Unterschiedliche Toxizitäten in verschiedenen Zelllinien

cajo · Anmeldungsdatum: 26.10.2008 Beiträge: 162

Hallo Zusammen,
was könnte - ganz allgemein - der Grund dafür sein, dass bestimmte Zellen unterschiedlich sensibel auf einen chemischen Reiz (z.B. ein Medikament) reagieren? Ich meine nicht unterschiedliche Zelltypen (Nerven-/Hautzelle), sondern den gleichen Zelltyp, aber von verschiedenen Individuen.

Vielleicht wird es mit einem Gedankenexperiment etwas deutlicher: Angenommen ich hätte Zelllinien aus 5 verschiedenen Ratten isoliert und im Anschluss in der Zellkultur die IC50-Werte gegenüber einer Substanz X bestimmt. Die IC50-Werte der einzelnen Zelllinien liegen dann meinetwegen bei 10, 20, 30, 40 und 50 µM.
Wie kann man diesen Unterschied begründen? Also was läuft in Zelllinie 1 (10µM) anders ab als in Zelllinie 5 (50µM)? Was könnte diesen Unterschiede hervorrufen? Was macht eine Zelle auf molekularer Ebene sensitiver bzw. resistenter als andere?

Vielen Dank!!!

Firelion · Anmeldungsdatum: 27.08.2009 Beiträge: 1878

Hi,

ich würde den Grund in der Pharmakogenetik/Pharmakokinetik suchen: also interindividuelle Unterschiede in der Expression und Aktivität bestimmter Enzyme und Transporter.

Vielleicht fehlt Individuum 1 ein bestimmtes Cyp Enzym/ beziehungsweise Transporter so dass die Zelle den Wirkstoff nicht mehr rauswerfen kann bzw. nicht mehr entschärfen, während Individuum 5 besonders viel von diesem Transporter/ Enzym hat und daher der Wirkstoff praktisch nicht wirkt.

Je nach Transporter/Enzym gibts da interindividuell beim Menschen große Unterschiede. Diese Erklärung fände ich für Leber/Nieren/ Darm/Lunge (das sind die Organe die besonders am Stoffwechsel von Xenobiotika beteiligt sind und besonders viele Transport haben) bzw. bei Tumorzellen (die haben viele von den Transportern, die die Wirkstoffe aus der Zelle rausshmeißen (die meisten wurden in Tumoren entdeckt) wahrscheinlich.

Eine zweite denkbare Möglichkeit wäre das Target selbst. Je nachderrm wie stark das Individuum das Target exprimiert braucht es eine unteraschiedliche Dosis um einen Effekt zu erzielen. Ich kann mir gut vorstellen, dass unterschiedlixche Ratten unterschiedlich viel von einem Target exprimieren bzw das Target eine unterschiedliche Aktivität hat. Wenn Ratte 1 jetzt sagen wir 100 U Aktivität vom Enzym X hat und Ratte 5 500, ist die Dosisdes Medikaments die ausreicht um die Aktivität soweit zu senken, dass es tödlich für die Zellen ist bei Ratte 1 eher erreicht als bei Ratte 5.

LG Firelion

cajo · Anmeldungsdatum: 26.10.2008 Beiträge: 162

Danke für deine ausführliche Antwort!

Firelion · Anmeldungsdatum: 27.08.2009 Beiträge: 1878

zu den Transportern:
Durch Polymorphismen. Die entsprechenden Gene zeichnen sich durch SNPs aus so, dass mehrere unterschiedliche Allele vorhanden sind. Zusätzlich zu den SNPs kann es auch noch zu copy Number Variations kommen. Die Kombination hieraus führt zu unterschiedlichen Phänotypen für das selbe Enzym/Transporter.

Während also die Dosis X vom Wirkstoff von den meisten mit akzeptablen Nebenwirkungen eine akzeptable Wirkung erzielt, gibt es auch einen kleinenA nteil von Patienten bei denen die Wirkung geringer isat, einen Teil von Patienten bei den Nebenwirkungen heftiger sind, einen Teil bei dem der Wirkstoff gar nicht wirkt zu schnell abgebaut wird) und einen Teil von Patienten die echte Probleme kriegen, weil sie den Wirkstoff gar nicht abbauen können.

Es gibt auchein paar Medikamente bei denen vor Einsatz der Phänotyp
bestimmt werden sollte.

Zu den Targets:

Das iast etwas komplizierter da Wirkstoffe mit allem oder nichts interagieren können: Rezeptoren, Kanäle, Transporter, Enzyme, Strukturproteine, DNA, RNA, Lipide, Ionen...

Also an Methoden, die einem einen ungefähren Hinweis geben könnten würden mir qPCR, Westernblot, SILAC einfallen. Damit wüsste man zumindest, ob sich was auf RNA oder Proteineebene tut und was für Gene bzw. Proteine betroffen sind, beziehungsweise kann auch etwas zur Phosphorylierung bestimmter Proteine sagen.

CHIP und CO- IP können hilfreich sein, um eine direkte Wechselwirkung mit DNA oder Proteinen zu zeigen.

Dann gibts noch epigenetische Screens mit denenman auch Methylierung Acetylierung von Promotern testen könnte.

Ansonsten könnte man versuchen die Wirkung aufgrund der Struktur vorherzusagen also, ob es z.B. bestimmte Ionen binden könnte da es ausieht wie ein Chelator. Wie man das allerdings überzeugend beweist weiß ich nicht.

Wie man direkte Interaktion mit Lipiden beweisen könnte weiß ich auch nicht.

Unterschiede in der Enzymaktivität können durch SNPs, CNV und epigenetuische Faktoren zu stande kommern (z.B. Inhibitoion/ induktion durch Nahrungsmittel, Alkohol, Medikamente....)

EDIT:

Fallsed dich interessiert ein wenig mehr zur Pharmakogenetik :
http://www.google.de/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fimg.medscape.com%2Ffullsize%2Fmigrated%2F444%2F804%2Fajhp444804.tab1.gif&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.medscape.com%2Fviewarticle%2F444804_5&h=478&w=550&tbnid=fPb2who9ib4YtM%3A&zoom=1&docid=qrYgAtLLJ55-4M&ei=3qz8U96OE6Lm4QSDuoHADA&tbm=isch&client=firefox-a&iact=rc&uact=3&dur=792&page=1&start=0&ndsp=20&ved=0CCAQrQMwAA

jörg · Anmeldungsdatum: 12.12.2010 Beiträge: 2107 Wohnort: Bückeburg

InCelligence · Anmeldungsdatum: 08.09.2014 Beiträge: 5 Wohnort: Bremen

Hi,

ein weiterer Grund für solche Unterschiede kann auch die Epigentik und das "Alter" des Spenders sein. Viele Gene werden im Verlauf des Lebens auch epigenetisch durch Methylierung und Acetylierung reguliert. DAs bekannteste Beispiel ist wohl die Lactose-Intoleranz, die bei Erwachsenen durch das Abschalten eines Gens entsteht.

Außerdem "altern" Zellen im Körper und in der Kultur. Bei Primärzellen nennt sich das Seneszenz. Diese wird hauptsächlich durch die Verkürzung der Telomere bei den Teilungen bedingt. Dadurch werden viele Prozesse verändert und am Ende teilen sich die Zellen nicht mehr. Interessanterweise ist es so, dass die Isolation der Zellen die Entwicklung solcher Anzeichen beeinflussen kann. Zellen von unterschiedlichen Spendern können also oft sehr unterschiedlich reagieren.