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

 

Karolin Zoll

 

Untersuchungen zur möglichen Teratogenität von Fettsäuren und ihrem Potenzial zur Inhibition von Histondeacetylasen

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-94279

title (engl.)

Studies on a Possible Teratogenicity of Fatty Acids and Their Potential to Inhibit Histone Deacetylases

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2007

text

/dissertations/zollk_ss07.pdf

abstract (deutsch)

Neuralrohrdefekte gehören zu den häufigsten congenitalen Fehlbildungen. Unter ihnen haben Anencephalie und Spina bifida beim Menschen die höchste Prävalenz, während bei der Hausmaus Exencephalien die häufigsten Erscheinungen sind. Die pathogenen Mechanismen, die der Entstehung zugrunde liegen, sind bislang noch unklar.

Auf der Suche nach einer allgemeingültigen Wirkungsweise fruchtschädigender Substanzen konnte ein Zusammenhang zwischen teratogenen Eigenschaften von Valproinsäure-Derivaten und ihrem Potenzial, Enzyme der Klasse der Histondeacetylasen (HDAC) zu inhibieren, hergestellt werden. Es ist bislang jedoch unklar, ob dieser Mechanismus auch der teratogenen Wirkung anderer Substanzen zugrunde liegt.

In der vorliegenden Arbeit sollten statt mittelkettiger Fettsäuren wie Valproinsäure weitere Fettsäuren auf eine Fähigkeit zur Inhibition der Histondeacetylasen untersucht werden. Die Wahl fiel auf die langkettigen zweifach ungesättigten konjugierten Linolsäuren (CLA), die aufgrund verschiedener gesundheitsfördernder Eigenschaften in der Medizin und den Ernährungswissenschafen zunehmend Bedeutung erlangen. Daneben sollte das Fettsäurederivat Liponsäure untersucht werden, das in der Prävention und Behandlung von Erkrankungen ebenfalls vielversprechende Eigenschaften zu besitzen scheint. Zudem sind kaum toxikologische Untersuchungen zu den Substanzen durchgeführt worden.

In einer ersten Untersuchung sollten die genannten Verbindungen auf ihre HDAC‑inhibitorischen Eigenschaften geprüft werden. Es zeigte sich nur für Liponsäure eine mäßige Fähigkeit zur Hemmung dieser Enzyme. Da jedoch auch die Möglichkeit bestand, dass die CLAs über einen anderen Wirkmechanismus als der HDAC-Inhibition teratogen wirken, wurden diese in den folgenden Untersuchungen auch geprüft.

In einem Vergleich der Proliferationsfähigkeit einer embryonalen (P19) und einer adulten Zelllinie (3T3) unter gleicher Behandlung mit einer der CLAs oder Liponsäure führten die CLAs zu einem antiproliferativen Effekt, der unter Liponsäure ausblieb. Eine Störung der Proliferationsvorgänge während des sich entwickelnden Embryos könnte zu Defekten während des Neurulationsvorgangs führen. Da auch die Zelldifferenzierung ein entscheidender Prozess der Neuralrohrentwicklung ist, wurde eine Untersuchung zur Differenzierungsfähigkeit der embryonalen Zelllinie unter dem Einfluss der CLAs oder Liponsäure durchgeführt. Für keine Substanz konnte eine differenzierungshemmende Wirkung nachgewiesen werden. Demnach schienen in den verwendeten Zellkultursystemen nur die CLAs eine mögliche entwicklungsstörende Eigenschaft zu besitzen.

In einem Reportergenassay, der auch die teratogenen Valproinsäurederivate als fruchtschädigend ausweisen konnte, wurden die CLAs und die Liponsäure untersucht. Dieser Assay lieferte keinen Anhaltspunkt für ein mögliches teratogenes Potenzial der Substanzen. Allerdings bleiben metabolische Reaktionen, wie sie in einem Organismus ablaufen können, in diesem System unerkannt. Um metabolische Aktivierungsreaktionen zu berücksichtigen, wurden die Substanzen schließlich im seit vielen Jahren bestehenden Exencephalie-Mausmodell untersucht. Die intraperitoneale Applikation der Substanzen führte sowohl bei den konjugierten Linolsäuren als auch bei der Liponsäure zu Unverträglichkeitsreaktionen, die eine konkrete Beurteilung teratogener Eigenschaften nicht erlaubte. Eine intragastrale Applikation dagegen konnte bei keiner der Substanzen in den eingesetzten Dosierungen zum Nachweis teratogener Risiken führen.

Übertragen auf den Menschen scheinen die konjugierten Linolsäuren und Liponsäure daher kein Risiko darzustellen, obwohl noch weitergehende Untersuchungen wie Langzeitstudien durchgeführt werden sollten.

Liponsäure als schwacher HDAC-Inhibitor führte in den eingesetzten Dosierungen zu keinen teratogenen Effekten. Ob die Theorie, dass tatsächlich ein Zusammenhang zwischen der Inhibition der Histondeacetylasen und einem teratogenen Effekt besteht, aufgrund dieser Untersuchung abgelehnt werden muss oder die Dosierung möglicherweise noch zu niedrig für die Induktion eines Defektes war ist nicht zu beantworten. Weitergehende Untersuchungen in dieser Richtung könnten darüber Aufschluss geben.

 

abstract (englisch)

Neural tube defects belong to the most common congenital anomalies. Among these defects anencephaly and spina bifida show the highest prevalence whereas in the house mouse exencephaly is the predominant form of neural tube defects. The pathologic mechanism leading to these defects is so far unknown.

While studying the underlying mechanisms a correlation could be shown between teratogenicity of valproic acid derivatives and their ability to inhibit histone deacetylases (HDAC). This theory has to be confirmed by testing the inhibitory effects of other teratogens.

In the investigations carried out, further fatty acids were studied for HDAC-inhibition. As conjugated linoleic acids (CLA) and lipoic acid are thought to possess beneficial properties in health care both have become relevant in treatment of diseases. On the other hand toxicological studies have poorly been done. Therefore these substances were supposed to be investigated for their inhibitory effects on HDACs. Only lipoic acid was able to increase the acetylation status of Histone H4 via HDAC-inhibition whereas CLAs showed no effect. Nevertheless CLAs may have teratogenic potencies by mechanisms other than HDAC-inhibition. For this reason the following experiments were also conducted with these substances.

Since disturbances in cell proliferation during embryonic neurulation could result in neural tube defects the influence of CLAs and lipoic acid on proliferation of an embryonal and adult cell line were investigated. Only linoleic acid showed increased antiproliferative effects.

Additionally, a failing in differentiation of neural progenitor cells can lead to defects during neural tube formation. Therefore the embryonic cells were induced to differentiate to investigate the influence of the test substances on this process. None of the investigated substances exhibited any effect on the differentiation of these cells. Thus the CLAs seem to possess the ability to cause anomalies during Neurulation. Lipoic acid does not seem to have this ability.

As a third in vitro experiment a reporter gene assay was carried out to detect possible teratogenic compounds. This assay has already been used to distinguish between teratogenic and non teratogenic derivatives of valproic acid. But neither CLAs nor lipoic acid were detected as teratogens in this test system. As the reporter gene assay does not include metabolic pathways all test substances were investigated in an in vivo model for tertogenicity testing. The exencephaly mouse model has been used for years and is able to reveal neural tube defects.

Intraperitoneal injections of CLAs and lipoic acid resulted in incompatibility of higher dosages of test compounds. Thus interpretation of the results is difficult. Furthermore an intragastral application was conducted. But this treatment revealed no teratogenic effects.

Transferred to men there is no indication for CLAs and lipoic acid to cause neural tube defects even by additional consumption of capsules. But it can not be excepted that long term intake can result in diseases and teratogenic effects. Thus further studies are needed to be made.

Lipoic acid as a weak inhibitor of histone deacetylases was not able to induce teratogenic effects. Based on this observation, it might be suspected that not every HDAC-inhibitor leads to teratogenic effects. On the other hand it is possible that the inhibitory ability is too weak to induce teratogenicity. Additional investigations need to be made.

 

keywords

Fettsäure, Teratogenität, Histondeacetylasen, fatty acid, teratogenicity, histone deacetylases

kb

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