Strahlensensitivität und Strahlensensibilisierbarkeit nach der Einwirkung ionisierender Strahlen und Coffein auf Bronchialkarzinomzellen

Abstract

Die strahlensensibilisierende Wirkung von Coffein wurde an NSCLC untersucht. A549 und H460 ließen sich bei gleichem p53-Wildtypstatus und unterschiedlicher akuter Strahlensensibilität durch 2 mM Coffein strahlensensibilisieren. Das Methylxanthin führte bei maximaler G1-Synchronisation sowohl in bestrahlter als auch unbestrahlter Fraktion zur Zunahme der temporären Arretierung der G1-S-Transition. Ferner wurde der Anteil der S-Phase durch Coffein reduziert. 5 mM Coffein bewirkten eine Steigerung der strahlenbedingten Apoptose bei H460. Aber auch ohne Bestrahlung zeigte sich der apoptoseinduzierende Effekt von Coffein (5 mM). Dem gegenüber konnte bei A549 keine durch Coffein (5 mM) vermittelte Apoptose nachgewiesen werden. Bezüglich p53 und p21 reduzierte Coffein (2 mM) den strahlenbedingten Proteinanstieg deutlich auf das Kontrollniveau. Die Strahlensensibilisierung durch Coffein ist somit außerhalb der für die Kontrolle der Zellzyklusprogression, DNA-Reparatur und Apoptose notwendigen Proteine p53 und p21 zu suchen. Weitere Hinweise auf den Coffeinmechanismus zeigten sich in der Reduzierung der mRNA von Cyclin D(1), Gadd45, p21 und HSP 70. Die Genexpression der an der Apoptose beteiligten Proteine Bax, Fas 1 und Tradd nahm durch Coffein zu. Des Weiteren bestand auf der Ebene der mRNA kein Anhalt für eine Beeinflussung der für die Proliferation und Apoptose maßgebenden Regulatoren wie Cdk2, E2F und die Caspasen. Die Wirkung von Coffein basiert demnach eher auf Beeinflussung auf Protein- als auf Genebene und ist von p53 und p21 unabhängig anzusehen.

The radiosensitising effect of caffeine was investigated for NSCLC cell lines. Radiosensitization of A549 and H460 of the same p53 wild-type status and different acute radiosensitivity was achieved by the addition of 2 mM caffeine. At maximum G1 synchronisation, the methylxanthine resulted in an increase in the temporary arrest of G1-S transition in both the irradiated and unirradiated fractions. The percentage of S phase cells was also reduced by caffeine. 5 mM caffeine resulted in an increase in radiation-induced apoptosis in H460. However, the apoptosis-inducing effect of caffeine (5 mM) was also observed in the absence of irradiation. In contrast, no caffeine-mediated (5 mM) apoptosis was found for A549. The addition of caffeine (2 mM) significantly reduced the radiation-induced protein increase of p53 and p21 to the control level. The proteins p53 and p21, which are required for the control of cell cycle progress, DNA repair and apoptosis, are therefore not involved in radiosensitization by caffeine. The reduction in the mRNA of cyclin D(1), Gadd45, p21 and HSP 70 provided further indications of the caffeine mechanism. Caffeine increased the gene expression of the proteins Bax, Fas 1 and Tradd, which are involved in apoptosis. There was no indication of any influence on the regulators essential for proliferation and apoptosis, such as Cdk2, E2F and the caspases, at the mRNA level. The effect of caffeine is therefore primarily manifested at the protein than the gene level and must be considered independent of p53 and p21.