Evaluation of cadmium induced cytotoxicity in osteosarcoma cell line

Abstract

Cadmium exerts harmful effect on public health. Environmental and occupational exposure, are the two main ways for human exposure. It was also shown that even low levels of cadmium exposure can leave to renal and other organs failure. Exposure to cadmium is associated with various bone problems and diseases like bone loss, fragilization and osteoporosis. Moreover, it was reported that cadmium exposure may perturb calcium homeostasis, Vitamin D formation and interact directly on bone metabolism. Reactive oxygen species have an important function in bone resorption, so disruption of the oxidative balance in bone tissue may result in disorders in bone metabolism. Although the deleterious effects of cadmium in bone are known, the mechanisms of action in bone cell are still not completely understood. The aims of this research study were to evaluate cadmium role in promoting cellular alterations, namely inducing oxidative stress imbalance and ultimately apoptosis. To investigate cadmium effects the human osteoblast-like cell line MG-63 was used. Inhibition of cell viability by cadmium was assessed by MTT assay. Based on these results, the sublethal doses of cadmium, 20 and 50 μM were chosen, for further studies. Cells were exposed to those concentrations of cadmium chloride for two periods of time (24 and 48 hours). After that, cells were harvested and several parameters were evaluated. The cytotoxic parameters followed a comprehensive set of oxidative stress assays with enzymatic parameters, namely determination of the activity of superoxide dismutase, catalase glutathione reductase and total glutathione content. Moreover, cadmium-induced apoptosis was assessed with annexin V assay. We observed differences in all anti-oxidant enzymes, namely an increase, catalase activities with the increased of cadmium dose and a glutathione reductase activity inhibition and also depletion on glutathione content, which may result in imbalance in oxidative stress. Finally, for the doses and periods tested, cadmium induced cell apoptosis.. In conclusion, cadmium chloride at 20 μM and 50 μM induced changes on human MG-63 cell line physiology, as it cause oxidative stress imbalance which lead to cell death by apoptosis.

O cádmio exerce efeitos nocivos para a saúde pública. A exposição ambiental e ocupacional, são as duas principais formas de exposição em humanos. Foi também demonstrado que mesmo baixos níveis de exposição ao cádmio podem causar falência de diferentes órgãos. A exposição ao cádmio está também associada a doenças relacionadas com o tecido ósseo. Além disso, foi relatado que a exposição ao cádmio pode perturbar a homeostasia do cálcio, formação de vitamina D e é também capaz de interagir directamente no metabolismo ósseo. As espécies reactivas de oxigénio têm uma função importante na reabsorção óssea e, desta forma, a ruptura do equilíbrio oxidativo pode resultar em distúrbios no seu metabolismo. Embora os efeitos deletérios do cádmio no osso sejam conhecidos, os mecanismos de acção nas células ósseas ainda não estão completamente esclarecidos. Os objectivos deste estudo consistiram em avaliar o papel do cádmio na promoção de alterações celulares, tais como desequilíbrio oxidativo e indução de apoptose. Para investigar os efeitos do cádmio foi utilizada a linha humana de osteosarcoma MG-63. A inibição da viabilidade celular pelo cádmio foi avaliada através do ensaio de MTT. Com base nesses resultados foram escolhidos as doses subletais de cádmio (20 e 50 μM) a serem utilizadas nos estudos posteriores. As células foram expostas às duas concentrações de cádmio em dois períodos de tempo (24 e 48 horas). Os seus efeitos citotóxicos foram avaliados vários por parâmetros enzimáticos de stress oxidativo,nomeadamente a determinação da actividade de superóxido dismutase, catalase e a glutationa reductase assim como conteúdo total de glutationa . Além destes, foi também avaliada a indução da apoptose pelo cádmio, através do ensaio com anexina V. Observaram-se diferenças em todas as enzimas anti-oxidantes, nomeadamente, um aumento da actividade catalase com o aumento da dose de cádmio e uma inibição da actividade da glutationa reductase assim como da concentração de glutationa, resultando em stress oxidativo. Finalmente, observou-se que nas doses e tempos testados, o cádmio induziu apoptose nas células. Em conclusão, o cádmio, nas concentrações de 20 μM e 50 μM induziu alterações na fisiologia da linha celular humana MG-63, causando stress oxidativo levando à morte celular por apoptose.