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Nachweis Estrogen-induzierter Genexpression in Fischen und Hepatycytenprimärkulturen als Marker für endokrin wirksame Substanzen in der Umwelt

Islinger, Markus

English Title: Detection of estrogen inducible gene expression in fishes and hepatocyte cultures as a marker for presence of estrogenic compounds in the environment

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Abstract

Vitellogenin und Estrogenrezeptoren stehen in der Leber von Fischen unter estrogener Kontrolle und werden in männlichen Individuen nur gering exprimiert. Durch exogene Applikation Estrogen-wirksamer Stoffe wird jedoch auch bei Männchen eine Expression induziert, so dass beide Gene als Marker für estrogene Wirkungen dienen können. Unter dieser Voraussetzung wurde in der vorliegenden Dissertation ein Nachweissystem für die Expression beider Gene in Hepatocytenkulturen aus der Regenbogenforelle entwickelt. In einem ersten Bewertungsansatz wurde das estrogene Potential ausgewählter Xenoestrogene erfasst. Ebenso konnte in einer Stichprobe bei 6 Abwässern aus dem Schweizer Mittelland die Anwendbarkeit der Methode auf komplexe Lösungen nachgewiesen werden. Für eine grundlegende Beurteilung des estrogenen Potentials einer Substanz sind jedoch In vivo-Untersuchungen unerlässlich, da nur die Belastung eines intakten Organismus Aufschluss über Bioakkumulation, metabolische Umsetzung und Exkretion gibt. Zur Etablierung geeigneter Nachweissysteme zur Expression Estrogen-regulierter Gene in den beiden Modellfischarten Medaka und Zebrabärbling wurde zunächst Sequenzinformation über die cDNAs von Vitellogeninen beider Fischarten sowie Estrogenrezeptor des Zebrabärblings ermittelt. Mit Hilfe dieser Daten wurden auf semiquantitativer RT-PCR basierende Nachweissysteme für diese Genprodukte sowie für Estrogenreptor und Choriogenin H des Medakas bzw. ZP2 des Zebrabärblings entwickelt. Anschließend erfolgten vergleichende Studien zur zeitlichen und dosisabhängigen Expression dieser Gene nach Exposition verschiedener Xenoestrogene. Bei der Auswertung der Ergebnisse waren distinkte Unterschiede in der Empfindlichkeit beider Fischarten für die einzelnen Modellsubstanzen festzustellen. Für die Bewertung der Emission endokrin wirksamer Substanzen in das Freiland ergibt sich hieraus die Konsequenz, dass signifikante Artunterschiede in der estrogenen Sensibilität zu berücksichtigen sind.

Translation of abstract (English)

In liver tissue of fishes vitellogenin and estrogen receptors are under estrogenic control and are usually absent in male individuals. Nevertheless, both genes are inducible in males after exogenous application of estrogenic compounds. Thus, their induction is able to serve as a marker for estrogenic chemicals in the environment. With regard to these facts, it was one main objective of this study to establish a detection system for the expression of vitellogenin and estrogen receptor in hepatocyte cultures of the rainbow trout. For its validation the estrogenic potentials of selected xenoestrogens were determined. Additionally, the detection of an estrogenic waste water in a random sample of 6 effluents proved the applicability of this method for the identification of endocrine activity in complex mixtures. However, for the fundamental assessment of the estrogenic potential of an endocrine active compound, in vivo-experiments are indispensable, since solely the exposure of an intact organism is able to give insight into the processes of bioaccumulation, metabolic transformation and excretion. To establish suitable detection systems for the gene products of estrogen responsive genes in the two model organisms, medaka and zebrafish, sequence information about cDNAs of vitellogenin of both fishes as well as estrogen receptor of zebrafish had first to be obtained. Based on these data, detection systems for these gene products were developed using a semiquantitative RT-PCR method. Additionally, RT-PCR assays for estrogen receptor and choriogenin of medaka as well as ZP 2 of zebrafish were established. Subsequently, comparative studies measuring the time and dose dependent expression of these genes after exposure to different xenoestrogens were conducted. Both species showed distinct differences in sensitivity against individual model substances. Thus, potential species differences have to be considered when xenoestrogen concentrations in the environment are evaluated.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Braunbeck, Dr. HD Thomas
Date of thesis defense: 31 January 2001
Date Deposited: 18 Jun 2001 00:00
Date: 2001
Faculties / Institutes: Service facilities > Centre for Organismal Studies Heidelberg (COS)
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Vitellogenine, Östrogenrezeptor, Fische, Differentielle Genexpression, Umwelt
Uncontrolled Keywords: Xenoöstrogene, Hepatozytenprimärkultur, Regenbogenforelle, Medaka, Zebrabärblingvitellogenin, estrogen receptor, xenoestrogens, fish, differential gene expression
Additional Information: Teile in: Islinger, M., Pawlowski, S., Hollert, H., Völkl, A. und Braunbeck, T., 1999. Measurement of vitellogenin-mRNA expression in primary cultures of rainbow trout hepatocytes in a non-radioactive dot blot/RNAse pro-tection-assay. Sci. Total Environ. 233, 109-122.
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