Author(s):
Cappucci U*, Casale AM, Proietti M, Marinelli F, Giuliani L, Piacentini L.
* Department of Biology and Biotechnology “C. Darwin”, Sapienza University of Rome, 00185 Rome.
Italy
Published in:
Cells 2022; 11 (24): 4036
Published: 13.12.2022
on EMF:data since 07.02.2023
Further publications: Studie gefördert durch:

Research project grants from Sapienza University of Rome (L.P. and U.C.).

Keywords for this study:
Genom
Medical/biological studies
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WiFi Related Radiofrequency Electromagnetic Fields Promote Transposable Element Dysregulation and Genomic Instability in Drosophila melanogaster.

Original Abstract

Exposure to artificial radio frequency electromagnetic fields (RF-EMFs) has greatly increased in recent years, thus promoting a growing scientific and social interest in deepening the biological impact of EMFs on living organisms. The current legislation governing the exposure to RF-EMFs is based exclusively on their thermal effects, without considering the possible non-thermal adverse health effects from long term exposure to EMFs. In this study we investigated the biological non-thermal effects of low-level indoor exposure to RF-EMFs produced by WiFi wireless technologies, using Drosophila melanogaster as the model system. Flies were exposed to 2.4 GHz radiofrequency in a Transverse Electromagnetic (TEM) cell device to ensure homogenous controlled fields. Signals were continuously monitored during the experiments and regulated at non thermal levels. The results of this study demonstrate that WiFi electromagnetic radiation causes extensive heterochromatin decondensation and thus a general loss of transposable elements epigenetic silencing in both germinal and neural tissues. Moreover, our findings provide evidence that WiFi related radiofrequency electromagnetic fields can induce reactive oxygen species (ROS) accumulation, genomic instability, and behavioural abnormalities. Finally, we demonstrate that WiFi radiation can synergize with RasV12 to drive tumor progression and invasion. All together, these data indicate that radiofrequency radiation emitted from WiFi devices could exert genotoxic effects in Drosophila and set the stage to further explore the biological effects of WiFi electromagnetic radiation on living organisms.

Keywords

radiofrequency electromagnetic fields | transposable elements | Drosophila melanogaster

Exposure:

2400 MHz
Mobile Internet / WLAN, Wi-Fi
1,35 V/m; 4,83 mW/m²
Exposed system:
Drosophila melanogaster

EMF:data assessment

Summary

In den letzten Jahren gab es erhebliches Interesse an den biologischen und gesundheitlichen Auswirkungen im Zusammenhang mit der Verwendung moderner drahtloser Geräte, die hochfrequente (HF) elektromagnetische Felder aussenden. Anhand von Drosophila als experimentellem Modell wurde nun erstmals gezeigt, dass die Exposition gegenüber HF-EMF geringer Intensität, wie sie von WLAN-Technologien erzeugt werden, eine Instabilität des Genoms in neuronalen Geweben sowohl durch den Verlust von Heterochromatin als auch durch die Dysregulation von transponierbaren Elementen verursacht. Als Heterochromatin wird verdichtetes Chromatin im Zellkern bezeichnet. Hier liegt die DNA in an Proteine gebundener Form vor. Dadurch bleibt die Erbinformation weitgehend inaktiv. Transponierbare Elemente (TEs), auch Transposons genannt, sind mobile DNA-Elemente, die sich innerhalb des Genoms selbständig bewegen können. TEs machen einen großen Teil aller eukaryontischen Genome aus. Aufgrund ihrer mutagenen Wirkung wurden TEs zunächst als "Junk-DNA" betrachtet, die potenziell die Integrität und Stabilität des Genoms gefährdet. In den letzten Jahren wurde jedoch ihre Funktion als Auslöser genetischer Variabilität und Motor der Evolution erkannt. Kürzlich wurde bekannt, dass emotionaler Stress auch die Aktivität von TEs im Hippocampus von Nagetieren auslösen kann, was darauf hindeutet, dass TEs eine potenziell entscheidende Rolle bei der Entwicklung von posttraumatischen Belastungsstörungen spielen. Eine unkontrollierte Transpositionsaktivität kann zu einer Instabilität des Genoms und einer veränderten Expression vieler Gene führen.

Source: ElektrosmogReport Februar 2023 | 29. Jahrgang, Nr. 1

Study design and methods

Drosophila Fruchtfliegen wurden der elektromagnetischen Strahlung von WLAN in einer transversalen elektromagnetischen Zelle ausgesetzt (TEM-CELL). Das WLAN-Signal wurde von einem kommerziellen Router erzeugt und über ein Koaxialkabel direkt an die TEM-CELL weitergeleitet. Das elektrische Feld betrug 1,35 V/m und hatte eine Leistungsdichte von 4,83 mW/m². Die Oregon-R-Fliegen wurden während ihrer gesamten Entwicklung (vom Embryo bis zum adulten Stadium) exponiert, 10 Tage lang. Anschließend wurde die Gesamt-RNA aus Fliegenköpfen, Eierstöcken oder Hoden gereinigt und die Expressionsprofile verschiedener TEs wurden mittels quantitativer RT-PCR analysiert. Western Blotting wurde für weitere Analysen verwendet. Zusätzlich wurden die Krabbel- und Kletterfähigkeiten der Larven untersucht. Hierfür wurden die Larven 1 Minute lang mit einem Smartphone gefilmt und ihr Krabbelverhalten wurde 30 Sekunden lang verfolgt. Die Geschwindigkeit und die zurückgelegte Strecke wurden mit der Software Imagej berechnet. Zuletzt wurde das mutagene Potenzial von WLAN mittels somatischer Rekombination (sogenanntem MARCM Verfahren) in Zellkulturen untersucht.

Results

Für die Fliegenköpfe und Eierstöcke wurde eine signifikante Hochregulierung für alle oder einige (Eierstöcke) der getesteten TEs gemessen. Für die Hoden wurden keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen WLAN-exponierten und Kontrollfliegen gefunden. Es wurden keine statistisch signifikanten Unterschiede in den Hsp70-mRNA-Gehalten zwischen Kontroll- und WLAN-Proben in allen analysierten Geweben gefunden. Diese Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass EMF eine TE-Aktivierung durch einen molekularen Mechanismus induzieren können, der unabhängig von der Hsp70-Induktion ist. Dies erlaubt es, mögliche thermische Wirkungen von HF-EMF auf die Dysregulierung von Transposons auszuschließen. Die hoch verdichtete Heterochromatinstruktur gewährleistet das epigenetische Transkriptions-Silencing repetitiver Sequenzen, wie TEs. Um zu überprüfen, ob die hier gefundene Hochregulierung von TEs mit einer Störung der Heterochromatinstruktur und -funktion verbunden sein könnte, wurde ein Positionseffekt-Variegations-Assay (PEV) durchgeführt. Die Ergebnisse des PEV-Assays deuten darauf hin, dass WLAN die TE-Hochregulierung durch eine allgemeine Heterochromatin-Dekondensation herbeiführt. Ein Verlust der Integrität des Heterochromatins kann zu Defekten der Genomstabilität führen und damit die Anfälligkeit für DNA-Schäden erhöhen. Um dies zu überprüfen, wurden Metaphasenchromosome von Larven untersucht. Dies ergab, dass die WLAN-Exposition abnormale Chromosomenkonfigurationen und einen höheren Grad an Chromatindekondensation hervorruft. Bei Drosophila fördert oxidativer Stress die Heterochromatindekondensation und die Instabilität des Genoms. Um zu überprüfen, ob eine WLAN-Exposition oxidativen Stress auslösen kann, wurde die Konzentration reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) in den Gehirnen von Drosophila-Larven untersucht. Es zeigte sich, dass eine langfristige Exposition mit WLAN einen moderaten, aber signifikanten Anstieg der ROS-Konzentrationen verursacht. Es ist bekannt, dass DNA-Schäden und genomische Instabilität Apoptose verursachen, die wiederum die Hauptursache für Neurodegeneration ist. Ein typisches Merkmal der Neurodegeneration ist die Beeinträchtigung des Bewegungsverhaltens. Die Krabbelgeschwindigkeit der WLAN exponierten Larven war im Vergleich zu den Kontroll-Larven signifikant beeinträchtigt (0,86 ± 0,05 mm/s für die Kontrolle gegenüber 0,65 ± 0,05 mm/s für WLAN). Die exponierten Larven legten auch insgesamt kürzere Entfernungen zurück als die Kontrollen. Die Kontroll-Larven legten relativ gerade Wege zurück, während die exponierten Larven gezackte oder kreisförmige Wege aufwiesen. Es ist bekannt, dass Chromatinveränderungen und unkontrollierte TE-Mobilisierung eine stark mutagene Wirkung auf Genome haben können und wesentlich zur Entwicklung von Tumoren beitragen. (Es hat sich auch gezeigt, dass viele Signalwege von der Fruchtfliege bis zum Menschen konserviert sind.) WLAN exponierte Larven entwickelten vermehrt Tumore. Die Metastasierungsrate betrug 68 % bei WLAN exponierten Larven und 37 % bei den Kontrollen.

Conclusions

Weitere Studien sind erforderlich, um die molekularen und zellulären Mechanismen zu klären, die der Anfälligkeit verschiedener Gewebe für elektromagnetische Felder zugrunde liegen. Gegenwärtig sind die Studien zur Exposition gegenüber HF-EMF zwar zahlreich, aber immer noch nicht vollständig erschöpfend und oft uneinig und widersprüchlich. Die Arbeit der Autoren fügt sich in diesen verworrenen und sich entwickelnden wissenschaftlichen Kontext ein und schafft einen neuen Rahmen für die Diskussion der biologischen Wirkungen. (AT)