Titelaufnahme

Titel
The impact of free radicals on the metabolism of estrone / submitted by Marion Gerschpacher
Verfasser / VerfasserinGerschpacher, Marion
Begutachter / BegutachterinJohannes C. Huber ; Nikola Getoff
Erschienen2011
Umfang107 Bl. : graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2011
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Freie Radikale / Östrogene / Estron / Krebsentstehung
Schlagwörter (EN)Free radicals / estrogens / estrone / cancerogenity
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-5597 Persistent Identifier (URN)
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The impact of free radicals on the metabolism of estrone [3.92 mb]
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Zusammenfassung (Englisch)

The origin of cancer still remains one of the astonishing scientific mysteries. Certain types of breast cancers underline a definite impact of hormones in carcinogenesis. Thereby, much effort has been spent on the elucidation of the generation and metabolism of steroid hormones and their degradation in peripheral target tissues like the female breast. Free radicals are generated permanently in the human organism. These short-living species are known to influence the metabolism of estrogens and even might induce damages in the DNA. It has been previously found that various biological compounds and hormones can eject solvated electrons (eaq-) when being excited in their singlet state in a polar media of a water-ethanol (EtOH) mixture. Actual studies with estrogens showed that the electron emission mostly takes place at the pi-electron structure of the A-ring and is followed by an intramolecular electron transfer from the OH-group to the ring resulting in a phenoxyl-radical transient (O2*-, OH*-) having several mesomere structures. Each of these radical structures can lead to the formation of metabolites with specific biological properties. Based on these observations, it was of interest to determine the eaq- originating from the estrogen estrone (E1) and vitamin C (VitC) and to examine the fate of the resulting transients of E1. The quanta yields of eaq-, Q(eaq-), of E1 and VitC were calculated and compared. Analyses with HPLC were performed in order to investigate the degradation of E1 and VitC, to observe a possible regeneration of E1 by an electron transfer of VitC and to determine degradation products of the substances. The results of these investigations enabled the corroboration of a hypothetic biochemical behavior of the substances in regard to carcinogenesis. Moreover, experiments in vitro with MCF-7 breast cancer cells and E.coli bacteria were carried out. The cells and bacteria were incubated in E1, PRG and VitC separately and in mixtures under the influence of [gamma]-ray to study the impact of oxidizing and reducing free radicals on the cells and bacteria and to investigate the impact on estrone (E1) in the absence and presence of the antioxidant vitamin C (VitC) acting as a potent electron donor. The results were compared in order to demonstrate the influence of PRG and Vit C on the biological behaviour of E1 and to elucidate the role of radicals and hormones in the initiation of cancer and to find possible approaches for the treatment of cancer.

The results showed that E1 and VitC are both potent donors for electrons. The yield of electrons depends on the concentration of the substrate, on the pH in the media and on temperature. A delayed degradation and a partly regeneration of E1 by the electron transfer ejected from VitC was observed and confirmed by HPLC-analyses. The VitC-induced regeneration of E1 could hypothetically result in a delayed formation of E1-radicals and potential carcinogenic metabolites. It was confirmed that the functional -OH group at the A-ring of the E1-molecule plays a decisive part in the biochemical behaviour of E1 in the human organism due to its mesomere structures and the resulting various types of radicals. In vitro experiments with MCF-7 cells showed an antiproliferative impact of E1 which was pronounced when incubating the cells in a mix of E1 and PRG. In experiments with E.coli, an antiproliferative action of VitC was found in an aerated media. The present work focuses on hypothetical biological pathways in the metabolism of the estrogen E1. Different possible reaction mechanisms are discussed and offer new approaches in understanding the role of E1 as a potential radical inducer in the human organism. The obtained results could contribute precious approaches for the therapeutic application of estrogens and could make a simultaneous substitution of VitC conceivable.

Zusammenfassung (Deutsch)

Der Ursprung der Krebsentstehung ist und bleibt eines der erstaunlichsten Mysterien in der Wissenschaft. Als Beispiel für hormonabhängige Typen von Krebs verdeutlichen einige Brustkrebsarten den Einfluss von Hormonen bei der Kanzerogenese. In den vergangenen Jahren galt das besondere Interesse der Forschung der Bildung von Hormonen und deren Abbau von Stoffwechselprodukten und Schicksal in der weiblichen Brust und im Endometrium. Freie Radikale werden permanent im menschlichen Organismus gebildet. Diese kurzlebigen Atome oder Moleküle beeinflussen die Metabolisierung der Östrogene und können dadurch Schäden in der DNA verursachen. Es wurde herausgefunden, dass verschiedene biologische Stoffe und Hormone solvatisierte Elektronen (e-aq) abgeben können, wenn man sie in ihrem Singlet-State im polaren Medium einer Ethanol (EtOH)-Wasser Mischung anregt. Eine aktuelle Studie zeigt, dass die Elektronenemission bei Östrogenen an der pi-Elektronen Struktur des A-rings stattfindet, was an der OH-Gruppe einen intramolekularen Transfer von Elektronen zur Folge hat. Dieser Prozess führt zu einigen mesomeren Strukturen eines Phenoxylradikals (O2*-, OH*-). Jede dieser Radikalstrukturen kann zur Bildung von Metaboliten führen, die unterschiedliche biologische Eigenschaften besitzen.

Basierend auf diesen Beobachtungen war es von Interesse, die emittierten Elektronen von dem Östrogen Estron (E1) und Vitamin C (VitC) zu bestimmen, um einen tieferen Einblick in die Reaktionsmechanismen zu erhalten. Die Quantenausbeuten, Q(eaq-), von E1 und VitC wurden bestimmt und verglichen. HPLC-Analysen wurden durchgeführt, um den Abbau von E1 und VitC zu beobachten und deren resultierende Produkte zu analysieren.

Die Ergebnisse der Untersuchungen ermöglichten eine Aufstellung vom hypothetischen, chemischen Verhalten der Substanzen in der Krebsentstehung.

Die Ergebnisse zeigten, dass E1 und VitC beide potente Elektronendonoren sind. Die Ausbeute an Elektronen ist dabei abhängig von der Substratkonzentration, vom pH und von der Temperatur. Es konnte ein verzögerter Abbau von E1 durch den Elektronentransfer von VitC beobachtet und in HPLC-Analysen bestätigt werden. Die VitC induzierte Regeneration von E1 könnte zu einer verzögerten Bildung von E1-Radikalen und potentiell kanzerogenen Metaboliten führen. Weiteres wurde bestätigt, dass die funktionelle -OH Gruppe am A-Ring des E1-Moleküls wegen seiner mesomeren Strukturen und den daraus resultierenden unterschiedlichen Radikalen eine bedeutende Rolle im biochemischen Verhalten von E1 im menschlichen Organismus spielt. In vitro Experiment emit MCF-7 Zellen zeigten einen antiproliferativen Einfluss von E1, der durch die gleichzeitige Anwendung von PRG verstärkt wurde. Experimente mit E.coli verdeutlichten einen antiproliferativen Effekt von VitC in lufthältigem Medium.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit hypothetischen biologischen Metabolisierungspfaden von E1. Unterschiedliche mögliche Reaktionsmechanismen werden dabei diskutiert und bieten neue Ansätze im Verständnis über die Rolle von E1 als potentieller Radikalspender im menschlichen Organismus. Die erhaltenen Ergebnisse könnten interessante Ansätze für die therapeutische Anwendung von Östrogenen bieten und ziehen eine gleichzeitige Susbtitution von VitC in Betracht.