Masterarbeit

In vitro Toxizität von Thioarsenaten für menschliche Blasen- und Leberzellen

Regina Lohmayer (03/2010-11/2010)

Betreuer: Britta Planer-Friedrich, Sasan Rabieh

Arsen ist als krebserregend für den Menschen eingestuft, wobei Blase und Leber zwei der am häufigsten betroffenen Organe darstellen. In vitro Toxizitätstests zeigen, dass Arsenit toxischer ist als Arsenat, was auf die höhere Aufnahme von Arsenit in die Zellen und die in vivo Reaktivität gegenüber schwefelhaltigen Verbindungen wie Proteinen zurückgeführt wird. Im Gegensatz zu den oxidischen Arsenverbindungen ist bislang wenig über die Zytotoxizität von anorganischen Thioarsenverbindungen bekannt. Thioarsenverbindungen stellen die prädominanten Arsenspezies unter sulfidischen Umweltbedingungen dar und werden möglicherweise auch in vivo durch die Reaktion von Arsenit mit Schwefel gebildet.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden menschliche urotheliale Zellen (UROtsa) und Hepatozyten (HepG2) gegenüber Arsenit, Arsenat, Mono- und Dimethylarsenat, Mono- und Tetrathioarsenat, Mischungen aus diesen Verbindungen und Mischungen aus Arsenit und Sulfid exponiert. Die gewählten Expositionszeiten betrugen 1, 24, 48, 72 h und die Arsenkonzentrationen lagen zwischen 0,1 µM und 10 mM. Die Zytotoxizität wurde mittels MTT (3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium-bromid)-Test bestimmt.

Eine signifikante Reduktion der Toxizität von Arsenit wurde bei der Zugabe von Sulfid in vierfachem molarem Überschuss beobachtet. Die Speziesanalyse mittels Anionenaustauschchromatographie (AEC) in Verbindung mit induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) zeigte, dass sich Thioarsenate – und dabei vor allem Trithioarsenat – in den Arsenit-Sulfid Lösungen bildeten. Die Untersuchung der Zytotoxizität der einzelnen Thioarsenate ergab, dass Monothioarsenat generell weniger toxisch war als Arsenit. Allerdings nahm die Toxizität von Monothioarsenat mit steigender Expositionszeit signifikant zu und war nach 72 h mit derjenigen von Arsenit nach 24 h vergleichbar. Die Experimente mit Mischungen von verschiedenen Arsenverbindungen zeigten eine additive toxische Wirkung von Arsenit, Arsenat und Monothioarsenat. Diese Beziehung wurde herangezogen, um die Zytotoxizität von Trithioarsenat abzuleiten, da dieses nicht als Reinsubstanz zur Verfügung stand. Speziesanalysen der Experimente mit Tetrathioarsenat zeigten, dass Tetrathioarsenat bei der Auflösung im Zellmedium zu einer 1:1 Mischung aus Arsenit und Trithioarsenat dissoziierte. Durch die Subtraktion der Arsenittoxizität von der Toxizität der Arsenit-Trithioarsenat-Mischung wurde die Zytotoxizität von Trithioarsenat berechnet. Als Toxizitäts-Reihenfolge ergab sich Arsenit > Arsenat > Monothioarsenat > Trithioarsenatberechnet > Dimethylarsenat > Monomethylarsenat für UROtsa Zellen und Arsenit > Trithioarsenatberechnet > Monothioarsenat > Arsenat > Dimethylarsenat > Monomethylarsenat für HepG2 Zellen. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass die Toxizität der Thioarsenate mit steigender Anzahl an Thio-Gruppen für UROtsa Zellen ab-, für HepG2 Zellen jedoch zunimmt. Unterschiede in der Arsen-Sensitivität der beiden Zelltypen liegen möglicherweise am unterschiedlichen Methylierungsvermögen, da HepG2 Zellen in der Lage sind, anorganische Arsenverbindungen zu methylieren, UROtsa Zellen jedoch nicht. Die niedrigere Toxizität der Thioarsenate im Vergleich zu Arsenit könnte durch eine niedrigere Aufnahme erklärt werden, da angenommen wird, dass die Aufnahme von Thioarsenaten in ähnlicher Weise erfolgt wie im Fall von Arsenat. Auch die Reaktivität gegenüber schwefelhaltigen Verbindungen könnte im Vergleich zu Arsenit abnehmen, wenn die Arsenverbindungen selbst schon Thio-Gruppen aufweisen. Allgemein kann man die Schlussfolgerung ziehen, dass die Bildung von Thioarsenaten – zumindest bei kurzzeitiger Exposition – zu einer Detoxifizierung führen kann, wobei vor allem bezüglich des Einflusses der Anzahl an Thio-Gruppen zukünftiger Forschungsbedarf besteht.