Häm-Eisen in rotem Fleisch schädigt gesunde Darmzellen

Die organische Verbindung "Häm-Eisen" steht im Verdacht, die Entstehung von Darmkrebs zu fördern. Ein Forschungsteam der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) konnte jetzt die toxische Wirkung von Häm-Eisen in gesunden Darmzellen beschreiben. Das Protein Hämoxygenase-1 (HO-1) fungiert dabei als wichtiger Schutzfaktor.

Viel agressiver als anorganische Eisenformen

Die organische Verbindung "Häm-Eisen" steht im Verdacht, die Entstehung von Darmkrebs zu fördern. Ein Forschungsteam der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) konnte jetzt die toxische Wirkung von Häm-Eisen in gesunden Darmzellen beschreiben. Das Protein Hämoxygenase-1 (HO-1) fungiert dabei als wichtiger Schutzfaktor, indem es freies Häm in der Zelle abbaut und so dessen schädigenden Effekt verhindert.

Darmkrebs ist eine der drei häufigsten Krebsarten weltweit. In letzter Zeit gab es einen kontinuierlichen Anstieg von Neuerkrankungen bei Menschen zwischen 20 bis 50 Jahren. Ein Grund könnten veränderte Ernährungsgewohnheiten sein – etwa der übermäßige Verzehr von rotem Fleisch.

Ein Team um Professor Fahrer aus der Lebensmittelchemie und Toxikologie an der TUK sowie am Institut für Toxikologie der Universitätsmedizin Mainz wollte wissen, welche Rolle Häm-Eisen dabei spielt und hat die Effekte der organischen Eisenverbindung auf gesunde Darmzellen und entartete Darmkrebszellen analysiert. Er klärte auch auf, inwieweit sich das organische Häm-Eisen von anorganischen Eisenformen wie Eisenchlorid in der möglichen toxischen Wirkung unterscheidet. An der Studie waren auch Forschende der Universität Konstanz und der Universität Potsdam beteiligt.

Häm-Eisen verursacht Schäden an der DNA

Häm-Eisen förderte in physiologisch relevanten Konzentrationen, wie sie im Darm auftreten können, die Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies und verursachte Schäden am Erbgut, der DNA. Bei den anorganischen Eisenverbindungen seien diese Effekte nur gering ausgeprägt gewesen, sagt Dr. Nina Seiwert, Erstautorin der Studie und Postdoktorandin in der Arbeitsgruppe Fahrer. So hätte Häm-Eisen, aber nicht das anorganische Eisen, zum Absterben der normalen Darmzellen geführt. Das konnte an Organoiden aus gesundem Darmgewebe bestätigt werden. Laut Dr. Seiwert handele es sich um eine Art Miniorgan, das in Kulturschalen eingebettet in einer Matrix mit speziellem Nährmedium wachse. Die Darmkrebszellen hätten jedoch eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Häm-Eisen gezeigt und trotz der Schäden überlebt.

HO-1 hilft den Darmzellen, Häm-Eisen abzubauen

Wie ist die Antwort auf zellulärer Ebene? Im weiteren Verlauf aktiviert Häm-Eisen einen zellulären Sensor für oxidativen Stress, wodurch in Darmzellen das Enzym HO-1 produziert wird. "HO-1 ist verantwortlich für den Abbau von Häm-Eisen zu anorganischem Eisen und weiteren Produkten", erklärt Fahrer. Um die Rolle der HO-1 genauer zu ergründen wurden pharmakologische und molekulargenetische Methoden angewendet. War die Produktion von HO-1 deaktiviert, stieg die Konzentration reaktiver Sauerstoffspezies stark an, was zu vermehrten oxidativen DNA-Schäden und schlussendlich Zelltod führte.

Laut Fahrer zeigen die Befunde, dass freies Häm-Eisen in Zellen toxisch wirkt und HO-1 eine ganz wichtige Schutzfunktion einnimmt. Die Studie erklärt die toxische Wirkung von Häm-Eisen in Darmzellen und zeigt, wie es als Bestandteil von rotem Fleisch die Entstehung von Darmkrebs begünstigen kann.

Quelle:
Seiwert N, Wecklein S, Demuth P, Hasselwander S, Kemper TA, Schwerdtle T, Brunner T, Fahrer J. 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. doi: 10.1038/s41419-020-02950-8. https://www.nature.com/articles/s41419-020-02950-8

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