Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Eileen Krüger

Molekulare Mechanismen der Hepatotoxizität von Perfluoroctansäure

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-105698

title (engl.)

Molecular mechanisms of hepatotoxicity of perfluorooctanoic acid

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2014

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/kruegere_ws14.pdf

abstract (deutsch)

Perfluoroctansäure (PFOA) gehört zu der Gruppe der perfluorierten Tenside und wird zur Herstellung von diversen industriellen Produkten mit wasser- und schmutzabweisenden Eigenschaften verwendet. Aufgrund der außerordentlichen biologischen und chemischen Stabilität ist PFOA ein steter Umweltkontaminant, der ubiquitär im Wasser und in Böden nachweisbar ist. Der Mensch nimmt PFOA überwiegend über kontaminierte Nahrung und Trinkwasser auf. Zahlreiche Untersuchungen belegen ein hepatotoxisches Potenzial von PFOA in Nagetieren. Die beobachteten adversen Effekte werden auf die Aktivierung des Peroxisomen-Proliferator-aktivierten Rezeptors alpha (PPARa) durch PFOA zurückgeführt. Allerdings werden auch PPARa-unabhängige Mechanismen diskutiert, die bisher nur unzureichend untersucht worden sind. Die Erkenntnisse zur Toxizität von PFOA wurden fast ausschließlich anhand von Tiermodellen generiert und sind auf den Menschen nur bedingt übertragbar. Um mögliche humanrelevante PFOA-induzierte PPARa-unabhängige Signalwege zu identifizieren, wurden in dieser Arbeit die molekularen Effekte von PFOA auf humane Hepatozyten im Rahmen eines Screening-Ansatzes mittels hypothesenfreier transkriptomischer und proteomischer Methoden untersucht. Die Expressionsanalysen zu den Veränderungen des Transkriptoms und des Proteoms in humanen Leberzellen haben gezeigt, dass durch die Behandlung der Zellen mit PFOA vorrangig die Expression von Genprodukten, die am Lipid- und Aminosäurestoffwechsel beteiligt sind, differenziell reguliert wurde. Durch eine anschließende Netzwerkanalyse mit den aus den transkriptomischen und proteomischen Untersuchungen erhobenen Daten wurden neben den bereits bekannten, weitere bisher unbekannte Signalwege identifiziert, die an den hepatotoxischen Effekten von PFOA beteiligt sein könnten. Darunter sind der bereits aus der Literatur bekannte nukleäre Rezeptor PPARa sowie die Transkriptionsfaktoren konstitutiver Androstanrezeptor (CAR), Pregnan-X-Rezeptor (PXR) und Estrogenrezeptor alpha ERa. Neben den bekannten Signalwegen wurde ein Einfluss von PFOA auf die Protoonkogene JUN sowie FOS mittels DNA-Mikroarray nachgewiesen. Insbesondere die mRNA-Expression von FOS wurde durch die nicht, schwach und stark zytotoxischen PFOA-Konzentrationen um den Faktor 2,4 bis 7,7 induziert. Allein der Transkriptionsfaktor Hepatozyten-nukleärer Faktor 4 alpha (HNF4a) war in den Untersuchungen sowohl zum Transkriptom als auch zum Proteom ein zentrales Molekül der Netzwerke. Weiterführende molekularbiologische Untersuchungen haben gezeigt, dass PFOA die Aktivität von HNF4a inhibiert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die in dieser Arbeit gewählten Screening-Ansätze auf molekularer Ebene verschiedene bisher unbekannte Wirkmechanismen von PFOA in humanen Hepatozyten aufgezeigt haben. Die Ergebnisse dieser Arbeit leisten damit einen Beitrag zur aktuellen Risikobewertung von PFOA.

abstract (englisch)

Perfluorooctanoic acid (PFOA) is the most important member of the class of perfluoralkyl acids which are used in the production of water- and dirt-repellant materials. Due to the extraordinary biological and chemical stability, PFOA is a global contaminant of water and soil. Humans are mainly exposed to PFOA via contaminated food and drinking water. Numerous animal studies have revealed that PFOA has hepatotoxic effects in rodents. The adverse effects have been correlated with the PFOA-mediated activation of peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPARa), however, mechanisms independent on PPARa are discussed, but they have been insufficiently studied so far. The majority of the studies have been conducted by using rodent models and it is questionable whether the effects observed in rodents equally account for humans. The present study was performed to identify molecular signalling pathways related to PFOA-induced toxicity with relevance for humans. For this purpose, hypothesis-free transcriptomic and proteomic screening methods have been chosen to examine the molecular effects of PFOA in human hepatocytes. Treatment with PFOA resulted in alterations of the transcriptome and proteome in human hepatocytes. Predominantly, the lipid metabolism and amino acid metabolism were affected. A subsequent network analysis revealed that besides of the already known signalling pathways, further previously unkown mechanisms are involved in the hepatotoxicity of PFOA. This included the already known nuclear receptor PPARa, but also the transcription factors constitutive androstane receptor (CAR), pregnane X receptor (PXR) and estrogen receptor alpha (ERa). In addition, the pathway analysis of the DNA microarray data revealed that the proto-oncogenes JUN and FOS were affected by PFOA. Particularly, the mRNA level of FOS was 2,4- to 7,7-fold increased in human hepatocytes treated with non-cytotoxic, low and high concentrations of PFOA. Both transcriptomic and proteomic analyses suggested the transcription factor hepatocyte nuclear factor 4 alpha (HNF4a) as key regulator of the networks. Moreover, PFOA was shown to have an inhibitory effect on the transcriptional activity of HNF4a. On the molecular level, this study provides first experimental evidence for novel modes of action of PFOA in human hepatocytes using different screening approaches. The results make a contribution to the ongoing risk assessment of PFOA.

 

keywords

Perfluoroctansäure, perfluorooctanoic acid, humane Hepatozyten, human hepatocytes, nukleärer Rezeptor, nuclear receptor  

kb

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