Author(s):
Manta AK*, Papadopoulou D, Polyzos AP, Fragopoulou AF, Skouroliakou AS, Thanos D, Stravopodis DJ, Margaritis LH.
* Section of Cell Biology and Biophysics, Department of Biology, National and Kapodistrian University of Athens, Athens.
Greece
Published in:
Fly (Austin) 2017; 11 (2): 75-95
Published: 03.04.2017
on EMF:data since 27.05.2017
Further publications: Studie gefördert durch:

Co-financed by the European Union (European Social Fund – ESF) and Greek national funds through the Operational Program “Education and Lifelong Learning” of the National Strategic Reference Framework (NSRF) - Research Funding Program: THALIS – UOA--MIS-375784: “Biological effects of non-ionizing electromagnetic radiation: a multidisciplinary approach” grant coordinated by L.H. Margaritis. A.K. Manta is supported by this grant for PhD fulfillment.

Medical/biological studies
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Mobile-phone radiation-induced perturbation of gene-expression profiling, redox equilibrium and sporadic-apoptosis control in the ovary of Drosophila melanogaster.

Original Abstract

Exposure:

1800 MHz
Mobile (cellular) phones
GSM
0,27 W/m²; SAR = 1,5 W/kg
Exposed system:
Drosophila melanogaster

EMF:data assessment

Summary

In den vergangenen Jahren haben 93 % der Forschungsarbeiten starke Hinweise darauf ergeben, dass Mobilfunkstrahlung oxidativen Stress in biologischen Systemen hervorruft. In Säugerzellen geschieht das hauptsächlich in den Mitochondrien. Die entstandenen ROS könnten Mediatoren für Signalübertragung im Zusammenhang mit Zellüberleben, biologischen Prozessen oder Zelltod darstellen. Die zwei Funktionen in Säugerzellen, Überleben oder Einleitung des Zelltods, werden durch Transkriptionsfaktoren oder durch Aktivierung der Mitogen Activated Protein Kinase (MAPK)-Kaskade reguliert. Das biologische Modell Drosophila melanogaster (Fruchtfliege) und insbesondere Entwicklungsprozesse der Eireifung stellen ein vielseitiges System zur Untersuchung von vielen Zellprozessen dar, auch für Untersuchungen auf molekularer Ebene wie Genregulation und Transkription. Hier wurde das Modell Drosophila melanogaster zur Bestimmung von oxidativem Stress (Messung des ROS-Gehalts) und Apoptose im Zusammenhang mit Genexpression nach 1800-MHz-Mobilfunkbestrahlung eingesetzt.

Study design and methods

Erwachsene weibliche Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster), 4 Tage alt, wurden der Strahlung eines normalen 1800-MHz-Mobiltelefons im Sprechmodus 30 min. mit einer SAR von 1,5 W/kg ausgesetzt. Das Telefon befand sich 2 cm entfernt von den Fliegen. Die Scheinbestrahlung erfolgte mit demselben Aufbau ohne dass das Telefon eingeschaltet war. Die elektrische Feldstärke betrug 10 V/m (6-min-Durchschnitt), die Leistungsflussdichte 0,27 W/m2. Es kam zu keiner Temperaturerhöhung während der Bestrahlung. Man führte 3 unabhängige Experimente mit je 3 Wiederholungen durch. Sofort nach der Bestrahlung wurden die Follikel der Eierstöcke entnommen und in 2 Gruppen geteilt: Gruppe 1 mit Follikeln Entwicklungsstufe 1 –10 und Gruppe 2 Follikel Stufe 11 –14, in denen die ROS-Konzentrationen gemessen wurden. Die apoptotischen Follikel der Eierstöcke wurden 4 Stunden später (Erfahrung aus früheren Experimenten) bestimmt, vom Germarium bis zur Stufe 10 (DNA-Brüche). Dazwischen, 2 Stunden nach Ende der Bestrahlung, wurden umfangreiche Genanalysen durchgeführt.

Results

Sofort nach Ende der 30-minütigen Bestrahlung stieg der ROS-Gehalt in den sich entwickelnden Follikeln an. Es gab einen signifikanten Anstieg um das durchschnittlich 1,6-fache vom Germarium bis zu Stadium 10, während die Stadien 11–14 keine Erhöhung mehr zeigten. In einigen Stadien führte die 1800-MHz-Strahlung zu einem 2-fachen Anstieg der Follikel mit fragmentierter DNA gegenüber der Kontrolle, besonders an den beiden Checkpoints der Oogenese, den Stadien Germarium 2b und 7–9. Die Genomanalysen ergaben 2 Stunden nach Bestrahlungsende deutliche Veränderungen in 168 Genen (> 1,25-fach), die mit wichtigen biologischen Prozessen in Zusammenhang stehen wie grundlegenden Stoffwechsel- und Zellprozessen oder Stressreaktionen und Apoptose. 153 Gene waren signifikant erhöht und nur 15 waren signifikant vermindert exprimiert. Zur Bestätigung wurden 9 Gene weiter untersucht, die Oogenese, Zelltod, Stress- und Immunreaktion und Plasmamembrankomponenten betreffen. Die Ergebnisse stimmten überein. Die Störung der Transkription durch die Strahlung konnten 3 Proteinen zu „extrazellulärer Matix“, 7 Proteinen zum Zytosol und 26 zu Plasmamembran zugeordnet werden. Die meisten der veränderten Gene, nämlich 52, gehörten zu Struktur und Funktion von Organellen, 31 zu Kernproteinen. Außerdem gab es Genprodukte, die Endosomen, Golgi-Apparat, Endoplasmatisches Retikulum, Ribosomen und Mitochondrien zugeordnet werden konnten. Die 5 Gene der Ribosomen-Proteine waren alle herunterreguliert. Andere veränderte Gene betrafen u. a. Stoffwechsel, Apoptose, Reproduktion, Entwicklung, Immunität, Signalkaskaden und einige andere Zellfunktionen. Zusammengenommen zeigen die Daten klar, dass die Strahlung wichtige Gene für unverzichtbare Zellfunktionen und -prozesse in den Eierstöcken verändert. Die meisten durch Strahlung veränderten Genprodukte gehören zu den Organellen. 15 Gene wurden gefunden, die mit Zellstress, DNA-Schädigung und oxidativem Stress zu tun haben. Seltsamerweise wurde durch die Strahlung Cryptochrom herunterreguliert, das eigentlich Nukleinsäure-Stoffwechsel und DNA-Reparaturmechanismen negativ reguliert. Von 124 Genen, die homolog zu menschlichen Genen sind, waren nach Bestrahlung 113 hochreguliert und 11 herunterreguliert. Dabei waren auch Gene, die mit der Alzheimer-Krankheit in Zusammenhang stehen. Einige der Gene werden dem MAPK-Signalweg und der Glutathion-Biosynthese zugeordnet, die auf Stress reagieren, und anderen Bereichen wie Zelltod, Zellüberleben, DNA-Replikation, DNA-Reparatur und Embryonalentwicklung. Insgesamt breit gestreute Reaktionen auf Mobilfunkstrahlung, die nicht nur Fliegen, sondern viele Lebewesen, den Menschen eingeschlossen, betreffen.

Conclusions

Ergebnisse der Genanalysen zeigen, dass die verwendeten 0,15 W/kg, die weit unter den erlaubten Werten für den menschlichen Kopf liegen (SAR 1,8 W/kg), in den jungen Fliegen entscheidende Änderungen in Transkription und Genexpression hervorrufen in frühen und mittleren Stadien der Follikel. 168 Gene waren nach der Bestrahlung verändert exprimiert, die verschiedenen biologischen Prozessen zugeordnet werden. Es gibt keine gerichteten Ziele, die Strahlung ist ein zytotoxisches Agens, das gleichzeitig viele Zellfunktionen systemisch deregulieren kann, nicht nur in Fliegenovarien, sondern wahrscheinlich auch beim Menschen. Die hier gefundenen Genveränderungen betreffen hauptsächlich Organellen, es sind anscheinend Proteine bzw. Maschinerien, die Ernährung, Stoffwechsel, Biosynthese, Energie und Signalwege während der Entwicklung regulieren. Hier wurden ca. 9 % der Genprodukte (15 Gene) als Stress-bezogen eingeordnet und ca. 6 % (10 Gene) als Apoptose-bezogen. Das alles deutet stark darauf hin, dass die 1800-MHz-Strahlung ein Stressfaktor ist. Andere Gene betreffen Phagozytose, Fettspeicher, Autophagie, Membranorganisation, Endozytose und Transport über Vesikel. Die Daten lassen ganz stark vermuten, dass in den Follikeln der Eierstöcke von D. melanogaster als Modellsystem gepulste, nicht-ionisierende Strahlung eines im Handel erhältlichen Mobiltelefons Genom-weit und nicht gezielt veränderte Genexpressionen auslöst, wahrscheinlich durch oxidativen Stress, ROS-abhängige Mechanismen, die zusammen bestimmte Zellen in den Eierstöcken in die sporadische Apoptose zwingen. Man kann ähnliche durch Strahlung hervorgerufene krankhafte Vorgänge wahrscheinlich in anderen Organen der Fliegen vorfinden, wie Gehirn, Herz und Darm (Veröffentlichung in Arbeit). Auch beim Menschen könnten Organsysteme beeinträchtigt sein bei zu starker Nutzung des Mobiltelefons.