Forschung

von Prof. Dr. Jörg Fahrer

 

 

Krebserzeugende Stoffe in der Nahrung und Rolle der DNA-Schadensantwort bei der Dickdarmkrebsentstehung

 

 

Neuere Studien weisen darauf hin, dass N-Nitrosoverbindungen (NOC) eine herausragende Rolle bei der Entstehung des kolorektalen Karzinoms spielen (Fahrer und Kaina, 2013). Von besonderem Interesse sind für uns die Rolle der DNA-Schadensantwort und DNA-Reparatur im Verlauf der Dickdarmkrebsentstehung. Hierzu haben wir ein Mausmodell etabliert, in welchem durch sequentielle Behandlung mit Azoxymethan (AOM) und Natriumdextransulfat (DSS) die Entstehung von Tumoren spezifisch im Dickdarm ausgelöst wird. Das methylierende Agens AOM wirkt durch DNA- Schädigung als Tumorinitiator, während das eingesetzte DSS eine Colitis induziert und so tumorpromovierende Funktion hat. Die Tumorentstehung kann dabei mit Hilfe einer non-invasiven Mini-Koloskopie verfolgt und quantifiziert werden.


In einer aktuellen Studie konnten wir erstmalig demonstrieren, dass in DNA-Reparatur-kompetenten Mäusen eine Wirkschwelle für die NOC-induzierte kolorektale Karzinogenese existiert, wohingegen Tiere mit einem Defekt des DNA-Reparaturproteins MGMT eine lineare Dosis-Wirkungsbeziehung aufweisen (Fahrer et al., 2015). Diese Befunde wurden im hepatischen und kolorektalen Gewebe durch quantitative Messung der kritischen O6-Methylguanin DNA-Addukte sowie der induzierten DNA-Schadensantwort korreliert (Fahrer et al. 2015; Kraus et al., 2019). Darüber hinaus haben wir die Bedeutung des DNA-Reparaturproteins PARP-1 bei der Alkyantien-getriggerten Dickdarmkrebsentstehung in transgenen Mausmodellen und beim humanen kolorektalen Karzinom eingehender untersucht. Wir konnten demonstrieren, dass PARP-1 bei der kolorektalen Karzinogenese gegensätzliche Funktionen besitzt. Einerseits schützt PARP-1 gegenüber der Tumorinitiation durch beschleunigte Reparatur von DNA-Alkylierungsschäden und verstärkter Eliminierung von geschädigten Zellen in den Kolonkrypten. Andererseits fördert PARP-1 die Tumorprogression durch eine vestärkte NF-κB-vermittelte intestinale Inflammation und Stimulierung der STAT3-Cyclin D1 Achse in Tumoren (Dörsam et al., 2018). Aktuell beschäftigen wir uns mit dem Beitrag von Häm-Eisen aus rotem Fleisch zur Entstehung von Dickdarmkrebs und den zugrundeliegenden Mechanismen. Ein weiteres Projekt dieses Schwerpunktes beschäftigt sich mit heterozyklischen aromatischen Aminen (HAA), welche als Kontaminanten in der Nahrung und Umwelt vorkommen (Fahrer und Kaina, 2017). Die mengenmäßig am stärksten gebildete Verbindung ist das PhIP, welches DNA-schädigend wirkt. Wir interessieren uns für die Frage, wie PhIP-Addukte Replikationsstress auslösen und welche Komponenten der DNA-Schadensantwort aktiviert werden. Außerdem wird die Bedeutung der DDR für das zelluläre Überleben und die Erhaltung der genomischen Stabilität nach PhIP-induziertem genotoxischem Stress analysiert. Hierzu verwenden wir metabolisch kompetente Fibroblasten, humane Kolonozyten und isogene DNA-Reparaturkompetente und –defekte Zelllinien. Unsere bisherigen Ergebnisse zeigen, dass PhIP DNA-Addukte replikativen Stress unter Aktivierung des ATR-Chk1 Signalwegs auslösen und dieser gegenüber der PhIP-induzierten Toxizität und chromosomaler Instabilität schützt (Mimmler et al., 2016). In laufenden Studien werden diese Arbeiten auf das IQ als weiteren wichtigen Vertreter der HAA ausgedehnt und andere Faktoren der DDR untersucht.

 

Fahrer J, and Kaina B. (2013), O6-methylguanine-DNA methyltransferase in the defense against N-nitroso compounds and colorectal cancer, Carcinogenesis 34, 2435-2442.

 

Fahrer J, Frisch J, Nagel G, Kraus A, Dörsam B, Thomas A D, Reissig S, Waisman A, and Kaina B. (2015) DNA repair by MGMT, but not AAG, causes a threshold in alkylation-induced colorectal carcinogenesis, Carcinogenesis 36, 1235-1244.

 

Mimmler M, Peter S, Kraus A, Stroh S, Nikolova T, Seiwert N, Hasselwander S, Neitzel C, Haub J, Monien BH, Nicken P, Steinberg P, Shay JW, Kaina B, and Fahrer J. (2016) DNA damage response curtails detrimental replication stress and chromosomal instability induced by the dietary carcinogen PhIP, Nucleic Acids Res 44, 10259-10276.

 

Fahrer J, Kaina B. (2017) Impact of DNA repair on the dose-response of colorectal cancer formation induced by dietary carcinogens. Food Chem Toxicol,106 (Pt B):583-594.

 

Dörsam B, Seiwert N, Försch S, Stroh S, Nagel G, Begaliew D, Diehl E, Kraus A, McKeague M, Minneker V, Roukos V, Reißig S, Waisman A, Moehler M., Stier A, Mangerich M, Dantzer F, Kaina B and Fahrer J. (2018) PARP-1 protects against colorectal tumor induction, but promotes inflammation-driven colorectal tumor progression. Proc Natl Acad Sci U S A, 115(17):E4061-E4070.

 

Kraus A, McKeague M, Seiwert N, Nagel G, Geisen SM, Ziegler N, Trantakis IA, Kaina B, Thomas AD, Sturla SJ and Fahrer J. (2019) Immunological and mass spectrometry-based approaches to determine thresholds of the mutagenic DNA adduct O6-methylguanine in vivo. Arch Toxicol, 93(2):559-572

 

Förderung der Projekte durch die DFG (FA1034/3-1 und FA1034/3-3)