Stellenwert der Einzelzell Mikrogelelektrophorese in der Ökogenotoxikologie

Zusammenfassung

Hintergrund: Der Entstehung von Malignomen im oberen Aerodigestivtrakt liegt häufig die Exposition gegenüber Fremdstoffen zugrunde. Der Identifikation tumorinitiierender Substanzen kommt deshalb große Bedeutung zu. Genotoxizität ausgelöst durch Xenobiotika wird durch die meisten Standardverfahren an Säugerzellen, Lymphozyten oder Zellkulturen bestimmt. Die Bedeutung der alkalischen Mikrogelelektrophorese (Comet Assay) zum Nachweis fremdstoffinduzierter DNA-Schäden und Reparatur an humanen Schleimhautzellen des oberen Aerodigestivtraktes wird beschrieben und anderen Verfahren zur Bestimmung von Genotoxizität gegenübergestellt. Darüber hinaus wird ein Ausblick auf künftige Applikationen der Methode gegeben.

Testverfahren zur Genotoxizitätsbestimmung: Einzelzellen werden mit Umweltfremdstoffen inkubiert und der alkalischen Mikrogelelektrophorese (Comet Assay) zugeführt. Die Auswertung erfolgt mittels digitaler Bildverarbeitung. Die Methode wird für humane Schleimhautbiopsate des oberen Aerodigestivtraktes beschrieben. Weitere Verfahren zur Bestimmung von Genotoxizität sind der Ames-Test, mit dem an Bakterienstämmen Mutagenität gemessen werden kann, der Schwesterchromatidaustausch sowie der Mikrokerntest zur Darstellung genomischer Instabilität an Lymphozyten und vorbehandelten Säugerzellen.

Diskussion: Die Einzelzell Mikrogelelektrophorese ist ein sensitives Verfahren zur Bestimmung genotoxischer Effekte und DNA-Reparatur an humanen Schleimhautzellen des oberen Aerodigestivtraktes. Die Methode zeichnet sich durch den Einsatz humaner Frischbiopsate und hohe Sensitivität bei geringer Versuchsdauer gegenüber anderen Genotoxizitätstests aus. Mit Hilfe von Miniorgankulturen humaner Mukosa in Verbindung mit dem Comet Assay wurden längerfristige Fremdstoffinkubationen möglich. Darüber hinaus wird die Markierung chromosomaler Abschnitte durch die Kombination des Comet Assay mit der Fluoreszenz in situ-Hybridisierung künftig Aussagen über spezifische DNA-Schädigungsmuster ermöglichen.

Abstract

Background: The development of carcinoma in the upper aerodigestive tract is often associated with exposure to xenobiotics. Therefore, the identification of such tumorinitiating substances is relevant. Most genotoxicity test systems require mammalian cells, human lymphocytes or cell cultures to detect genotoxicity caused by carcinogens. The single cell microgelelectrophoresis technique (Comet assay) is presented, being a sensitive method, identifying DNA strand breaks, alkali labile sites and DNA repair in human epithelial cells of the upper aerodigestive tract. It is compared to other common techniques for the identification of genotoxic damage. Future applications and contributions of the method are introduced.

Genotoxicity test systems: Using the alkaline microgel electrophoresis assay, freshly isolated single epithelial cells are incubated with xenobiotics causing DNA strand breaks and alkali labile sites. Data are examined using a digital computer analysis. The method is described for the application of epithelial cells of the upper aerodigestive tract and compared to other procedures for the monitoring of genotoxicity. These are the Ames test identifying mutagenicity in bacteria, the sister chromatid exchange and the micronucleus test demonstrating genomic instability in lymphocytes and cultured mammalian cells.

Conclusions: The microgel electrophoresis technique is a sensitive method to detect genotoxic effects and DNA repair in human epithelia of the upper aerodigestive tract. The assay offers considerable advantages to other common genotoxicity tests. However, combining of the Comet assay with mini organ cultures allows to use repetitive incubations with xenobiotics. Furthermore, signalling selected chromosomal material by the combination of the assay with the fluorescence in situ hybridisation, DNA-damage and -repair mechanisms within comets can be identified.

Comet Assay - Humane Schleimhautzellen - Oberer Aerodigestivtrakt - Genotoxizität - Comet/FISH

Comet assay - Human mucosa - Upper aerodigestive tract - Genotoxicity - Comet/FISH

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