Endokrine Disruptoren Flashcards
ED
Es gibt viele Synonyme wie ED (z.B. Endocrine modulators, Exohormones, Hormonally active
chemicals,…); wird auch für Industriechemikalien unter REACH verwendet
“Endokrine Disruption” ist kein toxikologischer Endpunkt, sondern einer von vielen Mechanismen, die
zu einem adversen Effekt führen können,
WICHTIG: Unterscheidung ED human health (HH) oder ED environment (ENV), seperate Bewertung!
Def ED
ED: „An endocrine disruptor is an exogenous substance or mixture that alters function(s)
of the endocrine system and consequently causes adverse health effects in an intact organism, or its
progeny, or (sub)populations”.
Adverse Effekt
“a measured endpoint that displays a change in morphology, physiology, growth,
development, reproduction, or life span of a cell or organism, system, or population that results in an
impairment of functional capacity, an impairment of the capacity to compensate for additional stress,
or an increase in susceptibility to other influences”
ED Stoffe
- Stoffe – Hormonsystem interagieren -> keine Eds „hormonell wirksame Stoffe“
- Stoffe – schädigende Wirkung -> Eds
o ED, menschliche Gesundheit: Reduzierte Anzahl an Spermien, genitale Missbildungen
o ED, Umwelt: Fortpflanzungsschädigungen, die zum Rückgang der Population führen
Endokrine Wirkung
Zeitpunkt der Exposition wichtig (Paracelsus)
Stoffeinteilnug
Stoffe natürlichen Ursprungs
Stoffe synthetischen Ursprungs (Xenohormone)
Stoffe natürlichen Ursprungs
gelangen durch Tiere, Menschen, Pflanzen in die Umwelt und können an anderen Organismen
wirken. Z.B. gelangen menschl. Hormone nach der Kläranlage in Oberflächengewässer und könnten
somit Fischpopulationen beeinflussen
Bsp.: Mensch: 17-beta-Estradiol, pflanzliche Hormone: Isoflavinoide (Sojabohne, Rotklee)
Stoffe synthetischen Ursprungs
- Menschen entwickelten Arzneimittel, mit Intention hormonwirksam zu sein; Bsp.: Pillenhormon 17-
alpha-Ethinylestradiol - von Menschen entwickelte Industriechemikalien in Konsumentenprodukten Bsp.: Pthalate,
Bisphenol A - von Menschen entwickelte Pestizide, Bsp.: Unkrautvernichtungsmittel Atrazin
Wirkung
- Akute/chronische Effekte
- Wirkungen oft im ng/L Bereich
- additiv in Mischungen
- “Tarnkappen-Chemikalien”: wirken oft unterhalb der üblichen Schwellenwerte, oft auch
unterhalb der chemisch-analytischen Nachweisgrenze - Wirkungen können oft nur durch Exposition in sensiblen Entwicklungsphasen auftreten
Wirkung …
- Rezeproanbindung (Induktion od Inhibitation)
- Hormonsynthese und Hormontransport: wirken auf 1 oder mehrere Hormonsysteme: ER
(östrogen), AR (androgen), PR (progesteron), TR
(thyroidal), GR (glucokortikoida)
Basenpaarbildung
Zwei Nukleotide auf gegenüberliegenden komplementären DNA- oder RNA-Strängen, die über
Wasserstoffbrücken verbunden sind, werden als Basenpaar bezeichnet (oft abgekürzt mit bp).
Bei der Watson-Crick-Basenpaarung bildet Adenin (A) ein Basenpaar mit Thymin (T)/Uracil (U),
Guanin (G) mit Cytosin (C) in der DNA.
Chromosomen
Besteht aus 2 Chromatifiden
Chromatin: Nukleinsäure Protein Komplex (DNA, Histone, nicht
Histon artigen Proteinen)
Mutagenität
Bezeichnet die Einführung dauerhafter, übertragbarer Veränderungen in der Menge oder Struktur des
genetischen Materials von Zellen oder Organismen.
Veränderungen können eine einzelne Base, ein Gen oder ein Gensegment, einen Block von Genen
oder Chromosomen betreffen
Unterschiedliche Mutagenitätsendprodukte
Genmutation
Klastogenität
Aneuploidie
Genmutation
bezieht sich auf dauerhafte Veränderungen in den Basensequenzen eines
bestimmten Gens
Klatogenität
für Agenzien verwendet, die zu strukturellen Chromosomenaberrationen
führen. Klastogen verursacht Brüche in Chromosomen => Verlust/Umlagerung von
Chromosomensegmenten
Aneuploidie
bezieht sich auf die Wirkung von Agenzien, die zu einer Veränderung
(Zunahme/Verlust) der Chromosomenzahl in Zellen führen. Aneugen verursacht
Verlust/Zunahme von Chromosomen
Wodurch Mutationen?
Durch gentoxische SToffe
Welche Mutagene gibt es?
Röntgenstrahlen, Ionisierenden Strahlen (DS/SS-
Brüche), UV-Strahlen (Dimere, Photoprodukte),
Senfgas, Reaktive Sauerstoffspezies (ROS),
Medikamente, Lebensmittel, Industriechemikalien
Gentoxizität
…bezieht sich auf Prozesse, die die Struktur, den Informationsgehalt oder die Segregation der DNA
verändern und nicht mit Mutagenität verbunden sind
Gentoxizität Tests
Tests zur Gentoxizität umfassen Tests, die einen Hinweis auf eine induzierte Schädigung der DNA
(aber keinen direkten Nachweis einer Mutation) durch Effekte geben, wie:
* Schwesterchromatidaustausch (SCE)
- DNA-Strangbrüche
- DNA-Adduktbildung oder mitotische Rekombination
- sowie Tests auf Mutagenität
Punktmutationen
Bei einer Punktmutation wird ein einzelnes Basennukleotid durch ein anderes ersetzt. Umfasst auch Insertionen oder Deletionen eines einzelnen Basenpaares (wirken sich eher negativ auf das synthetisierte Protein aus, da die Nukleotide immer noch in Tripletts, aber in verschiedenen Frames gelesen werden - eine Mutation, die als Frameshift-Mutation bezeichnet wird). Häufig werden Basen modifiziert (N- oder O-Atomen) → Oxidation, Desaminierung, bzw. nucleophile Substitution
Kategorisierbar bei kodierenden Sequenzen
- Nonsense-Mutationen: kodieren für einen Stopp, der das Protein abschneiden kann
- Missense-Mutationen: Sie kodieren für eine andere Aminosäure
- stille Mutationen: kodieren für die gleiche Aminosäure
DNA Addukte
Ein Addukt ist eine Substanz, die sich kovalent an ein anderes Molekül, z.B. die DNA, binden kann und dadurch die Form und Funktionalität z.B. der DNA verändert. Die Bildung von DNA Addukten wird mit Mutagenität und damit der Entstehung von Tumoren in Verbindung gebracht.
Interkalierende Substanzen
Interkalation ist der reversible Einschluss eines Moleküls (oder einer Gruppe) zwischen zwei anderen
Molekülen (oder Gruppen)
Chromosomen Veränderung - Struktur
- Deletion: ist der Verlust von genetischem Material
- Duplikation: darunter versteht man die Verdopplung eines DNA-Bereichs
- Inversion: ist eine Chromosomenumlagerung, bei der ein Segment eines Chromosoms von
einem Ende zum anderen umgedreht wird - Insertion: ist der Zugewinn an genetischem Material
- Translokation: ist eine Chromosomen-anomalie, die durch eine Umlagerung von Teilen
zwischen nicht-homologen Chromosomen verursacht wird
Chromosomen Veränderung Anzahl
- Aneuploidie Veränderung der Anzahl der Chromosomen (z.B. Trisomie 21 = Down Syndrom)
Ziel der Testung
- Bewertung des Potenzials zur Auslösung gentoxischer Wirkungen (kann zu Krebs führen)
- Nachweis einer positiven Korrelation zwischen der Mutagenität von Stoffen in vivo und ihrer
Kanzerogenität bei Tieren. - Risikobewertung und Einstufung & Kennzeichnung: Wirkweise (Mode of Action) & Threshold
vs. Non-threshold Mutagenen z.B. Mutationen in DNA-Reparatur Genen, Proto-onkogenen,
Tumor-Suppressor Genen - Mutationen in somatischen Zellen können letal oder kanzerogen sein.
- Alle bekannten Keimzellenmutagene sind in somatischen Zellen in vivo mutagen. Bei Stoffen,
die in vivo keine Mutationen in somatischen Zellen auslösen, ist nicht zu erwarten, dass sie
auf Keimzellen mutagen wirken. - Mutationen in Keimzellen sind vererbbar
Mutagene Testung
in silico
in virto
in vivo
M in silico Tests
zur Mutagenität können aus (Q)SAR-Modellen [quantitative Struktur-AktivitätsBeziehung] abgeleitet
werden
M in virto Tests
mit kultivierten Bakterienzellen, menschlichen oder anderen Säugetierzellen. Substanzen müssen oft
über die S9-Fraktion (=Rattenleberhomogenat nach Behandlung mit Arochlor, das metabolisierende
Enzyme enthält → 9.000 x g) aktiviert werden, um Mutationen nachzuweisen.
M in vivo Tests
es werden Tiere verwendet, bei denen der Stoffwechsel und die Toxikokinetik berücksichtigt werden
Leitlinien und Strategien
15 OECD-Test für in-vitro & in-vivo Genotxizität: lassen sich grob in in-vitro-Tests in Bakterienzellen,
in-vitro-Tests in Säugetierzellen und in-vivo-Tests unterteilen.
Im Rahmen der Gesetzgebung & REACH wird eine ähnliche Teststrategie vorgeschlagen:
o Genmutationstest in Bakterien (Ames) ± Stoffwechselaktivierung (S9) - z. B. OECD 471
o In-vitro-Säugetierzelltest ±S9 - z. B. In-vitro-Mikronukleustest - OECD 487
=> bei positiven Ergebnissen: weitere Tests in-vivo
=> in-vivo-Tests an somatischen Zellen - z.B.:
o Knochenmark von Nagetieren - OECD 475 - oder
o Mikronukleustest im peripheren Blut der Maus - OECD 474
=> bei positivem Ergebnis: Mutagenität in Keimzellen sollte in Betracht gezogen werden Test auf
Chromosomenaberrationen in Säugetierspermatogonien - OECD 483
OECD TG 471
Verwendung: min. 5 versch. Bakterienstämme
Testsystem: Negativ-/Positivkontrollen
Endpunkt: Anzahl der Revertanten/Platte
Spontane Mutation in neg. Kontrolle = Hintergrund
Positiv: mind. 1 Stamm erhöht die Anzahl der
Revertanten oder klare Dosis-Wirkungs-Beziehung
(Revertanten steigen mit der Substanzkonzentration)
Testsubstanz (TS): darf nicht zytotoxisch sein
Menge an TS: max. 5 mg oder 5 μl Platte
nur ein erstes Screening auf genotoxische Aktivität!
Biologische Relevanz: Der Test wird mit Bakterien und nicht mit Säugetieren durchgeführt, und er
wird in vitro und nicht in vivo durchgeführt
In Vivo Tests
Somatische Zellen → Keimzellen bei Bedarf
Genmutationstests, Chromosomale Veränderungen, Chr. Veränderungen & Anzahl der Chromosomen
Micornucleus test
Test benötigt kultivierte Zellen. Mikrokerne entstehen vermehrt in
Gegenwart genotoxischer Stoffe durch fehlerhafte Zellteilung,
wobei die Chromosomen nicht richtig auf die Tochterzellen
verteilt werden. Im Mikroskop sieht man extranukleäres DNA-
Material.
Grenzwerte
Umwelt: PNEC: Predicted No Effect Concentration
Gesundheit: DNEL: Derived No Effect Level
DMEL: Derived Minimal Effect Level
Sicherheitsfaktoren
Gesamter Sicherheitsfaktor durch Multiplikation der einzelnen SF
Wie leitet man einen DMEL ab?
verschiedene Methoden
- Linearisierte Methode: Extrapolation von hoher zu niedriger Dosis mit Hilfe von SF
- Large Assessment Factor approach (ESFA-Approach): Entwicklung für Kontaminationen in Nahrungsmitteln
- Verwendung anderer Methoden möglich
Kanzerogene Stoffe ALARA
Das ALARA-Prinzip steht für „so niedrig wie vernünftig erreichbar“, d.h. Risiken werden so
weit reduziert, wie es technisch machbar und wirtschaftlich finanzierbar ist. Dabei werden
gesundheitliche Risiken bewusst in Kauf genommen.
Risiko?
Bei der Risikocharakterisierung wird der entsprechende DNEL-/DMEL-Wert mit der Exposition einer
(wahrscheinlich) exponierten Bevölkerungsgruppe verglichen.
Das Risiko für den Menschen kann als angemessen beherrscht betrachtet werden, wenn die
berechneten Expositionshöhen die abgeleiteten DNEL- /DMEL-Werte nicht überschreiten
Europäische Chemikalienagentur (ECHA)
Das Ziel der ECHA ist es, für alle Stoffe, die in Mengen > 1 Tonne pro Jahr registriert werden, bis Ende
2027 festzustellen, ob sie eine Priorität für das regulatorische Risikomanagement besitzen; derzeit
eine niedrige Priorität für weitere Regulierungsmaßnahmen; oder eine Priorität für die
Datengenerierung
Überblick über Informationen zur Toxizität
Es gibt eine Tabelle für Industriechemikalien, mit verschiedenen Gesundheit Bedenken.
New Approach Methods (NAMS)
keine rechtlichen Definitionen vorhanden
Jede gültige und relevante Technologie, Methodik, jeder Ansatz/Strategie oder Kombination davon,
die darauf abzielt, Informationen über chemische Gefahren, Exposition und Risikobewertung zu
liefern, um Tierversuche zu reduzieren, zu verbessern oder zu ersetzen.
-> langfristiges Ziel: keine Tierversuche für regulatorische Zwecke
Next Generation Risk assessment (NGRA) - warum
Informationen zur Verwendung und Exposition, Geschwindigkeit der Bewertung, Ethik, Fokus,
Effizienz, Wissenschaft, Konsistenz/Kohärenz
NGRA Voraussetzungen für die Verwendung
Grundlagen – Voraussetzungen für die Verwendung: Bioassays, in-vitro; relevant: Verbindung zw.
molekularem Ereignis u. einem schädigenden Effekt
OMICS Vorteile
- Schnelle und kosteneffiziente Generierung von Daten über biologische Wirkungen
- Gleichzeitige Untersuchung mehrerer biologischer Wege
- Messung der Veränderungen in biologischen Stoffwechselwegen, bevor adverse Effekte
auftreten - Identifizierung von Biomarkern, die adverse Effekte „vorhersagen“
OMICS Nachteile
- Komplexe und riesige Datenmengen
- Ergebnisinterpretation schwierig
TTC
Threshold of toxicological concern
TTC Wann?
Struktur ist bekannt (ähnliche Stoffe, read-across), Exposition ist eher gering, kann berechnet werden,
Daten zur Gefahrenbewertung unvollständig, „Grenzwert“
TTC Wann nicht?
wenn es für Einzelstoffe Informationen gibt, ausgeschlossen für z.B. hochwirksame Kanzerogene
TTC Warum?
Überprüfung und Priorisierung von Chemikalien
TTC Anwedungen
Bewertung von Verunreinigungen im Biozid Recht, Beurteilung von Aromastoffen,
Pestizidmetaboliten im Grundwasser, Screening von PMT-Stoffen
TTC Anwendbarkeit auf endokrine Stoffe?
wenn ED, dann Risikobewertung (kein TTC)
wenn die Relevanz für den Menschen unklar, → Fall-zu Fall Entscheidung, ob anwendbar
weitere Forschung nötig
TTC Grenzwerte
- DNA-reaktive Mutagene u./od. Kanzerogen: 0.0025 μg/kg Körpergewicht/Tag
- Organophosphate / Carbamate: 0.3 μg/ kg Körpergewicht/Tag
- anderen Substanzen eingeteilt nach Cramer Klassen: I (low): 30 μg/ kg Körpergewicht/Tag
II (medium): 9 μg/ kg Körpergewicht/Tag; III (high): 1.5 μg/ kg Körpergewicht/Tag
