Wie kann die Exposition gegenüber technisch hergestellten Nanomaterialien unseren epigenetischen Code beeinflussen? Ein Überblick über die Mechanismen und molekularen Ziele
Evidence suggests that engineered nanomaterials (ENM) can induce epigenetic modifications. In this review, we provide an overview of the epigenetic modulation of gene expression induced by ENM used in a variety of applications: titanium dioxide (TiO2), silver (Ag), gold (Au), silica (SiO2) nanoparticles and carbon-based nanomaterials (CNM). Exposure to these ENM can trigger alterations in cell patterns of DNA methylation, post-transcriptional histone modifications and expression of non-coding RNA. Such effects are dependent on ENM dose and physicochemical properties including size, shape and surface chemistry, as well as on the cell/organism sensitivity. The genes affected are mostly involved in the regulation of the epigenetic machinery itself, as well as in apoptosis, cell cycle, DNA repair and inflammation related pathways, whose long-term alterations might lead to the onset or progression of certain pathologies. In addition, some DNA methylation patterns may be retained as a form of epigenetic memory. Prenatal exposure to ENM may impair the normal development of the offspring by transplacental effects and/or putative transmission of epimutations in imprinting genes. Thus, understanding the impact of ENM on the epigenome is of paramount importance and epigenetic evaluation must be considered when assessing the risk of ENM to human health.
Es gibt Hinweise darauf, dass technisch hergestellte Nanomaterialien (ENM) epigenetische Veränderungen hervorrufen können. In dieser Übersicht geben wir einen Überblick über die epigenetische Modulation der Genexpression durch ENM, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden: Titandioxid- (TiO2), Silber- (Ag), Gold- (Au), Siliziumdioxid- (SiO2) Nanopartikel und Nanomaterialien auf Kohlenstoffbasis (CNM). Die Exposition gegenüber diesen ENM kann Veränderungen in den Zellmustern der DNA-Methylierung, der posttranskriptionellen Histonmodifikationen und der Expression von nicht-kodierender RNA auslösen. Solche Wirkungen sind abhängig von der ENM-Dosis und den physikalisch-chemischen Eigenschaften, einschließlich Größe, Form und Oberflächenchemie, sowie von der Empfindlichkeit der Zelle/des Organismus. Die betroffenen Gene sind zumeist an der Regulierung der epigenetischen Maschinerie selbst sowie an Apoptose, Zellzyklus, DNA-Reparatur und Entzündungsprozessen beteiligt, deren langfristige Veränderungen zum Auftreten oder Fortschreiten bestimmter Krankheiten führen können. Darüber hinaus können einige DNA-Methylierungsmuster als eine Form des epigenetischen Gedächtnisses erhalten bleiben. Die pränatale Exposition gegenüber ENM kann die normale Entwicklung der Nachkommen durch transplazentare Effekte und/oder die mutmaßliche Übertragung von Epimutationen in Imprinting-Genen beeinträchtigen. Daher ist es von größter Bedeutung, die Auswirkungen von ENM auf das Epigenom zu verstehen, und die epigenetische Bewertung muss bei der Beurteilung des Risikos von ENM für die menschliche Gesundheit berücksichtigt werden.