แคดเมียมปริมาณต่ากระตุ้นการแสดงออกของยีนเมทัลโลไธโอนีนและฮีมออกซีจีเนส-1 ในเซลล์เพาะเลี้ยงเซลล์รกชนิดเจอีจี-3 ของมนุษย์

Low-level cadmium exposure induces metallothionein and heme oxygenase-1 gene expression in human choriocarcinoma cell line JEG-3

Abstract

        แคดเมียมเป็นโลหะหนักที่มีความเป็นพิษ พบได้ทั่วไปในสิ่งแวดล้อมโดยเฉพาะในเมืองใหญ่ที่มีมลภาวะทางอากาศ และแหล่งที่สาคัญแหล่งหนึ่งของแคดเมียมในสิ่งแวดล้อมมาจากควันบุหรี่ แคดเมียมทาให้เกิดความเป็นพิษต่อตับ ไต และระบบไหลเวียนโลหิต รวมทั้งอวัยวะสืบพันธุ์ ได้แก่ รก อัณฑะ และรังไข่ของมนุษย์ การได้รับแคดเมียมในหญิงตั้งครรภ์อาจส่งผลร้ายต่อการเจริญเติบโตของทารกในครรภ์ การศึกษานี้จึงมีวัตถุประสงค์ในการทดสอบผลของแคดเมียมต่อเซลล์รก โดยเลือกเซลล์เพาะเลี้ยงเซลล์รกของมนุษย์ชนิด JEG-3 choriocarcinoma เป็นโมเดลสาหรับการศึกษา โดยเซลล์จะถูกนามาทดสอบด้วยสารแคดเมียม (CdCl2) ที่ความเข้มข้นต่างๆ เป็นเวลา 24 ชั่วโมง เพื่อตรวจวัดผลด้านความเป็นพิษของแคดเมียมต่ออัตราการอยู่รอดของเซลล์ ด้วยเทคนิค 3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl) -2, 5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) วิเคราะห์ปริมาณแคดเมียมที่ได้รับเข้าสู่เซลล์ โดยเทคนิค inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) และผลของแคดเมียมต่อการเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของยีนเมทัลโลไธโอนีน (MT) และฮีมออกซีจีเนส-1 (HO-1) โดยวิธี reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) จากการศึกษาพบว่าอัตราการอยู่รอดของเซลล์ที่ได้รับแคดเมียมที่ความเข้มข้น 0.049 ไมโครโมลาร์ไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสาคัญทางสถิติเมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม ในขณะที่เซลล์ซึ่งได้รับแคดเมียมที่ความเข้มข้น 0.159, 0.78, 3.125, 6.25 และ 12.5 ไมโครโมลาร์ มีอัตราการอยู่รอดลดลงอย่างมีนัยสาคัญทางสถิติ (p < 0.05) เมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม และความเข้มข้นของแคดเมียมที่สามารถยับยั้งอัตราการอยู่รอดของเซลล์ได้ร้อยละ 50 (IC50) เท่ากับ 0.878 ไมโครโมลาร์ หลังจากเซลล์ได้รับแคดเมียมเป็นเวลา 24 ชั่วโมง ผลการวัดปริมาณแคดเมียมภายในเซลล์ พบว่า ปริมาณแคดเมียมภายในเซลล์เพิ่มมากขึ้นสัมพันธ์กับความเข้มข้นของแคดเมียมที่เซลล์ได้รับ นอกจากนี้ยังพบว่า เมื่อเซลล์ได้รับแคดเมียมในปริมาณต่าจะเกิดการกระตุ้นให้มีการแสดงออกของยีน MT และ HO-1 เพิ่มมากขึ้นอย่างมีนัยสาคัญทางสถิติ (p<0.05) การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นว่าแคดเมียมมีผลทาให้เกิดการตายของเซลล์ JEG-3 และการกระตุ้นการแสดงออกของยีน MT และ HO-1 ซึ่งอาจเป็นกลไกการตอบสนองเพื่อการปกป้องเซลล์จากพิษของแคดเมียม

        Cadmium (Cd) is a toxic heavy metal that is widely distributed in the air polluted city areas, and one of its important sources in the environment is from cigarette smoking. Cd is toxic to various human organs such as liver, kidney, blood circulation, and to reproductive systems such as placentas, testes, and ovaries. Cd exposure during pregnancy may affect fetal growth and development. In this study, we aimed to examine the effect of Cd on placental cells, using JEG-3 cell, a human choriocarcinoma cell line, as a model of study. Cells were treated with various concentrations of CdCl2 for 24 hours, before the cells viability was measured by 3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay, cellular Cd accumulation by inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) technique, and changes in metallothionein (MT) and heme oxygenase-1 (HO-1) gene expression by reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). The results showed that cell viability of JEG-3 cells treated with Cd at a concentration of 0.049 μM was not statistically significant compared to control; whereas, at concentrations of 0.159, 0.78, 3.125, 6.25, and 12.5 μM significantly decreased cell viability (p<0.05) was observed compared to control. The Cd concentration required for 50% inhibition of cell viability (IC50) of JEG-3 cells was 0.878 μM after 24 hours incubation. In Cd-treated cells, the increase in cellular Cd accumulation was concentration-dependent. In addition, the expression of MT and HO-1 after low level Cd exposure were found to significantly increase (p<0.05). These results strongly suggest that Cd exposure causes Cd-induced lethality and induction of MT and HO-1 expression which may be responsive effects to protect cells against Cd toxicity.