Ein Forschungsteam der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) hat nun aufgeklärt, wie menschliche Zellen auf diese Schäden reagieren und welche Mechanismen sie einsetzen, um die Folgen zu begrenzen.

Von der Gewürzpflanze zum DNA-Schaden

Dass Methyleugenol problematisch werden kann, ist grundsätzlich bekannt. In der Leber wird die Verbindung durch Enzyme aktiviert. Dabei entstehen sogenannte Methyleugenol-abgeleitete DNA-Addukte – chemische Veränderungen an der DNA. „Diese sogenannten Methyleugenol-abgeleiteten DNA-Addukte wurden bereits im menschlichen Lebergewebe nachgewiesen“, erklärt Professor Dr. Jörg Fahrer von der Fachrichtung Lebensmittelchemie und Toxikologie an der RPTU.

Trotz Hinweisen auf eine mögliche krebserregende Wirkung blieb bislang eine zentrale Frage offen: Erkennt die menschliche Zelle diese Schäden überhaupt als Problem? Und wenn ja, wie repariert sie sie?

Um das herauszufinden, untersuchte das Team um Fahrer verschiedene menschliche Zellmodelle, bei denen zentrale DNA-Reparaturmechanismen gezielt ausgeschaltet wurden. Ergänzt wurden die Arbeiten durch biochemische, zellbiologische, mikroskopische und bioanalytische Verfahren. An der von der RPTU geleiteten Studie waren außerdem Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Ernährungstoxikologie der Universität Jena sowie der Molekularen Genetik am Erasmus University Medical Center Rotterdam beteiligt. Möglich wurde die interdisziplinäre Zusammenarbeit durch eine Förderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

Wenn die RNA-Polymerase stehen bleibt

Die Ergebnisse zeigen zunächst, dass die durch Methyleugenol verursachten DNA-Schäden einen fundamentalen Prozess der Zelle ausbremsen: die Transkription. Dabei werden genetische Informationen von der DNA auf Boten-RNA übertragen. Das ist eine Voraussetzung dafür, dass Zellen Proteine herstellen können. Verantwortlich für diesen Vorgang ist die RNA-Polymerase II.

Genau hier setzt der Schaden an.

„Wir haben den Einbau neuer, fluoreszenzmarkierter RNA-Bausteine mit hochauflösender Mikroskopie sichtbar gemacht. Dabei konnten wir beobachten, dass die Methyleugenol-abgeleiteten DNA-Addukte zu einer Abnahme neu gebildeter RNA führten“, erklärt Caroline Quarz, Doktorandin in der Arbeitsgruppe Fahrer und Erstautorin der Studie.

Unterstützt wurde sie von Riccarda Walter und Lydia Hens, die ihre Masterarbeiten zu diesem Themenkomplex durchführten und mittlerweile ebenfalls in der Arbeitsgruppe am Fachbereich Chemie promovieren.

Reparatur in Aktion

Die Forschenden konnten nachweisen, dass die DNA-Addukte die RNA-Polymerase II blockieren. Vereinfacht gesagt: Die molekulare „DNA-Ablese-Maschine“ kommt nicht mehr voran. Für die Zelle ist das ein Warnsignal. Sie aktiviert daraufhin die sogenannte transkriptionsgekoppelte Nukleotidexzisionsreparatur, kurz TC-NER.

Dieser Reparaturweg steht im Zentrum der aktuellen Arbeit. Um seine Bedeutung nachzuweisen, schaltete das Team die Gene Cockayne-Syndrom A (CSA) und Cockayne-Syndrom B (CSB) aus. Beide Gene spielen eine unverzichtbare Rolle bei der TC-NER.

„Beim Cockayne-Syndrom handelt es sich um eine seltene menschliche Erbkrankheit, die durch den Verlust dieser Gene ausgelöst wird. Dies führt bei Betroffenen zu frühzeitiger Alterung, Degeneration des Nervensystems und Fehlfunktionen innerer Organe wie der Leber“, erklärt Jörg Fahrer.

Die Folgen waren deutlich sichtbar. Zellen, denen CSA oder CSB fehlten, reagierten besonders empfindlich auf die Methyleugenol-bedingten DNA-Schäden. Die Forschenden beobachteten eine erhöhte Instabilität des Erbguts. Ein Hinweis darauf waren sogenannte Mikrokerne – Strukturen außerhalb des Zellkerns, die genetisches Material enthalten und als Folge von Chromosomenschäden entstehen.

Hinzu kam ein weiterer Effekt: Hohe Konzentrationen Methyleugenol-abhängiger DNA-Addukte lösten die Apoptose aus, also den programmierten Zelltod.

Nicht alle Schäden verschwinden

Die Studie liefert jedoch nicht nur Antworten, sondern wirft auch neue Fragen auf. Denn die Forschenden konnten zeigen, dass die durch Methyleugenol verursachten DNA-Addukte nicht vollständig aus dem Genom entfernt werden. Ein Teil der Schäden bleibt bestehen.

„Zukünftig wollen wir besser verstehen, wie die Schäden in nicht transkribierten Bereichen der DNA toleriert werden und inwieweit diese zu permanenten Erbgutveränderungen beitragen“, blickt Professor Fahrer in die Zukunft.

Bedeutung für besonders empfindliche Personen

Besonders relevant sind die Ergebnisse für Menschen mit einer eingeschränkten oder defekten TC-NER, etwa für Patientinnen und Patienten mit Cockayne-Syndrom. Bei ihnen könnte der regelmäßige Verzehr methyleugenolhaltiger Gewürzpflanzen wie Basilikum zu einer verstärkten Anhäufung von DNA-Schäden führen und dadurch Leberschäden begünstigen.

Zugleich richtet sich der Blick der Forschenden auf weitere natürliche Inhaltsstoffe. In Lebensmitteln und pflanzlichen Arzneimitteln kommen strukturell verwandte Verbindungen wie Estragol vor. Sie verursachen ähnliche chemische Veränderungen an der DNA wie Methyleugenol und könnten die Lebertoxizität bei empfindlichen Personen zusätzlich verstärken.

Auch daran arbeitet die Forschungsgruppe um Jörg Fahrer. Ihr Ziel: die zugrunde liegenden Toxizitätsmechanismen besser zu verstehen und damit die wissenschaftliche Grundlage für die Sicherheit von Lebens- und Arzneimitteln weiter zu verbessern.

Originalpublikation:
Quarz, C., Walter, R. S., Hens, L. E., Carlsson, M. J., Vollmer, A. S., Llerena Schiffmacher, D. A., Pätzold, N., Ackermann, G., Heylmann, D., Stegmüller, S., Meabed, M., Cartus, A. T., Amelio, I., Richling, E., Vermeulen, W., Pines, A., Khobta, A., & Fahrer, J. (2026). Transcription-coupled nucleotide excision repair protects against genomic instability and cell death induced by the liver toxin methyleugenol. Cell Death & Disease, 17, 483. DOI:10.1038/s41419-026-08853-4

Quelle: Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU)