Status über einen basalen Gehalt an mt1-Transkript, dessen Menge sich durch die Inkubation mit anorganischem Arsenit aber nicht erhöhte. Eine Expression von mt2 konnte weder basal noch nach Metallexposition in diesen Zellen nachgewiesen werden. Wurden die zytotoxischen Auswirkungen der Arseninkubation mittels Zellzahl quantifiziert, so zeigten beide Zelllinien eine konzentrationsabhängige Reduktion der Zellzahlen gegenüber den Kontrollen. Diese betrug im Mittel für die Linie dko7 zwischen ca. 4% für 1 μM bis 60% für 20 μM anorganisches Arsenit. Die Reduktion der 3T3-Zellzahlen war etwas geringer ausgeprägt, jedoch statistisch nicht signifikant verschieden gegenüber den dko7-Zellen. Auch die Koloniebildungsfähigkeit wurde in beiden Fibroblastenlinien in ähnlichem Ausmaß durch iAs3+ reduziert. Bezogen auf die intrazellulär angereicherten Mengen an Arsen jedoch ergaben sich statistisch signifikante Unterschiede. Bei vergleichbaren zellulären Arsengehalten reagierten die MTF-1-defizienten dko7-Zellen deutlich sensitiver sowohl in Bezug auf Zellzahl als auch Koloniebildungsfähigkeit. Im Hinblick auf genotoxische Effekte wurde zunächst die Menge der durch iAs3+ generierten DNA-Strangbrüche bestimmt. Hier zeigte sich, dass es in beide Mausfibroblastenzelllinien erst bei der höchsten eingesetzten Inkubationskonzentration von 20 µM iAs3+ zur Induktion von DNA-Strangbrüchen kommt. Im Vergleich war das Ausmaß der Schädigung jedoch größer in den MTF-1defizienten Fibroblasten. Erfolgte eine Koinkubation mit Wasserstoffperoxid, zeigte sich bei den 3T3-Zellen eine synergistische Verstärkung der Induktion von DNA-Strangbrüchen. Dieser Effekt wurde jedoch nicht bei der MTF-1-defizienten Linie dko7 beobachtet.

Diskussion

8In einer Vielzahl von epidemiologischen Studien wird auf das gehäufte Auftreten von Haut-, Nieren-, Lungen-und Harnblasentumoren im Zusammenhang mit der Arsenexposition hingewiesen [1]. Obwohl das Problem der weltweiten Belastung der Bevölkerung durch Arsenverbindungen bekannt ist, sind die für die Toxizität und Kanzerogenität zugrunde liegenden Mechanismen nur unzureichend verstanden. Die in der Literatur beschriebenen Mechanismen weisen vermehrt auf die Induktion und Anhäufung von DNA-Schäden infolge der verstärkten Generierung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) [41] sowie der Hemmung von DNA-Reparaturprozessen hin [42-44]. Hierbei scheint aufgrund der Thiolaffinitität von iAs3+ und seinen methylierten Metaboliten insbesondere die Interaktion mit Thiolgruppen von Cysteinen, zum Beispiel in Proteinen mit sogenannten „Zinkfingerstrukturen“, von Bedeutung zu sein [6, 18]. Im Hinblick auf das in menschlichen Zellen prominenteste metallbindende Protein Metallothionein existieren im Zusammenhang mit der arsenvermittelten Zytotoxizität nur relativ wenige Daten. Die in der vorliegenden Studie erhaltenen Ergebnisse belegen eine Rolle von Metallothioneinen sowohl für die zelluläre Aufnahmekapazität von anorganischem Arsenit als auch dessen zytotoxische Wirkung. Bezüglich der Aufnahme zeigen die Daten sowohl für die MTF-1-profizienten als auch -defizienten Mausfibroblasten eine konzentrationsabhängige Aufnahme von iAs3+ in die Zelle. Vergleichbare dosisabhängige Effekte wurden zuvor sowohl für humane Lungenkarzinomzellen [43], Urothelzellen und primäre Hepatozyten [45], als auch Hamsterfibroblastenzellen [45, 46] beschrieben. Bezüglich der in dieser Arbeit gewählten Zellmodelle zeigte sich bei Inkubation mit nicht-zytotoxischen Mengen von iAs3+ ein signifikant höherer zellulärer Gesamtarsengehalt in den MTF-1-profizienten Mausfibroblasten. Einhergehend mit dieser Beobachtung wurde in den 3T3-Zellen eine vermehrte Expression der Metallothionein-Isoformen mt1 und mt2 beobachtet. Inwieweit die intrazelluläre Bindung des aufgenommenen Arsens an die Metallothioneinmoleküle oder ein Transfer an weitere zelluläre thiolhaltige Moleküle eine Rolle spielt, muss zukünftig geklärt werden. Untersuchungen mit isolierten Proteinen zeigen sowohl die Bindung von iAs3+ an als auch die Translokation zwischen isolierten Metallothioneinmolekülen via Protein-Protein-Interaktionen [29]. Interessanterweise ergab sich bei den 3T3-Zellen mit zunehmender Konzentration an iAs3+ im Inkubationsmedium eine deutliche Abnahme der relativen Aufnahme der Arsenverbindungen, was auf einer Inhibierung der Aufnahme oder einer erhöhten Effluxrate beruhen könnte [45]. Zunehmend diskutiert wird dabei, dass iAs3+ unter Beteiligung von Glutathion als As(GSH)3-Komplexe aus Zellen exportiert wird [13]. Für MTF-1 wurde gezeigt, dass dieses Protein neben seiner Rolle in der Metallothioneingenexpression auch essentiell für die Transkription der für die schwere Kette der γ-Glutamyl-cysteinsynthase (γ-GCS(hc)) kodierenden Gene ist [47, 48]. Inwiefern sich das Fehlen dieses Schlüsselenzyms auf die zelluläre Synthese von GSH in den dko7 Zellen und damit gegebenenfalls auch auf den Export von Arsenspezies aus diesen Fibroblasten aus wirkt, muss zukünftig geklärt werden. In Bezug auf die genotoxischen Eigenschaften wurden in beiden murinen Zelllinien erst bei der höchsten eingesetzten Inkubationskonzentration von iAs3+ DNA-Strangbrüche beobachtet, in Übereinstimmung mit Daten von Schwerdtle et al. [38]. Erfolgte eine Koinkubation mit H2O2 so zeigte sich für die 3T3Zellen eine synergistische Erhöhung der DNA-Strangbruchraten. Dieser Effekt wurde jedoch nur bei den MTF-1 profizienten Fibroblasten beobachtet. Zu klären ist einerseits, ob MTF-1 nach Inkubation mit iAs3+ regulatorisch in die antioxidativen Abwehrmechanismen der Zelle eingreift und somit die Entgiftung von Wasserstoffperoxid beeinträchtigt. Des Weiteren muss die Rolle des Transkriptionsfaktors und somit auch die des Metallothioneins im Hinblick auf DNA-Reparaturprozesse und andere an der Prozessierung von DNA-Schäden beteiligte Reaktionen nach Inkubation mit anorganischem Arsenit geklärt werden. Eine Bindung sowohl von iAs3+ als auch von methylierten Arsenspezies und eine daraus resultierende Inaktivierung wurde sowohl für metabolische Enzyme [15] als auch für Proteine mit essentieller Funktion in DNA-Reparaturprozessen, Transkriptionsvorgänge und der strukturellen Organisation der Zelle [18, 19] beschrieben. Die Rolle von MTF-1 sowie auch von Metallothionein in diesem Zusammenhang ist zum jetzigen Zeitpunkt nur ungenügend geklärt und bedarf weiterer Untersuchungen.

Abbildung 1: Mechanismen der Arsenit-induzierten Kanzerogenese und die mögliche Rolle von Metallothionein.

Bibliographie

Literatur

[1] IARC: A Review of Human Carcinogens: Part C Arsenic, Metals, Fibres and Dusts. (2012), IARC Monographs, Volume 100, IARC Lyon, FR, 196-211.

[2] Dopp, E., Kligerman, AD., Diaz-Bone, RA. (2010) Organoarsenicals. Uptake, metabolism, and toxicity. Met Ions Life Sci 7: 231-65.

[3] Tseng, CH. (2007) Metabolism of inorganic arsenic and non-cancerous health hazards associated with chronic exposure in humans. J Environ Biol 28(2 Suppl): 349-57.

[4] EFSA Panel on Contaminants in the Food Chain (CONTAM); Scientific Opinion on Arsenic in Food (2009) EFSA Journal 7(10): 1351.

[5] Rossman TG. (2003) Mechanism of arsenic carcinogenesis: an integrated approach. Mutat Res. 533(1-2): 37-65.

[6] Hartwig, A. & Schwerdtle T. (2009), Arsenic-induced carcinogenicity: New insights in molecular mechanisms, in: Metal Complex-DNA Interactions., N. Hadjiliadis, E. Sletten (Eds.), Wiley, West Sussex, United Kingdom, 491 – 510.

[7] Huang, C., Ke, Q., Costa, M., Shi, X. (2004) Molecular mechanisms of arsenic carcinogenesis. Mol Cell Biochem. 255(1-2): 57-66.

[8] Durham, TR. & Snow, ET. (2006) Metal ions and carcinogenesis. EXS. (96): 97-130

[9] Hartwig, A. (2013) Metal interaction with redox regulation: an integrating concept in metal carcinogenesis? Free Radic Biol Med 55: 63-72.

[10] Hamadeh, HK., Vargas, M., Lee, E., Menzel, DB. (1999) Arsenic disrupts cellular levels of p53 and mdm2: a potential mechanism of carcinogenesis. Biochem Biophys Res Commun 263(2): 446-9.

[11] Tang, F., Liu, G., He, Z., Ma, WY., Bode, AM., Dong, Z. (2006) Arsenite inhibits p53 phosphorylation, DNA binding activity, and p53 target gene p21 expression in mouse epidermal JB6 cells. Mol Carcinog 45(11): 861-70.

[12] Chai, CY., Huang, YC., Hung, WC., Kang, WY., Chen, WT. (2007) Arsenic saltinduced DNA damage and expression of mutant p53 and COX-2 proteins in SV-40 immortalized human uroepithelial cells. Mutagenesis 22(6): 403-8.

[13] Watanabe, T. & Hirano, S. (2012) Metabolism of arsenic and its toxicological relevance. Arch Toxicol. Epub ahead of print

[14] Styblo, M., Del Razo, LM., Vega, L., Germolec, DR., LeCluyse, EL., Hamilton, GA., Reed, W., Wang, C., Cullen, WR., Thomas, DJ. (2000) Comparative toxicity of trivalent and pentavalent inorganic and methylated arsenicals in rat and human cells. Arch Toxicol. 74(6): 289-99.

[15] Petrick, JS., Ayala-Fierro, F., Cullen, WR., Carter, DE., Vasken Aposhian, H. (2000) Monomethylarsonous acid (MMA(III)) is more toxic than arsenite in Chang human hepatocytes. Toxicol Appl Pharmacol. 163(2): 203-7.

[16] Ochi, T., Kita, K., Suzuki, T., Rumpler, A., Goessler, W., Francesconi, KA. (2008) Cytotoxic, genotoxic and cell-cycle disruptive effects of thiodimethylarsinate in cultured human cells and the role of glutathione. Toxicol Appl Pharmacol 228(1): 59-67.

[17] Bartel, M., Ebert, F., Leffers, L., Karst, U., Schwerdtle, T. (2011) Toxicological Characterization of the Inorganic and Organic Arsenic Metabolite Thio-DMA in Cultured Human Lung Cells. J Toxicol 2011:373141. doi: 10.1155/2011/373141.

[18] Piatek, K., Schwerdtle, T., Hartwig, A., Bal, W. (2008) Monomethylarsonous acid destroys a tetrathiolate zinc finger much more efficiently than inorganic arsenite: mechanistic considerations and consequences for DNA repair inhibition. Chem Res Toxicol 21(3): 600-6.

[19] Kitchin, KT. & Wallace, K. (2008) The role of protein binding of trivalent arsenicals in arsenic carcinogenesis and toxicity. J Inorg Biochem 102(3): 532-9.

[20] Kreppel, H., Bauman, JW., Liu, J., McKim, J.M. Jr., Klaassen, CD. (1993) Induction of metallothionein by arsenicals in mice. Fundam Appl Toxicol 20(2): 184-9.

[21] Liu, J., Kadiiska, MB., Liu, Y., Lu, T., Qu, W., Waalkes, MP. (2001) Stressrelated gene expression in mice treated with inorganic arsenicals. Toxicol Sci 61(2): 314-20.

[22] Ruiz-Ramos, R., López-Carrillo, L., Albores, A., Hernández-Ramírez, RU., Cebrian, ME. (2009) Sodium arsenite alters cell cycle and MTHFR, MT1/2, and c-Myc protein levels in MCF-7 cells. Toxicol Appl Pharmacol 241(3): 269-74.

[23] He, X. & Ma, Q.J (2009) Induction of metallothionein I by arsenic via metalactivated transcription factor 1: critical role of C-terminal cysteine residues in arsenic sensing. J Biol Chem 284(19): 12609-21.

[24] Heuchel, R., Radtke, F., Georgiev, O., Stark, G., Aguet, M., Schaffner, W. (1994) The transcription factor MTF-1 is essential for basal and heavy metal-induced metallothionein gene expression. EMBO J 13(12): 2870-5.

[25] Solis, WA., Childs, NL., Weedon, MN., He, L., Nebert, DW., Dalton, TP. (2002) Retrovirally expressed metal response element-binding transcription factor-1 normalizes metallothionein-1 gene expression and protects cells against zinc, but not cadmium, toxicity. Toxicol Appl Pharmacol 178(2): 93-101.

[26] Suzuki, T., Ohata, S., Togawa, T., Himeno, S., Tanabe, S. (2007) Arsenic accumulation decreased in metallothionein null Cisplatin-resistant cell lines. J Toxicol Sci 32(3): 321-8.

[27] Cui, X., Okayasu, R. (2008) Arsenic accumulation, elimination, and interaction with copper, zinc and manganese in liver and kidney of rats. Food Chem Toxicol 46(12): 3646-50.

[28] Jiang, G., Gong, Z., Li, XF., Cullen, WR., Le, XC. (2003) Interaction of trivalent arsenicals with metallothionein. Chem Res Toxicol 16(7): 873-80.

[29] Ngu TT, Dryden MD, Stillman MJ. (2010) Arsenic transfer between metallothionein proteins at physiological pH. Biochem Biophys Res Commun 401(1): 69-74.

[30] Liu, J., Liu, Y., Goyer, RA., Achanzar, W., Waalkes, MP. (2000) Metallothionein-I/II null mice are more sensitive than wild-type mice to the hepatotoxic and nephrotoxic effects of chronic oral or injected inorganic arsenicals. Toxicol Sci 55(2): 460-7.

[31] Park, JD., Liu, Y., Klaassen, CD. (2001) Protective effect of metallothionein against the toxicity of cadmium and other metals(1) Toxicology 163(2-3): 93-100.

[32] Shimizu, M., Hochadel, JF., Fulmer, BA., Waalkes, MP. (2001) Effect of glutathione depletion and metallothionein gene expression on arsenicinduced cytotoxicity and c-myc expression in vitro. Toxicol Sci 45(2): 204-11.

[33] Cherian, MG., Huang, PC., Klaassen, CD., Liu, YP., Longfellow, DG., Waalkes, MP. (1993) National Cancer Institute workshop on the possible roles of metallothionein in carcinogenesis. Cancer Res 53(4): 922-5.

[34] Nagel, WW. & Vallee, BL. (1995) Cell cycle regulation of metallothionein in human colonic cancer cells. Proc Natl Acad Sci U S A 92(2): 579-83.

[35] Zhao, CQ., Young, MR., Diwan, BA., Coogan, TP., Waalkes, MP. (1997) Association of arsenic-induced malignant transformation with DNA hypomethylation and aberrant gene expression. Proc Natl Acad Sci U S A 94(20): 10907-12.

[36] Zhou, XD., Sens, DA., Sens, MA., Namburi, VB., Singh, RK., Garrett, SH., Somji, S. (2006) Metallothionein-1 and -2 expression in cadmium-or arsenic-derived human malignant urothelial cells and tumor heterotransplants and as a prognostic indicator in human bladder cancer. Toxicol Sci 91(2): 467-75.

[37] Radtke, F., Georgiev, O., Müller, HP., Brugnera, E., Schaffner, W. (1995) Functional domains of the heavy metal-responsive transcription regulator MTF-1. Nucleic Acids Res 23(12): 2277-86.

[38] Schwerdtle, T., Walter, I., Mackiw, I., Hartwig A. (2003) Induction of oxidative DNA damage by arsenite and its trivalent and pentavalent methylated metabolites in cultured human cells and isolated DNA. Carcinogenesis 24(5): 967-74.

[39] Pfaffl MW. (2001) A new mathematical model for relative quantification in real-time RT-PCR. Nucleic Acids Res 29(9): e45.

[40] Hartwig, A., Dally, H., Schlepegrell, R. (1996) Sensitive analysis of oxidative DNA damage in mammalian cells: use of the bacterial Fpg protein in combination with alkaline unwinding. Toxicology Letters 88: 85-90.

[41] Flora SJ. (2011) Arsenic-induced oxidative stress and its reversibility. Free Radic Biol Med 51(2): 257-81.

[42] Nollen, M., Ebert, F., Moser, J., Mullenders, LH., Hartwig, A. , Schwerdtle T. (2009) Impact of arsenic on nucleotide excision repair: XPC function, protein level, and gene expression. Mol Nutr Food Res 53(5): 572-82.

[43] Ebert, F., Weiss, A., Bültemeyer, M., Hamann, I., Hartwig, A., Schwerdtle, T. (2011) Arsenicals affect base excision repair by several mechanisms. Mutat Res 715(1-2): 32-41.

[44] Wnek, SM., Kuhlman, CL., Camarillo, JM., Medeiros, MK., Liu, KJ., Lau, SS., Gandolfi, AJ. (2011) Interdependent genotoxic mechanisms of monomethylarsonous acid: role of ROS-induced DNA damage and poly(ADP-ribose) polymerase-1 inhibition in the malignant transformation of urothelial cells. Toxicol Appl Pharmacol 257(1): 1-13.

[45] Dopp, E., von Recklinghausen, U., Diaz-Bone, R., Hirner, AV., Rettenmeier, AW. (2010) Cellular uptake, subcellular distribution and toxicity of arsenic compounds in methylating and non-methylating cells. Environ Res 110(5): 435-42.

[46] Dopp, E., Hartmann, LM., von Recklinghausen, U., Florea, AM., Rabieh, S., Zimmermann, U., Shokouhi, B., Yadav, S., Hirner, AV., Rettenmeier, AW. (2005) Forced uptake of trivalent and pentavalent methylated and inorganic arsenic and its cyto-/genotoxicity in fibroblasts and hepatoma cells. Toxicol Sci 87(1): 46-56.

[47] Günes, C., Heuchel, R., Georgiev, O., Müller, KH., Lichtlen, P., Blüthmann, H., Marino, S., Aguzzi, A., Schaffner, W. (1998) Embryonic lethality and liver degeneration in mice lacking the metal-responsive transcriptional activator MTF-1. EMBO J 17(10): 2846-54.

[48] Lichtlen, P., Wang, Y., Belser, T., Georgiev, O., Certa, U., Sack, R., Schaffner, W. (2001) Target gene search for the metal-responsive transcription factor MTF-1. Nucleic Acids Res 29(7): 1514-23.

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Légende Abbildung 1: Mechanismen der Arsenit-induzierten Kanzerogenese und die mögliche Rolle von Metallothionein.
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Auteurs

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Abteilung für Lebensmittelchemie und Toxikologie, Adenauerring 20 a (Geb. 50.41), 76131 Karlsruhe
Technische Universität Berlin, Institut für Lebensmitteltechnologie und Lebensmittelchemie, Fachgebiet Lebensmittelanalytik, TIB4/3-1 Gustav-Meyer-Allee 25, 13355 Berlin
Email: claudia.keil@kit.edu

Technische Universität Berlin, Institut für Lebensmitteltechnologie und Lebensmittelchemie, Fachgebiet Lebensmittelanalytik, TIB4/3-1 Gustav-Meyer-Allee 25, 13355 Berlin

Technische Universität Berlin, Institut für Lebensmitteltechnologie und Lebensmittelchemie, Fachgebiet Lebensmittelanalytik, TIB4/3-1 Gustav-Meyer-Allee 25, 13355 Berlin

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Abteilung für Lebensmittelchemie und Toxikologie, Adenauerring 20 a (Geb. 50.41), 76131 Karlsruhe
Email: andrea.hartwig@kit.edu

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