HepG2-celler – en ressurs for forskning på leverkreft

Hep-G2 er en human leverkreftcellelinje som stammer fra levervevet til en 15 år gammel kaukasisk gutt med hepatocellulært karsinom. Disse cellene brukes ofte i studier av legemiddelmetabolisme og hepatotoksisitet. Selv om HepG2-celler har høy proliferasjonshastighet og et epitel-lignende utseende, er de ikke-tumorogene og utfører ulike differensierte leverfunksjoner. I 1975 utviklet forskere HepG2-celler fra hepatocellulært karsinom, noe som gjorde den til den første levercellelinjen som viste de kritiske egenskapene til hepatocytter. I motsetning til den tidligere etablerte SK-Hep1-cellelinjen, som mangler essensielle levercellemarkører, kan HepG2-celler utskille ulike plasmaproteiner og utgjør en verdifull modell for å studere den intracellulære dynamikken til celleoverflatedomener i humane hepatocytter. Disse cellene har en epitel-lignende morfologi, har et modalt kromosomtall på 55 og kan stimuleres med humant veksthormon.

3D-renderet medisinsk animasjon av en ondartet svulst i leveren til en mann.

HepG2-egenskaper

Primære hepatocytter har vanligvis en kubisk form og inneholder to kjerner. HepG2-celler har derimot en epitelignende morfologi med én kjerne og et kromosantall på mellom 48 og 54 per celle. Selv om HepG2-celler kan utgjøre opptil 25 % av det totale celleproteinet, er de større enn normale hepatocytter og utgjør omtrent 10 % av det totale proteinet i cellen. Celleproteiner spiller en avgjørende rolle i cellen og utfører funksjonene som er spesifisert av genene.

Tumorceller, inkludert de med et unormalt antall kromosomer, viser ofte en økning i antall kjerner, opptil syv per celle. På grunn av sin høye grad av differensiering in vitro, utgjør HepG2-celler en ideell modell for å studere den intracellulære transporten og dynamikken til gallegang-, sinusoidale membranproteiner og lipider i humane hepatocytter.

Den gjennomsnittlige diameteren på en HepG2-celle er rundt 10–20 µm, noe som er mindre enn en hepatocytt med en diameter på 15 µm, men lik tumorceller med hepatoblastom (HB), som varierer fra 10–20 µm.

HepG2-genetikk

Hep-G2-cellelinjen viser flere translokasjoner, inkludert de mellom de korte armene av kromosomene 1 og 21, trisomier av kromosomene 2, 16 og 17, og tetrasomi av kromosom 20. Tap av kromosom 4q3-regionen er også observert, assosiert med translokasjon t(1;4) som ofte sees ved hepatoblastom (HB) og andre kromosomavvik, slik som trisomier 2 og 20. Antall kromosomer i HepG2-celler varierer fra 50 til 60, noe som indikerer en hyperdiploid karyotype, mens noen tilfeller viser mer enn 100 kromosomer og er preget av tetraploid forstørrelse. HepG2-celler inneholder omtrent 7,5 pg DNA, 15 % mer enn en gjennomsnittlig somatisk celle. Til sammenligning har primære hepatocytter en kubisk celleform og inneholder typisk to kjerner [1].

Mutasjonsprofil for HepG2-celler

HepG2-cellelinjen bærer TERT-promotorregionmutasjonen C228T, som også finnes i hepatocellulært karsinom (HCC) og hepatoblastom (HB). Denne mutasjonen bidrar til immortalisering ved å beskytte telomerer i kreftceller. I tillegg viser HepG2-celler villtype TP53, et kritisk gen for å undertrykke kreft hos mennesker, da det spiller en rolle i cellecyklusstans, apoptose og aldring. Mutasjoner i dette genet kan fremme celleproliferasjon.

HepG2-celler deltar i flere signalveier, inkludert dysregulering av cellevekst, overlevelsesveier som føtal og embryonal HB, og Wnt/β-katenin-signalveien. Videre har cellelinjen en karakteristisk deletesjon av det tredje eksonet i CTNNB1-genet, som er identisk med det som sees i epitelial type HB [2,3].

HepG2-celler som vokser i øyer, forstørret 20 ganger og 10 ganger.

Oversikt over HepG2-celler fra hepatocellulært karsinom i leverforskning

HepG2-celler, som stammer fra humant hepatom, har blitt et uvurderlig verktøy for forskning på leverfunksjoner og leversykdommer, inkludert hepatocellulært karsinom. Disse levercellelinjene gir innsikt i de cellulære responsene til humane hepatocytter under ulike eksperimentelle forhold. Bruken av luciferase-reporterplasmider i HepG2-celler har vært særlig effektiv for å spore genuttrykk og cellulære transfeksjoner, som er grunnleggende i metabolsk forskning, for eksempel studiet av etanolens effekter på leverceller.

Studier av virusinfeksjoner og leversykdommer ved bruk av HepG2-celler

Immortaliserte lever-tumorcellelinjer som HepG2 og Huh7 er essensielle i studiet av virusinfeksjoner, og demonstrerer fullstendig replikasjon i cellesyklusen av hepatitt D (HDV) og ekspresjon av hepatitt B (HBV) [5,6]. Parallelt spiller HepaRG-cellelinjer en avgjørende rolle i å belyse HBV-inntrengningsmekanismer [7]. HepG2-celler brukes også til å undersøke en rekke menneskelige leversykdommer, fra genetiske tilstander som progressiv familiær intrahepatisk kolestase (PFIC) og Dubin-Johnson-syndrom til miljø- og kostholdsstudier relatert til cytotoksiske og genotoksiske midler, samt i forskning på legemiddelmålretting og hepatokarsinogenese [8,9]. Deres bruk strekker seg til studier med bio-kunstige leveranordninger.

Interaksjoner mellom HepG2-celler og biomaterialer i vevsteknikk

Interaksjonen mellom HepG2-celler og ulike biomaterialer er avgjørende i vevsteknologi. Teknikker som kolloid-sondeteknikken bidrar til å forstå disse interaksjonene ved å måle celleadhesjonsegenskaper, som er avgjørende for å bestemme cellelevbarhet for utvikling av scaffolder og nøyaktige levervevsmodeller.

Celleatferd og innovasjoner i HepG2-baserte modeller

Å studere celleatferd i HepG2-baserte modeller er avgjørende for forskning på leversykdommer. Fremskritt innen tredimensjonale sfæroidcellekulturer har ført til utviklingen av HepG2-cellesfæroider, som tilbyr en mer fysiologisk relevant modell som nøye gjenspeiler normale hepatocytter. Disse 3D-modellene, med økt metabolsk aktivitet, indikerer potensialet for at HepG2-celler kan tjene som en modell for hepatoblastom og er viktige i kreftbehandlingsforskning, spesielt for simulering av levertumorer og testing av nye terapeutiske tilnærminger [10-12].

Sammenligning og egenskaper ved HepG2 blant andre svulstcellelinjer

HepG2 er en av de mest brukte lever-tumorcellelinjene, valgt for sine brede anvendelser i vitenskapelig forskning blant rundt 40 tilgjengelige lever-tumorcellelinjer [13]. Til tross for svak eller fraværende ekspresjon av visse cytokrom P450-enzymer sammenlignet med normale hepatocytter, har HepG2s metabolske profil drevet frem arbeidet med å modifisere cellelinjen for bedre studier av legemiddelmetabolisme [13]. Sammenlignet med tumorcellelinjer som MCF7, PC3, 143B og HEK293, viser HepG2-celler unike aminosyreinnholdsprofiler som i betydelig grad påvirker proteinsyntese og sekresjon, noe som fremhever deres unike metabolske veier [14].

En nærmere titt på forskning på leversykdommer med HepG2

Subkultivering av HepG2-celler

Her er fem trinn for å fjerne vedheftende celler fra cellekulturflasker ved hjelp av Accutase:

1. Fjern mediet fra cellekulturflasken og skyll de vedheftende cellene med PBS uten kalsium og magnesium. Bruk 3–5 ml PBS for T25-flasker og 5–10 ml for T75-flasker.
2. Tilsett Accutase i cellekulturflasken, med 1–2 ml per T25-flaske og 2,5 ml per T75-flaske. Sørg for at Accutase dekker hele cellearket.
3. Inkuber kolben ved romtemperatur i 8–10 minutter.
4. Resuspender cellene forsiktig med medium, ved å bruke 10 ml ferskt medium.
5. Sentrifuger de resuspenderte cellene i 5 minutter ved 300xg, resuspender dem i ferskt medium og dispensér dem i nye flasker som inneholder ferskt medium.

Fremtidsutsikter for HepG2-celler

Jakten på å utnytte det fulle potensialet til HepG2-cellelinjen fortsetter med banebrytende fremskritt i å øke uttrykket av cytokromer. Forskere utforsker også muligheten for tredimensjonale sfæriske cellekulturer, som tilbyr et mer fysiologisk relevant system. Den metabolske aktiviteten, inkludert cytokromer, er bemerkelsesverdig høyere i 3D-sfæriske HepG2-modeller enn i 2D-celler, noe som bringer oss nærmere å skape en modell som speiler normale hepatocytter. I tillegg kan utforsking av de dynamiske prosessene som ligger til grunn for feilfordelingen av celleoverflateproteiner bane vei for en bedre forståelse av leversykdommer.

HepG2-celler: Forståelse av deres rolle og særtrekk i biomedisinsk forskning – Vanlige spørsmål

Referanser

1. Vyas, R.C., Darroudi, F., Natarajan, A.T. Strålingsindusert kromosombrudd og gjenforening i interfase-metafase-kromosomer i humane lymfocytter, 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-hemming: En ny terapeutisk strategi for å reaktivere P53 i hepatoblastom. Sci. Rep. 2021, 11, 2967.
3. Hussain, S.P., Schwank, J., Staib, F., Wang, X.W., Harris, C.C. TP53-mutasjoner og hepatocellulært karsinom: Innsikt i etiologien og patogenesen av leverkreft. Oncogene 2004.
4. Schicht, G., Seidemann, L., Haensel, R., Seehofer, D., Damm, G. Kritisk undersøkelse av bruken av hepatomcellelinjene HepG2 og Huh7 som modeller for den metabolske representasjonen av resekterbart hepatocellulært karsinom. Cancers 2022, 14(17), 4227.
5. Verrier, E.R., Colpitts, C.C., Schuster, C., Zeisel, M.B., Baumert, T.F. Cellekulturmodeller for undersøkelse av hepatitt B- og D-virusinfeksjon. 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. En målrettet funksjonell RNA-interferens-screening avdekker glypikan 5 som en inngangsfaktor for hepatitt B- og D-virus. 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. Infeksjon av en human hepatomcellelinje med hepatitt B-virus. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, 99, 15655–15660.
8. Mersch-Sundermann, V., Knasmüller, S., Wu, X.J., Darroudi, F., Kassie, F. Bruk av en humant avledet levercellelinje for påvisning av cytoprotektive, antigenotoksiske og kogenotoksiske midler. Toxicology. 2004; 198(1–3): 329–340.
9. Fanelli, A. HepG2 (leverhepatocellulært karsinom): cellekultur. HepG2. Hentet 3. desember 2017.
10. Xuan, J., Chen, S., Ning, B., Tolleson, W.H., Guo, L. Utvikling av HepG2-avledede celler som uttrykker cytokrom P450 for vurdering av metabolisme-assosiert medikamentindusert levertoksisitet. Physiol. Behav. 2017, 176, 139–148.
11. Ooka, M., Lynch, C., Xia, M. Anvendelse av in vitro-metabolismeaktivering i høykapasitetsscreening. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 8182.
12. Huang, L., Coughtrie, M.W.H., Hsu, H. Nedregulering av dehydroepiandrosteronsulfotransferase-genet i humant hepatocellulært karsinom. Mol. Cell. Endocrinol.
13. Zhu, Z., Hao, X., Yan, M., et al. Kreftstamceller/progenitorceller er svært anriket i CD133 + CD44 + -populasjonen i hepatocellulært karsinom. 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. Karakterisering av humane cytokrom P450-enzymer involvert i metabolismen av cyamemazin. Eur J Pharm Sci. 2007 des;32(4-5):357-66.