Hitzeschock-Proteine
Beurteilung in einigen
Literaturstudien
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Rainer
Meyer, In vitro-Studien zu biologischen Wirkungen hochfrequenter Felder
aus den Jahren 1997 bis 2002, Edition Wissenschaft 20/2003:
„Die hier
vorgestellten Arbeiten zur Induktion von „heat shock“-Proteinen durch HF-Felder
sind insofern bemerkenswert, als hier ein Befund vorliegt, der sich
unterschiedlichen Systemen zeigte. Die verschiedenen Arbeiten unterstützen sich
gegenseitig. Klassische Reproduktionsstudien fehlen allerdings noch.“ (Seite
18)
●
Cotgreave
IA, Biological stress responses to radio frequency electromagnetic radiation:
are mobile phones really so (heat)shocking?:
“So are mobile telephones really so
(heat)shocking? The possibility the RF exposure might have an effect on HSPs is
currently under investigation in a number of laboratories and a primary goal of
this research is to replicate and/or confirm results reported in the
literature. Thus, we are absolutely not presently in a position to interpret
the effects on HSPs, obtained in largely model in vitro systems, in terms of
risks to human health.”
Arch Biochem Biophys. 2005 Mar
1;435(1):227-40. Unterstützt durch die FGF.
Bemerkungen
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Am 28. und 29. April 2004 veranstaltete die „Forschungsgemeinschaft
Funk“ in Zusammenarbeit mit der COST281 und der STUK in Helsinki einen Workshop zum Thema „Influence of RF Fields on the Expression of
Stress Proteins“.
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Hitzeschock-Proteine
(HSP, Hsp, hsp) wirken in physiologisch normalen Situationen als Chaperone, die neu synthetisierten
Proteinen „helfen“, sich korrekt zu falten. Hitzeschock-Proteine werden
verstärkt aktiviert bzw. neu gebildet, wenn Zellen Hitze oder anderem
(beispielsweise chemischem) Stress ausgesetzt sind, welcher in der Lage ist,
Proteine zu denaturieren.
In diesem Fall stabilisieren Hitzeschock-Proteine zelluläre Proteine, um sie
vor Denaturierung
zu schützen oder beschleunigen den Abbau nicht mehr funktionsfähiger Proteine.
Hitzeschock-Proteine werden hauptsächlich nach ihrer Größe klassifiziert (z.B.
werden Hitzeschockproteine einer Molekularmasse von 27kDa als Hsp27
bezeichnet).
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de Pomerai et
al. 2003 (der vollständige Artikel ist frei erhältlich) fanden in vitro
eine verstärkte Aggregation des Proteins „bovines Serumalbumin“ und die Bildung
von Amyloid-Fasern bei bovinem Insulin nach HF-Bestrahlung (1.0 GHz, maximale
SAR 50 mW/kg, Temperaturdifferenz <0.2°C). Daraus schließen sie, dass
Hochfrequenzfelder bei Proteinen Konformationsänderungen
verursachen können, die eine Ursache der zuvor bei Nematoden gefundenen Hsp-Stressreaktion
sein könnten (siehe unten: Daniells et al. 1998 und de Pomerai et al. 2000).
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Hypothetischer Wirkungsmechanismus für Krebs (French
et al. 2001): Die Hochregulation von HSPs ist eine normale
Verteidigungsreaktion gegen zellulären Stress, aber eine chronische
Hochregulation von HSPs kann Krebs verursachen oder beschleunigen. Es wird die
Hypothese aufgestellt, dass wiederholte Exposition gegenüber Handy-Strahlung
möglicherweise eine chronische Hochregulation von HSPs bewirken und somit Krebs
verursachen könnte.
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Hypothetischer Wirkungsmechanismus für Krebs/Blut-Hirn-Schranke
(Leszczynski et al.): Aufgrund der in der Studie von 2002 (siehe unten) gefundenen
Erhöhung in der Expression und Phosphorylierung von
Hsp27 bei Endothel-Zellen wurden zwei mögliche Wirkungsmechanismen
vorgeschlagen:
o
Eine Begünstigung von Krebs durch Hemmung der Apoptose und
o
Ein Einfluss auf die Verteilung und Stabilität der F-Actin-Fasern (Bestandteil des Zellskeletts), der zu einer
veränderten Morphologie der Endothel-Zellen
(welche die Blutgefäße innen auskleiden) und somit zu einer erhöhten
Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke
führen könnte
In weiteren Untersuchungen konnte
ein Einfluss auf das Zellskelett und die Zellmorphologie bestätigt werden: Die
Actin-Filamente wurden stabilisiert, was zu einem Schrumpfen der Zellen führte
(Leszczynski et al. 2004).
Vereinfachtes Schema der
Hypothese von Leszczynski et al. Quelle: REFLEX-Schlussbericht, Seite 169
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Vorläufige Ergebnisse, noch nicht „wissenschaftlich publiziert“:
o
Aubineau, Töre: signifikant 60%-ig erhöhte Expression von Hsp27 bei
6 exponierten Ratten (40 min / 1.5 W/kg), verglichen mit 6 Kontrolltieren (Präsentation in Reisenburg
2003)
o
Poulletier de Gannes: neuronale Zelllinie, keine Effekte auf
Hsp70-Expression bei mehreren Zelllinien; Leszczynski-Replikation: tendenziell
erhöhte Hsp27-Expression (um 26%, statistisch nicht signifikant) in
EA.hy926-Zellen nach einstündiger Exposition (900 MHz, 2 W/kg), weitere
Experimente werden durchgeführt (Präsentation
in Helsinki 2004)
Originalstudien
○ Wirkung
von Hochfrequenz-Befeldung auf die mRNA-Expression in kultivierten Nager-Zellen
Kurz: Kein Effekt einer
2450 MHz-Bestrahlung (SAR 103.5 +/- 4.2 W/kg) auf die Messenger RNA (mRNA) für
Hitzeschock-Proteine.
Parker JE, Kiel JL, Winters WD, Physiol
Chem Phys Med NMR. 1988;20(2):129-34.
Abstract
bei PubMed
○ Stress-Proteine
werden nicht in Säugetier-Zellen induziert, die bei Hochfrequenz- oder
Mikrowellen-Befeldung exponiert wurden
Kurz: HeLa-Zellen wurden
mit 27 oder 2450 MHz (unmoduliert) bei einer SAR von 25 W/kg 2 h lang
bestrahlt, CHO-Zellen mit 27 MHz bei 100 W/kg. 24 h nach der Exposition wurde
die Expression von Stress-Proteinen untersucht und keine signifikanten
Unterschiede gefunden.
Anmerkung: Kritik von
Leszczynski et al. 2002: die Proteine wurden lediglich nach Molekularmasse
unterschieden, somit bleibt die tatsächliche Identität der als Stressproteine
gewerteten Proteine unklar.
Cleary SF, Cao
G, Liu LM, Egle PM, Shelton KR, Bioelectromagnetics.
1997;18(7):499-505.
Abstract
bei PubMed
○ Wirkung
einer GSM-Mikrowellen-Exposition auf die genomische Reaktion im Gehirn der
Ratte
Kurz: Ratten wurden 4
Stunden lang 900-MHz-Strahlung bei SARs von 0.3, 1.5 oder 7.5 W/kg ausgesetzt.
Nur bei 7.5 W/kg gab es eine Induktion der HSP-mRNA, die Expression des
Proteins war nicht erhöht. 7 Tage nach der Bestrahlung wurden keine
Unterschiede zwischen Expositions- und Kontrollgruppe festgestellt.
Finanzierung: Motorola
Fritze K, Wiessner C, Kuster N,
Sommer C, Gass P, Hermann DM, Kiessling M, Hossmann KA, Neuroscience. 1997
Dec;81(3):627-39.
Abstract
bei PubMed
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Transgene Nematoden als Biomonitore für Mikrowellen-induzierten
Stress
Kurz:
Für diese Untersuchung wurden transgene Nematoden (Fadenwürmer, Caenorhabditis
elegans) verwendet, bei denen der Hsp16-Promotor mit einem anderen Gen
(„Reportergen“) gekoppelt ist, welches ein leichter als Hsp16 selbst
nachzuweisendes Protein (β-Galactosidase)
codiert. Wenn das Hitzeschock-Protein gebildet wird, wird auch das leichter
nachzuweisende Protein gebildet, so dass das Hitzeschock-Protein leicht
indirekt nachweisbar wird. Die Experimente wurden bei einer Temperatur von 25°C
durchgeführt, 3°C unterhalb der Schwelle zur thermischen Aktivierung des Hsp16.
Die Nematoden wurden verschiedenen Expositionsbedingungen (Frequenz: 300 oder
750 MHz; Nominalleistungen der TEM-Zelle: 125, 250 oder 500 mW; Dauer: 2, 4, 8
oder 16 h) ausgesetzt. Nach 2 h und 16 h, nicht nach 4 und 8 h Expositionsdauer,
wurde eine erhöhte β-Galactosidase-Aktivität
beobachtet, d.h. es trat eine erhöhte Hsp16-Expression auf.
Finanzierung: Ministry of
Defence
Daniells C, Duce I, Thomas D,
Sewell P, Tattersall J, de Pomerai D, Mutat Res. 1998 Mar 13;399(1):55-64.
Abstract bei PubMed
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Nichtthermische Hitzeschock-Reaktion auf Mikrowellen / Mikrowellen-Befeldung
induziert eine Hitzeschock-Reaktion und verstärkt das Wachstum in der Nematode Caenorhabditis
elegans
Kurz: Wie bei Daniells et
al. 1998 (siehe oben) wurden transgene Nematoden einem elektromagnetischen Feld
der Frequenz 750 MHz ausgesetzt. Die SAR bei 500 mW Nominalleistung der
TEM-Zelle wurde mit 1 mW/kg geschätzt. Eine spätere Simulation durch Motorola
(siehe Präsentationen) lieferte eine durchschnittliche SAR von 4 mW/kg und
einen Maximalwert von 50 mW/kg. Nach 18-stündiger Mikrowellenexposition zeigten
die Fadenwürmer schon ab Temperaturen von 24.5°C eine Hitzeschock-Reaktion, wie
sie erst bei etwa 3°C höheren Temperaturen thermisch ausgelöst wird (siehe
Abbildung). Messungen zeigten jedoch keine erhöhte Temperatur in den
exponierten Kulturen. Neben der Hitzeschock-Reaktion wurde auch eine Wachstumsstimulation
durch die Bestrahlung beobachtet.
β-Galactosidase-Aktivität
(als Indikator für Hsp16; Hochachse, relativ zu 15°C-Kontrollen, in Prozent)
bei abgeschirmten Kontrollen (blau) und exponierten Nematoden (rot) in
Abhängigkeit der Temperatur (Rechtswertachse, in °C). Quelle: Präsentation von
D. de Pomerai in London 2002.
Anmerkungen: Auf der
Tagung in Helsinki 2004 berichtete Dr. de Pomerai, bei genaueren Untersuchungen
sei eine Temperaturerhöhung aufgrund von „Power Loss“ in TEM-Zelle festgestellt
worden. Durch Modifikationen konnte die Temperaturerhöhung einer 2-stündigen
Exposition von 0.15°C auf 0.07°C verringert werden. Danach wurden einige
Effekte nicht mehr beobachtet. Da ein Temperaturunterschied von weniger als
0.1°C keine Hitzeschock-Reaktion auslösen kann, vermutet Dr. de Pomerai, dass
Mikrowellen synergistisch mit Wärme wirken könnten.
Finanzierung: Defence Evaluation and Research
Agency; Wellcome Trust
de Pomerai D,
Daniells C, David H, Allan J, Duce I, Mutwakil M, Thomas D, Sewell P,
Tattersall J, Jones D, Candido P, Nature. 2000 May
25;405(6785):417-8.
Abstract
bei PubMed
de Pomerai D, Daniells C, David
H, Allan J, Duce I, Mutwakil M, Thomas D, Sewell P, Tattersall J, Jones D,
Candido P, IEEE Trans Microwave Theory Tech. 2000;48(11):2076-81
Präsentation London 2002
(pdf, 1.1MB)
Präsentation Helsinki 2004
(pdf, 850kB)
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Veränderungen zellulärer Proteine aufgrund nichtionisierender
Strahlung. I. Hitzeschock-Proteine
Kurz: Menschliche Amnion-Zellen wurden 20 min lang
mit einem 960 MHz-Feld bei einer SAR von 2.1 mW/kg und Temperaturen von 35, 37
oder 40 °C befeldet. Bei Temperaturen von 35 und 37 °C trat eine erhöhte
Expression von Hsp70 auf. Hsp27 war unverändert.
Kwee S, Raskmark
P, Velizarov S, Electro- and Magnetobiology 2001;20(2):141-152.
Abstract
Präsentation
Helsinki 2004 (pdf, 210kB)
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Nichtthermische Aktivierung des hsp27/p38MAPK-Stress-Wegs durch
Handy-Befeldung in menschlichen Endothel-Zellen: Molekulare Mechanismen für
Krebs- und Blut-Hirn-Schranken-Wirkungen
Kurz: Kulturen der Endothel-Zelllinie EA.hy926
wurden mit einem 900 MHz GSM-Signal bei einer durchschnittlichen SAR von 2 W/kg
(Temperaturänderung <0.3°C) 1 h lang befeldet. Danach war die Anzahl der phosphorylierten
Proteine von 110 in der scheinbestrahlten Kultur auf 372 in der bestrahlten
Kultur erhöht. Eines der Proteine mit veränderter Phosphorylierung wurde als
das Hitzeschock-Protein 27 identifiziert (Phosphorylierung 3- bis 4-fach
erhöht). Zusätzlich war auch die Expression des Hsp27 unmittelbar nach der
Exposition um etwa 50% höher. Aufgrund dieser Ergebnisse wurden zwei Hypothesen
über mögliche Folgewirkungen aufgestellt (siehe oben, „Bemerkungen“).
Anmerkungen: In weiteren
Untersuchungen wurden auch Einflüsse auf Actin-Stressfasern gefunden.
Hsp27 (rot) und Stressfasern
(grün), Quelle: Präsentation von D. Leszczynski in London 2002.
Finanzierung: TEKES;
REFLEX
Leszczynski D, Joenvaara S,
Reivinen J, Kuokka R, Differentiation. 2002 May;70(2-3):120-9.
Abstract
bei PubMed
Präsentation Helsinki 2004
(pdf, 3.1MB)
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Mikrowellen-Exposition induziert Hsp70 und verleiht einen Schutz vor
Hypoxie in Hühner-Embryos
Kurz: Hühnerembryonen
wurden mit einem 915 MHz-Feld bei SARs von 1.75 bzw. 2.5 W/kg
(Eingangsleistungen 3.5 bzw. 5 W) 30 min lang bestrahlt. Bei 2.5 W/kg kam es zu
einer Erwärmung um etwa 1.5 °C, die gemessene Endtemperatur überstieg 38.8°C
nicht. Nach Exposition bei 2.5 W/kg SAR wurde eine im Mittel um 30% erhöhte Hsp70-Expression
beobachtet, obwohl es nach 30-minütiger Erwärmung auf 39°C zu keiner erhöhten
Hsp70-Expression kam. Daneben hatten die exponierten Embryonen (1.75 und 2.5
W/kg) nach vorübergehender Hypoxie
(Sauerstoffentzug) eine höhere Überlebensrate als die nichtexponierten
Kontrollen. War das Hochfrequenzfeld mit einem niederfrequenten Rauschen (20
μT) überlagert, wurde kein Effekt mehr auf die Überlebensrate beobachtet.
Finanzierung: EMX Corporation; McGowan
Charitable Foundation;
Shallom JM, Di
Carlo AL, Ko D, Penafiel LM, Nakai A, Litovitz TA, J Cell
Biochem. 2002;86(3):490-6.
Abstract
bei PubMed
Vollständiger Artikel
○ Befeldung
mit 2.45 GHz induziert Hsp70 in menschlichen MO54-Gliom-Zellen bei hohen SARs
von mehr als 20 W/kg, aber nicht bei 5 W/kg
Kurz: Die SARs betrugen 5,
20, 50 oder 100 W/kg bei Expositionsdauern von 2, 4, 8 oder 16 h. Außer bei 5
W/kg nahm die Hsp70-Expression mit längerer Expositionsdauer zu.
Tian F, Nakahara T, Wake K, Taki
M, Miyakoshi J, Int J Radiat Biol. 2002 May;78(5):433-40.
Abstract
bei PubMed
○ Biologische
Dosimetrie der Kernspintomographie
Kurz: In einem
Kernspintomographen treten drei Arten von Feldern auf, die in dieser Studie
getrennt untersucht wurden: ein statisches Magnetfeld, magnetische Gradientenfelder
und gepulste Hochfrequenzfelder. Im Hochfrequenz-Teil der Untersuchung wurden
L-132-Zellen (aus menschlichem Embryo-Lungengewebe) dem HF-Feld eines
Kernspintomographen (64 MHz, 170 W, keine SAR angegeben) 17.2 min lang
ausgesetzt. Die Bestimmung der mRNA-Expression (Hsp27 und Hsp70) erfolgte 30
bzw. 60 min, die der Hsp27- und Hsp70-Expression erfolgte 1, 2 und 4 h nach
Ende der Exposition. Weder auf auf die mRNA- noch auf die Hsp-Expression wurde
ein signifikanter Einfluss gefunden, allerdings wurde eine Erhöhung der
Calcium-Konzentration im Cytosol
um 18% und eine verminderte Lebensfähigkeit der Zellen beobachtet.
Finanzierung:
Fundación de la Asociación Espanola contra el Cáncer; Plan Regional de
Investigación de la Comunidad de Madrid (II-, and III-PRICIT);
Guisasola C, Desco
M, Millan O, Villanueva FJ, Garcia-Barreno P, J Magn Reson
Imaging. 2002 May;15(5):584-90.
Abstract
bei PubMed
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Wirkungen von Handy-Strahlung auf die Reproduktion und Entwicklung
bei Drosophila melanogaster
Kurz:
Drosophila-Fruchtfliegen wurden an 10 aufeinanderfolgenden Tagen je 2-mal 60
min lang mit einem Handy (1900 MHz, 1 W) bestrahlt. Unter Anderem wurden eine
erhöhte Fortpflanzungsrate und eine 3.6-fach erhöhte Hsp70-Expression
beobachtet.
Finanzierung: Robert I.
Goodman Fund
Weisbrot D, Lin
H, Ye L, Blank M, Goodman R, J Cell Biochem. 2003
May 1;89(1):48-55.
Abstract
bei PubMed
Präsentation Helsinki 2004
(pdf, 870kB)
○ Wirkung
von 900 MHz elektromagnetischen Feldern auf die nichtthermische Induktion von
Hitzeschock-Proteinen in menschlichen Leukozyten
Kurz: Menschliche
Leukozyten wurden mit unmodulierter oder mit GSM-modulierter 900 MHz-Strahlung
bei verschiedenen SARs (0.4, 2.0 oder 3.5 W/kg) und unterschiedlich lange (20
min, 1 h oder 2 h) befeldet. Es wurde kein Einfluss auf die
Hitzeschock-Proteine gefunden.
Lim HB, Cook GG,
Barker AT, Coulton LA, Radiat Res. 2005
Jan;163(1):45-52.
Abstract bei PubMed
○ Wirkungen
einer 1950 MHz Hochfrequenz-Befeldung auf die Expression von HSP70 und HSP27 in
humanen Gliom-Zellen
Kurz: MO54-Zellen wurden
10, 30 min, 1 oder 2 h lang einem unmodulierten 1950 MHz-Feld bei SARs von 1, 2
oder 10 W/kg ausgesetzt. Einziger beobachteter Effekt war eine Verminderung der
Hsp27-Phosphorylierung
bei 10 W/kg SAR, die sowohl bei 1 h als auch bei 2 h Expositionsdauer auftrat.
Kein Einfluss wurde bei Hsp70 gefunden.
Finanzierung: NTT DoCoMo, Inc., Japan; Japan Society for
the Promotion of Science
Miyakoshi J,
Takemasa K, Takashima Y, Ding GR, Hirose H, Koyama S, Bioelectromagnetics.
2005 May;26(4):251-7.
Abstract
bei PubMed
Präsentation Helsinki 2004
(pdf, 1.1MB)
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Elektromagnetische Felder im Frequenzbereich des Mobilfunks
induzieren Zelltod und Deaktivierung des Multichaperone Komplexes bei
menschlichen Krebszellen der Epidermis
Kurz: Menschliche
Krebszellen wurden 1, 2 oder 3 h lang einem 1.95 GHz-Feld bei einer über 1g
gemittelten SAR von 3.6 ± 0.2 W/kg ausgesetzt, die Temperatur wurde bei 37°C
konstant gehalten. Neben einer erhöhten Apoptoserate wurden auch
Veränderungen der Hitzeschock-Proteine beobachtet: Die Hsp27- und
Hsp70-Expressionen waren erhöht (3.5-fach bei Hsp27), die Hsp90-Expression war
vermindert (5-fach nach 3-stündiger Befeldung).
Finanzierung: Italian Minister for Research;
Italian Ministry of Health;
Caraglia M, Marra
M, Mancinelli F, D'ambrosio G, Massa R, Giordano A, Budillon A, Abbruzzese A,
Bismuto E, J Cell Physiol. 2005 Aug;204(2):539-48.
Abstract
bei PubMed
