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Impact of coffee consumption on DNA stability and redox status in humans
Christine Hölzl
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Siegfried Knasmüller
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29823.73627.385664-4
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Kaffee ist eines der am häufigsten konsumierten Getränke weltweit. Epidemiologische Studien zeigten einen inversen Zusammenhang zwischen Kaffeekonsum und der Inzidenz von Krankheiten, an deren Auslösung reaktive Sauerstoffspezien beteiligt sind (z.B. Diabetes, neurodegenerative Erkrankungen, Krebs). Es liegen allerdings nur wenige, teilweise widersprüchliche Ergebnisse von humanen Interventionsstudien vor.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Klärung der Frage, ob Kaffeekonsum beim Menschen einen Einfluss auf den oxidativen Status und auf die Stabilität der Erbsubstanz hat. Deshalb wurden humane Interventionsstudien durchgeführt und verschiedene Parameter des oxidativen Stresses bestimmt. Einer der Hauptparameter war die Messung der DNA Stabilität mit dem Einzelzellgelelektrophorese Test (Komet Assay). Das Prinzip des Komet Assays basiert auf der Messung der DNA Wanderung im elektrischen Feld. Dieses Verfahren wird zunehmend eingesetzt um DNA-schützende Wirkungen von Nahrungsmittelinhaltsstoffen zu untersuchen.
Die Ergebnisse der ersten humanen Pilotstudie (n=8, 600ml/P/T, 5 Tage) zeigten, dass Kaffeekonsum vor oxidativen DNA Schäden schützt. Bei der darauffolgenden zweiten Arbeit handelte es sich um eine erweiterte Interventionsstudie (n=29, 800 ml/P/T, 5 Tage), die mit einer neu entwickelten Instantkaffeesorte durchgeführt wurde. In dieser umfangreichen kontrollierten klinischen Studie wurden dieselben DNA Stabilitätsparameter wie in der ersten Studie gemessen, sowie zusätzliche Parameter des oxidativen Status (z.B. Lipidperoxidation und diverse antioxidativ wirksame Enzyme). In dieser Studie detektierten wir eine Reduktion der endogenen Bildung von oxidierten Purinen und Pyrimidinen, sowie eine Abnahme der Sensitivität gegenüber ROS (H2O2) induzierten DNA Schäden. Diese Effekte waren jedoch nur im Falle der oxidierten Purine bei den weiblichen Probanden signifikant. Weiters waren die F-2 Isoprostan und 3-Nitrotyrosin Konzentrationen deutlich erniedrigt. Diese zwei Endpunkte sind Biomarker für bestimmte Krankheiten, wie z.B. neurodegenerative Erkrankungen und Herz-Kreislauferkrankungen.
Die dritte Arbeit beschreibt humane Interventionsstudien die mit gefiltertem und ungefiltertem Kaffee durchgeführt wurden und deren Auswirkung auf die Glutathione-S-Transferase (GST) Aktivität. GST ist an der Detoxifizierung von elektrophilen Metaboliten verschiedener genotoxischer Kanzerogene beteiligt und ist auch antioxidativ wirksam. Wir detektierten in diesen Studien eine deutliche Erhöhung des Isoenzyms GSTP. Dies erklärt möglicherweise die verringerte Sensitivität der Lymphozyten der Probanden gegenüber der DNA Schädigung induziert durch einen reaktiven Benzo(a)pyrene Metaboliten.
Die Ergebnisse der Interventionsstudien deuten darauf hin, dass Kaffeekonsum einen positiven Einfluss auf die DNA Stabilität hat und liefern eine mögliche Erklärung für die Befunde von epidemiologischen Studien die zeigen, dass Kaffeekonsum vor Krankheiten schützt, die mit reaktiven Sauerstoffspezien und DNA Instabilität in Zusammenhang stehen.
Abstract
(Englisch)
Coffee is one of the most widely consumed beverages worldwide. Epidemiological data suggest that an inverse association exists between coffee consumption and the incidence of diseases in which reactive oxygen species (ROS) are involved, such as diabetes, neurodegenerative disease and cancer. However, experimental data from human intervention trials are scarce and partly controversial.
Aim of the present work was to investigate the impact of coffee consumption on DNA stability and on the redox status in humans. Therefore, intervention studies were carried out and different parameters of oxidative stress were determined. The main parameter was DNA stability, which was monitored in single cell gel electrophoresis (SCGE or comet) assays. This
technique is based on the determination of DNA migration in an electric field and is increasingly used to study DNA-protective effects of dietary factors.
The results of a small preliminary human intervention trial (n=8, 600 ml/P/day, 5 days) indicate that coffee consumption prevents oxidative DNA damage. In the subsequent larger controlled crossover study, a new type of instant coffee (n=29, 800 ml/P/d, 5 days) was used. As in the first trial, SCGE assays were performed and additionally also a panel of oxidative parameters (such as lipid peroxidation, antioxidant enzymes, intracellular ROS) were determined. We detected a decrease of the endogenous formation of oxidised purines and pyrimidines and decreased sensitivity towards ROS (H2O2) induced DNA damage. None of these effects reached significance, only in the case of oxidised purines (detected with a lesion specific enzyme) the reduction was significant in females. Furthermore, a significant reduction of F2-isoprostane and 3-nitrotyrosine levels was observed after coffee drinking. Elevated levels of these endpoints are indicative for increased risks of certain diseases, such
as neurological disorders and cardiovascular disease. The last article describes the results of human intervention trials, which were designed to investigate the impact of coffee intake (1L/P/d, 3-5 days) on glutathione-S-transferase activities (GSTs). The results indicate that coffee consumption leads to an increase of the isoenzym GSTP in plasma. This isoenzyme is involved in the detoxification of electrophilic metabolites of different groups of genotoxic carcinogens and possesses antioxidant properties. This observation may explain the lower sensitivity of the lymphocytes of the volunteers towards exogenous induced DNA damage by a reactive benzo(a)pyrene metabolite after coffee intake.
Overall, the results of these experiments suggest that coffee protects humans against adverse health effects caused by DNA damage. This provides a possible explanation for the results obtained in epidemiological studies indicating that coffee intake is inversely related with the incidence of diseases associated with cellular damage by reactive oxygen species and DNA instability.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
coffee DNA stability reactive oxygen species intervention study comet assay
Schlagwörter
(Deutsch)
Kaffee DNA Stabilität reaktive Sauerstoffspezien Interventionsstudie Komet Assay
Autor*innen
Christine Hölzl
Haupttitel (Englisch)
Impact of coffee consumption on DNA stability and redox status in humans
Paralleltitel (Deutsch)
Einfluss des Kaffeekonsums auf die DNA Stabilität und den Redoxstatus
Publikationsjahr
2009
Umfangsangabe
154 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Michael Murkovic ,
Elke Anklam
AC Nummer
AC07451707
Utheses ID
6634
Studienkennzahl
UA | 091 | 474 | |