Hormonell wirksame Chemikalien, wie Pflanzenschutzmittel oder Pharmaka gelangen durch Abwässer in die Umwelt und akkumulieren vor allem in Oberflächengewässern. Ein erhöhtes Augenmerk liegt auf Substanzen, die durch (anti)androgene und (anti)östrogene Wirkungsweise die Reproduktion von Tieren und Menschen beeinträchtigen. Bei den bisherigen Nachweismethoden für diese Stoffe handelt es sich um invasive Methoden, die das Töten der Tiere beinhalten. Diesen Methoden mangelt es jedoch an der nötigen Sensitivität, um umweltrelevante Konzentrationen der endokrinen Disruptoren (EDs) nach Kurzzeitexposition nachweisen zu können, sowie am Vermögen, alle vier Wirkmechanismen (androgen, antiandrogen, östrogen und antiöstrogen) mit einer einzelnen Testmethode feststellen und unterscheiden zu können. In dieser Studie wurde deshalb mit Hilfe männlicher Afrikanischer Krallenfrösche (Xenopus laevis) eine Testmethode entwickelt, bei der die Frösche verschiedenen (anti)androgenen und (anti)östrogenen EDs ausgesetzt wurden und ihr Rufverhalten untersucht wurde. Diese nicht-invasive Methode erwies sich als schnell und höchst sensitiv. Zudem war es erstmals möglich, die vier verschiedenen Wirkmechanismen allein anhand veränderter Ruftypen und Rufparameter zu bestimmen und zu unterscheiden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass bei Anwendung dieser Methode die Möglichkeit besteht, die Versuchstiere in weiteren Tests wiederzuverwenden, da die Rufparameter nach einer expositionsfreien Zeit von sechs Wochen wieder Kontrollwerte erreichten. Zusammengefasst kann die hier vorgestellte verhaltensphysiologische und damit nicht-invasive Methode als Biomarker für den Nachweis von (anti)androgenen und (anti)östrogenen EDs verwendet werden. Ferner zeigt die hohe Sensitivität des Tests, sowie die Möglichkeit der vollautomatischen Analyse enormer Datenmengen, dass dieser schnelle Verhaltenstest ein großes Potential hat, ein sensitiver, standardisierter und nicht-invasiver Biomarker zu werden. / Endocrine disrupting compounds (EDCs), such as herbicides, pesticides or pharmaceuticals enter the environment via sewage effluents and especially accumulate in surface waters. Research efforts so far mainly focused on EDCs with (anti)androgenic and (anti)estrogenic modes of action (MOAs), which can interfere with reproductive biology of vertebrates. To date, biomarkers for the assessment of such compounds are invasive techniques, which are not sensitive enough to detect EDCs after short-term exposures and which cannot distinguish between the four MOAs. Hence, in this study a non-invasive method for the assessment of EDCs was developed using male African clawed frogs (Xenopus laevis) as model species. Frogs were exposed to individual (anti)androgenic and (anti)estrogenic EDCs in the surrounding water and their calling behavior was analyzed. This non-invasive method turned out to be a fast and highly sensitive biomarker for the detection of (anti)androgenic and (anti)estrogenic EDCs. Moreover, this method was able to differentiate between the four different MOAs solely by determining affected parameters of the calling behavior. It was also shown that by using this method, it might be possible to reuse already tested experimental animals, because the measured affected parameters were reversed after a period of six weeks under control conditions. Taken together the here established non-invasive behavioral method can be used as biomarker for the detection of (anti)androgenic and (anti)estrogenic EDCs. Furthermore, the high sensitivity of this testing method, as well as the possibility of analyzing vast datasets rapidly in a completely automated fashion indicate the huge potential for this rapid behavior test to become a sensitive, standardized, non-invasive biomarker.

Die Reifung der Zona reticularis der Nebennieren-Rinden (NNR) und ihrer Androgen-Sekretion vor der Pubertät unterscheidet sich bei Menschen und höheren Primaten von der NNR-Reifung anderer Species, z.B. der Nager. Die Sekretion der NNR-Androgene leitet die Pubertätsentwicklung ein. Die NNR-Androgene erlangen medizinische Bedeutung dadurch, dass sie bei Frauen zu Hirsutismus und Fertilitätsstörungen führen können. Neben diesen Symptomen stellen sie einen Risikofaktor für die Entwicklung eines Polycystischen-Ovar-Syndroms (PCOS) dar, das ungefähr 7 % der prämenopausalen Frauen betrifft. Lange Zeit war nicht bekannt, wie die Differenzierung der Zona reticularis beim Menschen reguliert wird. Sicher ist ACTH bei weitem das bedeutsamste übergeordnete Hormon für die globale adrenocorticale Differenzierung und Funktion. Weitere Faktoren sind speziell für die Androgensekretion verantwortlich, aber nicht genau definiert. Nun wurde zunächst in zellbiologischen Experimenten belegt, dass die ACTH-Wirkung durch ein Spezies-spezifisches Muster von Wachstumsfaktoren autokrin moduliert wird und so die postnatale Entwicklung der Nebenniere steuern kann. Die vorliegenden Untersuchungen an menschlichen NNR-Zellen von Kindern und Erwachsenen in Primärkultur zeigen erstmals, dass IGF-I und IGF-II differenzierte Funktionen dieser Zellen aufrecht erhalten. IGF-I und, mehr noch, IGF-II steigern die Steroid-Biosynthese und ACTH-Ansprechbarkeit, und sie fördern die Bildung von Androstendion, einem delta5-Androgen der Zona reticularis. Darüberhinaus bewirkt Insulin in physiologischen sowie in micromolaren Konzentrationen den IGFs ähnliche Änderungen der Steroidsynthese. In Querschnittsuntersuchungen an gesunden Kindern vor der Pubertät sowie Kindern mit einfacher Adipositas konnte gezeigt werden, dass die Körperzusammensetzung mit den NNR-Androgenen zusammenhängt. Über die Mediatoren IGF-I, Insulin und Leptin wird offensichtlich der NNR der Zustand von Gewicht und Wachstum des Kindes signalisiert, auch bei pathologischer Körperzusammensetzung, wie dem Prader-Willi-Syndrom. Während die Adipositas die Androgen-Bildung steigern kann, ist sie jedoch selbst nicht der kausale Faktor einer vorzeitigen Nebennierenrindenreifung. Der Prämaturen Pubarche können in 5 - 10 % der untersuchten weiblichen Population ein nicht-klassisches AGS oder NNR-Tumoren zugrunde liegen. Bei den verbleibenden Kindern besteht eine eigentlich harmlose Reifungsbeschleunigung mit normaler Wachstumsprognose. Betrachtet man diese Kinder mit idiopatischer Prämaturer Adrenarche jedoch genauer, so finden sich zwei Untergruppen mit langfristigen Risiken: erstens zeigen Kinder mit einer sogenannte manifesten Heterozygotie für einen 21-Hydroxylase-Defekt Auffälligkeiten des Wachstums, die eine Endgrössenreduktion bewirken könnten, und zweitens wird bei Jugendlichen mit einer Überstimulierbarkeit der NNR diese "Exaggerated Adrenarche" für ein nachfolgendes PCOS verantwortlich gemacht. Schliesslich scheint es vor dem Hintergrund der sich epidemieartig ausbreitenden Zunahme des Übergewichts im Kindesalter angezeigt, den Bezug dieser NNR-Störungen zur Adipositas und der Hyperinsulinämie weiter zu klären. / The prepubertal maturation of the zona reticularis of the adrenal cortex and its androgen secretion in man and higher primates differs from other species, e.g. rodents. The secretion of adrenal androgens induces the pubertal development. The importance of adrenal androgens is derived from them being the cause for hirsutism and fertility disorders in women. In addition they represent a risk factor for the development of the polycystic ovary syndrome (PCOS), that affects about 7% of all pre-menopausal women. The regulation of the differentiation of the zona reticularis was unknown for a long time. However, ACTH is by far the most important hormone to regulate the global adrenocortical differentiation and function. In addition, other yet undefined factors are specifically responsible for the secretion of adrenal androgens. The cell-biological experiments presented here demonstrate that the effects of ACTH can be modulated in an autocrine manner by a species-specific pattern of growth factors so as to allow for the control of the postnatal development of the adrenal gland. The present investigations in human adrenocortical cells of children and adults in primary culture show for the first time that IGF-I and IGF-II maintain the differentiated function of these cells. IGF-I and to an even greater extent IGF-II enhance the biosynthesis of steroids and ACTH-responsiveness, and they promote the production of androstenedione, a delta5-androgen of the zona reticularis. Moreover, insulin, in physiological as well as in micromolar concentrations, induces changes in steroid production similar to the IGFs. In cross-sectional studies of healthy pre-pubertal children and children with simple obesity, it was shown that body composition is associated with adrenal androgens. Mediated by IGF-I, insulin and leptin, body composition apparently signals the child's state of weight and growth to the adrenals, even in patients with abnormal body composition, e.g. the Prader-Willi syndrome. While obesity may enhance androgen production, it is not the direct causal factor to induce premature adrenal maturation. In 5-10% of the female population investigated, premature pubarche is caused by non-classical adrenal hyperplasia or an adrenocortical tumour. In the remaining children, there is merely a harmless acceleration of maturation with normal growth prediction. A closer look at the children with idiopathic premature adrenarche, however, reveals two subgroups with long-term risks: First, children with a so called manifest heterozygosity of a 21-hydroxylase-defect show growth abnormalities, possibly reducing final height. Second, in adolescents with enhanced stimulation of the adrenal cortex, this 'exaggerated adrenarche' is held responsible for the subsequent development of PCOS. Finally, with regard to the rapidly spreading epidemic of overweight in children, it seems essential to study into greater depth the relationship between these adrenal dysfunctions and obesity or hyperinsulinism.

African cichlids are well established models for studying social hierarchies in teleosts and elucidating the effects social dominance has on gene expression. Ascension in the social hierarchy has been found to increase plasma levels of steroid hormones, follicle stimulating hormone (Fsh) and luteinizing hormone (Lh) as well as gonadosomatic index (GSI). Furthermore, the expression of genes related to gonadotropins and steroidogenesis and signaling along the brain-pituitary-gonad axis (BPG-axis) is affected by changes of an animal’s social status. In this study, we use RNA-sequencing to obtain an in-depth look at the transcriptomes of testes and pituitaries from dominant and subordinate male Nile tilapia living in long-term stable social hierarchies. This allows us to draw conclusions about factors along the brain-pituitary-gonad axis that are involved in maintaining dominance over weeks or even months. We identify a number of genes that are differentially regulated between dominant and subordinate males and show that in high-ranking fish this subset of genes is generally upregulated. Genes differentially expressed between the two social groups comprise growth factors, related binding proteins and receptors, components of Wnt-, Tgfβ- and retinoic acid-signaling pathway, gonadotropin signaling and steroidogenesis pathways. The latter is backed up by elevated levels of 11-ketotestosterone, testosterone and estradiol in dominant males. Luteinizing hormone (Lh) is found in higher concentration in the plasma of long-term dominant males than in subordinate animals. Our results both strengthen the existing models and propose new candidates for functional studies to expand our understanding of social phenomena in teleost fish.