Untersuchung von Cadmium-induzierten Veränderungen im Expressionsprofil von microRNAs

Cadmium (Cd), ein giftiges Schwermetall, gilt aufgrund seiner weitverbreiteten industriellen Verwendung und seiner Persistenz in der Umwelt als bedeutender Umweltschadstoff. Eine chronische Belastung mit Cadmium stellt eine erhebliche Gefahr für die menschliche Gesundheit dar, da es sich im Laufe der Zeit in verschiedenen Geweben anreichert und zu zahlreichen Krankheiten führt.

Aktuelle Forschung, veröffentlicht im Journal Genexpressionhat die Rolle von microRNAs (miRNAs) in den molekularen Mechanismen der Cd-Toxizität hervorgehoben. miRNAs sind kleine nicht-kodierende RNAs, die die Genexpression posttranskriptionell regulieren und eine Vielzahl biologischer Prozesse beeinflussen. Ziel dieser Übersicht ist es, den aktuellen Kenntnisstand der Cd-induzierten miRNA-Dysregulation und ihrer Auswirkungen auf den Krankheitsverlauf zusammenzufassen.

Schwermetalle werden in essentielle und nicht-essentielle Kategorien eingeteilt. Essentielle Metalle wie Mangan spielen eine entscheidende Rolle in biologischen Prozessen, während nicht-essentielle Metalle wie Cd, Blei (Pb) und Arsen (As) selbst in geringen Konzentrationen giftig sind. Diese Metalle können durch Einatmen, Verschlucken oder Hautkontakt in den menschlichen Körper gelangen und neigen dazu, sich in Geweben wie Knochen, Leber und Nieren anzureichern.

Insbesondere Cd hat eine lange biologische Halbwertszeit und ist dafür bekannt, oxidativen Stress und DNA-Schäden zu verursachen sowie den Zellstoffwechsel zu beeinträchtigen, was wiederum zu verschiedenen Krankheiten beiträgt, darunter Krebs, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Nierenschäden.

Cadmiumexposition beeinflusst die miRNA-Expression über mehrere Mechanismen. Cd kann oxidativen Stress auslösen, der zur Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) führt, die wiederum die Expression von miRNAs verändern können. Darüber hinaus kann Cd mit DNA und Proteinen interagieren und epigenetische Veränderungen verursachen, die die miRNA-Expression beeinflussen. Diese dysregulierten miRNAs können normale Zellfunktionen stören, indem sie bestimmte mRNAs gezielt abbauen oder die Translation unterdrücken, wodurch kritische biologische Prozesse beeinträchtigt werden.

Zahlreiche Studien haben die Auswirkungen von Cd auf die miRNA-Expression in verschiedenen Zelltypen und Geweben dokumentiert. So wurde beispielsweise gezeigt, dass die Exposition gegenüber Cd miR-221 hochreguliert, was mit Veränderungen des Immunsystems und einem erhöhten Krebsrisiko in Zusammenhang steht. Ebenso ist die miR-363-3p-Expression in Cd-exponierten Nierenzellen erhöht, was zu Veränderungen der Zellproliferation und Apoptose führt. Diese Erkenntnisse legen nahe, dass bestimmte miRNAs als Biomarker für die Exposition gegenüber Cd und die damit verbundenen gesundheitlichen Auswirkungen dienen könnten.

Studien an Menschen haben die Ergebnisse von In-vitro- und Tiermodellen bestätigt und gezeigt, dass Cd-Exposition zu signifikanten Veränderungen in miRNA-Profilen führt. So weisen beispielsweise Arbeiter, die beruflich Cd ausgesetzt sind, veränderte miRNA-Werte wie miR-122-5p und miR-326-3p auf, die mit der Früherkennung von Cd-Toxizität in Verbindung gebracht werden. Diese miRNAs sind an kritischen Signalwegen beteiligt, die zelluläre Stressreaktionen, Entzündungen und Apoptose regulieren, was ihr Potenzial als Biomarker zur Überwachung der Cd-Exposition und der damit verbundenen Gesundheitsrisiken unterstreicht.

Die Fehlregulation von miRNAs spielt eine entscheidende Rolle bei der Pathogenese von durch Cd-Exposition verursachten Krankheiten. Das Verständnis der spezifischen durch Cd betroffenen miRNAs und ihrer Zielpfade liefert wertvolle Einblicke in die molekularen Mechanismen der Cd-Toxizität.

Obwohl bereits erhebliche Fortschritte erzielt wurden, sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um ein einheitliches Profil der miRNA-Expression als Reaktion auf Cd-Exposition zu erstellen und wirksame Strategien zur Vorbeugung und Abschwächung der gesundheitsschädlichen Auswirkungen dieses giftigen Metalls zu entwickeln. Zukünftige Studien sollten sich auf groß angelegte Analysen der miRNA-Veränderungen in unterschiedlichen Populationen konzentrieren, um unser Verständnis von Cd-bedingten Krankheiten zu verbessern und die Maßnahmen im Bereich der öffentlichen Gesundheit zu verbessern.