Von Dr. Maho Yokoyama, Ph.D.Überprüft von Michael Greenwood, M.Sc.

Zelllinien werden aus Zellen gebildet, die unter den richtigen Bedingungen unbegrenzt wachsen können, und diese können aus verschiedenen Quellen stammen. Sie können aus verschiedenen Quellen stammen. Diese Zelllinien werden im Labor häufig verwendet, von der Untersuchung von Krebs bis hin zum Testen potenzieller neuer Behandlungen.

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Sind alle Zellen gleich?

Isogen bezieht sich auf eine Population mit im Wesentlichen identischen Genen. Es gibt Techniken, mit denen die DNA von Zellen verändert werden kann, was dann als Krankheitsmodell verwendet werden kann. So weisen Krebszellen häufig Veränderungen in ihrer DNA auf, die dann in eine isogene Zelllinie kopiert werden können.

Die Möglichkeit, die DNA zu verändern, bedeutet, dass man zwei isogene Zelllinien haben kann: eine mit den Veränderungen, die mit der Krebsentwicklung zusammenhängen, und die andere ohne diese Veränderungen. Dies erleichtert Vergleiche, da es schwierig sein kann, verwandte Zellen zu finden, die Gene auf die gleiche Weise exprimieren.

Wie werden sie verwendet?

Regulierung der Genexpression in Zelllinien

Liu und Co. haben ein System entwickelt, bei dem Zinkfingerprotein-Transkriptionsfaktoren, die spezifisch für die interessierenden Gene sind, verwendet werden, um die Genexpression in den Zielzellen zu induzieren. Dieses System hat eine hohe Spezifität, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass andere Gene von dem Zinkfingerprotein-Transkriptionsfaktor beeinflusst werden, gering ist. Die Expression des Zinkfingerprotein-Transkriptionsfaktors kann auch induzierbar gemacht werden, so dass kontrolliert werden kann, wann das betreffende Gen aktiviert wird.

Die Autoren nahmen den menschlichen Parathormonrezeptor 1 (PTHR1) ins Visier, einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor, der eine Rolle bei der Kalziumhomöostase und dem Knochenstoffwechsel spielt. Ein Zinkfingerprotein-Transkriptionsfaktor, der auf PTHR1 abzielt, wurde identifiziert und verwendet, um seine Expression in HEK293-Zellen zu induzieren, die PTHR1 normalerweise nicht exprimieren.

Als der Zinkfingerprotein-Transkriptionsfaktor induziert wurde, begannen die HEK293-Zellen, PTHR1 zu exprimieren. Die Aktivität des exprimierten PTHR1 wurde durch einen Anstieg der von den Zellen produzierten cAMP-Werte bestätigt. Die Autoren setzten dann bekannte PTHR1-Liganden ein, was zu einer Verringerung des cAMP-Spiegels führte und somit zeigte, dass seine Funktion eingeschränkt war. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass dieser Ansatz verwendet werden kann, um die Auswirkungen potenzieller therapeutischer Verbindungen auf die Zielgene zu untersuchen.

Untersuchung des Mangels an DNA-Mismatch-Reparatur

Fehler während der DNA-Replikation können zu Veränderungen in der DNA führen, einschließlich einzelner Basenfehlanpassungen, Basenmodifikationen und kleiner Insertions-Deletions-Schleifen. Um den Auswirkungen dieser Fehler entgegenzuwirken, gibt es in diesen Zellen DNA-Mismatch-Reparatursysteme. Diese DNA-Mismatch-Reparatursysteme können jedoch defekt werden, so dass diese DNA-Veränderungen bestehen bleiben und möglicherweise zu Krebs führen können. Man schätzt, dass bis zu 20 % der soliden Tumoren und hämatologischen Krebsarten Mängel im DNA-Mismatch-Reparatursystem aufweisen.

Bailis und Co. entwickelten ein isogenes Zellliniensystem, um den Mangel an DNA-Mismatch-Reparatursystemen zu untersuchen. In der Studie verwendeten die Autoren induzierbare Kurzhaarnadel-RNA (shRNA), um die Expression des Gens MLH1 zu verhindern, das Teil des DNA-Mismatch-Reparatursystems ist. Wenn die shRNA induziert wird, wird die Expression von MLH1 verhindert und das Gen somit inaktiviert. Da die shRNA induzierbar ist, konnten die Autoren die Unterschiede zwischen aktivem und inaktivem MLH1 untersuchen.

Eine Veränderung, die die Autoren beobachteten, war die Induktion von Mikrosatelliteninstabilität in Zellen, wenn MLH1 inaktiv war. Mikrosatelliteninstabilität ist eine weitere Veränderung in der DNA, bei der wiederholte Nukleotidsequenzen entweder hinzukommen oder verloren gehen, und die Autoren beobachteten 1-3 Nukleotidverschiebungen an der BAT-26 Mononukleotidwiederholung. Dies änderte jedoch nicht das globale Genexpressionsmuster in den Zelllinien.

Prädiktive Krebs-Biomarker-Entdeckung

In der Krebsbiologie geben prädiktive Biomarker Auskunft über die Wirkung einer Behandlung. Haagensen und Co. nutzten isogene Zelllinien, um nach potenziellen prädiktiven Biomarkern für die Reaktion auf vier therapeutische Medikamente zu suchen.

Die Autoren fanden heraus, dass die Reaktion je nach Art der Zellkultur unterschiedlich ausfiel. So stellten sie beispielsweise fest, dass KRAS+/- und PIK3CA+/- Zellen in 2D-Kultur empfindlicher auf MEK-Inhibitoren reagierten als ihre isogenen Elternzellen oder andere Mutanten. In einem 3D-System waren KRASG13D/- und PIK3CAE545K/- Xenotransplantate jedoch empfindlich gegenüber einem der MEK-Inhibitoren, aber „Tumore“, die aus den Elternzellen stammten, waren überhaupt nicht empfindlich.

Dies zeigt, dass bei der Verwendung isogener Zelllinien das Ansprechen auf MEK-Inhibitoren nicht nur durch Mutationen in KRAS und PIK3CA beeinflusst wird, sondern auch dadurch, wie diese Zellen gezüchtet werden.

Weitere Lektüre

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• Gängige Probleme bei der Zellkultur
• Wie man stabile Zelllinien erzeugt
• HEK293-Zellen: Anwendungen und Vorteile
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Geschrieben von

Dr. Maho Yokoyama

Dr. Maho Yokoyama ist Forscherin und Wissenschaftsautorin. Sie promovierte an der University of Bath, Großbritannien, mit einer Arbeit auf dem Gebiet der Mikrobiologie, in der sie funktionelle Genomik auf Staphylococcus aureus anwandte. Während ihres Promotionsstudiums arbeitete Maho mit anderen Wissenschaftlern an mehreren Arbeiten zusammen und veröffentlichte sogar einige ihrer eigenen Arbeiten in von Experten begutachteten Fachzeitschriften. Sie präsentierte ihre Arbeit auch auf wissenschaftlichen Konferenzen auf der ganzen Welt.

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