Blüten von ichthyotoxischen Mikroalgen sind weltweit für viele Fischsterben verantwortlich. Der Haptophyt Prymnesium parvum und der Dinoflagellat Karlodinium armiger sind Beispiele für toxische Spezies, die allelochemische Verbindungen, Prymnesine bzw. Karmitoxin, produzieren. Prymnesine umfassen eine große Gruppe von Analoga, die in A-, B- und C-Typen eingeteilt werden. Die Wirkungsweise von Prymnesinen und Karmitoxin ist weitgehend unbekannt. Aktuelle Hypothesen gehen von einer Porenbildung aus, die zur Erhöhung der Membranpermeabilität und Zelltod führt. Eine hohe Affinität zu Sterolen könnte dabei eine wichtige Rolle spielen. In diesem Projekt wurde der Fokus auf die Erforschung der Wirkmechanismen gelegt, indem das toxische Profil erweitert und die Mitwirkung von Sterolen untersucht wurde. Bei Prymnesinen und Karmitoxin wurde eine rasche Beeinträchtigung der Zellviabilität beobachtet, mit vergleichbarer Wirksamkeit für Zytotoxizität und Hämolyse. Die Potenz der Prymnesine konnte nach dem Muster A>C>B, von stärkster zu schwächster Wirkung, eingeteilt werden. Es wurde festgestellt, dass einzelne Analoga die Prymnesin-Potenz direkt beeinflussen. Interessanterweise scheinen sich die Prymnesin-Typen in ihren Mechanismen zu unterscheiden, was wahrscheinlich auf unterschiedliche Sterolaffinitäten und Komplexbildung zurückzuführen ist. Dies könnte die signifikanten Unterschiede in der Wirksamkeit zwischen A- und B-Typen erklären. Unabhängig davon hatte die Veränderung des Cholesterolgehalts in den Zielzellen keinen Einfluss auf die Zytotoxizität. Die Beteiligung von Cl- und Ca2+ an der Prymnesin-Toxizität wurde durch Fluoreszenzaufnahmen weiter verdeutlicht. Auch für Karmitoxin wurde eine hohe Sterol-Affinität gemessen, doch auch hier hatte eine Modulation des zellulären Cholesterols keinen Einfluss auf die Toxizität. Der Wirkmechanismus von Prymnesinen und Karmitoxin scheint komplexer zu sein als bisher angenommen. Die Sterolaffinität ist zwar nach wie vor ein Schlüsselfaktor für die Porenbildung, doch deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass weitere Schritte entscheidend für die Toxizität sind. Außerdem ist zu bedenken, dass die drei Prymnesin-Typen nicht demselben Mechanismus folgen. Zukünftige Studien könnten sich auf Reaktionen in der molekularen Ebene konzentrieren.

Blooms of ichthyotoxic microalgae are responsible for many fish kills worldwide. The haptophyte Prymnesium parvum and the dinoflagellate Karlodinium armiger are examples of toxic species producing allelochemical compounds, prymnesins and karmitoxin respectively. Prymnesins comprise a large group of analogs categorized into A-, B-, and C-types. The mode of action (MoA) for prymnesins and karmitoxin is widely unknown. Current hypotheses propose pore-formation causing an increase in membrane permeability and subsequent cell disruption. A high affinity to sterols may aid them in their toxic mechanism. This project focused on the exploration of their MoA, by expanding the knowledge on their toxic profile and investigating the involvement of sterols. A quick onset of adverse effects caused by prymnesins and karmitoxin was observed, with comparable potencies for cytotoxicity and hemolysis. Prymnesins generally followed the pattern of most to least potent as A>C>B. Individual analogs were found to direct prymnesin potency. Interestingly, the prymnesin types appear to differ in their MoAs, likely due to differing affinities as well as binding to selected sterols. This variance might explain the significant variation in potency between A- and B-type prymnesins. Irrespective thereof, altering cholesterol content in the target cells did not affect cytotoxicity. The involvement of Cl- and Ca2+ in prymnesin toxicity was further highlighted in live-cell fluorescent imaging. Also for karmitoxin, a high sterol-affinity was measured, yet also for this ichthyotoxin a modulation of cellular cholesterol had no impact on potency. Prymnesin and karmitoxin toxicity seems to be more complex than previously hypothesized. While sterol-affinity remains a key factor of pore-formation, these results suggest that the MoA includes other crucial steps. Moreover, it should be considered that the three types of prymnesins do not follow the same MoA. Future studies may focus on exploring cellular responses on a more molecular level.