News: Blockade im Spell-Check
Bislang wusste niemand genau, wie Cadmium aus Metallstaub und Zigarettenrauch Lungenkrebs verursachen könnte. Das Schwermetall, so fanden Wissenschaftler nun heraus, schädigt nicht unser Erbgut selbst, sondern verhindert dessen Korrektur.
© Dmitry Gordenin (Ausschnitt)
Ein empfindlicher Code ist unsere Erbinformation. Zusammengeknäult liegt sie im Zellkern unserer Zellen, und schon kleinste Schäden – beispielsweise verursacht durch UV-Licht oder Chemikalien – können verheerende Folgen haben: Der Zellzyklus gerät außer Kontrolle, Zellen teilen sich ungehemmt und Krebsgeschwüre entstehen.
Cadmium aus Batterien, Metallen, Zigarettenrauch und Plastik, so vermuteten Wissenschaftler seit langem, ist ein solcher kanzerogener Stoff. Es führt nicht nur zu Lungen- und Nierenschäden, wenn Partikel über die Luft oder die Nahrung in unseren Organismus gelangen. Über einen längeren Zeitraum eingeatmet verursacht es bei Rauchern und Arbeitern der Metallindustrie auch Lungenkrebs. Wie genau das Element aus der Erdkruste Schäden in unserer DNA verursacht, war bislang jedoch unklar.
Yong Hwan Jin und seine Kollegen des National Institute of Environmental Health Sciences nahmen die Wirkung des Elementes deshalb genauer unter die Lupe. Sie behandelten Zellen der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae mit Cadmiumchlorid, einer sehr reaktiven und daher aggressiven Form des Schwermetalls.
Dabei zeigte sich, dass das Cadmium nicht die DNA der Hefezellen direkt angreift, sondern einen wichtigen DNA-Korrekturmechanismus blockiert – mit gravierenden Folgen. Denn unsere gesamte DNA wird während jeder Zellteilung verdoppelt und an die neuen Tochterzellen weitergegeben. Schleichen sich bei dieser Verdopplung Fehler ein, so werden fehlerhafte oder falsch positionierte Bausteine in der DNA-Kopie normalerweise von Enzymen der so genannten Mismatch-Reparatur ausgeschnitten und korrekt ersetzt.
"Da Cadmium die Mismatch-Reparatur nach der DNA-Replikation blockiert, kann sich die Anzahl der Mutationen bis um das Zweitausendfache erhöhen", erklärt Michael Resnick, einer der Wissenschaftler um Yong Hwan Jin. "Die Fehler, die dann beim Ablesen des Codes entstehen, können katastrophale Folgen haben." Bis zu 50 Prozent der Mutationen wurden laut den Ergebnissen des Forscherteams aufgrund der Cadmium-Behandlung der Hefezellen nicht repariert.
In einem zweiten Experiment untersuchten die Forscher die Wirkung des Cadmiums auf die menschliche DNA. Einem Zellextrakt aus menschlichen Zellen, das sowohl fehlerhafte DNA als auch alle für die Reparatur notwendigen Enzyme enthielt, setzten die Wissenschaftler eine geringe Menge an Cadmium zu. 28 Prozent der Mutationen wurden dabei durch den Einfluss des Cadmiums nicht repariert.
"Diese Ergebnisse weisen auf einen bislang unerwarteten Mechanismus hin, der das Entstehen hoher Mutationsraten erklären könnte", sagt Susan Jinks-Robertson von der Emory University in Atlanta. Das Vorhandensein von Cadmium, das durch fossile Brennstoffe in die Flüsse und den Boden gelangt, so vermuten die Autoren der Studie, könnte demnach sogar die Evolutionsrate von Organismen beeinflussen.
Cadmium aus Batterien, Metallen, Zigarettenrauch und Plastik, so vermuteten Wissenschaftler seit langem, ist ein solcher kanzerogener Stoff. Es führt nicht nur zu Lungen- und Nierenschäden, wenn Partikel über die Luft oder die Nahrung in unseren Organismus gelangen. Über einen längeren Zeitraum eingeatmet verursacht es bei Rauchern und Arbeitern der Metallindustrie auch Lungenkrebs. Wie genau das Element aus der Erdkruste Schäden in unserer DNA verursacht, war bislang jedoch unklar.
Yong Hwan Jin und seine Kollegen des National Institute of Environmental Health Sciences nahmen die Wirkung des Elementes deshalb genauer unter die Lupe. Sie behandelten Zellen der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae mit Cadmiumchlorid, einer sehr reaktiven und daher aggressiven Form des Schwermetalls.
Dabei zeigte sich, dass das Cadmium nicht die DNA der Hefezellen direkt angreift, sondern einen wichtigen DNA-Korrekturmechanismus blockiert – mit gravierenden Folgen. Denn unsere gesamte DNA wird während jeder Zellteilung verdoppelt und an die neuen Tochterzellen weitergegeben. Schleichen sich bei dieser Verdopplung Fehler ein, so werden fehlerhafte oder falsch positionierte Bausteine in der DNA-Kopie normalerweise von Enzymen der so genannten Mismatch-Reparatur ausgeschnitten und korrekt ersetzt.
"Da Cadmium die Mismatch-Reparatur nach der DNA-Replikation blockiert, kann sich die Anzahl der Mutationen bis um das Zweitausendfache erhöhen", erklärt Michael Resnick, einer der Wissenschaftler um Yong Hwan Jin. "Die Fehler, die dann beim Ablesen des Codes entstehen, können katastrophale Folgen haben." Bis zu 50 Prozent der Mutationen wurden laut den Ergebnissen des Forscherteams aufgrund der Cadmium-Behandlung der Hefezellen nicht repariert.
In einem zweiten Experiment untersuchten die Forscher die Wirkung des Cadmiums auf die menschliche DNA. Einem Zellextrakt aus menschlichen Zellen, das sowohl fehlerhafte DNA als auch alle für die Reparatur notwendigen Enzyme enthielt, setzten die Wissenschaftler eine geringe Menge an Cadmium zu. 28 Prozent der Mutationen wurden dabei durch den Einfluss des Cadmiums nicht repariert.
"Diese Ergebnisse weisen auf einen bislang unerwarteten Mechanismus hin, der das Entstehen hoher Mutationsraten erklären könnte", sagt Susan Jinks-Robertson von der Emory University in Atlanta. Das Vorhandensein von Cadmium, das durch fossile Brennstoffe in die Flüsse und den Boden gelangt, so vermuten die Autoren der Studie, könnte demnach sogar die Evolutionsrate von Organismen beeinflussen.
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