Heinz Dannenberg

Die genetische Wirkung von aromatischen Aminen und ihren Derivaten: Induktion mitotischer Konversionen bei der Hefe Saccharomyces cerevisiae

Derivatives of 2-aminofluorene (4), 4-amino-trans-stilbene (7) and p-toluidine (6) as well as 4-dimethylaminodibenzyl, p-nitroso- and p-nitrotoluene were tested for genetic activity (induction of mitotic gene conversion) in cells of yeast Saccharomyces cerevisiae (induced changes in single or few nucleotide-bases within one gene locus). Among the amino-fluorenes and trans-stilbenes only the N-acetoxy compounds (III, IX) as potentially ultimate carcinogens were genetically strongly active. With increasing sensitivity of the conversion system the proximal carcinogen N-hydroxy AAS (VIII) is still inducing mitotic gene conversion but the N-hydroxy AAF (II) is no longer active. The noncarcinogen and precarcinogen compounds are genetically inactive. In contrast to the mammalian cell the yeast cell is not able to N-hydroxylize the precarcinogen acetamino-fluorene (I) and acetamino-trans-stilbene (V). Among the derivatives of toluidine only N-acetoxy AAT (XVII), N-hydroxy AAT (XVI) and its oxidation product p-nitrosotoluene were active. Besides the oxidation of the amino-nitrogen the aromatic nucleus seems to be also a controlling factor for genetic activity. In the discussion the meaning of “genetic activity” of a compound is explained considering also the results with nitrosamides. Further, the conditions to find a correlation between genetic activity and carcinogenicity are pointed out; the former mutation theory of cancer has been replaced by a concept, based on molecular mechanismus affecting basepairs within gene loci. Es wurden Derivate von 2-Acetaminofluoren (I), 4-Acetamino-transstilben (VII) und p-Toluidin (XIII) sowie 4-Dimethylaminodibenzyl, p-Nitroso- und p-Nitrotoluol auf ihre konvertogene Wirkung bei der Hefe Saccharomyces cerevisiae untersucht (induzierte Änderungen einzelner oder weniger Nucleobasen im Bereich eines Genortes). Von den Amino-fluorenen und trans-stilbenen waren nur die N-Acetoxyverbindungen (III, IX) als potentiell ultimale Carcinogene genetisch stark aktiv. Nach Steigerung der Empfindlichkeit des Konversionssystems wirkt auch das proximale Carcinogen N-Hydroxy-AAS (VIII) noch konvertogen, nicht mehr dagegen das N-Hydroxy-AAF (II). Genetisch wirkungslos sind die nicht carcinogenen und präcancerogenen Verbindungen. Die Hefezelle ist somit im Gegensatz zur Säugetierzelle nicht in der Lage, die N-Hydroxylierung des präcancerogenen Acetaminofluorens (I) und des 4-Acetacetamino-trans-stilben (VII) durchzuführen. Unter den Toluidinderivaten war nur das N-Acetoxy-AAT (XVII), das N-Hydroxy-AAT (XVI) und sein Oxydationsprodukt p-Nitrosotoluol (XVII) konvertogen. Für die genetische Aktivität scheint somit außer der Oxydation des Aminostickstoffs auch der aromatische Rest maßgeblich zu sein. In der Diskussion wird unter Heranziehung der Ergebnisse an Nitrosamiden der Begriff der “genetischen Aktivität” einer Substanz charakterisiert, die Voraussetzungen für eine positive Korrelation der genetischen Aktivität und Carcinogenität herausgearbeitet sowie die frühere Mutationstheorie des Krebses auf eine molekulargenetische Hypothese für chemikalien- und virusbedingte Krebsauslösung eingeengt.

Beitrag zur krebserzeugenden Wirkung aromatischer Kohlenwasserstoffe und verwandter Verbindungen

Im Pinselungs- oder Injektionstest an der Maus wurden 25 neue Kohlenwasserstoffe und verwandte Verbindungen (und 3 auch schon anderweitig geprüfte Stoffe) auf krebserzeugende Wirkung geprüft und die Resultate mit den heute bekannten Beziehungen zwischen Konstitution und Wirksamkeit bei dieser Stoff-klasse verglichen. Außer Vertretern mit bekannten Systemen (Naphthalin-, Anthracen-, Phenanthren-, 1:2-Benzanthracen-, Pyren-, 1:2-Benzfluoren- und Fluoranthen-3:4-Benzphenanthren-System) wurden erstmalig einige maximal ungesättigte kondensierte Kohlenwasserstoffe mit vom Benzolring abweichenden Ringgrößen untersucht, und zwar Vertreter des Azulens, Cyclooctatetraens, Cyclododecahexaens und Cyclobutans. Von den Verbindungen dieses Typs erwies sich keine als eindeutig krebserzeugend. 25 new hydrocarbons and related compounds (as well as 3 agents tested previously elsewhere) were studied by painting and injection methods as regards their cancerogenesis in the mouse. The results were compared concerning the present-day recognized relationships between constitution and efficacy of action of these groups of compounds. Besides examples of known chemical systems (naphthalene-, anthracene-, phenanthrene-, 1:2-benzanthracene-, pyrene-, 1:2-benzfluorene-, and fluoranthene-3:4-benzphenanthrene-system) some maximally unsaturated condensed hydrocarbons with ringconfigurations deviating from the benzene ring were studied for the first time,—namely: azulene, cyclooctatetraene, cyclododecahexaene, and cyclobutane. None of these types of compounds proved to be unequivocally cancerogenic.

Prüfung von Hexamethyl-Dewar-Benzol und Hexamethylbenzol auf krebserzeugende Wirkung bei der Maus

Hexamethyl-Dewar-benzene and hexamethyl-benzene have been tested for carcinogenicity in mice (skin painting-and injection-technics). One leukemia and one carcinoma of the liver in the injection-experiment of the series with hexamethyl-Dewar-benzene should stimulate the investigation of this compound on a broader basis. Hexamethyl-Dewar-benzol und Hexamethylbenzol wurden im Pinselungs-und Injektionstest an der Maus auf carcinogene Wirkung untersucht. Die Bildung einer Leukämie und eines Leberzell-carcinoms im Injektionsversuch mit Hexamethyl-Dewar-Benzol, sollte dazu anregen, diese Verbindung eingehender zu prüfen.Hexamethyl-Dewar-benzol und Hexamethylbenzol wurden im Pinselungs-und Injektionstest an der Maus auf carcinogene Wirkung untersucht. Die Bildung einer Leukamie und eines Leberzell-carcinoms im Injektionsversuch mit Hexamethyl-Dewar-Benzol, sollte dazu anregen, diese Verbindung eingehender zu prufen.

Untersuchungen zur Wechselwirkung zwischen aromatischen Kohlenwasserstoffen und Aminen mit Desoxyribonucleinsure

Zur Untersuchung der Wechselwirkung mit DNA wurden Lösungen von hochmolekularer Kalbsthymus-DNA mit Dimethylformamid-Lösungen von zwölf krebserzeugend unwirksamen und wirksamen aromatischen Kohlenwasserstoffen und Aminen versetzt. Anschließend wurden die Lösungen dialysiert, mit organischen Lösungsmitteln extrahiert und zentrifugiert. Aus den UV-Spektren der Lösungen wurden bestimmt: a) aus den Banden der Aromaten oberhalb 300 mμ die Menge an “gebundener” Verbindung, b) die Extinktion bei 260 mμ als Maß für die in Lösung vorhandene DNA und durch Verfolgung der Extinktion bei Temperaturerhöhung der hyperchrome Effekt und der “Schmelzpunkt” der DNA. Beziehungen zwischen den erhaltenen Daten und der krebserzeugenden Wirksamkeit der Verbindungen wurden nicht gefunden. Ohne Effekt waren ferner Pyridino-[2,3:3,4]-phenoxazon-(2) und das Follikelhormon Östradiol(3,17 β). Bestätigt wurde die Wechselwirkung mit DNA für die Mutagene Proflavin und Acridinorange. Auffallend ist eine deutliche Erhöhung des “Schmelzpunktes” der DNA durch N-Phthalyl-glutaminsäure-imid. Solutions of high molecular calf-thymus-DNA were mixed with dimethyl formamide solutions of 12 cancerogenic inactive and active aromatic hydrocarbons and amines in order to study the reciprocal effect with DNA. The solutions were then dialyzed, extracted with organic solvents, and centrifuged. From the UV spectra of the solutions the following were determined: (a) the amount of “bound” compounds from the bands of aromatics above 300 mμ; (b) the extinction at 260 mμ as a measure of the DNA present in the solution. By following the extinction with increases in temperature the hyperchrome effect and the “melting point” of DNA were determined. Relationships between the data obtained and the cancerogenic activity of the compounds were not found. In addition, pyridino-[2,3∶3,4]-phenoxazon-(2) and the follicle hormone estradiol-(3,17 β) were without effect. The reciprocal effect of DNA with the mutagens, proflavin and acridine orange, was confirmed. A distinct increase of the “melting point” of DNA by means of N-phthalyl-glutaminic acid-imide was striking.

Steranthren, eine neue Beziehung zwischen Steroiden und krebserzeugenden Kohlenwasserstoffen

The structural relation between physiologically active steroids and polycyclic aromatic hydrocarbons with carcinogenic properties is to include the relation cholesterol—steranthrene. Steranthrene in its angular form has very definite carcinogenic properties when tested by injection or application to the skin by painting. Experiments showed that the carcinogenic properties of steranthrene were equal to those of 3-methyl-cholanthrene and 3,4-benzpyrene. The present stand of knowledge concerning dehydrogenation and aromatisation of steroids in the mammalian organism is discussed.The structural relation between physiologically active steroids and polycyclic aromatic hydrocarbons with carcinogenic properties is to include the relation cholesterol—steranthrene. Steranthrene in its angular form has very definite carcinogenic properties when tested by injection or application to the skin by painting. Experiments showed that the carcinogenic properties of steranthrene were equal to those of 3-methyl-cholanthrene and 3,4-benzpyrene. The present stand of knowledge concerning dehydrogenation and aromatisation of steroids in the mammalian organism is discussed.

Zur krebserzeugenden Wirkung von Aminophenanthrenen und ihren Derivaten

1-, 2-, 3- and 9-Aminophenanthrenes produce mammary cancer with approximately the same activity when fed to female Sprague-Dawley rats. Among the corresponding acetamines only 2-acetaminophenanthrene is active. 2-, 3- and 9-Aminophenanthrene-N-dipropylphosphates are inactive. — Among the above mentioned compounds only 3- and 9-acetaminophenanthrene show a weak activity when injected into mice of CF-1-strain. The duration of the experiment was 250 days. 1-, 2-, 3- und 9-Amino-phenanthren erzeugen nach Fütterung an weibliche Sprague-Dawley-Ratten Mammatumoren mit etwa gleicher Wirksamkeit. Von den entsprechenden Acetaminen ist nur 2-Acetaminophenanthren wirksam; 2-, 3- und 9-Aminophenanthren-N-dipropylphosphat sind unwirksam. — Im Injektionstest an der Maus (CF-1-Stamm, Versuchsdauer 250 Tage) zeigen von den genannten Verbindungen nur 3- und 9-Acetaminophenanthren eine schwache Wirksamkeit.

Über Beziehungen zwischen Steroiden und krebserzeugenden Kohlenwasserstoffen

Die strukturellen Beziehungen zwischen Steroiden und krebserzeugenden Kohlenwasserstoffen sind durch die Klasse der 1:2-Cyclopentadieno-phenanthrene zu erweitern. Δ2′-3′-Methyl-1:2-cyclopentadieno-phenanthren und Δ1′-1′-Methyl-1:2-cyclopentadieno-phenanthren sind im Pinselungstest an der Maus mäßig stark kiebserzeugend wirksam. Kohlenwasserstoffe dieses Typs entstehen bei der Dehydrierung von Cholesterin mit Chloranil (Tetrachlorchinon). Der Grund für die Wirksamkeit der 1:2-Cyclopentadieno-phenanthrene dürfte in der reaktionsfähigen Doppelbindung des Fünfringes liegen, die in diesem Falle als K-Region zu bezeichnen wäre. The structural relationships between steroids and cancerogenic hydrocarbons are extended by the class of 1:2-cyclopentadieno-phenanthrenes. Δ2′-3′-methyl-1:2-cyclopentadieno-phenanthrene and Δ1′-1′-Methyl-1:2-cyclopentadieno-phenanthrene are moderately cancerogenic in the mouse when tested by skin-painting technics. Hydrocarcons of this type are formed from the dehydrogenation of cholesterol with chloranile (tetrachlorquinone). The reason for the effectiveness of 1:2-cyclopentadieno-phenanthrene may well be due to the reactivity of the double bond of the five-membeved ring, which in this case would be designated as the K-region.

N-Hydroxy-succinimid, eine nicht krebserzeugende N-Hydroxy-Verbindung

N-Hydroxy-succinimide (NHS; III) is neither cancerogenic (painting test in the mouse, injection test in the rat), nor teratogenic in the rat (absence of external malformations) nor active when tested for induction of mitotic gene conversion in the yeast saccharomyces cerevisiae. N-Hydroxy-succinimid (NHS; III) ist weder krebserzeugend (Pinselungstest an der Maus, Injektionstest an der Ratte), noch teratogen bei der Batte (in bezug auf äußere Mißbildungen), noch wirksam im Test auf Auslösung mitotischer Genkonversionen bei der Hefe Saccharomyces cerevisiae.

Ausscheidung von 7-Methylguanin im Harn von Ratten nach einmaliger Applikation verschiedener Carcinogene

The urinary 7-methyl guanine excretion of Sprague-Dawley rats was determined up to 21 days after a single, relatively high dose of the carcinogens dimethyl nitrosamine, diethyl nitrosamine N-nitroso morpholine (intraperitoneal injection), trans-dimethylamino stilbene and 9,10-dimethyl-benzanthracene (oral application). This was achieved by use of column chromatography on Dowex IX 8 as well as isotope dilution and optical density measurement (the mean deviation was 5,7%). The normal amount excreted by male rats (weight 230–250 g) was 210–255 γ per day. A perceptible increase in 7-methyl guanine excretion was found only after application of dimethyl nitrosamine and then only in the case of those animals which died three days after injection. All of the other carcinogens investigated caused an immediate decrease which lasted 6–9 days, the minimum occuring between the first and fifth day. Mit Hilfe einer auf Säulenchromatographie an Dowex IX 8 sowie Isotopenverdünnung nebst Extinktionsmessung beruhenden Methode (Mittelwert der prozentualen Abweichung 5,7%) wurde der Gehalt an 7-Methylguanin im Harn von Sprague-Dawley -Batten bis zu 21 Tagen nach Applikation einer einmaligen, relativ hohen Dosis der Carcinogene Dimethylnitrosamin, Diäthylnitrosamin und N-Nitroso-morpholin (intraperitoneale Injektion) sowie von trans-4-Dimethylamino-stilben und 9,10-Dimethyl-benzanthracen (orale Verabfolgung) bestimmt. Der Normalwert bei männlichen Ratten (230–250 g Gewicht) beträgt 210–255γ pro Tag. Ein eindeutiger Anstieg der Ausscheidung wurde nur nach Applikation von Dimethyl-nitrosamin gefunden und zwar bei den Tieren, die innerhalb 3 Tage p.i. starben. Alle anderen untersuchten Cancerogene verursachten einen sofort einsetzenden Abfall, der mit einem Minimum zwischen dem 1. und 5. Tag meist 6 bis 9 Tage andauert.

12-Oxo-9,11-dehydro-Verbindungen, ein neuer Chinon-Dehydrierungstyp von Östrogenen

Neu erhielten wir null durch Hochdruck/luorierung (F2/Ar, 400 arm, 300 ~ 2--3 d) Li2CrF 6 sowie die lang gesuchten Verbindungen MIICrF 6 mit MII = Ba, St, Ca, Mg, Hg, Cd, Zn. Guinier-Aufnahmen nach Simon [2] der luftempfindlichen Proben zeigen, dal3 Ba [CrF6] und Sr [CrF6] (beide gelb) echte Fluorochromate(I V) vom Ba [GeF6]-Ty p sind, CaCrF 6, MgCrF 6, HgCrF6, CdCrF 6 (alle rosa) dagegen Vertreter des bet Doppelfluoriden h~iufigen LiSbF6-Typs (Tabelle). Tabelle. IR-Spektren im vco-Bereich (au/genommen in HeptanLdsung)