HepG2 sejtek – a májrák kutatásának forrása

A Hep-G2 egy humán májrákos sejtvonal, amely egy 15 éves, hepatocelluláris karcinómában szenvedő kaukázusi férfi májszövetéből származik. Ezeket a sejteket gyakran használják gyógyszer-metabolizmus és hepatotoxicitás vizsgálatokban. Bár a HepG2 sejtek szaporodási aránya magas és megjelenésük hámsejtszerű, nem tumorigenikusak és különböző differenciált májfunkciókat látnak el. 1975-ben a kutatók hepatocelluláris karcinómából nyerték ki a HepG2 sejteket, így ez lett az első májsejtvonal, amely a hepatociták kritikus jellemzőit mutatta. A korábban létrehozott SK-Hep1 sejtvonal ellentétben, amelyből hiányoznak az alapvető májsejt-markerek, a HepG2 sejtek különböző plazmafehérjéket képesek kiválasztani, és értékes modellt nyújtanak az emberi hepatociták sejtfelszíni doménjeinek intracelluláris dinamikájának tanulmányozásához. Ezek a sejtek epitheliális jellegű morfológiát mutatnak, kromoszómaszámuk általában 55, és emberi növekedési hormonnal stimulálhatók.

Egy férfi májában található rosszindulatú daganatról készült 3D-s orvosi animáció.

A HepG2 sejtek jellemzői

Az elsődleges hepatociták jellegzetes alakja kocka alakú, és általában két sejtmagot tartalmaznak. Ezzel szemben a HepG2 sejtek epitheliális jellegű morfológiával rendelkeznek, egyetlen sejtmaggal és sejtenként 48–54 kromoszómával. Bár a HepG2 sejtek a teljes sejtfehérje akár 25%-át is kitehetik, méretük nagyobb, mint a normál hepatocitáké, és a sejt teljes fehérjéjének körülbelül 10%-át teszik ki. A sejtfehérjék kritikus szerepet játszanak a sejten belül, végrehajtva a gének által meghatározott funkciókat.

A tumorsejtek, beleértve a rendellenes kromoszómaszámúakat is, gyakran mutatnak megnövekedett sejtmagszámot, akár hét sejtmagot is elérve sejtenként. In vitro magas differenciáltságuknak köszönhetően a HepG2 sejtek ideális modellt nyújtanak az emberi hepatocitákban az epevezetékek, a szinuszos membránfehérjék és a lipidek intracelluláris transzportjának és dinamikájának tanulmányozásához.

A HepG2 sejtek átlagos átmérője körülbelül 10–20 µm, ami kisebb, mint a 15 µm átmérőjű hepatocitáké, de hasonló a 10–20 µm közötti átmérőjű hepatoblastoma (HB) tumorsejtekéhez.

A HepG2 genetikája

A Hep-G2 sejtvonal számos transzlokációt mutat, beleértve a 1. és 21. kromoszóma rövid karjai közötti transzlokációkat, a 2., 16. és 17. kromoszóma triszómiáit, valamint a 20. kromoszóma tetraszómiáját. Megfigyelhető a 4q3 kromoszómarégió elvesztése is, amely a hepatoblastomában (HB) gyakran előforduló t(1;4) transzlokációval és más kromoszómaabnormitásokkal, például a 2. és 20. kromoszóma triszómiájával társul. A HepG2 sejtek kromoszómaszáma 50 és 60 között mozog, ami hiperdiploid kariotípust jelez, míg egyes esetekben több mint 100 kromoszóma figyelhető meg, és ezeket tetraploid megnagyobbodás jellemzi. A HepG2 sejtek körülbelül 7,5 pg DNS-t tartalmaznak, ami 15%-kal több, mint egy átlagos szomatikus sejtben. Ehhez képest az elsődleges hepatociták sejtjei kocka alakúak és jellemzően két sejtmagot tartalmaznak [1].

A HepG2 sejtek mutációs profilja

A HepG2 sejtvonal hordozza a TERT promóter régió C228T mutációját, amely a hepatocelluláris karcinómában (HCC) és a hepatoblastómában (HB) is jelen van. Ez a mutáció hozzájárul az immortalisációhoz azáltal, hogy védi a ráksejtek telomereit. Ezenkívül a HepG2 sejtek vad típusú TP53-at mutatnak, amely kritikus gén az emberi rák szuppressziójában, mivel szerepet játszik a sejtciklus leállásában, az apoptózisban és az öregedésben. E gén mutációi elősegíthetik a sejtek proliferációját.

A HepG2 sejtek számos útvonalban részt vesznek, beleértve a sejtnövekedés szabályozási zavarait, a túlélési útvonalakat, mint például a magzati és embrionális HB, valamint a Wnt/β-katenin útvonalat. Ezenkívül a sejtvonalban jellegzetes a CTNNB1 gén harmadik exonjának deléciója, amely megegyezik az epiteliális típusú HB-ben megfigyeltel [2,3].

HepG2 sejtek szigetekben történő növekedése 20-szoros és 10-szoros nagyításban.

A HepG2 májsejtes karcinóma sejtek áttekintése a májkutatásban

Az emberi hepatómából származó HepG2 sejtek felbecsülhetetlen értékű eszközzé váltak a májfunkciók és -betegségek, köztük a hepatocelluláris karcinóma kutatásában. Ezek a májsejtvonalak betekintést nyújtanak az emberi májsejtek sejtválaszaiba különböző kísérleti körülmények között. A luciferáz riporter plazmidok használata HepG2 sejtekben különösen hatékonynak bizonyult a génexpresszió és a sejttranszfekciók nyomon követésében, amelyek alapvető fontosságúak az anyagcsere-kutatásban, például az etanol májsejtekre gyakorolt hatásainak vizsgálatában.

Vírusfertőzések és májbetegségek vizsgálata HepG2 sejtek felhasználásával

Az olyan halhatatlanná tett májdaganat-sejtvonalak, mint a HepG2 és a Huh7, elengedhetetlenek a vírusfertőzések tanulmányozásában, mivel bizonyítják a hepatitis D (HDV) teljes sejtciklus-replikációját és a hepatitis B (HBV) expresszióját [5,6]. Ezzel párhuzamosan a HepaRG sejtvonalak kritikus szerepet játszanak a HBV behatolási mechanizmusainak tisztázásában [7]. A HepG2 sejteket számos emberi májbetegség vizsgálatára is alkalmazzák, a progresszív familiáris intrahepatikus cholestasis (PFIC) és a Dubin-Johnson-szindróma genetikai állapotaitól kezdve a citotoxikus és genotoxikus anyagokkal kapcsolatos környezeti és táplálkozási vizsgálatokig, valamint a gyógyszercélzás és a hepatokarcinogenezis kutatásában [8,9]. Használatuk kiterjed a bio-mesterséges máj eszközökkel végzett kísérletekre is.

A HepG2 sejtek és a biológiai anyagok kölcsönhatása a szövetmérnökségben

A HepG2 sejtek és a különböző biológiai anyagok közötti kölcsönhatás kulcsfontosságú a szövetmérnökségben. Az olyan technikák, mint a kolloid szondás technika, segítenek megérteni ezeket a kölcsönhatásokat a sejtadhéziós tulajdonságok mérésével, amelyek elengedhetetlenek a sejtek életképességének meghatározásához a vázszerkezetek és a pontos májszövet-modellek fejlesztése érdekében.

Sejtviselkedés és innovációk a HepG2-alapú modellekben

A HepG2-alapú modellekben a sejtek viselkedésének tanulmányozása elengedhetetlen a májbetegségek kutatásához. A háromdimenziós szferoid sejtkultúrák terén elért fejlődés a HepG2 sejt szferoidok létrehozásához vezetett, amelyek egy fiziológiailag relevánsabb modellt kínálnak, amely szorosan tükrözi a normális hepatocitákat. Ezek a megnövekedett metabolikus aktivitású 3D-modellek arra utalnak, hogy a HepG2-sejtek alkalmasak lehetnek hepatoblastoma modellként, és jelentős szerepet játszanak a rákkezelés kutatásában, különösen a májdaganatok szimulálásában és új terápiás megközelítések tesztelésében [10-12].

A HepG2 összehasonlítása és jellemzői más tumorsejtvonalakkal

A HepG2 az egyik legszélesebb körben használt májdaganatos sejtvonal, amelyet a mintegy 40 rendelkezésre álló májdaganatos sejtvonal közül választottak ki széles körű tudományos kutatási alkalmazásai miatt [13]. Annak ellenére, hogy bizonyos citokróm P450 enzimek expressziója gyenge vagy hiányzik a normál hepatocitákhoz képest, a HepG2 metabolikus profilja ösztönözte a sejtvonal módosítására irányuló erőfeszítéseket a gyógyszer-metabolizmus jobb tanulmányozása érdekében [13]. Az MCF7, PC3, 143B és HEK293 tumorsejtvonalakhoz képest a HepG2 sejtek egyedülálló aminosav-tartalmi profilokat mutatnak, amelyek jelentősen befolyásolják a fehérjeszintézist és a szekréciót, kiemelve egyedi metabolikus útjaikat [14].

A májbetegségek kutatásának feltárása a HepG2 segítségével

HepG2 sejtek átültetése

Az alábbiakban bemutatjuk az Accutase segítségével a tapadó sejtek sejtkultúra-lombikokból történő eltávolításának öt lépését:

1. Távolítsa el a táptalajt a sejtkultúra-lombikból, és öblítse le az adhezív sejteket kalcium- és magnéziummentes PBS-sel. Használjon 3–5 ml PBS-t a T25-ös lombikokhoz és 5–10 ml-t a T75-ös lombikokhoz.
2. Adjon Accutase-t a sejtkultúra-lombikba, 1–2 ml-t T25-ös és 2,5 ml-t T75-ös lombikokhoz. Győződjön meg arról, hogy az Accutase az egész sejtréteget befedi.
3. Inkubálja a lombikot szobahőmérsékleten 8–10 percig.
4. Óvatosan szuszpendálja újra a sejteket 10 ml friss táptalajjal.
5. Centrifugálja az újra szuszpendált sejteket 5 percig 300xg-en, szuszpendálja őket friss táptalajban, majd adagolja őket friss táptalajt tartalmazó új lombikokba.

A HepG2 sejtek jövőbeli kilátásai

A HepG2 sejtvonal teljes potenciáljának feltárására irányuló kutatások folytatódnak, és áttörő eredményeket értek el a citokrómok expressziójának növelésében. A kutatók emellett a háromdimenziós szferoid sejtkultúrák lehetőségét is vizsgálják, amelyek fiziológiailag relevánsabb rendszert kínálnak. A citokrómokat is magában foglaló metabolikus aktivitás a 3D-s szferoid HepG2-modellekben jelentősen magasabb, mint a 2D-s sejtekben, ami közelebb visz minket egy olyan modell létrehozásához, amely tükrözi a normális hepatocitákat. Ezenkívül a sejtfelszíni fehérjék helytelen eloszlásának hátterében álló dinamikus folyamatok feltárása elősegítheti a májbetegségek jobb megértését.

HepG2 sejtek: szerepük és jellemzőik az orvostudományi kutatásban – GYIK

Hivatkozások

1. Vyas, R.C., Darroudi, F., Natarajan, A.T. Sugárzás által kiváltott kromoszómális törés és újraegyesülés emberi limfociták interfázis-metafázis kromoszómáiban, Mutat Res, 1991; 249(1):29-35.
2. Woodfield, S.E., Shi, Y., Patel, R.H., Chen, Z., Shah, A.P., Srivastava, R.K., Whitlock, R.S., Ibarra, A.M., Larson, S.R., Sarabia, S.F., et al. MDM4 gátlás: egy új terápiás stratégia a P53 reaktiválására hepatoblastómában. Sci. Rep. 2021, 11, 2967.
3. Hussain, S.P., Schwank, J., Staib, F., Wang, X.W., Harris, C.C. TP53 mutációk és hepatocelluláris karcinóma: betekintés a májrák etiológiájába és patogenezisébe. Oncogene 2004.
4. Schicht, G., Seidemann, L., Haensel, R., Seehofer, D., Damm, G. A HepG2 és Huh7 hepatoma sejtvonalak használhatóságának kritikai vizsgálata a reszekálható hepatocelluláris karcinóma metabolikus reprezentációjának modelljeként. Cancers 2022, 14(17), 4227.
5. Verrier, E.R., Colpitts, C.C., Schuster, C., Zeisel, M.B., Baumert, T.F. Sejtkultúra-modellek a hepatitis B és D vírusfertőzés vizsgálatához. Viruses 2016, 8, 261.
6. Verrier, E.R., Colpitts, C.C., Bach, C., Heydmann, L., Weiss, A., Renaud, M., Durand, S.C., Habersetzer, F., Durantel, D., AbouJaoudé, G., et al. A célzott funkcionális RNS-interferencia szűrés feltárja, hogy a glikopán 5 a hepatitis B és D vírusok behatolási tényezője. Hepatology 2016, 63, 35–48.
7. Gripon, P., Rumin, S., Urban, S., Le Seyec, J., Glaise, D., Cannie, I., Guyomard, C., Lucas, J., Trepo, C., Guguen-Guillouzo, C. Emberi hepatoma sejtvonal fertőzése hepatitis B vírussal. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, 99, 15655–15660.
8. Mersch-Sundermann, V., Knasmüller, S., Wu, X.J., Darroudi, F., Kassie, F. Emberi eredetű májsejtvonal alkalmazása citoprotektív, antigénotoxikus és kogenotoxikus szerek kimutatására. Toxicology. 2004; 198(1–3): 329–340.
9. Fanelli, A. HepG2 (májhepatocelluláris karcinóma): sejtkultúra. HepG2. Letöltve: 2017. december 3.
10. Xuan, J., Chen, S., Ning, B., Tolleson, W.H., Guo, L. A citokróm P450-eket expresszáló, HepG2-ből származó sejtek kifejlesztése az anyagcserével összefüggő, gyógyszer által kiváltott májtoxicitás értékelésére. Physiol. Behav. 2017, 176, 139–148.
11. Ooka, M., Lynch, C., Xia, M. Az in vitro metabolizmusaktiválás alkalmazása nagy áteresztőképességű szűrésben. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 8182.
12. Huang, L., Coughtrie, M.W.H., Hsu, H. A dehidroepiandroszteron-szulfotranszferáz gén leregulációja humán hepatocelluláris karcinómában. Mol. Cell. Endocrinol.
13. Zhu, Z., Hao, X., Yan, M., et al. A rákos őssejtek/elősejtek nagy arányban vannak jelen a CD133 + CD44 + populációban a hepatocelluláris karcinómában. Int J Cancer. 2010; 126:2067-2078.
14. Arbus, C., Benyamina, A., Llorca, P.-M., Baylé, F., Bromet, N., Massiere, F., Garay, R.P., Hameg, A. A ciamemazin metabolizmusában részt vevő humán citokróm P450 enzimek jellemzése. Eur J Pharm Sci. 2007 dec.; 32(4-5):357-66.