Josef Köhrle und Cornelia Schmutzler (Hrsg.) Mineralstoffe Molekularbiologie Medizin. Herbert Utz Verlag München

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1 Josef Köhrle und Cornelia Schmutzler (Hrsg.) Mineralstoffe Molekularbiologie Medizin Herbert Utz Verlag München

2 Schriftenreihe der Gesellschaft für Mineralstoffe und Spurenelemente e.v. Band 2 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, der Entnahme von Abbildungen, der Wiedergabe auf fotomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben auch bei nur auszugsweiser Verwendung vorbehalten. Copyright Herbert Utz Verlag GmbH 2007 ISBN Printed in Germany Herbert Utz Verlag GmbH, München

3 Vorwort Die 22. Jahrestagung der Gesellschaft für Mineralstoffe und Spurenelemente e. V. (GMS) fand vom November 2006 in der Charité, Universitätsmedizin Berlin, CCM, und der Kaiserin-Friedrich-Stiftung Berlin statt. Die Jahrestagung 2006 stand unter dem Motto M 3 - Mineralstoffe x Molekularbiologie x Medizin und war so konzipiert, dass in dem interdisziplinären Themenfeld und der multidisziplinären Fachgesellschaft eine Verbindung zwischen klassischer und moderner Analytik, Grundlagenforschung und medizinisch-klinischer Anwendung, experimenteller Modelle und menschlicher Erkrankungen, Diagnostik und Therapie sowie Epidemiologie und individueller Betroffenheit kontrastiert aber auch komplementiert wurde; deshalb auch das Untermotto Spurenelemente und Mineralstoffe in den Lebenswissenschaften von der Forschung zur Anwendung. Die Tagung war als Fortbildungsveranstaltung von der Ärztekammer Berlin zertifiziert und wurde in englischer und deutscher Kongresssprache durchgeführt. In Plenar- und Symposiumsvorträgen und zwei Sitzungen mit Posterpräsentationen wurden alle wissenschaftlichen Aspekte der Spurenelemente und Mineralstoffe in Biomedizin, Bioanalytik und Umwelt thematisiert. Ca. 100 Teilnehmer aus dem In- und Ausland erlebten und diskutierten intensiv 23 anregende und exzellente Vorträge und über 20 Poster. Die Eröffnung des wissenschaftlichen Programms übernahm Prof. Heikki Karppanen aus Finnland, der in einem öffentlichen Vortrag, der von der GMS gemeinsam mit dem Endokrinologischen Forschungszentrum der Charité EnForCé organisiert wurde, über die Thematik Salzverbrauch und Bluthochdruck referierte. Eindrücklich dokumentierte er eine erstaunlich positive Bilanz der gesundheitlichen und epidemiologischen Auswirkungen eines erniedrigten Salzverbrauchs auf Herz-Kreislauf- und metabolische Erkrankungen in einem Teil der finnischen Bevölkerung. Dieser Vortrag hat auch sehr breites Echo in den Tagesmedien, der Öffentlichkeit und bei den Teilnehmern gefunden. Im ersten Block der Tagung stand die Analytik von Mineralstoffen, Spurenelementen und daran beteiligten Proteinen im Vordergrund. Hier wurden schwerpunktmäßig die beiden essentiellen Spurenelemente Selen und Iod und deren wechselweise Abhängigkeit im Schilddrüsenhormonsystem, aber auch bei anderen Stoffwechselprozessen beleuchtet. Bemerkenswerte Entwicklungen wurden im Bereich der Grundlagenforschung mit direkter biomedizinischer Implikation zur Kupferhomöostase bei Morbus Alzheimer und kupferassoziierter Erkran- V

4 Köhrle kungen und am Beispiel des Molybdän-Cofaktormangels präsentiert, wo für eine extrem seltene Erkrankung bereits ein gentherapeutisches orphan drug Programm initiiert wurde. Da Mineralstoffe und Spurenelemente nicht nur nützliche und positive Wirkungen, sondern auch unterschiedliches toxikologisches Potential aufweisen, wurden diese Aspekte im dritten Block behandelt. Hier konnten neue Ergebnisse zu positiven und auch negativen gesundheitlichen Auswirkungen der Eisenfortifikation und -supplementierung in Entwicklungsländern, aber auch Wirkungsmechanismen von Arsenverbindungen bei innovativer Krebstherapie vorgestellt werden. Hieraus ableitbare Fragen zur Risikobewertung von Mineralstoffen in Nahrungsergänzungsmitteln waren ebenso Thema der Tagung. Bedingt durch die enormen Entwicklungen im Feld der Untersuchungen zur biologischen Wirkung des essentiellen Spurenelements Selen und der Identifizierung des humanen Selenogenoms 2003 wurde ein Schwerpunkt der Tagung diesem essentiellen, spannenden Spurenelement Selen gewidmet. Hier wurden Aspekte des Selenstoffwechsels bei Tumor- und Autoimmunerkrankungen, im kardiovaskulären System sowie während der Entwicklung intensiv diskutiert. Insbesondere die essentiellen Funktionen von selenocysteinhaltigen Proteinen während der Entwicklung, aber auch für die Funktion des ZNS und des Herzens ergaben neue Aspekte der Forschung mit direkten Folgen für die relevante klinische Translation. Hier zeigte sich sowohl in den in vitro Zellmodellen, in den innovativen transgenen knockout- oder Überexpressionsmodellen, aber auch in epidemiologischen und klinischen Untersuchungen, dass es zu verschiedenen Wechselwirkungen und Interaktionen, z. B. zwischen Selen, Iod und Eisen beziehungsweise Selen und Kupfer oder anderen Mineralstoffen kommt. Große epidemiologische Studien, wie z. B. die Ship-Studie in Greifswald, aber auch bundesweit oder weltweit angelegte epidemiologische Erhebungen zum Iodstatus zeigten, dass leider noch immer keine umfassende, adäquate Versorgung mit dem essentiellen Spurenelement Iod im industriell hoch entwickelten Land Bundesrepublik erzielt wurde, das zumindest für die erwachsene und ältere Bevölkerung noch immer als Iodmangelgebiet betrachtet werden muss. Deshalb wird hier weitere Aufklärungsarbeit, Diskussion mit Iodgegnern, kontinuierliche Prävention und vor allem Monitoring der Iodversorgung über die nächste Zeit unabdingbar bleiben. Bei der Tagung wurde auch der Posterpreis der GMS für Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler vergeben, den Frau Dr. Tanja Schwerdtle für das Poster Genotoxic effects after copper overload erhielt. Darüber hinaus war die Verleihung des Heinz Zumkley Preises 2006 Teil des VI

5 Vorwort Programms. Dieser alle zwei Jahre vergebene Preis wurde Frau Dr. Lisa dalla Puppa für ihre Dissertationsarbeit Investigation of the effects of selenium and selenoproteins on the activation of microglia and on the protection of brain cells in oxidative stress vom Präsidenten der GMS, Prof. Michalke, überreicht nach kompetitiver Auswahl aus einer Reihe ausgezeichneter, eingereichter Arbeiten zur Mineralstoff- und Spurenelementforschung. Derartige wissenschaftliche Tagungen können natürlich nicht ohne organisatorische, strukturelle und finanzielle Unterstützung durchgeführt werden. Der Tagungspräsident und das lokale Organisationskomitee bedanken sich deshalb vor allem beim Sekretariat und dem Team des Institutes für Experimentelle Endokrinologie und des Endokrinologischen Forschungszentrums der Charité für die bereitwillige und ausgezeichnete Unterstützung, bei Frau PD Dr. Cornelia Schmutzler für die gelungene Zusammenstellung und Vorbereitung des vorliegenden Tagungsbandes und bei den Sponsoren der 22. GMS-Jahrestagung 2006 für ihre großzügige Unterstützung, die es erlaubt hat, eine wissenschaftlich ausgezeichnete Tagung mit renommierten nationalen und internationalen Referentinnen und Referenten zu gestalten, aber auch einen angenehmen Rahmen in Charité-Hörsälen bzw. der benachbarten Kaiserin Friedrich Stiftung am Robert-Koch-Platz 7 zu haben. Dem Team und der Leitung der Kaiserin-Friedrich-Stiftung sei hier besonders für die freundliche und exzellente nachbarschaftliche Aufnahme und die Bereitstellung ihrer Räume und Logistik gedankt. Bei der Durchsicht des vorliegenden Tagungsbandes werden Sie vielleicht entdecken, dass es nicht gelungen ist, alle Referentinnen und Referenten zur Abfassung eines Manuskriptes zu gewinnen. Dies ist jedoch in Zeiten der Orientierung mancher Evaluationsgremien in Fakultäten und bei Wissenschaftsorganisationen, welche Forschungsmittel gewähren, nicht verwunderlich, da leider häufig zu sehr auf fragliche oder schwer interpretierbare Impact-Faktoren geschielt wird, zu denen der grosse Zeitaufwand zur Abfassung eines Manuskriptes in einem Tagungsband natürlich nicht beiträgt. Deswegen allen Autorinnen und Autoren, die sich die Mühe gemacht haben, ihre Vorträge und Poster in die vorliegenden Textbeiträge zu fassen, herzlichen Dank und große Anerkennung für diese Mühe zusätzlich zur Übernahme eines Tagungsvortrages oder einer Posterpräsentation. Allen Lesern dieses Bandes, den Mitgliedern der GMS aber auch sonstigen, an Mineralstoffen und Spurenelementen Interessierten wünsche ich Freude bei der ersten oder für TagungsteilnehmerInnen retrospektiven Lektüre in der Hoffnung, dass hier dokumentierte wissenschaftliche Ergebnisse nicht nur eine bereits beträchtliche Buchreihe der GMS im Regal ergänzen, sondern VII

6 Köhrle diskutiert, verarbeitet und in zukünftiger Forschung, Diagnostik oder Therapieanwendung ihren Weg machen werden. Allen an der Durchführung und am Gelingen dieser 22. Jahrestagung in Berlin Beteiligten möchte ich noch einmal herzlichst für ihr Engagement und ihre Beiträge danken. Berlin, Juli 2007 Prof. Dr. J. Köhrle Ordentlicher Universitätsprofessor Charité Universitätsmedizin Berlin (Tagungspräsident 2006) VIII

7 Salzverbrauch und Bluthochdruck Kleine Änderungen in der Zusammensetzung und Menge der Mineralsalze unserer täglichen Nahrung bewirken einen enormen Rückgang der Herzkreislauferkrankungen in Finnland Heikki Karppanen Professor of Pharmacology, M.D., Ph.D. Institute of Biomedicine, Medical Faculty, University of Helsinki; Öffentlicher Vortrag in Deutsch Gemeinsam veranstaltet von EnForCé & GMS Today Finland is often called NOKIA mobile phone country or due to the PISA results the leading school education country in the world. Still in 1960s- 1970s Finland and North Karelia, in particular, was called The land of beautiful widows. In the early 1970s it was realized that mortality from cardiovascular diseases was very high in Finland in general and in the province of North Karelia in particular. Men, in particular, were prone to die at a young age from heart attack or stroke. Data illustrate the dramatic decrease in the age-standardized Coronary Heart Disease (CHD) mortality rate in Finland, both among men and among women. A combination of several factors, that is, decrease of sodium, and increase of potassium, calcium, and magnesium intakes, which are characteristic of the so-called Dietary Approaches to Stop Hypertension diets, has an excellent blood pressure lowering effect. The use of these factors together with reduced (saturated) fat/low cholesterol food should be intensified. The newest evidence indicates that sodium reduction is extremely important even for the prevention and control of obesity and diabetes. IX

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9 Inhaltsverzeichnis Vorwort.. V Öffentlicher Vortrag in Deutsch, Gemeinsam veranstaltet von EnForCé & GMS Heikki Karppanen Salzverbrauch und Bluthochdruck Kleine Änderungen in der Zusammensetzung und Menge der Mineralsalze unserer täglichen Nahrung bewirken einen enormen Rückgang der Herzkreislauferkrankungen in Finnland IX Inhaltsverzeichnis.... XI Bernhard Michalke und Peter Grill Moderne Selenanalytik... 1 Lutz Schomburg Selenstatus und Selenoprotein-Nachweis... 9 Rita Hahnewald und Jochen Reiss Pathogenese des Molybdän-Kofaktor-Mangels Development of a gene-directed orphan drug.. 21 Klaus Schümann, Bernadett Szegner und Thomas Ettle Positive und negative Auswirkungen der Gabe von Eisensupplementen auf die Gesundheit von Kleinkindern in Malaria-endemischen Gebieten Andrea Hartwig, Ingo Walter, Christina Thuy und Tanja Schwerdtle Wirkungsmechanismen von Arsenverbindungen bei der Krebsentstehung Regina Brigelius-Flohé Selen und Krankheiten des gastrointestinalen Systems Cornelia Schmutzler, Birgit Mentrup, Emine Griebert and Josef Köhrle Selenium and the thyroid gland Marcus Conrad Nichtredundante Funktionen von Thioredoxin-Reduktase 1 und Thioredoxin- Reduktase 2 bei der Embryonal- und Herzentwicklung und der Herzfunktion Markus Brielmeier Selenium and Development.. 61 XI

10 Inhaltsverzeichnis Ulrich Schweizer, Eva Wirth, Margarethe Werner, Kostja Renko, Marten Michaelis, Lutz Schomburg, Josef Köhrle, Florian Streckfuß and Stephan Roth Transgenic mouse models reveal the role of selenoproteins in brain development and function.. 63 Roland Gärtner und Matthias Angstwurm Selen und Sepsis 69 Bernadett Szegner, Thomas Ettle und Klaus Schümann Versuche zur Erfassung der 59 Fe-Aktivität in den Erythrozyten bei 59 Fe-Verteilungsstudien in Mäusen Roland Gärtner, Petra Rank und Tuelin Ergelen Iod und -Iodlacton hemmen das Wachstum von Brustdrüsen-Karzinomzellen. 81 Björn Heynisch, Kostja Renko, Birgit Hollenbach, Peter J. Hofmann, Ulrich Schweizer, Josef Köhrle and Lutz Schomburg On the influence of aminoglycoside antibiotics on the biosynthesis of selenoproteins 86 Cornelia Riese, Marten Michaelis, Franziska Götz, Josef Köhrle, Ulrich Schweizer und Lutz Schomburg Geschlechterspezifische Regulation der Expression des Selenoenzyms Deiodase I 93 Andreas S. Mueller, Astrid C. Bosse and Josef Pallauf Selenium is involved in the regulation of the insulin antagonistic PTP1B. 100 Kostja Renko, Peter J. Hofmann, Birgit Hollenbach, Ulrich Schweizer, Josef Köhrle and Lutz Schomburg Altered selenoprotein expression during acute phase response in mice. 108 Marten Michaelis, Ulrich Schweizer, Wilko Weichert, Carsten Denkert, Simone Florian, Regina Brigelius-Flohé, Josef Köhrle und Lutz Schomburg Verstärkter Darmkrebs bei Mäusen mit reduzierter Selenoprotein P Expression Thomas Ettle, Markus K. Wiltafsky und Franz X. Roth Nahrungspräferenzen für Zink beim Ferkel 122 Friedrich Schöne, Lena Dornaus, Matthias Leiterer, Andrea Greiling und Gerhard Jahreis Mengen- und Spurenelemente sowie Fettstatus des Käses in Bezug auf die Milch (Kuh oder Ziege) und die Käseart 129 Sachregister. 139 XII