Das Mykotoxin Alternariol (AOH) und sein Monomethylether (AME) sind Lebensmittelkontaminanten natürlichen biotischen Ursprungs. Zahlreiche Studien berichteten, dass sie in der Lage sind unter in vitro Bedingungen toxische Wirkungen auszuüben. Über die Toxikokinetik – Resorption, Verteilung, Metabolisierung und Ausscheidung – dieser Verbindungen liegen jedoch nur begrenzte Informationen vor, insbesondere sind quantitative Daten zum Konzentrationsprofil der Toxine und zu kinetischen Parametern selten. Daher zielte diese Arbeit darauf ab, den Phase-I-Metabolismus von AOH und AME in NADPH-angereicherten Lebermikrosomen sowohl qualitativ als auch quantitativ aufzuklären. Um dieses Ziel zu realisieren, wurden Schweine-, Ratten- und humane Lebermikrosomen mit AOH oder AME in einem Konzentrationsbereich von 1-100, bzw. 1-50 µM inkubiert. Das Konzentration-Inkubationszeit-Profil der herkömmlichen Toxine und ihrer Metaboliten wurde mit HPLC-MS/MS- und HR-MS-Messungen bestimmt. Dies ist die erste Studie, die – ausgehend von den erzeugten quantitativen Daten – über die Gesamtumwandlungsraten des oxidativen AOH- und AME-Metabolismus berichtet. Darüber hinaus wurden die kinetischen Parameter der metabolischen Umwandlung auf Basis der Michaelis-Menten-Kinetik, sowie des linearen Regressionsmodells abgeschätzt und liefert wertvolle Informationen für die Erstellung eines Models über die Toxikokinetik von AOH und AME. Diese Inkubationstests mit Mikrosomen von drei verschiedenen Säugetierarten ermöglichten sogar die Detektion von etwaigen artspezifischen Variationen. Tatsächlich war die metabolische Aktivität gegenüber AME in der mikrosomalen Fraktion von Ratten signifikant höher als in menschlichen Mikrosomen oder Schweinelebermikrosomen. Außerdem konnte das zuvor publizierte speziesabhängige Muster von oxidativen Metaboliten bestätigt und vervollständigt werden. Sowohl die qualitativen als auch die quantitativen Daten zu diesen speziesspezifischen Unterschieden veranschaulichen die Bedeutung von in-vitro-Modellen. Diese sollten von den jeweiligen relevanten Spezies abgeleitet sein und in wissenschaftlichen Studien verwendet werden um aussagekräftige Daten produzieren zu können. Andernfalls könnte man zu falschen Annahmen über die Effizienz oder das Muster des Metabolismus von Xenobiotika kommen. Darüber hinaus wurde die humane Hepatokarzinom-Zelllinie HepG2 mit 10 µM AOH oder AME behandelt, um die entstandenen Hauptmetaboliten zu bestimmen und sie neben den Ausgangstoxinen zu quantifizieren. Als Ergebnis wurden Sulfate als die Hauptentgiftungsprodukte von sowohl AOH als auch AME identifiziert und quantifiziert. Obwohl die hohe Sulfotransferase-Aktivität in HepG2-Zellen in der Literatur bekannt ist, gibt es meines Wissens nach keinen Publikationen, die die Sulfatierung von AOH und AME in HepG2 Zellen nachgewiesen hätten. Das langfristige Ziel dieses Forschungsgebiets wäre es, die lokalen Konzentrationen von Xenobiotika in den betroffenen Organen abzuschätzen, um die Wirkungsweise ihrer gesundheitsgefährdenden Effekte zu verstehen. Um dieses Ziel zu verfolgen, ist es von großer Notwendigkeit, weitere quantitative Daten in unterschiedlichen Zellmodellen zu produzieren. Diese Arbeit trug als eine der wenigen Studien, die sich mit der Toxikokinetik von AOH und AME beschäftigen, zum Erreichen des Gesamtziels bei.

The mycotoxins alternariol (AOH) and its monomethyl ether (AME) are food contaminants of natural biotic origin reported to exert various adverse effects in vitro. Yet, limited information is available about the toxicokinetics – absorption, distribution, metabolism, and excretion – of these compounds, specifically quantitative data regarding the concentration profile and kinetic parameters of the toxins are scarce. Thus, this work aimed to unravel the phase I metabolism of AOH and AME in NADPH-fortified liver microsomes, both qualitatively and quantitatively. To pursue this goal, porcine, rat, and human hepatic microsomes were incubated with AOH or AME in a concentration range of 1-100 and 1-50 µM, respectively. The concentration-incubation time profile of the parent toxins and their metabolites was monitored with HPLC-MS/MS and HR-MS measurements. Deriving from these gathered data, this is the first study to report the total transformation rates of oxidative AOH and AME metabolism. Moreover, the kinetic parameters of the metabolic conversion were estimated based on the Michaelis-Menten model and the linear regression approach, providing valuable information for developing a physiologically-based toxicokinetic model for AOH and AME. These incubation tests with liver microsomes originating from three different mammalian species allowed analysing interspecies variations. Indeed, the metabolic activity towards AME was significantly higher in pooled microsomal fractions of rats than of humans or particularly of porcine microsomes. Furthermore, the previously reported pattern of oxidative metabolites showing species-specific variations could be confirmed and completed. Both the qualitative and quantitative data dealing with interspecies differences highlight the significance of using in vitro models deriving from the respective species of interest. Otherwise, false assumptions might be drawn regarding the efficiency or mode of metabolism of xenobiotics. Moreover, the human hepatocarcinoma cell line HepG2 was exposed to 10 µM AOH or AME aiming to determine the main metabolites and quantify them besides the parent toxins. As a result, sulphates were identified and quantified as the major detoxification products of both AOH and AME in this cell line. Although the high sulphotransferase activity in HepG2 cells is well-known in literature – to the best of my knowledge – no publications addressed the sulphation of AOH and AME in HepG2 cells. The long-term objective of this research would be to estimate local concentrations of xenobiotics in specific organs via PBTK modelling, facilitating an understanding of the mode of action of their adverse health effects. Producing more quantitative data is indispensable to pursue this goal. This work as one of the few studies dealing with the toxicokinetics in AOH and AME contributed to reaching this overall aim.