Entstehung von Darmkrebs: Wie Häm-Eisen aus rotem Fleisch gesunde Darmzellen schädigt

Um zu verstehen, welche Rolle Häm-Eisen in der Entstehung von Darmkrebs spielt, hat das Team um Prof. Fahrer aus der Lebensmittelchemie und Toxikologie an der TUK sowie am Institut für Toxikologie der Universitätsmedizin Mainz die Effekte der organischen Eisenverbindung auf gesunde und auf entartete Darmkrebszellen analysiert. Zudem haben sie untersucht, inwieweit sich das organische Häm-Eisen von anorganischen Eisenformen wie z. B. Eisenchlorid in der möglichen toxischen Wirkung unterscheidet. Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit WissenschaftlerInnen der Universität Konstanz und der Universität Potsdam durchgeführt und durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft finanziell unterstützt.

Die ForscherInnen konnten zunächst zeigen, dass Häm-Eisen in physiologisch relevanten Konzentrationen, wie sie im Darm auftreten können, die Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies fördert und Schäden an der DNA verursacht. „Diese Effekte waren bei den anorganischen Eisenverbindungen nur gering ausgeprägt“, ergänzt Dr. Nina Seiwert, Erstautorin der Studie und Postdoktorandin in der AG Fahrer. So führte Häm-Eisen, aber nicht das anorganische Eisen, zum Absterben der normalen Darmzellen, was auch in sog. Organoiden aus gesundem Darmgewebe bestätigt werden konnte. „Hierbei handelt es sich quasi um ein Miniorgan, das in Kulturschalen eingebettet in einer Matrix mit speziellem Nährmedium wächst“, erläutert Dr. Seiwert. Interessanterweise zeigten die Darmkrebszellen jedoch eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Häm-Eisen und überlebten trotz der Schäden.

Im weiteren Verlauf erforschte das Team die Antwort auf zellulärer Ebene und konnte zeigen, dass Häm-Eisen einen zellulären Sensor für oxidativen Stress aktiviert und dadurch in Darmzellen das Enzym HO-1 produziert wird. „HO-1 ist verantwortlich für den Abbau von Häm-Eisen zu anorganischem Eisen und weiteren Produkten“, so Prof. Fahrer. Um die Rolle der HO-1 genauer zu ergründen, bedienten sich die WissenschaftlerInnen pharmakologischer und molekulargenetischer Methoden. War die Produktion von HO-1 entsprechend deaktiviert, stieg die Konzentration reaktiver Sauerstoffspezies stark an, was zu vermehrten oxidativen DNA-Schäden und schlussendlich Zelltod führte.

„Zusammengenommen illustrieren diese Befunde, dass freies Häm-Eisen in Zellen toxisch wirkt und HO-1 eine ganz wichtige Schutzfunktion einnimmt“, so Fahrer. Die Studie liefert einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der toxischen Wirkung von Häm-Eisen in Darmzellen und zeigt auf, wie es als Bestandteil von rotem Fleisch die Entstehung von Darmkrebs begünstigen kann.

Literatur:
1. Seiwert N et al.: Heme oxygenase 1 protects human colonocytes against ROS formation, oxidative DNA damage and cytotoxicity induced by heme iron, but not inorganic iron. Cell Death Dis 2020; 11(9): 787.

Quelle:
TU Kaiserslautern, Pressemeldung vom 13.10.2020