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Eine ständig steigende Nachfrage nach einer auf pflanzlichen Stoffen basierenden Hormonersatztherapie für menopausale Beschwerden, macht eine verstärkte Untersuchung sogenannter Phytoöstrogene erforderlich. Bei den hier untersuchten Substanzen handelt es sich um die chemisch synthetisierten Flavanone 6-(1,1-Dimethylallyl)Naringenin (6DMAN) und 8-Prenylnaringenin (8PN), die ursprünglich in Pflanzen identifiziert wurden. 7-Oxyprenylnaringenin-4'-Azetat (7OPN) ist ein weiteres Mitglied dieser Stoffgruppe, zu dem jedoch bisher noch praktisch keine Daten vorlagen. Ebenfalls in die Untersuchungen einbezogen wurde ein isopropanolischer Extrakt aus dem Rhizom von Cimicifuga racemosa (L.) Nutt. (iCR), der schon seit langer Zeit erfolgreich zur Bekämpfung menopausaler Beschwerden eingesetzt wird, dessen Wirkmechanismus jedoch unbekannt ist und zu dem bisher noch wenige molekulare Daten bezüglich der Wirkung auf einzelne Zielorgane, insbesondere nach einer Behandlung über einen längeren Zeitraum vorliegen. Die durchgeführten Untersuchungen betrafen zum Einen den Uterus als eines der Hauptzielorgane weiblicher Sexualhormone und zum Anderen die Vena cava, repräsentativ für das Gefäßsystem. Als Modellorganismus wurden Ratten gewählt. Dabei wurde die Genexpression Östrogen (E2)-regulierter Gene auf mRNA-Ebene mittels Real-Time-PCR bestimmt. Die Wirkung von 7OPN wurde in einem in vitro-System (MVLN-Zellen) und im Uterus getestet. Zusätzlich wurden humane Nabelschnurvenen-Endothelzellen als in vitro-Modell für das Gefäßsystem eingesetzt. Mit ihnen wurde die Wirkung der Testsubstanzen auf Angiogenese und Differenzierung getestet. Die durch die E2 hervorgerufenen Effekte entsprachen weitestgehend den Erwartungen. Es konnte sowohl eine Zunahme des Uterusgewichts der Ratten als auch eine Regulation der Expression von Proliferationsmarkern und E2-abhängig regulierten Genen im Uterus auf mRNA-Ebene festgestellt werden. Auch im Gefäßsystem konnte sowohl eine Regulation E2-abhängig exprimierter Gene beobachtet werden, als auch ein proliferationsfördernde und differentiationsfördernde Wirkung auf venöse Endothelzellen in vitro. Die untersuchten Flavanone zeigten einen von den vorhandenen funktionalen Gruppen abhängigen Effekt auf die E2-regulierten Prozesse und Gene. Während es sich bei 8PN um eine rein östrogen wirkende Substanz zu handeln scheint, wirkt 6DMAN offenbar als selektiver Östrogenrezeptor-Modulator (SERM) und zeigt für einen Einsatz in der HRT sehr interessante Eigenschaften, da weder ein uterotrophe Wirkung in vivo, noch eine angiogene Wirkung in vitro beobachtet werden konnte, während gleichzeitig eine östrogene, potentiell kardioprotektive Wirkung auf die Genexpression im Gefäßsystem gezeigt werden konnte. Auch 7OPN zeigt ein differenziertes Wirkmuster. Ein in vitro-Reportergentest in einer stabil transfizierten Brustkrebszellinie deutete auf eine in Abhängigkeit von der Konzentration E2-antagonistische oder agonistische Wirkung hin. Die Genexpressionsstudien im Uterus der Versuchstiere nach dreitägiger Behandlung zeigten, daß die Wirkung von 7OPN jedoch auch abhängig vom untersuchten Gen ist. Da auch dieses Flavanon keine uterotrophe Wirkung zu besitzen scheint, ist 7OPN ebenfalls eine interessante Zielsubstanz weiterer Untersuchungen im Hinblick auf die Anwendung in der HRT. Für den in einem Arzneimittel enthaltenen Extrakt iCR konnte in einem 17-tägigen Tierversuch keine östrogene Wirkung auf Uterus und Gefäßsystem gezeigt werden. Während eine Anwendung dieses Extrakts zur Behandlung menopausaler Beschwerden im Lichte dieser Ergebnisse und langjähriger praktischer Erfahrungen zwar sicher erscheint, bleibt der Wirkmechanismus von iCR weiterhin unbekannt.

Eine ständig steigende Nachfrage nach einer auf pflanzlichen Stoffen basierenden Hormonersatztherapie für menopausale Beschwerden, macht eine verstärkte Untersuchung sogenannter Phytoöstrogene erforderlich. Bei den hier untersuchten Substanzen handelt es sich um die chemisch synthetisierten Flavanone 6-(1,1-Dimethylallyl)Naringenin (6DMAN) und 8-Prenylnaringenin (8PN), die ursprünglich in Pflanzen identifiziert wurden. 7-Oxyprenylnaringenin-4'-Azetat (7OPN) ist ein weiteres Mitglied dieser Stoffgruppe, zu dem jedoch bisher noch praktisch keine Daten vorlagen. Ebenfalls in die Untersuchungen einbezogen wurde ein isopropanolischer Extrakt aus dem Rhizom von Cimicifuga racemosa (L.) Nutt. (iCR), der schon seit langer Zeit erfolgreich zur Bekämpfung menopausaler Beschwerden eingesetzt wird, dessen Wirkmechanismus jedoch unbekannt ist und zu dem bisher noch wenige molekulare Daten bezüglich der Wirkung auf einzelne Zielorgane, insbesondere nach einer Behandlung über einen längeren Zeitraum vorliegen. Die durchgeführten Untersuchungen betrafen zum Einen den Uterus als eines der Hauptzielorgane weiblicher Sexualhormone und zum Anderen die Vena cava, repräsentativ für das Gefäßsystem. Als Modellorganismus wurden Ratten gewählt. Dabei wurde die Genexpression Östrogen (E2)-regulierter Gene auf mRNA-Ebene mittels Real-Time-PCR bestimmt. Die Wirkung von 7OPN wurde in einem in vitro-System (MVLN-Zellen) und im Uterus getestet. Zusätzlich wurden humane Nabelschnurvenen-Endothelzellen als in vitro-Modell für das Gefäßsystem eingesetzt. Mit ihnen wurde die Wirkung der Testsubstanzen auf Angiogenese und Differenzierung getestet. Die durch die E2 hervorgerufenen Effekte entsprachen weitestgehend den Erwartungen. Es konnte sowohl eine Zunahme des Uterusgewichts der Ratten als auch eine Regulation der Expression von Proliferationsmarkern und E2-abhängig regulierten Genen im Uterus auf mRNA-Ebene festgestellt werden. Auch im Gefäßsystem konnte sowohl eine Regulation E2-abhängig exprimierter Gene beobachtet werden, als auch ein proliferationsfördernde und differentiationsfördernde Wirkung auf venöse Endothelzellen in vitro. Die untersuchten Flavanone zeigten einen von den vorhandenen funktionalen Gruppen abhängigen Effekt auf die E2-regulierten Prozesse und Gene. Während es sich bei 8PN um eine rein östrogen wirkende Substanz zu handeln scheint, wirkt 6DMAN offenbar als selektiver Östrogenrezeptor-Modulator (SERM) und zeigt für einen Einsatz in der HRT sehr interessante Eigenschaften, da weder ein uterotrophe Wirkung in vivo, noch eine angiogene Wirkung in vitro beobachtet werden konnte, während gleichzeitig eine östrogene, potentiell kardioprotektive Wirkung auf die Genexpression im Gefäßsystem gezeigt werden konnte. Auch 7OPN zeigt ein differenziertes Wirkmuster. Ein in vitro-Reportergentest in einer stabil transfizierten Brustkrebszellinie deutete auf eine in Abhängigkeit von der Konzentration E2-antagonistische oder agonistische Wirkung hin. Die Genexpressionsstudien im Uterus der Versuchstiere nach dreitägiger Behandlung zeigten, daß die Wirkung von 7OPN jedoch auch abhängig vom untersuchten Gen ist. Da auch dieses Flavanon keine uterotrophe Wirkung zu besitzen scheint, ist 7OPN ebenfalls eine interessante Zielsubstanz weiterer Untersuchungen im Hinblick auf die Anwendung in der HRT. Für den in einem Arzneimittel enthaltenen Extrakt iCR konnte in einem 17-tägigen Tierversuch keine östrogene Wirkung auf Uterus und Gefäßsystem gezeigt werden. Während eine Anwendung dieses Extrakts zur Behandlung menopausaler Beschwerden im Lichte dieser Ergebnisse und langjähriger praktischer Erfahrungen zwar sicher erscheint, bleibt der Wirkmechanismus von iCR weiterhin unbekannt.

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Die Behandlung menopausaler und postmenopausaler Beschwerden ist mit einem erhöhten Risiko verbunden, an Mamma- und Endometriumskarzinomen zu erkranken. Darüber hinaus zeigen epidemiologische Studien, dass in ostasiatischen Ländern postmenopausale Beschwerden, osteoporotische Frakturen und Herz-Kreislauferkrankungen seltener auftreten als in westlichen Ländern. Vor diesem Hintergrund war es Ziel der Untersuchungen dieser Arbeit, in dem Tiermodell der ovarektomierten Ratte die mögliche Bedeutung von estrogenrezeptorsubtypspezifischen Einflüssen für hormonell bedingte Erkrankungen und Beschwerden zu untersuchen. Hierbei sollten gewebespezifische Wirkungen estrogenrezeptorsubtypspezifischer Liganden untersucht und explizit die Bedeutung der Estrogenrezeptorsubtypen ERα und ERβ bei der Gewebehomöostase in Knochen und Darm analysiert werden. Darüber hinaus sollten vor dem Hintergrund estrogenrezeptorsubtypspezifischer Wirkungsweisen gewebespezifische Einflüsse des Phytoestrogens Genistein (Gen) näher charakterisiert werden. Es konnte gezeigt werden, dass nach einer subkutanen Applikation der knochenprotektive Einfluss von Gen mit dem von Estradiol (E2) vergleichbar ist, durch die Kombination mit Bewegung verstärkt wird und über den ERα vermittelt zu sein scheint. Es zeigte sich außerdem, dass der stimulierende Einfluss von E2 auf den motorischen Antrieb ERα-vermittelt ist und ERβ-spezifische Liganden ebenso wie Gen diesen Effekt antagonisieren. Des Weiteren wurde deutlich, dass E2, nicht aber Gen über den ERα Einfluss auf die Körperfettverteilung nimmt. Mit einer phytoestrogenreichen Diät konnten in adulten Ratten physiologisch relevante Gen/Dai-Plasmaspiegel erreicht werden, allerdings blieben hierbei die nach einer subkutanen Applikation beobachteten knochenprotektiven Effekte dieser Phytoestrogene aus. Bei der näheren Betrachtung der Gewebehomöostase im Dünndarm zeigte sich, dass über den im Darm verstärkt exprimierten ERβ antiproliferative und proapoptotische Effekte vermittelt werden und Gen in diesem Gewebe wie ein ERβ-spezifischer Agonist wirkt. Bezogen auf eine hormonell bedingte Osteoporose, wie sie bei einem Großteil postmenopausaler Frauen auftritt, scheint das Phytoestrogen Genistein eine mögliche Alternative zur Hormonersatztherapie darzustellen. Außerdem zeigt sich, dass Genistein gewebe- und estrogenrezeptorsubtypspezifische antagonistische und agonistische Einflüsse hat und somit die Charakterisierung als „Phyto-SERMs“ (pflanzlicher selektiver Estrogenrezeptormodulator) zutreffend ist. Sollten sich in weiterführenden Studien die beobachteten Effekte im Dünndarm auch für die Gewebehomöostase im Kolon beschreiben lassen, können vor diesem Hintergrund Genistein und ERβ-spezifische Liganden für die Darmkrebsprävention diskutiert werden…

Due to the current rise of exposure to natural and synthetic compounds in our daily life, the debate concerning the safety of many substances is becoming increasingly relevant. The estrogenic activity of various compounds, described as xenoestrogens, is the major part of this debate. Humans beings are exposed to these substances from different environmental contaminations ranging from conscious intake of estrogenic substances, as in contraception or in hormone replace therapy (HRT), to unconscious exposure, from food, the use of synthetic material in daily life and air and water pollution. At this point the need for methods to investigate the activity and the safety of these substances is becoming increasingly important. Classical methods for the analysis of the estrogenic activity of substances, like batteries of in vivo test systems on the rat uterotrophic assay are not able to describe the different pathways of action of recently discovered estrogenic substances. This evidence was already shown by the Organization for Economic Cooperation and Development (OECD), introducing new test guidelines for the investigation of effects of endocrine disruptors (according to enhanced Test Guideline 407). As reviewed by Nilsson (Nilsson et al., 2001), after the interaction of the estrogens with the Estrogen Receptor (ER) in the cells, the mechanism of activation possible is not only via direct binding of the ER to the Estrogen Responsive Elements (EREs) present in the promoter region of the target gene, very well described for many target genes, but that also other mechanisms are used: the interaction of the ER with the AP 1, Sp 1 and NFkB modes, that are discovered but not yet comprehensively described. The aim of my work is to produce a microarray DNA chip for the investigation of the estrogenic activity of different compounds present in the environment. The chip will consist of a selection of 100 genes that are estrogen responsive and it will cover the spectrum of activities of estrogenic compounds in various organs of the body. In the gene selection, genes were chosen that are estrogen responsive in the classical target tissues of estrogens, linked to reproduction, like uterus and mammary gland, and also in tissues not related to reproduction like liver, bones and capillars. In addition, other genes are included to monitor different pathways that are related to disease states; control of cell proliferation, apoptosis or cancer related genes. Currently these kinds of investigations are already in process, but by other methods which are more time consuming and with a lower throughput e.g. the gene expression profiling using the real time RT-PCR. The use of microarray’s satisfies the need for a less time consuming, high throughput method, to obtain a fast characterization of the gene expression finger print of the candidate substances and their mechanism of action in the organism. In my work I investigated the estrogenic potency of different Xenoestrogens that commonly occur in our daily life, in rat cells and tissue using well known estrogen sensitive genes like C3, Clu, IGFBP1 and CaBP9k. I focused on their effect on cell proliferation, studying PCNA expression. For the first time sensitivity of the gene CA2 was proofed in liver and uterus. A new identified mRNA sequence, r52, was characterized for its sensitivity to estrogenic exposure. This sequence was investigated at the molecular level expanding the known nucleic sequence. I produce a microarray chip with 16 genes to investigate the estrogenic potency of different compounds. As proof of principle of the microarray method completely produced in house I compared the result of gene expression obtained by the chip to that obtained by real time RT PCR finding a similarity of results. This new established method is less sensitive than the real-time RT PCR but allows a high throughput of gene expression analysis producing at the end a more complete picture of the expression signature of a compound.

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