In wissenschaftlichen wie auch in öffentlichen Kreisen wird kontrovers diskutiert, ob durch die Aufnahme von hormonell aktiven Substanzen aus Nahrungs‐ oder Nahrungsergänzungsmitteln mit positiven oder negativen Einflüssen auf die menschliche Gesundheit und Lebensqualität zu rechnen ist. Das Interesse an solchen Substanzen ist in den letzten Jahren permanent gewachsen, und der Markt erhielt einen zusätzlichen Zulauf, als Studien zeigten, dass die klassische Hormonersatztherapie für postmenopausale Frauen aus Östrogen‐Progestagen‐Kombinationen mit einem erhöhten Risiko für hormonabhängige Krebsarten wie Brust‐ oder Endometriumskarzinomen verbunden ist. Demgegenüber implizieren epidemiologische Beobachtungen aus ostasiatischen Ländern, dass die Aufnahme sojareicher Nahrung mit einer verringerten Inzidenz für diese hormonabhängigen Krebsarten korreliert zu sein scheint. Stofflich betrachtet stehen in diesem Zusammenhang Isoflavone wie Genistein und Daidzein, die in großen Mengen z. B. in Sojabohnen vorkommen, im Fokus des wissenschaftlichen Interesses. Eine Vielzahl von in vitro und in vivo Studien ergab für Isoflavone ein heterogenes Wirkspektrum. Neben hormonellen Wirkungen wie schwach östrogenen bzw. antiöstrogenen Eigenschaften, sind ebenfalls eine Reihe nicht‐hormoneller Wirkungen, wie beispielsweise antioxidative Eigenschaften oder die Fähigkeit zur Hemmung von Tyrosinkinasen, beschrieben. Trotz der hohen Anzahl an Studien zu Isoflavonen ist immer noch unklar wie valide die Beobachtungen beim Menschen sind, da ihre Langzeitwirkungen experimentell kaum untersucht sind. Daher war es das Ziel dieser Arbeit, zur Aufklärung der Langzeitwirkung von Isoflavonen als Nahrungsbestandteile und damit zum Verständnis ihrer Wirkmechanismen beizutragen, um anschließend mit den erzielten Resultaten die Risikobewertung dieser Substanzklasse zu optimieren. Zu diesem Zweck wurden in einem generationsübergreifenden Fütterungsexperiment die Einflüsse eines sojabasierten Futters mit denen eines, mit isoliertem Genistein supplementierten, Futters verglichen und anschließend denen eines phytoöstrogenfreien Futters gegenüber gestellt. Sowohl in juvenilen als auch adulten Ratten wurden die gewebespezifischen, physiologischen und molekularen Antworten des Uterus evaluiert. In einer zusätzlichen Studie sollte zudem geklärt werden, inwieweit Gestagene die genistein‐ bzw. östrogenregulierten Prozesse im Uterus adulter ovariektomierter Ratten zu modulieren vermögen. Anhand etablierter molekularbiologischer Methoden zur Gen‐ (qPCR) und Proteinexpression (Western Blot), aber auch durch neu zu etablierende immunohistochemische Analysen wurden diverse physiologische (z. B. Körpergewicht, Futteraufnahme, spezifische Organgewichte) und molekulare Marker (z. B. uterine Markergene für Östrogenität oder Proliferation) analysiert und untereinander verglichen. Bei der Betrachtung der Ergebnisse wird deutlich, dass die lebenslange, kontinuierliche Isoflavonexposition der Mütter während fetaler und pränataler Entwicklungsphasen unterschiedliche gewebespezifische Effekte in juvenilen und adulten Weibchen der Tochtergeneration auslöst. Während auf der einen Seite die bereits in utero begonnene Exposition mit Genistein in juvenilen Tieren in einer relativ starken Uterotrophie sowie östrogenen Effekten hinsichtlich der Expressionsmuster einiger Markergene resultiert, zeigt Genistein in den gleichen Tieren andererseits auch Eigenschaften die als antiproliferativ und antiöstrogen zu bewerten sind. Interessanterweise sind diese Effekte im adulten Organismus anschließend nicht mehr nachweisbar. Des Weiteren zeigen unsere Untersuchungen, dass die Östrogenresponsivität des juvenilen Uterus nicht durch diätetische Isoflavone modifiziert wird. Genistein wirkt in diesen Tieren als Östrogenrezeptor β Partialagonist, wobei das antiproliferative sowie antiöstrogene Potenzial erst in hohen Konzentrationen erkennbar wird. Im Gegensatz zum juvenilen zeigt sich im adulten Uterus eine erheblich gesteigerte Östrogenresponsivität infolge der lebenslangen, kontinuierlichen und bereits in utero begonnenen Isoflavon‐ bzw. Genisteinexposition. Diese Tiere reagieren mit dramatisch erhöhten Uterusfeuchtgewichten auf Östrogenrezeptor α vermittelte östrogene Stimuli. Bemerkenswerterweise sind diese stark erhöhten Uterusfeuchtgewichte jedoch nicht auf vermehrte Proliferation, sondern auf eine gesteigerte Einlagerung von Luminalflüssigkeit zurückzuführen. Analysen zur Genexpression von Aquaporinen deuten zwar auf östrogenabhängige Mechanismen hin, jedoch konnte kein direkter Bezug zur chronischen Isoflavon‐ bzw. Genisteinexposition nachgewiesen werden. Wie schon in den Untersuchungen am juvenilen Uterus beobachtet, vermittelt Genistein auch im adulten Uterus seine molekularen Wirkungen als tendenzieller Östrogenrezeptor β‐selektiver Partialagonist. Unsere Analysen der Expression spezifischer uteriner Markergene legen darüber hinaus die Vermutung nahe, dass Genistein seine molekularen Wirkungen präferenziell über den klassischen ERE‐abhängigen Signalweg vermittelt, da durch Genistein besonders Gene reguliert werden, die diese Transkriptionsfaktor Bindungsstellen in der Promotorregion besitzen. Die Rolle von Gestagenen bei genisteinregulierten Prozessen im Uterus ist nicht ganz klar. Während unsere Ergebnisse zeigen, dass Progesteron in einem kurzfristigen dreitägigen experimentellen Design, unabhängig von der Ab‐ bzw. Anwesenheit von 17β‐Östradiol, kaum einen Einfluss auf genisteinregulierte Prozesse hat, legen die Ergebnisse unserer längerfristigen Experimente hingegen die Vermutung nahe, dass Gestagene die chronischen Effekte von Isoflavonen modulieren können. Schlussfolgernd kann anhand unserer Studien festgehalten werden, dass die molekularen Wirkungen von Genistein stark von Faktoren wie der Expositionsdauer, der Expositionskonzentration sowie dem Alter des Organismus abhängen. Unsere Daten zeigen eindeutig, dass eine traditionelle sojabasierte ostasiatische Diät in keiner Weise mit einer, durch isolierte Isoflavone supplementierten, westlichen Diät gleichzusetzen ist. Des Weiteren konnten wir im Rahmen dieser Arbeit zeigen, dass die Exposition mit diätetischen Isoflavonen während der Embryogenese einen lebenslangen Einfluss auf die Nachkommen hat, indem die östrogenresponsivität dieser Individuen massiv beeinflusst wird.

In wissenschaftlichen wie auch in öffentlichen Kreisen wird kontrovers diskutiert, ob durch die Aufnahme von hormonell aktiven Substanzen aus Nahrungs‐ oder Nahrungsergänzungsmitteln mit positiven oder negativen Einflüssen auf die menschliche Gesundheit und Lebensqualität zu rechnen ist. Das Interesse an solchen Substanzen ist in den letzten Jahren permanent gewachsen, und der Markt erhielt einen zusätzlichen Zulauf, als Studien zeigten, dass die klassische Hormonersatztherapie für postmenopausale Frauen aus Östrogen‐Progestagen‐Kombinationen mit einem erhöhten Risiko für hormonabhängige Krebsarten wie Brust‐ oder Endometriumskarzinomen verbunden ist. Demgegenüber implizieren epidemiologische Beobachtungen aus ostasiatischen Ländern, dass die Aufnahme sojareicher Nahrung mit einer verringerten Inzidenz für diese hormonabhängigen Krebsarten korreliert zu sein scheint. Stofflich betrachtet stehen in diesem Zusammenhang Isoflavone wie Genistein und Daidzein, die in großen Mengen z. B. in Sojabohnen vorkommen, im Fokus des wissenschaftlichen Interesses. Eine Vielzahl von in vitro und in vivo Studien ergab für Isoflavone ein heterogenes Wirkspektrum. Neben hormonellen Wirkungen wie schwach östrogenen bzw. antiöstrogenen Eigenschaften, sind ebenfalls eine Reihe nicht‐hormoneller Wirkungen, wie beispielsweise antioxidative Eigenschaften oder die Fähigkeit zur Hemmung von Tyrosinkinasen, beschrieben. Trotz der hohen Anzahl an Studien zu Isoflavonen ist immer noch unklar wie valide die Beobachtungen beim Menschen sind, da ihre Langzeitwirkungen experimentell kaum untersucht sind. Daher war es das Ziel dieser Arbeit, zur Aufklärung der Langzeitwirkung von Isoflavonen als Nahrungsbestandteile und damit zum Verständnis ihrer Wirkmechanismen beizutragen, um anschließend mit den erzielten Resultaten die Risikobewertung dieser Substanzklasse zu optimieren. Zu diesem Zweck wurden in einem generationsübergreifenden Fütterungsexperiment die Einflüsse eines sojabasierten Futters mit denen eines, mit isoliertem Genistein supplementierten, Futters verglichen und anschließend denen eines phytoöstrogenfreien Futters gegenüber gestellt. Sowohl in juvenilen als auch adulten Ratten wurden die gewebespezifischen, physiologischen und molekularen Antworten des Uterus evaluiert. In einer zusätzlichen Studie sollte zudem geklärt werden, inwieweit Gestagene die genistein‐ bzw. östrogenregulierten Prozesse im Uterus adulter ovariektomierter Ratten zu modulieren vermögen. Anhand etablierter molekularbiologischer Methoden zur Gen‐ (qPCR) und Proteinexpression (Western Blot), aber auch durch neu zu etablierende immunohistochemische Analysen wurden diverse physiologische (z. B. Körpergewicht, Futteraufnahme, spezifische Organgewichte) und molekulare Marker (z. B. uterine Markergene für Östrogenität oder Proliferation) analysiert und untereinander verglichen. Bei der Betrachtung der Ergebnisse wird deutlich, dass die lebenslange, kontinuierliche Isoflavonexposition der Mütter während fetaler und pränataler Entwicklungsphasen unterschiedliche gewebespezifische Effekte in juvenilen und adulten Weibchen der Tochtergeneration auslöst. Während auf der einen Seite die bereits in utero begonnene Exposition mit Genistein in juvenilen Tieren in einer relativ starken Uterotrophie sowie östrogenen Effekten hinsichtlich der Expressionsmuster einiger Markergene resultiert, zeigt Genistein in den gleichen Tieren andererseits auch Eigenschaften die als antiproliferativ und antiöstrogen zu bewerten sind. Interessanterweise sind diese Effekte im adulten Organismus anschließend nicht mehr nachweisbar. Des Weiteren zeigen unsere Untersuchungen, dass die Östrogenresponsivität des juvenilen Uterus nicht durch diätetische Isoflavone modifiziert wird. Genistein wirkt in diesen Tieren als Östrogenrezeptor β Partialagonist, wobei das antiproliferative sowie antiöstrogene Potenzial erst in hohen Konzentrationen erkennbar wird. Im Gegensatz zum juvenilen zeigt sich im adulten Uterus eine erheblich gesteigerte Östrogenresponsivität infolge der lebenslangen, kontinuierlichen und bereits in utero begonnenen Isoflavon‐ bzw. Genisteinexposition. Diese Tiere reagieren mit dramatisch erhöhten Uterusfeuchtgewichten auf Östrogenrezeptor α vermittelte östrogene Stimuli. Bemerkenswerterweise sind diese stark erhöhten Uterusfeuchtgewichte jedoch nicht auf vermehrte Proliferation, sondern auf eine gesteigerte Einlagerung von Luminalflüssigkeit zurückzuführen. Analysen zur Genexpression von Aquaporinen deuten zwar auf östrogenabhängige Mechanismen hin, jedoch konnte kein direkter Bezug zur chronischen Isoflavon‐ bzw. Genisteinexposition nachgewiesen werden. Wie schon in den Untersuchungen am juvenilen Uterus beobachtet, vermittelt Genistein auch im adulten Uterus seine molekularen Wirkungen als tendenzieller Östrogenrezeptor β‐selektiver Partialagonist. Unsere Analysen der Expression spezifischer uteriner Markergene legen darüber hinaus die Vermutung nahe, dass Genistein seine molekularen Wirkungen präferenziell über den klassischen ERE‐abhängigen Signalweg vermittelt, da durch Genistein besonders Gene reguliert werden, die diese Transkriptionsfaktor Bindungsstellen in der Promotorregion besitzen. Die Rolle von Gestagenen bei genisteinregulierten Prozessen im Uterus ist nicht ganz klar. Während unsere Ergebnisse zeigen, dass Progesteron in einem kurzfristigen dreitägigen experimentellen Design, unabhängig von der Ab‐ bzw. Anwesenheit von 17β‐Östradiol, kaum einen Einfluss auf genisteinregulierte Prozesse hat, legen die Ergebnisse unserer längerfristigen Experimente hingegen die Vermutung nahe, dass Gestagene die chronischen Effekte von Isoflavonen modulieren können. Schlussfolgernd kann anhand unserer Studien festgehalten werden, dass die molekularen Wirkungen von Genistein stark von Faktoren wie der Expositionsdauer, der Expositionskonzentration sowie dem Alter des Organismus abhängen. Unsere Daten zeigen eindeutig, dass eine traditionelle sojabasierte ostasiatische Diät in keiner Weise mit einer, durch isolierte Isoflavone supplementierten, westlichen Diät gleichzusetzen ist. Des Weiteren konnten wir im Rahmen dieser Arbeit zeigen, dass die Exposition mit diätetischen Isoflavonen während der Embryogenese einen lebenslangen Einfluss auf die Nachkommen hat, indem die östrogenresponsivität dieser Individuen massiv beeinflusst wird.

(Oberflächen-) Gewässer weltweit sind mit geringen Mengen (ng/L bis wenige µg/L) humaner Pharmazeutika belastet. Diclofenac (DCF; nicht-steroidal, entzündungshemmend) und Metoprolol (MTP; ß-Blocker) gehören entsprechend ihres hohen Verbrauchs zu den am häufigsten gefundenen Substanzen. Deren biologische Aktivität ist nicht auf den Menschen beschränkt. Gut konservierte Enzyme innerhalb der Vertebraten legen Auswirkungen auf Nicht-Zielorganismen wie Fische nahe, die bisher in Langzeituntersuchungen mit umweltrelevanten Konzentrationen unzureichend untersucht wurden. In der vorliegenden Arbeit wurden die physiologischen Effekte von DCF und MTP auf die Nil-Tilapie (Oreochromis niloticus), einem der wichtigsten Aquakulturfische weltweit, untersucht. In vitro konnte anhand primärer Hepatozyten gezeigt werden, dass bereits umweltrelevante Konzentrationen von DCF zu einer erhöhten Genexpression verschiedener Schlüsselenzyme der Detoxifizierung führten. Nach MTP-Exposition waren die Veränderungen weniger eindeutig. Beide Substanzen induzierten die Vitellogenin Genexpression, nur DCF jedoch bereits in umweltrelevanter Konzentration. In vivo wurden in zwei Langzeit-Expositionsversuchen die physiologischen Effekte vom befruchteten Ei bis 80 Tage nach Schlupf in O. niloticus untersucht. Beide Substanzen hatte keinen Einfluss auf Schlupferfolg und Überleben, das Wachstum war nach 80 Tagen nach Schlupf leicht reduziert. Die deutlichsten Auswirkungen waren histopathologische Veränderungen der Kiemen, veränderte Genexpressionen der Gonadotropine und eine erhöhte Expression von Vitellogenin. Die Ergebnisse legen eine stärkere östrogene Aktivität von DCF im Vergleich zu MTP nahe. Zusammenfassend sind die Bedenken gegenüber den Einzelsubstanzen eher gering, negative Auswirkungen auf die Reproduktion und sich verstärkende Effekte bei zeitgleicher Exposition gegenüber DCF und MTP lassen sich jedoch nicht ausschließen und sollten im Weiteren untersucht werden. / Surface waters worldwide are contaminated with low levels (ng/L up to few µg/L) of human pharmaceuticals. Diclofenac (DCF; non-steroidal, anti-inflammatory) and metoprolol (MTP; ß-blocker) are highly consumed and therefore commonly detected. Their biological activity is not restricted to humans. Well conserved enzymes within the vertebrates suggest effects on non-target organisms such as fish, poorly studied in long-term exposure experiments using environmentally relevant concentrations. In the presented work, physiological effects of DCF and MTP on the Nile tilapia (Oreochromis niloticus), an important aquaculture fish species, were studied. Using primary hepatocytes, it was shown in vitro that environmentally relevant concentrations of DCF increased the gene expression of different key enzymes of the detoxification, while MTP exposure had a less clear effect. Both substances induced vitellogenin gene expression, but only after DCF exposure this was significantly elevated already at the environmentally relevant concentration. In vivo, two long-term exposure studies on the physiological effects from the fertilized egg until 80 days post-hatch were evaluated. Both substances did not affect hatching success and survival, while growth was slightly reduced after 80 days post-hatch. Histopathological alterations of the gills, changed gene expression patterns of the gonadotropins and induced vitellogenin gene expression were the most dominant findings. The results indicate a stronger estrogenic mode of action of DCF compared to MTP. Overall, the risk due to a single substance exposure seems to be relatively low but adverse effects on reproduction and additive effects during simultaneous exposure to DCF and MTP cannot be excluded and should be investigated further.