Einfluß von Hyperthermie auf UV-induzierte DNA-Schäden

Forschungsprojekt P 14255Einfluß von Hyperthermie auf UV-induzierte DNA-SchädenFranz TRAUTINGER 24.01.2000 Einfluß von Hyperthermie auf UV-induzierte DNA-Schäden und Mutagenese: Hyperthermie schützt Keratinozyten in vitro und in vivo vor von Ultraviolett-B(UVB)-Strahlung verursachtem Zelltod und man nimmt an, daß dieser Effekt durch Stressproteine (oder auch Heat-shock-proteins, hsp) mediiert wird. Durch Hyperthermie wird die Bildung von Sunburn-cells (SBC), das sind durch UV-Strahlung induzierte apoptotische Keratinozyten, vermindert wird. Dies kann nun sowohl als schädlicher als auch als schützender hsp-mediierter, Mechanismus betrachtet. werden. (i) Die Keratinozyten werden vor dem Zelltod bewahrt durch einen hyperthermiebedingten Schutz vor UVB-induzierten DNA-Schäden, oder (ii) Hyperthermie verhindert den Zelltod nach bereits eingetretener DNA-Schädigung, wodurch Zellen überleben, die für die spätere Entstehung von Hautkrebs verantwortlich sein, können. Der Gebrauch von hsp-Induktoren wurde präklinisch bereits untersucht, aber die Langzeiteffekte solcher, Interventionen sind noch ungenügend erforscht. In der Photodermatologie lässt sich aus der hsp-vermittelten Verminderung von unmittelbaren Folgen einer UV-Exposition (wie z.B. SBC-Bildung) keineswegs die Entwicklung chronischer UV-Schäden (wie z.B. Hautkrebs) ausschließen. Wir planen daher Experimente, die der Klärung der Frage dienen, ob Hyperthermie vor UVB-induzierter DANN-Schädigung und Mutagenese in menschlichen Keratinozyten und Fibroblasten schützt oder von Schaden ist. Es ist vorgesehen, nach UVB- Bestrahlung die Reparaturkinetik von Hyperthermie-behandelten Zellen zu untersuchen. Methodisch werden Antikörper gegen Photoprodukte wie auch der Comet-Assay eingesetzt. Weiters ist geplant, den Einfluß von Hyperthermie auf die UVB-induzierte Mutagenese zu erforschen. Dazu wird eine quantitative mutationsallelspezifische PCR eines UV-spezifischen Mutationsshotspots in p53 angewendet. Diese Experimente werden zeigen, ob die Anwendung von Hyperthermie: (i) von UVB-induzierter DANN-Schädigung bewahrt, (ii) auf Reparaturmechanismen Einfluß nimmt (iii) die UVB-induzierte Mutationsrate erhöht oder vermindert. Die projektierten Experimente werden wertvolle Daten über die mögliche klinische Anwendung von hsp-Induktoren und deren langfristige Sicherheit liefern. Weiters wird eine experimentelle Grundlage für den Gebrauch dieser Produkte in Medizin und Kosmetik erarbeitet. Außerdem wird ein experimentelles Test-System für die Sicherheit von hsp-Induktoren etabliert.

Hitzeschockproteine sind an der Protektion menschlicher Keratinozyten vor den schädlichen Einflüssen ultravioletter Strahlung (UV) beteiligt. Überexpression von Hitzeschockproteinen führt zu einer Verringerung der Apoptoserate in Gewebekulturmodellen und in der Haut. Da UV seine zytotoxische Wirkung hauptsächlich durch Schädigung der DNA ausübt, stellten wir die Frage ob durch Hyperthermie UV-induzierte DNA Läsionen verringert werden können. Thymindimere - die am häufigsten vorkommenden DNA-Läsionen nach UV - wurden mit einem monoklonalen Antikörper und ELISA quantifiziert. Einzel- und Doppelstrangbrüche wurden mit Einzelzellelektrophorese (Komet Assay) untersucht. Wir verwendeten Primärkulturen normaler humaner Zellen (Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten) und die Plattenepithelkarzinomzellinie A431. Hitzebehandlung vor UV-Exposition führt zu einer geringgradigen Beschleunigung der Reparatur von Dimeren innerhalb der ersten 6 Stunden im Vergleich mit unbehandelten Kontrollen. Mit zunehmender Inkubationszeit flachen die Kurven ab und erreichen nach 24 h das gleiche Niveau. Für Keratinozyten, Melanozyten und Fibroblasten wurden ähnliche Ergebnisse erzielt. Der Komet Assay wurde mit A431 durchgeführt und wir fanden keinen Einfluß von Hyperthermie auf die Länge der Kometen nach UV, obwohl die oxidative DNA - Schädigung durch H2 O2 in den hitzebehandelten Zellen verringert war. Diese Ergebnisse zeigen, daß Hitzevorbehandlung die DNA Reparatur geringgradig verbessern kann. Dieser Effekt ist transient. Wir schließen daraus, daß Strategien, die Hitzeschockproteinen zum Schutz der Epidermis vor UV einsetzen wollen, in Hinblick auf UV-induzierte DNA Schäden keine nachteiligen Effekte besitzen.