Proteomics analysis of human endothelial cells
after shortterm exposure to mobile phone radiation
NYLUND Reetta
STUK-A250. Helsinki 2011, 100 pp. + Appendices 73 pp.
Key words: radio frequency electromagnetic fields, mobile phone radiation, human endothelial cells, proteomics, two-dimensional gel electrophoresis, protein expression
Abstract
Mobile phones have been a part of our everyday life in the developed world since the late 1990s. This has raised concerns over the potential health risks of mobile phone use. Biological and health effects potentially caused by mobile phone radiation have been extensively studied and several biological and medical endpoints have been examined. So far, results have not been conclusive on the potential effects of mobile phone radiation.
Mobile phones generate a modulated radio frequency electromagnetic field (RF-EMF), which is a form of non-ionizing radiation. This means that mobile phone radiation does not have enough energy to ionize atoms and it cannot break chemical bonds directly (e.g., in DNA strands). There could, however, be other mechanisms by which mobile phone radiation may affect cellular and physiological functions. Whether these mechanisms exist is unknown.
In this thesis, large-scale screening techniques, such as proteomics, were applied to examine changes on the proteome level after exposure to mobile phone radiation. Proteomics techniques allow the screening of several hundreds, and even thousands, of proteins simultaneously, and are thus more efficient than single endpoint techniques.
Four different types of human endothelial cells (two cell lines, two types of primary cells) were exposed to two types of mobile phone radiation (900 and 1800 MHz GSM). The proteome of these cells was examined immediately after short-term exposure using two-dimensional gel electrophoresis (2DE). Two protein detection/analysis techniques were used: silver staining for the cell line samples and difference gel electrophoresis (DIGE) for the primary cells. 2DE-DIGE technology is currently a state-of-the-art technique in 2DE studies.
Several changes were found in the proteome of the human endothelial cell line EA.hy926 after exposure to 900 MHz GSM mobile phone radiation. In addition, the proteome of a variant of the same cell line, the EA.hy926v1, was affected after 900 MHz GSM mobile phone radiation exposure, but the altered proteins were different from those in the EA.hy926 cells. The changes in the proteome of the EA.hy926 cells were weaker after 1800 MHz GSM exposure compared to those after 900 MHz GSM exposure. Furthermore, certain proteins affected earlier after 900 MHz GSM exposure were unaffected after 1800 MHz GSM exposure.
The proteome of the primary human endothelial cells was not affected after 1800 MHz GSM exposure when examined using 2DE-DIGE technology. 2DE-DIGE technology is more reliable than the technology used with the EA.hy926 cell line, and these results should therefore be highly relevant when assessing the potential immediate effects of mobile phone radiation.
The results presented in this thesis on the proteome-level effects of mobile phone radiation exposure are contradictory. The results with EA.hy926 cells suggest that minor effects do occur, whereas no effects were observed when using the more reliable 2DE-DIGE technology and primary cells. The responses with EA.hy926 cells varied according to the cell variant and exposure conditions, and consistent responses at the cellular level could not therefore be identified. Further research is recommended to understand the variation in responses and whether consistent cellular-level responses exist.
The research conducted by the Radiation and Nuclear Safety Authority (STUK) serves the whole organisation’s mission: to protect people, society, the environment and future generations from the harmful effects of radiation. The Radiation and Nuclear Safety Authority’s strategy was revised in 2006 and the research agenda prepared on the basis of the strategy covers the years 2007 – 2011. This report summarises STUK’s ongoing research projects during the latter half of the strategy period, from 2009 – 2011. More information on the research, researchers and publications of the Radiation and Nuclear Safety Authority is available at STUK’s website: www.stuk.fi.
___
ISBN 978-952-478-657-7 (print)
ISBN 978-952-478-658-4 (pdf)
ISSN 0781-1705
Ihmisen endoteelisolujen proteomiikka-analyysi
lyhytaikaisen matkapuhelinsäteilyaltistuksen jälkeen
NYLUND Reetta
STUK-A250. Helsinki 2011, 100 s. + liitteet 73 s.
Avainsanat: radiotaajuiset sähkömagneettiset kentät, matkapuhelinsäteily, ihmisen endoteelisolut, proteomiikka, kaksisuuntainen geelielektroforeesi, proteiinien ilmentyminen
Tiivistelmä
Matkapuhelimet ovat olleet osa jokapäiväistä elämäämme 1990-luvun loppupuolelta lähtien, mikä on aiheuttanut huolta niiden mahdollista terveysvaikutuksista. Matkapuhelinsäteilyn mahdollisia biologisia ja terveysvaikutuksia on tutkittu laajalti ja tarkasteltavana on ollut useita erilaisia biologisia ja lääketieteellisiä ilmiöitä. Toistaiseksi tutkimustulosten perusteella ei ole saatu varmuutta, onko matkapuhelinsäteilyllä mahdollisia vaikutuksia.
Matkapuhelimet lähettävät radiotaajuisia aaltoja, jotka ovat ionisoimatonta säteilyä. Matkapuhelinsäteilyn energia ei riitä atomien ionisoimiseen ja se ei pysty suoraan rikkomaan kemiallisia sidoksia (esimerkiksi DNA-ketjussa). Matkapuhelinsäteily saattaa kuitenkin vaikuttaa solutason fysiologisiin toimintoihin muiden mekanismien välityksellä. Tällaisten mekanismien olemassa olosta ei ole toistaiseksi saatu varmuutta.
Tässä väitöskirjassa sovellettiin laaja-alaisia seulontatekniikoita, kuten proteomiikkaa, proteiinitason muutosten tutkimiseen matkapuhelinsäteilyaltistuksen jälkeen. Proteomiikka-menetelmien avulla voidaan yhtäaikaisesti tutkia satoja tai jopa tuhansia proteiineja ja ne ovat näin ollen tehokkaampia kuin yksittäistä ilmiötä tutkivat menetelmät.
Tutkimuksessa käytettiin solumallina ihmisen endoteelisoluja. Solumalleja oli yhteensä neljä (kaksi solulinjaa ja kahdenlaisia primäärisoluja) ja niitä altistettiin kahdella eri taajuudella (900 ja 1800 MHz GSM). Muutoksia solujen proteomissa tutkittiin välittömästi lyhytkestoisen altistuksen jälkeen kaksisuuntaista geelielektroforeesia (2DE) käyttäen. Tutkimuksissa käytettiin kahta erilaista proteiinien värjäys-/analysointitekniikkaa: solulinjanäytteille hopeavärjäystä ja primäärisoluille fluoresoivia leimoja (DIGEtekniikka). 2DE-DIGE-tekniikka edustaa parasta mahdollista teknologiaa 2DE-tutkimuksissa.
Tutkimuksissa löydettiin useita muutoksia ihmisen endoteelisolulinjan EA.hy926:n proteomissa 900 MHz GSM -altistuksen jälkeen. Lisäksi muutoksia havaittiin saman endoteelisolulinjan muunnoksen, EA.hy926v1:n, proteomissa 900 MHz GSM -altistuksen jälkeen, mutta nämä muutokset olivat erilaisia kuin EA.hy926-soluissa. EA.hy926-solujen proteomissa löydettiin muutoksia myös 1800 MHz GSM -altistuksen jälkeen, mutta nämä muutokset olivat heikompia kuin 900 MHz GSM -altistuksen jälkeen. Lisäksi tiettyjen proteiinien ilmentyminen, joka muuttui aiemmin 900 MHz GSM -altistuksen jälkeen, ei muuttunut 1800 MHz GSM -altistuksen jälkeen.
Primääristen ihmisen endoteelisolujen proteomissa ei havaittu muutoksia 1800 MHz GSM -altistuksen jälkeen, kun tutkimuksissa käytettiin 2DE-DIGEtekniikaa. 2DE-DIGE-tekniikka on luotettavampi kuin menetelmä, jota käytettiin EA.hy926-solujen tutkimiseen. Näin ollen näillä tuloksilla tulisi olla paljon painoarvoa arvioitaessa lyhytkestoisen matkapuhelinsäteilyaltistuksen mahdollisia välittömiä biologisia vaikutuksia.
Tässä väitöskirjassa esitetyt tulokset matkapuhelinsäteilyn vaikutuksista solujen proteomin tasolla ovat ristiriitaisia. EA.hy926-soluilla saadut tulokset näyttävät, että joitakin muutoksia voi esiintyä altistuksen jälkeen. Luotettavammalla 2DE-DIGE-tekniikalla ja primäärisoluilla ei puolestaan havaittu muutoksia altistuksen jälkeen. Vaikutukset EA.hy926-soluissa vaihtelivat solumuunnoksen ja altistusolosuhteiden perusteella ja näin ollen ei ole mahdollista havaita yhdenmukaista solutason vastetta matkapuhelinsäteilylle. Jatkotutkimuksilla tulisi selvittää, miksi vaikutukset vaihtelevat ja onko yhdenmukaista solutason vastetta olemassa.
__
ISBN 978-952-478-657-7 (nid.)
ISBN 978-952-478-658-4 (pdf)
ISSN 0781-1705
