Effects of Serum Starvation on Radiosensitivity, Proliferation and Apoptosis in Four Human Tumor Cell Lines with Different p53 Status

Purpose:

The effects of serum starvation on radiation sensitivity, cell proliferation and apoptosis were investigated with particular consideration of the p53 status.

Material and Methods: Four human tumor cell lines, Be11 (melanoma, p53 wild-type), MeWo (melanoma, p53 mutant), 4197 (squamous cell carcinoma, p53 wild-type) and 4451 (squamous cell carcinoma, p53 mutant), were used. After the cells had been incubated in starvation medium (0.5% FCS) for 1–6 days, changes in cell cycle distribution, induction of apoptosis and necrosis, and changes in radiation sensitivity were assessed by two-parameter flow cytometric measurements of DNA-dye-exclusion/Annexin V binding, and a conventional colony assay, respectively.

Results: p53 wilde-type cell lines showed a decrease in the BrdU labeling index and an increase in the apoptotic cell frequency in starvation medium. p53 mutant cell lines showed a decrease in the BrdU labeling index but no evidence of apoptosis. These cells went into necrosis instead. The radiation sensitivity was increased in 4451 and slightly decreased in Be11 and 4197 in starvation medium.

Conclusion: These data suggest a functional involvement of p53 in starvation-induced G1-block and apoptosis in tumor cells. Altered radiosensitivity after culture in starvation medium seemed to be explained at least in part by the starvation-induced G1-block. The frequency of starvation-induced apoptosis or necrosis was not correlated with radiation sensitivity.

Ziel:

Die Wirkungen eines Serummangelmediums auf die zelluläre Strahlenempfindlichkeit, Proliferation und Apoptose wurden unter besonderer Berücksichtigung des p53-Status untersucht.

Material und Methodik: Vier menschliche Tumorzelllinien, Be11 (Melanom, p53-Wildtyp), MeWo (Melanom, p53-Mutante), 4197 (Plattenepithelkarzinom, p53-Wildtyp) und 4451 (Plattenepithelkarzinom, p53-Mutante), wurden verwendet. Nach Inkubation der Zellen (1–6 Tage) in einem Serummangelmedium (0,5% FKS) wurden Veränderungen der Proliferation, der Apoptose und des Auftretens von Nekrosen bei den Zellen sowie Veränderungen der Strahlenempfindlichkeit mit dem Durchflusszytomeer (DNA-BrdU, DNA-Annexin V) und dem Koloniebildungstest untersucht.

Ergebnisse: Bei den p53-Wildtyp-Tumorzelllinien verminderte sich die BrdU-Inkorporation und erhöhte sich die Häufigkeit der apoptotischen Zellen durch Serummangel. Die Abnahme der BrdU-Inkorporation war in den p53-Mutanten-Zellen bei Mangelmedium geringer als bei den p53-Wildtyp-Zellen. S0-Zellen traten auf, aber es kam zu keinem Anstieg der Apoptose, stattdessen gingen die Zellen in die Nekrose. Die Strahlenempfindlichkeit erhöhte sich bei 4451 und verminderte sich leicht bei Be11 und 4197.

Schlussfolgerung: Diese Daten zeigen, dass der G1-Block, die Apoptose und Nekrose, die durch Serummmangel hervorgerufen wurden, vom p53-Status abhängig waren. Die veränderte Strahlenempfindlichkeit konnte zumindest teilweise durch die Veränderungen der Zellproliferation erklärt werden. Die Häufigkeit der Apoptose oder Nekrose hatte offensichtlich keinen Einfluss auf die Strahlenempfindlichkeit.