The female sex hormone 17beta-estradiol, produced naturally in the body, seems to play an important role in the development of breast cancer, since (i) it can be activated to reactive metabolites, which are known to damage DNA and (ii) the stimulation of the estrogen receptor alpha by 17beta-estradiol enhances cell proliferation. Both processes together increase mutation frequency and subsequently lead to transformation of epithelial cells. Therefore, the aim of this work was to characterize the influence of polymorphisms and lifestyle factors on 17beta-estradiol metabolism in normal mammary gland tissue. [...] In sum, the tissue specific 17beta-estradiol metabolism was described in mammary gland tissue homogenate, whereas differences in proliferation of epithelial cells were only reflected in isolated epithelial cells. Factors associated with breast cancer risk (age, BMI and age-related changes in mammary gland morphology) were shown to affect 17beta-estradiol tissue levels. The 17beta-estradiol mediated genotoxicity was evaluated using bioinformatically calculated DNA adduct fluxes, which were predominately influenced by individual mRNA patterns rather than individual genotypes and (DNA adduct fluxes) were correlated with known breast cancer risk factors (age, parity, BMI and polymorphism of glutathione-S-transferase theta 1). / Das körpereigene, weibliche Geschlechtshormon, 17beta-Estradiol spielt eine wichtige Rolle bei der Brustkrebsentstehung, da (i) es zu reaktiven Metaboliten aktiviert werden kann, welche die DNA schädigen können und (ii) durch die Stimulation des Estrogenrezeptors alpha die Zellproliferation steigern kann. Beide Prozesse können dann zum Anstieg der Mutationsfrequenz und anschließender maligner Transformation von Epithelzellen führen. Deshalb war das Ziel dieser Arbeit, den Einfluss von Polymorphismen und der Lebensweise auf den gewebespezifischen 17beta-Estradiol-Metabolismus im normalen Brustdrüsengewebe zu untersuchen. [...] Zusammenfassend wurde der gewebespezifische 17beta-Estradiol-Metabolismus in der weiblichen Brustdrüse beschrieben. Unterschiede in der Proliferation von Epithelzellen wurden nur in mittels Laser-Mikrodissektion isolierten Epithelzellen widergespiegelt. Es wurde gezeigt, dass Faktoren, die mit einem verändertem Brustkrebsrisiko assoziiert sind (Alter, BMI und altersbedingte Veränderungen in der Brustdrüsenmorphologie), den 17beta-Estradiol-Gewebespiegel in der Brustdrüse beeinflussen. Die 17beta-Estradiol-vermittelte Genotoxizität wurde mittels bioinformatischer Berechnung der DNA-Adduktflüsse ausgewertet, welche vornehmlich von den individuellen mRNA-Mustern beeinflusst wurde statt von dem individuellen Genotyp. Die DNA-Adduktflüsse korrelierten mit bekannten Brustkrebsrisiko-Faktoren (Alter, Parität, BMI und Polymorphismus der Glutathion-S-Transferase theta 1).

Die vorliegende Arbeit legt den histologischen Aufbau der Euterhaut, des Milchdrüsenparenchyms sowie der Zitzen auf licht- und elektronenmikroskopischer Ebene bei den Tierarten Rind, Pferd, Schaf und Ziege umfassend dar.:1. Einleitung (S. 8) 2. Schrifttum (S. 11) 2.1. Haut (S. 11) [...] 2.2. Milchdrüse (S. 28) [...] 3. Eigene Untersuchungen (S. 45) 3.1. Material und Methoden (S. 45) [...] 3.2. Ergebnisse (S. 48) [...] 4. Diskussion (S. 146) 5. Zusammenfassung (S. 185) 6. Summary (S. 188) 7. Literaturverzeichnis (S. 191) 8. Selbstständigkeitserklärung (S. 221) 9. Lebenslauf, Danksagung, Thesen (S. 222)

Endothelin-1 (ET-1) ist ein gefä?aktives Peptid, welches zusätzlich verschiedenste nicht kardiovaskuläre physiologische und pathophysiologische Effekte besitzt. So wurde z.B. beschrieben, dass ET-1 in der Brustdrüse während der Schwangerschaft und Stillzeit exprimiert wird. Zusätzlich zu den bekannten Nährstoffen und Wachstumsfaktoren konnte auch ET-1 in der Muttermilch nachgewiesen werden, was auf eine physiologische Rolle von ET-1 für die Laktation und den säugenden Nachwuchs hinweist. In der vorliegenden Arbeit sollte die Funktion von ET-1 in der Brustdrüsenentwicklung mit Hilfe von ET-1 transgenen Mäusen aufgeklärt werden. Die eingesetzten transgenen Tiere überexprimieren humanes ET-1 mit den entsprechenden 5''- und 3'' regulatorischen Sequenzen. Mit Hilfe dieser Strategie sollen die ET-1 spezifischen Funktionen während der Brustdrüsenentwicklung untersucht werden. Transgenes ET-1 wurde während der Tragzeit und Stillzeit in der Brustdrüse detektiert. Die Ergebnisse zeigten, dass säugende Neugeborene der ET-1 transgenen Mäuse eine geringere Gewichtszunahme und eine erhöhte Mortalität aufwiesen, welches auf einen Laktationsdefekt hinweist. Die histologische Untersuchung der Brustdrüse während der Tragzeit ergab eine reduzierte Milchkanalausbildung, kollabierte und nicht expandierende Alveoli, vermehrte Adipozytenausbildung und fortbestehende zytoplasmatische Lipidtropfen (CLDs). Zusätzlich war die Expression des Milchproteins WAP reprimiert. Interessanterweise wurde diese Repression nicht durch STAT5, einem beschriebenem Regulator der Milchproteinexpression und Alveolarexpansion, vermittelt, da dessen Aktivität unverändert war. Als Konsequenz dieses Laktationsdefekts konnte eine verfrühte Rückbildung der Brustdrüse festgestellt werden. Diese ging mit einer erhöhten Expression von STAT3 einher. Interessanterweise wies der bekannte Aktivator von STAT3, LIF, ebenfalls eine gesteigerte Aktivität auf, sowohl während der Tragzeit als auch während der Laktation. Zusätzlich zu den beschriebenen Defekten bei der Milchabgabe zeigten histologische Untersuchungen der Brustdrüse eine Laktationshyperplasie während der mittleren Laktationsphase. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass ET-1 Rezeptoren, neben den klassischen Signalwegen dieser G Protein-gekoppelte Rezeptoren, auch mit Tyosinkinaserezeptoren wie z. B. dem EGFR interagieren können. Brustdrüsen von ET-1 transgenen Tieren zeigten eine erhöhte Aktivität sowohl von EGFR als auch von ERK1/2, welches im Zusammenhang mit dem hyperplastischen Phänotyp stehen könnte. Die mögliche tumorfördernde Wirkung von ET-1 wird ferner durch die erhöhte Expression von Amphiregulin, einem EGFR-Liganden, während der Tragzeit und der Laktation verstärkt. Zusammenfassend konnte festgestellt werden, dass ET-1 sowohl die Milchsekretion als auch den Milcheinschuss negativ beeinflusst, so dass eine ausreichende Versorgung säugender Jungtiere in der 1. Hälfte der Laktationsperiode nicht mehr gewährleistet ist. Zusätzlich verursachte ET-1 eine Laktationshyperplasie, welche auf die Induktion der EGFR-Achse zurückzuführen ist. Zusammenfassend kann somit festgestellt werden, dass die Ergebnisse auf eine wichtige Rolle von ET-1 in der Brüstphysiologie des Säugers hinweisen. / Endothelin-1 (ET-1) is a potent vasoactive peptide having wide physiological effects on vascular homeostasis and on a variety of pathophysiological processes unrelated to cardiovascular system. It has been noted that ET-1 is expressed in mammary glands during pregnancy and lactation periods. Furthermore, ET-1 is secreted into milk, suggesting additional physiological roles in the lactating mother and in the suckling neonate. Hence, the present study was proposed to elucidate the possible functional roles of ET-1 in mammary gland development employing ET-1 transgenic mice. ET-1 transgenic mice had been generated by using a human genomic ET-1 construct containing 5´ and 3´ regulatory sequences. This transgenic construction strategy grants to analyse the specific functions of ET-1 in normal mammary gland physiology. The transgene expression was found in mammary gland during pregnancy and lactation. ET-1 transgenic mice exhibited a lactational incompetence with reduced weight gain and increased mortality of their newborns, as a result of a secretory defect. In virtue of this defect, ET-1 transgenic mammary glands histologically revealed a reduced ductal outgrowth, collapsed alveoli with a reduced expansion capacity, increased adipocyte accumulation, and persistence of cystoplasmic lipid droplets (CLDs) during lactation. In addition, the expression of the milk protein, WAP, was found to be constantly suppressed in ET-1 mammary glands although the activity of STAT5, which is known to be a regulator of the expression of milk proteins and alveolar expansion, was found to be normal. Furthermore, as a consequence of the secretory defect, ET-1 transgenic mammary glands exhibited focal precocious involution during early stages of lactation along with an increased activity of STAT3. Consistently, the known activator of STAT3, LIF, was strongly upregulated during lactation and pregnancy. Besides the secretory defect of ET-1 transgenic mammary glands, histological analysis revealed a local lactational hyperplasia during the middle of lactation. Alternatively to the classical G protein-coupled receptors GPCR signalling pathways, endothelin receptors are able to communicate with tyrosine kinase receptors such as the epidermal growth factor receptor (EGFR) for which the term receptor transactivation was coined. Mammary glands of ET-1 transgenic animals exhibited an increased activity of the EGFR and ERK1/2, which could contribute to the observed hyperplastic phenotype. In support of the potential tumourigenicity of ET-1, one of the EGFR ligands, amphiregulin, was found significantly upregulated in ET-1 transgenic mammary glands, both during pregnancy and lactation periods. In summary, high levels of ET-1 affect the secretion and the milk let down process. Consequently the normal support of milk for the suckling neonates is severely impaired during the first half of the lactation period. In addition, ET-1 caused lactational hyperplasia in the mammary glands due to the induction of the EGFR axis. This suggests an important role for ET-1 in mammary gland physiology.