Strahlenbiologische Charakterisierung einer murinen Osteozytenzelllinie unter dem besonderen Gesichtspunkt der Zellzyklusregulation und Apoptose

Kurzfassung

Während Weltraummissionen stellen verminderte Schwerkraftverhältnisse und eine erhöhte Strahlenexposition die beiden limitierenden Faktoren für den Astronauten dar. Neben einer Vielzahl von möglichen Spätfolgen, hat der Knochenmasseverlust unter Weltraumbedingungen einen enormen Einfluss auf den Gesundheitszustand des Astronauten. Zur Untersuchung der strahlenbiologischen Auswirkungen auf Knochenzellen wurde ein Modellsystem bestehend aus Osteoblasten (OCT-1), Osteozyten (MLO-Y4) und TLymphozyten (Jurkat) ausgewählt. Zur Charakterisierung der Strahlensensitivität wurde zunächst der Effekt von Röntgenstrahlung auf Wachstumskinetik und zelluläres Überleben der untersuchten Zellen bestimmt. In beiden Fällen ergab sich eine zunehmende Strahlenempfindlichkeit in der Reihenfolge MLO-Y4 > OCT-1 > Jurkat. Das Auftreten und die Ausprägung von Arretierungen des Zellzyklus gibt Aufschluss über die Strahlenempfindlichkeit von Zellen. Daher wurden Zellzyklusanalysen nach Bestrahlung durchgeführt. Alle Zelllinien zeigten hierbei, die dosisabhängige Ausprägung eines Arrests in der G2-Phase des Zellzyklus, mit einem gleichzeitigen Anstieg an Zellen im SubG1-Stadium. Der Vitalitätszustand der Zellpopulationen nach Bestrahlung wurde mittels Trypanblau- Exklusion bestimmt. Hierbei ließ sich eine Abnahme an vitalen Zellen mit zunehmender Strahlendosis feststellen. Zur Korrelation von zellulärer Strahlenempfindlichkeit und Induktion von apoptotischen Prozessen wurden das strahleninduzierte Auftreten von Doppelstrangbrüchen (DSB) und deren Reparatur untersucht. Die osteogenen Zelllinien OCT-1 und MLO-Y4 zeigten hierbei eine vergleichbare Induktion und Reparatur von DSB. Zur Bestimmung früher Ereignisse in der Apoptoseinduktion wurde des Weiteren die Caspase-3-Aktivität nach Bestrahlung und nach Zugabe von TNFα und Staurosporinen bestimmt. Hierbei konnte bei allen untersuchten Zelllinien ein Anstieg an aktiver Caspase-3 nach Inkubation mit Staurosporinen beobachtet werden. Die Zugabe von TNFα zeigte jedoch lediglich bei OCT-1-Zellen signifikante Abweichungen zur Kontrolle. Strahleninduzierte Caspase-3-Aktivität konnte sowohl für Jurkat-Zellen als auch für OCT-1 Zellen vor allem im Bereich hoher Dosen nachgewiesen werden, jedoch nicht für MLO-Y4. Abschließend wurde das Auftreten charakteristischer DNA-Fragmente nach Apoptoseinduktion untersucht. Ein klar definiertes und aufgetrenntes DNA-Fragmentierungsmuster mit Banden spezifischer Länge, konnte nicht detektiert werden. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass mit den verwendeten Methoden keine signifikante Apoptoseinduktion nach Strahlenexposition mit ionisierender Strahlung im untersuchten Dosisbereich bezüglich der Zelllinie MLO-Y4 festgestellt werden konnte. Dies ist jedoch nicht der Fall für die osteoblastäre Zelllinie OCT-1. Dies könnte ein Hinweis auf einen bestehenden Zusammenhang zwischen Differenzierungsgrad und Strahlensensitivität von Knochenzellen in Bezug auf apoptotische Prozesse sein.