Eine Langzeitstudie in Kalifornien zeigt verschiedene Möglichkeiten auf, wie Pestizidbelastung und Genetik zusammen das Risiko für die Parkinson-Krankheit erhöhen. Von Kelly Lenox
Die Forschung von Dr. Beate Ritz, M. D. , von der Universität von Kalifornien in Los Angeles entwirrt komplexe Wechselwirkungen zwischen genetischer Variation, Pestizidbelastung und Parkinson-Krankheit. Eine solche Gen-Umwelt-Interaktion wird als G x E bezeichnet.
Am 13. November sprach die langjährige Stipendiatin im Rahmen der NIEHS Keystone Science Lecture Seminar Series über die Ergebnisse der Parkinson-, Umwelt- und Genstudie (PEG). Gastgeberin des Seminars war Dr. Kimberly Gray von der Abteilung für Bevölkerungsgesundheit. In einem Rückblick auf die vielen Rollen und Ehrungen von Ritz sagte Gray: „Sie war ein wichtiges Mitglied der erweiterten Familie der NIH [National Institutes of Health]“.
Pestizide und das Gehirn
In Südkalifornien gab in den 1980er Jahren ein so genanntes natürliches Experiment Aufschluss über die neurologischen Auswirkungen von Pestiziden, als ein Heroin-Kontaminant namens MPTP bei den Konsumenten Parkinson-ähnliche Symptome verursachte. Die Forscher entdeckten, dass MPTP Dopamin-Neuronen tötete – dieselben Neuronen, die bei der Parkinson-Krankheit geschädigt wurden. „Die Parkinson-Krankheit ist die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung, und es gibt keine Medikamente, die ihr Fortschreiten verlangsamen“, sagte Ritz. “Wir müssen das verhindern“. Sie zeigte, dass zwei Pestizide mit Parkinson in Verbindung gebracht wurden – Paraquat und ein pflanzliches Pestizid namens Rotenon. Paraquat hat eine ähnliche chemische Struktur wie MPTP.
„Kalifornien ist ein AG [Landwirtschaft] Staat“, sagte sie. “Wir verwenden 25 Prozent aller in den USA eingesetzten Pestizide“. Karten, die auf der kalifornischen Datenbank für die Berichterstattung über den Pestizideinsatz basieren, zeigen, wie sich der Einsatz auf das Zentraltal des Bundesstaates konzentriert. Die Bewohner leben inmitten des reichen Ackerlandes und der Batterie von Chemikalien, die zur Bewirtschaftung dieses Landes verwendet werden. Im Jahr 2000 startete das Ritz also die PEG, die Teilnehmer in den Bezirken Fresno, Tulare und Kern einschrieb.
E – environment (Umwelt)
Das Sammeln spezifischer Expositionsdaten bedeutet, dass verschiedene Szenarien untersucht werden müssen.
- Geringe, langfristige Exposition, z. B. durch Brunnenwasser.
- Hohe Dosen beruflicher Exposition, einschließlich Landwirte und kommerzielle Schädlingsbekämpfung.
- Expositionen von dem, was auf Kleidung, Schuhen und Haaren mit nach Hause genommen wird.
- Pestizideinsatz in Innenräumen und im Garten zu Hause, der die primäre nicht-berufliche Exposition darstellt.
- Wohnnähe zur Landwirtschaft und anderen Pestizidanwendungen.
Die Forscher sammelten Bioproben über die Jahreszeiten und Jahre hinweg, standen aber vor einer komplexen Aufgabe. “In Kalifornien werden 640 Wirkstoffe verfolgt“, sagte Ritz. “Wir wissen noch nicht einmal über inaktive, die möglicherweise noch DNA-Schäden, Immuntoxizität, Neurotoxizität oder endokrine Störungen verursachen können“.
E x E
PEG-Forscher untersuchen die Auswirkungen mehrerer Chemikalien – eine Herausforderung, die ein Schwerpunktbereich des NIEHS-Strategieplans ist. Ritz und Kollegen wussten beispielsweise, dass Paraquat in Gegenwart des Fungizids Maneb die Dopamin-Neuronen von Mäusen wirksamer abtötet. So war ihre Studie die erste, die zeigte, dass eine Kombination von Maneb- und Paraquat-Exposition in dieser menschlichen Population das Parkinson-Risiko erhöht.
„Das E von G x E beherbergt also auch eine E x E-Komponente“, sagte sie. Zu den Kombinationen von Chemikalien und Standorten kamen kombinierte Expositionen aus verschiedenen Quellen wie Luft, Boden und Brunnenwasser hinzu. “Bei der Kontamination von Brunnenwasser sehen wir, dass bei der Anwendung von mehr als 10 wasserlöslichen Pestiziden in der Nähe von Brunnen das Risiko für Parkinson um mehr als 70 Prozent erhöht war [gegenüber dem Ausgangsrisiko]“, sagte sie.
G steht für Gene
Zum G der Gleichung erklärte Ritz, dass Gene, die mit dem Risiko der Parkinson-Krankheit in Zusammenhang stehen, bei Exposition für Metabolisierer, Transporter, DNA-Reparaturprozesse und die Immunfunktion kodieren. So beeinflusst beispielsweise ein Gen namens PON1 den Abbau von Organophosphat-Pestiziden (OPs). Einige Menschen haben Variationen oder Allele dieses Gens, die zu einem langsameren OP-Stoffwechsel führen. “Ohne Exposition kann man ein schlechter Metabolisierer sein, und das spielt keine Rolle“, sagte Ritz.
Personen mit dem langsam metabolisierenden Allel, die auch Diazinon, Chlorpyrifos oder Parathion ausgesetzt waren, zeigten einen 2,5- bis 3-fachen Anstieg des Parkinson-Risikos. Sie erlebten auch ein schnelleres Fortschreiten, wenn sie die Krankheit bekamen.
Ritz begrüßte die Entwicklung der Epigenetik – das Studium von Veränderungen an der DNA, wie z. B. die Hinzufügung von Molekülen, die Methylgruppen genannt werden, die ihre Funktion verändern, ohne die zugrunde liegende Sequenz von Nukleotiden zu verändern. Viele dieser Veränderungen sind vererbbar.
Jetzt analysieren sie und ihre Kollegen eingelagerte Blut- und Speichelproben. Sie berichteten, dass Personen mit Parkinson-Krankheit und Personen mit OP-Exposition an bestimmten genetischen Loci unterschiedliche Methylierungsniveaus aufwiesen. Ritz hofft, dass ihre Studien bald auch auf einen Biomarker für die Exposition gegenüber Pyrethroiden und Nikotinoiden hinweisen können, die die OPs in der Landwirtschaft ersetzen. Viele der von Ritz gezeigten Dias erscheinen auf ihrer Website.
Citations:
Chuang YH, Paul K, Bronstein J, Y. Bordelon, Horvath S, Ritz B. 2017. Parkinson’s disease is associated with DNA methylation levels in human blood and saliva. Genome Med 9(1):76.
Costello S, Cockburn M, Bronstein J, Zhang X, Ritz B. 2009. Parkinson’s disease and residential exposure to maneb and paraquat from agricultural applications in the central valley of California. Am J Epidemiol 169(8):919–26.
Gatto NM, Cockburn M, Bronstein J, Manthripragada AD, Ritz B. 2009. Well-water consumption and Parkinson’s disease in rural California. Environ Health Perspect 117(12):1912–1918.
Lee PC, Rhodes SL, Sinsheimer JS, Bronstein J, Ritz B. 2013. Functional paraoxonase 1 variants modify the risk of Parkinson’s disease due to organophosphate exposure. Environ Int 56:42–47..
Narayan S, Liew Z, Paul K, Lee PC, Sinsheimer JS, Bronstein JM, Ritz B. 2013. Household organophosphorus pesticide use and Parkinson’s disease. Int J Epidemiol 42(5):1476–1485.
Paul KC, Chuang YH, Cockburn M, Bronstein JM, Horvath S, Ritz B. 2018. Organophosphate pesticide exposure and differential genome-wide DNA methylation. Sci Total Environ 645:1135–1143.
Paul KC, Sinsheimer JS, Cockburn M, Bronstein JM, Bordelon Y, Ritz BR. 2017. Organophosphate pesticides and PON1 L55M in Parkinson’s disease progression. Environ Int 107:75–81.
Quelle: https://factor.niehs.nih.gov/2019/12/science-highlights/parkinsons/