Jump to ContentJump to Main Navigation

Medical and Biological Sciences

The Journal of Nicolaus Copernicus University, Torun and Collegium Medicum in Bydgoszcz

4 Issues per year

Open Access
VolumeIssuePage

Open Access

The Effect of Mild Hyperthermia on Morphology, Ultrastructure and F-Actin Organization in HL-60 Cell Line

Maciej Gagat1 / Koryna Królikowska1 / Anna Klimaszewska-Wiśniewska1 / Magdalena Izdebska1 / 1

1Department of Histology and Embryology, Nicolaus Copernicus University in Toruń, Collegium Medicum in Bydgoszcz, Karłowicza 24, 85-092 Bydgoszcz, Poland Head: Prof. Alina Grzanka, Ph.D.

This content is open access.

Citation Information: Medical and Biological Sciences. Volume 27, Issue 2, Pages 19–25, ISSN (Print) 1734-591X, DOI: 10.2478/mbs-2013-0012, August 2013

Publication History

Published Online:
2013-08-13

Summary

Introduction. Hyperthermia is a well-established physical stimulus, which is applied as an adjunctive therapy with various cancer treatments, such as radiotherapy and chemotherapy. However, the precise mechanism of heat action at the cellular level remains to be elucidated, and appears to be multi-dimensional. The purpose of the current study was to determine the effect of mild hyperthermia on the actin cytoskeleton in the HL-60 cell line. In addition, the morphological and ultrastructural approaches were used to determine the type of hyperthermia-induced cell death.

Material and methods. All studies were performed using human promyelocytic leukemia cell line (HL-60). Actin filaments were visualized with phalloidin conjugated to Alexa Fluor® 488 using fluorescence microscopy. Morphological and ultrastructural changes in the HL-60 cells were analysed by light and electron microscopy, respectively.

Results. Exposure of HL-60 cells to mild hyperthermia resulted in the reorganization of the actin cytoskeleton and the appearance of characteristic apoptotic features, including cell shrinkage, chromatin condensation and margination. In addition, swollen mitochondria were observed. The morphological and ultrastructural changes increased in severity with an increase in recovery time. Similarly, actin filament remodeling was observed immediately after the heat shock and was more evident 3 and 6 hrs after the treatment. These effects were mainly reflected by a higher definition of the dense cortical F-actin ring as well as the appearance of brightly fluorescent F-actin dots and networks scattered throughout the cytoplasm.

Conclusions. Presented data suggest that actin filament reorganization is involved in the process of apoptosis initiated by mild hyperthermia. Furthermore, the results of our studies showed that the severity of hyperthermia-induced morphological and ultrastructural changes as well as alterations in actin organization depend not only on the temperature treatment but also on the duration of post heat shock recovery

Streszczenie

Wstęp. Hipertermia jest dynamicznie rozwijającą się metodą lecznia nowotworów, stosowaną w skojarzeniu z radio- i/lub chemioterapią. Precyzyjny mechanizm działania hipertermii na poziomie komórkowym nie został, jak dotąd w pełni poznany i wydaje się on wielowymiarowy. Celem niniejszej pracy była analiza wpływu łagodnej hipertermii na organizację filamentów aktynowych w komórkach linii HL-60. Za zasadną uznano także ocenę zmian morfologicznych i ultrastrukturalnych wywołanych przez hipertermię, celem określenia rodzaju uruchamianej śmierci zachodzącej w badanej linii.

Materiały i metody . Badania przeprowadzono na komórkach linii białaczki promielocytowej HL-60. Filameny aktynowe wyznakowano falloidyną skoniugowaną z Alexa Fluor® 488 i oglądano w mikroskopie fluorescencyjnym. Morfologiczne i ultrastrukturalne zmiany w komórkach oceniono odpowiednio, przy użyciu mikroskopu świetlnego oraz transmisyjnego mikroskopu elektronowego.

Wyniki. W wyniku ekspozycji komórek HL-60 na podwyższoną temperaturę obserwowano reorganizację cytoszkieletu aktynowego oraz pojawienie się komórek o cechach charakterystycznych dla procesu apoptozy, takich jak obkurcznie cyto- i nukleoplazmy, kondensacja i marginalizacja chromatyny czy obrzmienie mitochondriów. W wyniku rearanżacji, F-aktyna lokalizowała sie głównie w części korowej komórki w formie pierścienia lub w cytoplazmie w postaci wyraźnie wyznakowanych sieci i skupień. Stopień nasilenia zmian w komórkach wzrastał wraz ze wzrostem czasu regeneracji komórek.

Wnioski. Uzyskane wyniki pozwalają stwierdzić, że cytoszkielet aktynowy zaangażowany jest w realizację procesu apoptozy indukowanej przez łagodną hipertermię. Ponadto sugerują one, że na wystąpienie zmian w organizacji filamentów aktynowych, jak również zmian w morfologii i ultrastrukturze komórek ma wpływ, nie tylko zastosowany profil temperaturowy, ale również czas regeneracji komórek.

Keywords : hyperthermia; actin filaments; HL-60 cell line

Słowa kluczowe : hipertermia; filamenty aktynowe; linia komórkowa HL-60

  • 1. Habash R.W.Y., Bansal R., Krewski D. et al.: Thermal Therapy, Part 2: Hyperthermia Techniques. Crit Rev Biomed Eng, 2006; 34: 491-542 [CrossRef] [PubMed]

  • 2. Chicheł A., Skowronek J., Kubaszewska M. et al.: Hyperthermia - description of a method and a review of clinical applications. Rep Pract Oncol Radiother, 2007; 12: 267-275 [CrossRef]

  • 3. Zee J.: Heating the patient: a promising approach? Ann Oncol, 2002; 13: 1173-1184 [PubMed]

  • 4. Fiorentini G., Szasz A: Hyperthermia today: Electric energy, a new opportunity in cancer treatment. J Cancer Res Ther, 2006; 2: 41-46 [CrossRef] [PubMed]

  • 5. Wust P., Hildebrandt B., Sreenivasa G., Rau B., Gellermann J., Riess H., Felix R., Schlag P.M: Hyperthermia in combined treatment of cancer. THE LANCEL Oncol., 2002; 3: 487-497

  • 6. Hildebrandt B., Wust P.: The biologic rationale of hyperthermia. Cancer Treat Res. 2007; 134: 171-84 [PubMed]

  • 7. Kong G., Anyarambhatla G., Petros W.B. et al.: Efficacy of liposomes and hyperthermia in a human tumor xenograft model: importance of triggered drug release. Cancer Res, 2000; 60: 6950-6957

  • 8. Milani V., Noessner E., Ghose S. et al.: Heat shock protein 70: role in antigen presentation and immune stimulation. Int J Hyperther, 2002; 18: 563-575 [CrossRef]

  • 9. Song Ch.W., Lyons J.C., Griffin R.J. et al.: Increase in Thermosensitivity of tumor cells by lowering intracellular pH. Cancer Res, 1993; 53: 1599-1601 [PubMed]

  • 10. Sakaguchi Y., Maehara Y., Baba H. et al.: Flavone acetic acid increases the antitumor effect of hyperthermia in mice. Cancer Res, 1992; 52: 3306-3309 [PubMed]

  • 11. Hildebrandt B., Wust P., Ahlers O. et al.: The cellular and molecular basis of hyperthermia. Crit Rev Oncol/Hematol, 2002; 43: 33-56 [CrossRef] [PubMed]

  • 12. Coss R.A., Linnemans W.A.: The effects of hyperthermia on the cytoskeleton. Int J Hyprther, 1996; 12: 173-196 [CrossRef]

  • 13. Reisler E., Egelman E.H.: Actin structure and function: What we still do not understand. J Biol Chem, 2007; 282: 36133-36137 [PubMed] [CrossRef]

  • 14. Desouza M., Gunning P.W., Stehn J.R.: The actin cytoskeleton as a sensor and mediator of apoptosis. BioArchitecture, 2012; 2: 75-87 [PubMed] [CrossRef]

  • 15. Streffer C. : Metabolic changes during and after hyperthermia. Int J Hyperthermia, 1985; 1: 305-319 [CrossRef] [PubMed]

  • 16. Grzanka D., Stepien A., Grzanka A. et al.: Hyperthermiainduced reorganization of microtubulrs and microfilaments and cel killing in CHO AA8 cell line. Neoplasma, 2008; 55: 409-415

  • 17. Gagat M., Grzanka A.A., Grzanka A.: Evaluation of the effect of mile hyperthermia on morphology in CHO AA8 cell line. Med Biol Scie, 2010; 24: 25-32

  • 18. Pawlik A., Nowak J.M., Grzanka D. et al.: Hyperthermia induces cytoskeletal alterations and mitotic catastrophe in p53-deficient H1299 lung cancer cells. Acta Histochem, 2012 [Web of Science]

  • 19. Luchetti F., Mannello F., Canonico B. et al.: Integrin and cytoskeleton behaviour in human neuroblastoma cells during hyperthermia-related apoptosis. Apoptosis, 2004; 9: 635-648 [PubMed] [CrossRef]

  • 20. Shui C., Scutt A.: Mild heat shock induces proliferation, alkaline phosphatase activity, and mineralization in human bone marrow stromal cells and Mg-63 cell in vitro. J Bone Miner Res, 2001; 16: 731-741 [PubMed] [CrossRef]

  • 21. Luchetti F., Burattini S., Ferri P., et al.: Actin involvement in apoptotic chromatin changes of hemopoietic cells undergoing hyperthermia. Apoptosis, 2002; 7: 143-152. [CrossRef] [PubMed]

  • 22. Cole A., Armour E.P.: Ultrastructural study of mitochondrial damage in CHO cells exposed to hyperthermia. Radiat Res, 1988; 115: 421-435 [CrossRef]

  • 23. Wheatley D.N., Kerr C., Gregory D.W.: Heat-induced damage to HeLa-S3 cells: correlation of viability, permeability, osmosensitivity, phase-contrast light-, scanning electron- and transmission electronmicroscopical findings. Int J Hyperthermia, 1989; 5: 145-162 [CrossRef]

  • 24. Nakahata K., Miyakoda M., Suzuki K., Kodama S., Watanabe M.: Heat shock induces centrosomal dysfunction, and causes non-apoptotic mitotic catastrophe in human tumour cells. Int J Hyperthermia, 2002; 18: 332-43 [CrossRef] [PubMed]

  • 25. Grzanka A., Grzanka D., Orlikowska M.: Cytoskeletal reorganization during process of apoptosis induced by cytostatic drugs in K-562 and HL-60 leukemia cell lines. Biochem Pharmacol, 2003; 66: 1611-1617

  • 26. Grzanka A., Grzanka D., Orlikowska M.: Fluorescence and ultrastructural localization of actin distribution patterns in the nucleus of HL-60 and K-562 cell lines treated with cytostatic drugs. Oncol Rep, 2004; 11: 765-70

  • 27. Izdebska M., Grzanka D., Gackowska L., Żuryń A., Grzanka A.: The influence of Trisenox on actin organization in HL-60 cells. Cent Eur J Biol, 2009; 4: 351-361 [Web of Science] [CrossRef]

Comments (0)

Please log in or register to comment.