Die wesentliche Zielsetzung der in der vorliegenden Arbeit dargestellten Untersuchungen war die Klärung der Frage, ob Benzo[a]pyren (B[a]P), die Leitsubstanz der polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAH) und eine der bedeutendsten umweltrelevanten Gefahrstoffe, in Urothelzellen DNA-Schäden und damit potenziell Harnblasenkarzinome verursachen kann. Nach Einschätzung der International Agency for Research on Cancer (IARC) liegen entsprechende Indizien aus epidemiologischen Studien vor. Nach zunächst durchgeführten Untersuchungen zur Toxikokinetik von B[a]P in primären Schweineurothelzellen, dem überwiegend eingesetzten Zellmodell, lag der Schwerpunkt der weiteren Studien in der Proteom-basierten Analyse von B[a]P-induzierten Effekten, die möglicherweise in einen kanzerogenen Prozess münden. Basierend auf den Ergebnissen der Proteomanalysen wurden Hypothesen entwickelt, die in weiteren Untersuchungen mit konventionellen toxikologischen Methoden überprüft wurden. Zum besseren Verständnis der in Schweineurothelzellen unter physiologischen Bedingungen exprimierten Proteine wurden zunächst Proteomkarten angefertigt. Im selben Modell wurden anschließend Veränderungen des Proteoms nach Exposition gegen B[a]P analysiert. Hierzu wurden die Proteine aus Gesamtzelllysaten mit der zweidimensionalen Gelelektrophorese getrennt und nach tryptischem Verdau mittels MALDI-TOF-MS-Analyse ihrer Peptid-Fingerprintspektren identifiziert. In Zellen einer Harnblasen¬karzinom-Zelllinie (RT4) wurden Veränderungen von Proteinkomplexen bzw. Protein-Protein-Interaktionen nach B[a]P-Exposition mit Hilfe der Blue Native-PAGE untersucht. Insgesamt wurden durch die vorliegende Arbeit vertiefte Einblicke in die toxischen Wirkungen von B[a]P in Urothelzellen erhalten, darunter auch in solche, die auf einen B[a]P-induzierten kanzerogenen Effekt hinweisen. <br> B[a]P kommt ubiquitär in der Umwelt vor. Es entsteht bei der unvollständigen Verbrennung fossiler Brennstoffe, ist im Zigarettenrauch vorhanden und bildet sich beim Braten, Grillen und Räuchern von Nahrungsmitteln. Die genotoxische Wirkung von B[a]P ist relativ gut untersucht, hingegen ist nur wenig über die zelluläre Aufnahme dieser Substanz bekannt. Nach einleitenden Bemerkungen im ersten Kapitel dieser Arbeit und der Darstellung der für die Studien verwendeten Materialien und Methoden im zweiten Kapitel wurde im dritten Kapitel die zeitabhängige Aufnahme von B[a]P in Schweineurothelzellen, die intrazelluläre Verteilung und der Metabolismus untersucht. Die 24-stündige Exposition gegen 0,5 µM B[a]P führte zu einem kontinuierlichen Anstieg der intrazellulären B[a]P-Konzentration ohne eine Sättigung zu erreichen, wobei ein Unterschied in der Kinetik zwischen den einzelnen Zellpools zu beobachten war. Die Analyse der subzellulären B[a]P-Verteilung mit einem konfokalen Laserscan-Mikroskop zeigte, dass B[a]P überwiegend in zellulären Membranen und nur zu einem kleinen Teil im Zytosol und im Zellkern akkumulierte. Die spektralfluorimetrische und gaschromatographisch-massenspektrometrische Quantifizierung ergab, dass nach Exposition gegen 0,5 µM B[a]P zwischen 7,28 µM und 35,07 µM B[a]P und nach einer Exposition gegen 10 µM zwischen 29,9 µM und 406,64 µM B[a]P aufgenommen wurde. Außerdem wurde erstmalig in Urothelzellen die Bildung eines oxidativen B[a]P-Metaboliten, die von 3-OH-B[a]P, mittels GC-MS nachgewiesen. Diese Ergebnisse zeigen, dass B[a]P intrazellulär akkumuliert und metabolisch aktiviert wird, was essentielle Voraussetzungen für eine kanzerogene Wirkung sind. Außerdem scheinen Schweineurothelzellen - analog zu humanen Urothelzellen - über eine unterschiedliche Aufnahmekapazität und Ausstattung an metabolisierenden Enzymen zu verfügen, die zu interindividuellen Unterschieden in der Toxizität führen können.<br> Die innere Schicht der Harnblasen wird von epithelialen Zellen ausgekleidet, die sich nicht nur den unterschiedlichen Füllungszuständen der Blase anpassen müssen, sondern auch das darunter liegende Gewebe vor der toxischen Wirkung des Urins schützen sollen. In 90 % aller Fälle gehen Harnblasenkarzinome von diesen Zellen aus. Um vergleichende proteomische Studien an diesen Zellen durchführen zu können, wurden erstmalig Protein- und Phosphoproteinkarten von Schweineurothelzellen nach zweidimensionaler gelelektrophoretischer Proteintrennung erstellt. Wie im vierten Kapitel beschrieben, wurden insgesamt 120 Proteine identifiziert. Darunter waren 31 Phosphoproteine, die durch eine Präzipita¬tion mit Lanthan¬ionen angereichert und schließlich bestimmt werden konnten. Alle Proteine wurden mittels Datenbanken spezifischen Funktionen, physikochemischen Eigenschaften und subzellulären Lokalisationen zugeordnet. Mit Hilfe dieser Protein- und Phosphoproteinreferenzkarten können bei vergleichenden Proteomstudien pathophysiologische Zustände leichter erfasst werden. Als Ergebnis weiterer proteomischer Studien wird im fünften Kapitel eine Folge von B[a]P-induzierten Ereignissen beschrieben, die über eine Schädigung der DNA zu Apoptose führen. Schweineurothelzellen wurden für 24 Stunden gegen 0,5 µM B[a]P exponiert und die Proteine im Zelllysat anschließend zweidimensional getrennt. 25 unterschiedlich regulierte Proteine wurden identifiziert, die in der DNA Reparatur, der mitochondrialen Funktion und der Apoptose involviert sind. Ergänzende toxikologische Untersuchungen (TUNEL-Methode, Comet-Assay) unterstützten diese Ergebnisse, da sowohl die Anzahl apoptotischer Zellen als auch das Ausmaß der DNA-Schädigung im gleichen Expositionszeitraum konzentrationsabhängig zunahm. Die Regulation von VDAC2, CTSD, HSP27 und HSP70 weist auf eine Aktivierung des intrinsischen mitochondrialen Apoptosewegs hin. Allerdings stützte die Messung des mitochondrialen Membranpotenzials diese Hypothese nicht. Zwar war das Membranpotential nach kurzzeitiger Exposition gestört, erholte sich aber annähernd vollständig nach 24 Stunden. Möglicherweise sind hier alternative apoptotische Mechanismen von Bedeutung. Insgesamt zeigten diese Untersuchungen, dass B[a]P in einer niedrigen Konzentration nach 24 Stunden die DNA schädigt und zu Apoptose führt. Außerdem wurden zahlreiche Proteine identifiziert, die an diesen Prozessen beteiligt sind.<br> Veränderungen in der Protein-Protein-Interaktion nach B[a]P-Exposition werden im sechsten Kapitel beschrieben. Sie ergaben sich aus einer mittels 2D BN/SDS-PAGE durchgeführten vergleichenden Analyse von Proteinkomplexen nach Exposition von RT4-Zellen gegen B[a]P und TCDD, zwei Liganden des Arylhydrocarbon-Rezeptors (AhR). Zur Anreicherung der Proteinkomplexe wurden die Zellen subzellulär fraktioniert. Als größter Unterschied zwischen den beiden Liganden erwies sich die unterschiedliche Regulation von Eisen- und Calcium-haltigen Proteinen. Beide Liganden erhöhten den intrazellulären Calciumgehalt nach 24 Stunden. Zusätzlich erhöhte sich nur in den TCDD-exponierten Zellen der intrazelluläre labile Eisenpool, dessen Anstieg durch den Calmodulin-Antagonisten W-7 inhibiert wurde. Dieser Effekt deutete auf einen Zusammenhang zwischen der intrazellulären Eisen- und Calciumhomöostase hin, möglicherweise über die NO-Synthetase. Unterstützt wurde diese Hypothese durch den Nachweis eines NO-Anstiegs mittels Griess-Reaktion in den gegen beide Liganden exponierten Zellen. Wieder wurde der Anstieg durch den Calmodulin-Antagonisten W-7 inhibiert. Demnach scheint sowohl eine Exposition gegen TCDD als auch gegen B[a]P über Calmodulin die NO-Synthetase zu aktivieren, was wiederum zur erhöhten NO-Produktion führt. NO bindet an das Eisenzentrum im eisen-regulierenden Protein A (IRPA) und reguliert dadurch die Aktivität von TfR1 und FTH1, die ihrerseits den labilen Eisenpool beeinflussen und über diesen Mechanismus einen Teil der Toxizität der Liganden vermitteln. Weitere Studien sind erforderlich, um die in diesen Untersuchungen gewonnenen Ergebnisse, die bisher nicht bekannte toxische Wirkungsmechanismen von TCDD und B[a]P darstellen, zu validieren.