Potential for the G2/M Arrest Assay to Predict Patient Susceptibility to Severe Reactions Following Radiotherapy

Background and Purpose:

Cell-cycle regulation and checkpoint activation are crucial factors for radiation-induced DNA damage processing. The G2/M phase arrest was assessed in lymphoblastoid cell lines and phytohemagglutinin-stimulated T-lymphocytes of different radiosensitivities to study the relationship of G2/M arrest to radiosensitivity.

Material and Methods:

G2/M arrest was analyzed after in vitro irradiation by 2 and 5 Gy of ionizing radiation up to 6 days using 17 lymphoblastoid cell lines from healthy individuals, ataxia-telangiectasia (AT) patients, Nijmegen breakage syndrome (NBS) patients and cancer patients with clinically increased radiosensitivity. In a second approach, phytohemagglutinin-stimulated T-lymphocytes from 15 healthy individuals, twelve cancer patients, and five cancer patients hypersensitive to ionizing radiation were studied. Image cytometry was performed to analyze G2/M arrest.

Results:

Two of the three AT cell lines showed markedly increased G2/M arrest compared to controls. NBS cells were comparable to controls up to day 3, but then demonstrated a slightly increased G2/M arrest. Two of the six radiosensitive lymphoblast cell lines and the five radiosensitive cancer patients' T-lymphocytes assayed showed a reduction in G2/M arrest, while healthy individuals showed no difference from cancer patients.

Conclusion:

The interrelation between G2/M arrest and radiosensitivity is not readily apparent since a variety of radiosensitive cells from patients with radiosensitive syndromes and patients identified as radiosensitive following radiation treatment showed inconsistent G2/M arrest dynamics. Secondary effects, like loss of clonogenicity, G1/S phase arrest and failure of G2/M arrest may contribute to variation of the G2/M arrest endpoint and obscure assessment of cellular radiosensitivity using this method.

Hintergrund und Ziel:

Die Zellzyklusregulation und Aktivierung der Kontrollpunkte des Zellzyklus sind für die strahleninduzierte DNA-Schadensbearbeitung wichtig. Hier wurde der G2/M-Arrest in Zellen unterschiedlicher Strahlenempfindlichkeit verglichen.

Material und Methodik:

Der G2/M-Arrest wurde nach In-vitro-Bestrahlung bei 17 lymphoblastoiden Zelllinien von gesunden Personen, homozygoten Patienten für Ataxia teleangiectatica (AT), Nijmegen-Breakage-Syndrom (NBS) und klinisch erhöht strahlenempfindlichen Patienten sowie bei phytohämagglutininstimulierten T-Lymphozyten von 15 Gesunden, zwölf Krebspatienten und fünf erhöht strahlenempfindlichen Patienten untersucht. Der G2/M-Arrest wurde mit der Image-Zytometrie bestimmt.

Ergebnisse:

In zwei der drei AT-Zelllinien war der G2/M-Arrest im Vergleich zu den Kontrollen deutlich verstärkt. NBS-Zellen waren bis zu 3 Tage nach Bestrahlung vergleichbar mit Kontrollen und reagierten dann mit einem leicht erhöhten G2/M-Arrest. Zwei der sechs strahlenempfindlichen lymphoblastoiden Zelllinien und die T-Lymphozyten der fünf erhöht strahlenempfindlichen Patienten wiesen einen verringerten G2/M-Arrest auf. Zwischen den T-Lymphozyten der gesunden Personen und Krebspatienten bestand kein Unterschied.

Schlussfolgerung:

Der Zusammenhang zwischen der Höhe des G2/M-Arrests und der Strahlenempfindlichkeit ist nicht so eindeutig, da Zellen von Patienten mit Strahlenempfindlichkeitssyndromen und klinisch strahlenempfindliche Patienten einen unterschiedlichen G2/M-Arrest zeigten. Effekte wie Zellinaktivierung, ein erhöhter G1-Arrest und ein verminderter G2/M-Arrest könnten dazu beitragen, dass strahlenempfindliche Patienten mit dieser Methode schwierig zu identifizieren sind.