Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

ELF-MF attenuates quercetin-induced apoptosis in K562 cells through modulating the expression of Bcl-2 family proteins med./bio.

[ELF-MF schwächt die Quercetin-induzierte Apoptose in K562-Zellen durch Modellierung der Expression von Proteinen der Bcl-2-Familie ab]

Von: Brisdelli F, Bennato F, Bozzi A, Cinque B, Mancini F, Iorio R

Veröffentlicht in: Mol Cell Biochem 2014; 397 (1-2): 33-43

Ziel der Studie (lt. Autor)

Es sollten die Wirkungen einer Exposition bei einem extrem niederfrequenten Magnetfeld auf die Apoptose, hervorgerufen durch vier unterschiedliche Substanzen (Vinblastin, Etoposid, Quercetin, Resveratrol), bei menschlichen K562-Leukämie-Zellen untersucht werden.

Hintergrund/weitere Details

Im ersten Experiment wurden die Wirkungen von 1 µM Vinblastin, 1 µM Etoposid (wird als Medikament gegen Krebs eingesetzt) oder 25 µM Resveratrol (Stilbenoid, mögliche gesundheitsfördernde Wirkungen werden diskutiert) jeweils allein oder in Kombination mit einem extrem niederfrequenten Magnetfeld auf das Wachstum und die Zelllebensfähigkeit untersucht.
Im zweiten Experiment wurden die Wirkungen von 25 µM Quercetin (Flavonoid, möglicher Einsatz als Medikament gegen Krebs wird diskutiert) allein oder in Kombination mit einem extrem niederfrequenten Magnetfeld auf das Wachstum, die Zelllebensfähigkeit, den Gehalt an reaktiven Sauerstoffspezies, die Proteinexpression, die Enzymaktivität der Caspase-3, die Apoptose-Rate und den Zellzyklus untersucht.
Im dritten Experiment wurden die Zellen bei verschiedenen magnetischen Flussdichten exponiert, entweder allein oder in Kombination mit Quercetin und die Anzahl an apoptotischen Zellen bestimmt.
Es wurden Positivkontrollen durchgeführt.

Endpunkt

Zelllebensfähigkeit/Zellteilung/Zellproliferation: Apoptose, Zelllebensfähigkeit, Zellzyklus-Verteilung, Generierung von reaktiven Sauerstoffspezies

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

Exposition	Parameter
Exposition 1: 50 Hz Expositionsdauer: kontinuierlich für 24, 48 oder 72 Stunden Experiment 1+ 2	magnetische Flussdichte: 1 mT
Exposition 2: 50 Hz Expositionsdauer: kontinuierlich für 24, 48 oder 72 Stunden Experiment 3	magnetische Flussdichte: 0,01 mT magnetische Flussdichte: 0,1 mT magnetische Flussdichte: 2 mT

Exposition 1

Hauptcharakteristika

Frequenz	50 Hz
Typ	Magnetfeld
Signalform	sinusoidal
Expositionsdauer	kontinuierlich für 24, 48 oder 72 Stunden
Zusatzinfo	Experiment 1+ 2

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	Helmholtz-Spule
Kammer	cells were exposed in petri dishes or multiwell plate
Aufbau	exposure system consisted of two identical apparatuses, each containing a waveform generator, a current amplifier, and a pair of Helmholtz coils; pair of Helmholtz coils had a mean radius of 13.0 ± 0.5 cm; in each coil, the number of turns was 800 with a 2 mm² wire giving a resulting resistance of 2.4 ohm and an inductance of 39 ± 1 mH; mean vertical distance between the coils was 13.5 ± 0.5 cm; current could either flow in the same direction (exposure) or in the opposite direction (sham system), where the magnetic flux density is "theoretically zero"; each coil was placed within two separate incubators (one for exposure, one for sham exposure) at a temperature of 37°C and an atmosphere of 95% air/5% CO₂and 100% relative humidity.
Schein-Exposition	Eine Schein-Exposition wurde durchgeführt.

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	1 mT	-	gemessen	-	-

Zusätzliche Parameterdetails

ambient DC field within the incubators was found to be 25.5 and 32.8 µT, respectively

Exposition 2

Hauptcharakteristika

Frequenz	50 Hz
Typ	Magnetfeld
Signalform	sinusoidal
Expositionsdauer	kontinuierlich für 24, 48 oder 72 Stunden
Zusatzinfo	Experiment 3

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
magnetische Flussdichte	0,01 mT	-	gemessen	-	-
magnetische Flussdichte	0,1 mT	-	gemessen	-	-
magnetische Flussdichte	2 mT	-	gemessen	-	-

Referenzartikel

Iorio R et al. (2013): ELF-MF transiently increases skeletal myoblast migration: possible role of calpain system
Kirschvink JL (1992): Uniform magnetic fields and double-wrapped coil systems: improved techniques for the design of bioelectromagnetic experiments

Exponiertes System:

intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)
K562-Zellen (menschliche erythroleukämische Zelllinie)

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

molekulare Biosynthese: Gehalt an intrazellulären reaktiven Sauerstoffspezies (Oxidations-Reaktion mit Dichlorofluorescein, Spektrofluorometrie); Proteinexpression von Bcl-2, Bcl-xL, Mcl-1 und Hsp70 (Western Blot)
Zelllebensfähigkeit/Zellteilung/Zellproliferation: Zellproliferation (Hämozytometer); Zelllebensfähigkeit (Trypanblau-Ausschluss-Assay); Apoptose (Färbung mit Acridinorange und Ethidiumbromid, Fluoreszenzmikroskopie), Apoptose (Annexin V/FITC-Färbung, Durchflusszytometrie); Zellzyklus-Verteilung (Färbung mit Propidiumiodid, Durchflusszytometrie)
Enzymaktivität der Caspase-3 (Fluoreszenz-Färbung, Spektrofluorometrie)

Untersuchtes System:

isolierte biol./chemische Substanz (in vitro)
intakte Zelle/Zellkultur (in vitro)
Zell-Extrakte

Untersuchungszeitpunkt:

nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Im ersten Experiment wurden keine signifikanten Unterschiede in der Zellproliferation und der Zelllebensfähigkeit zwischen den exponierten und den schein-exponierten Zellen gefunden. Vinblastin, Etoposid und Resveratrol hemmten die Proliferation der Zellen. Allerdings wurde diese Wirkung nicht durch die Magnetfeld-Exposition beeinflusst.
Das zweite Experiment zeigte, dass Quercetin die Proliferation hemmte. Allerdings wurde diese Wirkung durch eine Magnetfeld-Exposition abgeschwächt: In Zellkulturen mit Quercetin, die für 48 oder 72 Stunden bei einem Magnetfeld exponiert wurden, war im Vergleich zu schein-exponierten Zellkulturen mit Quercetin die Zelllebensfähigkeit signifikant erhöht und waren die Anzahl an apoptotischen Zellen (auch nach 24 Stunden und wie Experiment 3 zeigte auch bei magnetischen Flussdichten von 0,01 mT und 0,1 mT, aber nicht 2 mT) und die Enzymaktivität der Caspase-3 signifikant erniedrigt. Außerdem waren bei den 48 Stunden-exponierten Zellen mit Quercetin verglichen mit den schein-exponierten Zellen mit Quercetin die Anzahl der Zellen in der G1-Phase und der S-Phase signifikant erhöht und die Anzahl der Zellen in der G2-Phase/Mitose signifikant erniedrigt. Die gleichzeitige Exposition bei einem Magnetfeld für 24 Stunden und Quercetin erhöhte im Vergleich zu den anderen Gruppen die Proteinexpression von Bcl-2 und verhinderte die durch Quercetin hervorgerufene Runterregulierung von Mcl-1 und Bcl-xL. Im Vergleich zur Kontrolle war nach 48 Stunden Exposition und nach 72 Stunden Exposition mit Quercetin die Proteinexpression von Hsp70 signifikant erhöht. Es wurden keine signifikanten Unterschiede im Gehalt an reaktiven Sauerstoffspezies gefunden.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass extrem niederfrequente Magnetfelder die durch Quercetin hervorgerufene Apoptose in K562-Zellen verhindern könnten. Somit könnten diese Magnetfelder negative Folgen für die Anti-Tumor-Behandlung haben.

Studienmerkmale:

medizinische/biologische Studie
experimentelle Studie
Voll-/Hauptstudie
Blindstudie

Studie gefördert durch

Ministero dell' Università e della Ricerca (MIUR (formerly MURST (Ministero dell' Università e della Ricerca Scientifica e Tecnologica); Ministry of University and Research), Italy

Themenverwandte Artikel

Ding Z et al. (2017): Vitamin C and Vitamin E Protected B95-8 and Balb/c-3T3 Cells from Apoptosis Induced by Intermittent 50Hz ELF-EMF Radiation
Feng B et al. (2016): Mitochondrial ROS Release and Subsequent Akt Activation Potentially Mediated the Anti-Apoptotic Effect of a 50-Hz Magnetic Field on FL Cells
Lee HC et al. (2015): Effect of extremely low frequency magnetic fields on cell proliferation and gene expression
Basile A et al. (2011): Exposure to 50 Hz electromagnetic field raises the levels of the anti-apoptotic protein BAG3 in melanoma cells
Garip AI et al. (2010): Effect of ELF-EMF on number of apoptotic cells; correlation with reactive oxygen species and HSP
Koh EK et al. (2008): A 60-Hz sinusoidal magnetic field induces apoptosis of prostate cancer cells through reactive oxygen species
Huang L et al. (2006): Effects of sinusoidal magnetic field observed on cell proliferation, ion concentration, and osmolarity in two human cancer cell lines
Palumbo R et al. (2006): Effects on apoptosis and reactive oxygen species formation by Jurkat cells exposed to 50 Hz electromagnetic fields
Santini MT et al. (2005): A 700 MHz 1H-NMR study reveals apoptosis-like behavior in human K562 erythroleukemic cells exposed to a 50 Hz sinusoidal magnetic field
Ding GR et al. (2004): Extremely low frequency magnetic fields and the promotion of H2O2-induced cell death in HL-60 cells
Verheyen GR et al. (2003): Effect of coexposure to 50 Hz magnetic fields and an aneugen on human lymphocytes, determined by the cytokinesis block micronucleus assay
Pirozzoli MC et al. (2003): Effects of 50 Hz electromagnetic field exposure on apoptosis and differentiation in a neuroblastoma cell line
Yoshizawa H et al. (2002): No effect of extremely low-frequency magnetic field observed on cell growth or initial response of cell proliferation in human cancer cell lines
Tofani S et al. (2001): Static and ELF magnetic fields induce tumor growth inhibition and apoptosis
Loberg LI et al. (2000): Cell viability and growth in a battery of human breast cancer cell lines exposed to 60 Hz magnetic fields