Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Extremely Low-Frequency Electromagnetic Fields Cause G1 Phase Arrest through the Activation of the ATM-Chk2-p21 Pathway med./bio.

[Extrem niederfrequente elektromagnetische Felder bewirken ein Verharren in der G1-Phase durch die Aktivierung des ATM-Chk2-p21-Signalwegs]

Von: Huang CY, Chang CW, Chen CR, Chuang CY, Chiang CS, Shu WY, Fan TC, Hsu IC

Veröffentlicht in: PLoS One 2014; 9 (8): e104732

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollten die biologischen Wirkungen einer Exposition bei extrem niederfrequenten Magnetfeldern in HaCaT-Zellen auf Transkriptions-, Protein- und zellulärem Niveau untersucht werden.

Hintergrund/weitere Details

Ionisierende Strahlung (UV-B, 233 J/m²) wurde als Positivkontrolle benutzt.
Weitere Kontrollen wurden mit Hilfe von siRNA (small interfering RNA) durchgeführt. siRNA sind kurze, doppelsträngige Ribonukleinsäure-Moleküle mit einer Länge von 20 bis 25 Basenpaaren. Sie codieren keine Proteine, sondern verbinden sich mit komplementären einzelsträngigen Ribonukleinsäure-Molekülen, wodurch sie deren Translation unterbinden.

Endpunkt

molekulare Biosynthese: Genexpression, Proteinexpression
Zelllebensfähigkeit/Zellteilung/Zellproliferation: Zellproliferation, Zelllebensfähigkeit, Zellzyklus-Verteilung

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

- 50/60 Hz
- magnetisches Feld
- Abschirmung/Feld-Entzug

Exposition	Parameter
Exposition 1: 60 Hz Expositionsdauer: kontinuierlich bis zu 144 Stunden (24, 48, 72, 96, 120, 144 Stunden)	magnetische Flussdichte: 1,5 mT (± 0,03 µT, im Zentrum der Spulen)

Exposition 1

Hauptcharakteristika

Frequenz	60 Hz
Typ	Magnetfeld
Expositionsdauer	kontinuierlich bis zu 144 Stunden (24, 48, 72, 96, 120, 144 Stunden)

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	Helmholtz-Spule
Aufbau	pair of coil apparatuses each had a diameter of 34 cm and were 17 cm apart. AC power to the Helmholtz coil system was supplied by a step-down transformer connected to a 60-Hz, 110 V AC source
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	1,5 mT	-	gemessen	-	± 0,03 µT, im Zentrum der Spulen

Zusätzliche Parameterdetails

background magnetic fields in the incubator were 0.47 ± 0.03 mT (upper part), 0.25 ± 0.01 mT (middle part), and 1.15 ± 0.47 mT (lower part)

Exponiertes System:

intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)
HaCaT-Zellen (menschliche Keratinozyten-Zelllinie) teilweise transfiziert mit CHK2 siRNA

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

molekulare Biosynthese: allgemeine Genexpression (Mikroarray), Genexpression der Zellzyklus-verbundenen Gene CDKN1A (kodiert für CDK-Inhibitor 1, welches Cyclin-abhängige Kinasen inhibiert, auch p21 genannt), CDC25B, CDC20, CDC2, CCNA2, CCNB1 um die Ergebnisse des Mikroarrays zu bestätigen (quantitative real-Time PCR); Proteinexpression von ATM, phosphoryliertem ATM, Chk2, phosphorylierte Chk2, p21 (Western Blot)
Zelllebensfähigkeit/Zellteilung/Zellproliferation: Zellproliferation (Hämozytometer, Mikroskopie); Zelllebensfähigkeit (Koloniebildungseinheit); Zellzyklus-Verteilung (Propidiumiodid-Färbung, Durchflusszytometrie)

Untersuchtes System:

isolierte biol./chemische Substanz (in vitro)
DNA/RNA (in vitro)
intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)
Zell-Lysate

Untersuchungszeitpunkt:

nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

In den 144 Stunden-exponierten Zellkulturen war die Anzahl der Zellen in der G1-Phase im Vergleich zur Schein-Exposition signifikant erhöht ("G1-Phase-Zellzyklus-Arrest), während die Zellproliferation und die Koloniebildungseinheiten signifikant erniedrigt waren. Die Proteinexpression von phosphoryliertem ATM, phosphorylierter Chk2 und p21 war verglichen mit den schein-exponierten Zellkulturen erhöht (nach 96, 120 und 144 Stunden). Der Magnetfeld-induzierte G1-Phase-Zellzyklus-Arrest wurde durch eine Transfektion mit der siRNA verhindert.
Die Autoren schlussfolgern, dass extrem niederfrequente Magnetfelder einen Zellzyklus-Arrest in der G1-Phase hervorrufen. Weiterhin schlussfolgern sie, dass die Ergebnisse auf die Beteiligung eines ATM-Chk2-p21- Signalwegs hinweisen.

Studienmerkmale:

medizinische/biologische Studie
experimentelle Studie
Voll-/Hauptstudie

Studie gefördert durch

National Science Council, Taiwan

Themenverwandte Artikel

Naghibzadeh M et al. (2020): The effect of electromagnetic field on decreasing and increasing of the growth and proliferation rate of dermal fibroblast cell
Song K et al. (2018): A 60 Hz uniform electromagnetic field promotes human cell proliferation by decreasing intracellular reactive oxygen species levels
Koziorowska A et al. (2017): Electromagnetic field of extremely low frequency (60Hz and 120Hz) effects the cell cycle progression and the metabolic activity of the anterior pituitary gland cells in vitro
Koziorowska A et al. (2017): Electromagnetic fields with frequencies of 5, 60 and 120 Hz affect the cell cycle and viability of human fibroblast BJ in vitro
Luukkonen J et al. (2017): Modification of p21 level and cell cycle distribution by 50 Hz magnetic fields in human SH-SY5Y neuroblastoma cells
Liu Y et al. (2016): Overexpression of miR-26b-5p regulates the cell cycle by targeting CCND2 in GC-2 cells under exposure to extremely low frequency electromagnetic fields
Lee HC et al. (2015): Effect of extremely low frequency magnetic fields on cell proliferation and gene expression
Miyata H et al. (2015): Analysis of gene expression in human umbilical vein endothelial cells exposed to a 50-Hz magnetic field
Patruno A et al. (2015): mTOR Activation by PI3K/Akt and ERK Signaling in Short ELF-EMF Exposed Human Keratinocytes
An GZ et al. (2015): Effects of long-term 50 Hz power-line frequency electromagnetic field on cell behavior in Balb/c 3T3 cells
Huang CY et al. (2014): Distinct Epidermal Keratinocytes Respond to Extremely Low-Frequency Electromagnetic Fields Differently
Bai WF et al. (2013): Fifty-Hertz electromagnetic fields facilitate the induction of rat bone mesenchymal stromal cells to differentiate into functional neurons
Delle Monache S et al. (2013): Inhibition of angiogenesis mediated by extremely low-frequency magnetic fields (ELF-MFs)
Zhang M et al. (2013): Effects of low frequency electromagnetic field on proliferation of human epidermal stem cells: An in vitro study
Zhong C et al. (2012): Effects of Low-Intensity Electromagnetic Fields on the Proliferation and Differentiation of Cultured Mouse Bone Marrow Stromal Stem Cells
Capri M et al. (2004): 50 Hz sinusoidal magnetic fields do not affect human lymphocyte activation and proliferation in vitro
Tokalov SV et al. (2003): Comparison of the reactions to stress produced by X-rays or electromagnetic fields (50Hz) and heat: induction of heat shock genes and cell cycle effects in human cells
Lange S et al. (2002): Alterations in the cell cycle and in the protein level of cyclin D1, p21CIP1, and p16INK4a after exposure to 50 Hz MF in human cells
Cridland NA et al. (1999): 50 Hz magnetic field exposure alters onset of S-phase in normal human fibroblasts
Ghosh D et al. (1995): Electrical Injury: Cervical Myelopathy with Late Onset Progressive Motor Neuron Disease