900 MHz Radiofrequency Field Induces Mitochondrial Unfolded Protein Response in Mouse Bone Marrow Stem Cells.

Nicht-ionisierende hochfrequente elektromagnetische Felder (HF-EMF) sind heutzutage allgegenwärtig. Sie werden u.a. im Militär, Radio- und Fernsehübertragungen, drahtlosen Kommunikationssystemen, der Industrie sowie der Medizin eingesetzt. Obwohl das Thema in der Wissenschaft kontrovers diskutiert wird, häufen sich die Hinweise, dass hochfrequente Felder die übermäßige Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) hervorrufen können. Diese können oxidativen Stress und so negative gesundheitliche Auswirkungen verursachen. Mitochondrien sind die hauptsächliche Quelle und gleichzeitig ein Angriffspunkt von HF-induzierten ROS. HF-EMF greifen direkt die Elektronentransportkette an, was zu mitochondrialer Dysfunktion und Überproduktion von ROS führen kann. Ein lediglich leichter Anstieg von ROS kann jedoch zu zellulären Abwehrmechanismen führen, unter anderem der sogenannten „unfolded protein response“ (UPR, Reaktion auf ungefaltete Proteine). Wenn sich auf Grund von zellulärem Stress ungefaltete bzw. fehlgefaltete Proteine innerhalb der Zelle anhäufen, wird die Synthese von mitochondrialen Proteinen angeregt. Dies beinhaltet Chaperone, welche die korrekte Faltung von Proteinen unterstützen, sowie von Proteasen, die un- bzw. fehlgefaltete Proteine abbauen. Dieser Prozess wird als mitochondriale UPR bezeichnet. Dieser Schutzmechanismus kann zunächst die negativen Auswirkungen von umweltbedingtem Stress kompensieren, eine verlängerte oder dysregulierte mitochondriale UPR-Aktivierung kann jedoch die mitochondriale Fehlfunktion verschlimmern. Es ist bekannt, dass sowohl ionisierende als auch nicht-ionisierende Strahlung den JNK-Signalweg aktivieren kann. Gleichzeitig ist die Aktivierung von JNK2 mit der Induktion von UPR assoziiert. Derzeit existieren nur wenige Berichte über die Wirkung von HF-induzierten ROS auf die mitochondriale UPR. Aus diesem Grund untersuchen die Autoren der hier vorgestellten Studie die Auswirkungen von 900 MHz auf die mitochondriale UPR in vitro.

Diese in-vitro-Studie wurde an murinen Knochenmarkstammzellen (KMSC) durchgeführt. Sie wurden über 5 Tage (4h/Tag) mit 900 MHz und 120 µW/cm² bestrahlt. Der resultierende maximale bzw. mittlere SAR-Wert der Bestrahlung betrug dabei 0,41 mW/kg respektive 0,25 mW/kg. Als Positivkontrollen wurden KMSC mit Röntgenstrahlung (6 Gy) belastet. Als Negativkontrollen wurden die Zellen scheinbestrahlt. Um zu untersuchen, ob der JNK-Signalweg involviert ist, wurde des Weiteren ein JNK2-siRNA-knockdown durchgeführt. Die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies sowie die Bildung von Chaperonen und Proteasen wurde 30 min, 4 h und 24 h nach Beendigung der Bestrahlung analysiert.

Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass sowohl Hochfrequenz- als auch Röntgenstrahlung in der Lage waren, die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies zu induzieren. Die ROS-Konzentrationen waren 30 min und 4 h nach Bestrahlung signifikant erhöht. 24 h nach der Exposition waren bei beiden Strahlungsarten die Konzentrationen wieder auf dem Level der scheinbestrahlten Kontrollen. Der ROS-Anstieg war bei der Röntgenstrahlung höher als bei der nicht-ionisierenden Hochfrequenz. Die Analysen auf Proteinebene zeigten ebenfalls 30 min und 4 h nach Hochfrequenzbefeldung einen signifikanten Anstieg der Chaperone und Proteasen. Auch diese Level normalisierten sich wieder nach 24 h. Der siRNA-knockdown von JNK2, welches sich „upstream“ des mitochondrialen UPR-Signalweges befindet, zeigte eine signifikante Reduktion der UPR-Antwort: Chaperon- und Proteasebildung waren vermindert.

Die Ergebnisse der Wissenschaftler weisen darauf hin, dass selbst Hochfrequenzstrahlung, welche um ein vielfaches geringer ist als die erlaubten ICNIRP Richtlinien, in vitro in der Lage ist ROS-Bildung zu induzieren. Des Weiteren deuten die Resultate darauf hin, dass die niedrig dosierte Hochfrequenz mitochondriale UPR als Reaktion auf Stress hervorrufen kann. Das JNK2-knockdown-Experiment kann darauf schließen lassen, dass die Hochfrequenz die mitochondriale UPR durch den JNK-Signalweg aktiviert. Der zelluläre Schutzmechanismus der mitochondrialen UPR reicht bei der geringen Leistungsdichte von 120 µW/cm² aus, um die mitochondriale Homöostase wiederherzustellen. Die mitochondriale Homöostase ist für das Überleben der Zelle von größter Bedeutung (Anm. d. Redaktion). (RH)