Dal Dr. Maho Yokoyama, Ph.D.Reviewed by Michael Greenwood, M.Sc.

Le linee cellulari sono formate da cellule che sono in grado di crescere indefinitamente se le giuste condizioni sono soddisfatte, e queste possono essere di varie fonti. Queste linee cellulari sono ampiamente utilizzate in laboratorio, dallo studio del cancro ai test di potenziali nuovi trattamenti.

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Sono tutte le cellule uguali?

Isogenico si riferisce a una popolazione con geni essenzialmente identici. Ci sono tecniche disponibili che possono modificare il DNA delle cellule, e questo può poi essere utilizzato come modello di malattia. Per esempio, le cellule cancerose spesso hanno cambiamenti nel loro DNA, e quindi questo può essere copiato in una linea cellulare isogenica.

Essere in grado di modificare il DNA significa che è possibile avere due linee cellulari isogeniche: una con i cambiamenti relativi allo sviluppo del cancro, e l’altra senza questi cambiamenti. Questo facilita i confronti, dato che può essere difficile trovare cellule affini che esprimono i geni nello stesso modo.

Come si usano?

Regolazione dell’espressione genica nelle linee cellulari

Liu e co. hanno ideato un sistema in cui i fattori di trascrizione delle proteine zinc finger specifici per i geni di interesse sono stati utilizzati per indurre l’espressione genica nelle cellule target. Questo sistema ha un’alta specificità, quindi la probabilità che altri geni siano influenzati dal fattore di trascrizione della proteina zinc finger è bassa. L’espressione del fattore di trascrizione della proteina zinc finger può anche essere resa inducibile, in modo che sia possibile controllare quando il gene di interesse viene attivato.

Gli autori hanno preso di mira il recettore 1 dell’ormone paratiroideo umano (PTHR1), che è un recettore accoppiato a proteine G che ha un ruolo nell’omeostasi del calcio e nel metabolismo osseo. È stato identificato un fattore di trascrizione della proteina zinc finger che ha come bersaglio PTHR1, e utilizzato per indurre la sua espressione nelle cellule HEK293, che normalmente non esprimono PTHR1.

Quando il fattore di trascrizione della proteina zinc finger è stato indotto, le cellule HEK293 hanno iniziato a esprimere PTHR1. L’attività del PTHR1 espresso è stata confermata dall’aumento dei livelli di cAMP prodotti dalle cellule. Gli autori hanno poi utilizzato ligandi noti di PTHR1, e questo ha portato alla riduzione dei livelli di cAMP, dimostrando così che la sua funzione era ridotta. Gli autori hanno concluso che questo approccio può essere usato per studiare gli effetti di potenziali composti terapeutici sui geni bersaglio.

Studiare il deficit di riparazione dei mismatch del DNA

Gli errori durante la replicazione del DNA possono portare a cambiamenti nel DNA, tra cui mismatch di una singola base, modifiche della base e piccoli cicli di inserzione-delezione. Per contrastare gli effetti di questi errori, in queste cellule esistono sistemi di riparazione del DNA mismatch. Tuttavia, questi sistemi di riparazione del DNA possono diventare difettosi, permettendo a questi cambiamenti del DNA di persistere e potenzialmente portare al cancro. Infatti, si stima che fino al 20% dei tumori solidi e dei tumori ematologici hanno carenze nel sistema di riparazione del DNA mismatch.

Bailis e co. hanno derivato un sistema di linee cellulari isogeniche per studiare la carenza dei sistemi di riparazione del DNA mismatch. Nello studio, gli autori hanno usato un RNA breve inducibile (shRNA) per prevenire l’espressione del gene MLH1, un gene che fa parte del sistema di riparazione del DNA mismatch. Qui, quando lo shRNA è indotto, questo impedisce l’espressione di MLH1, inattivandolo. Poiché lo shRNA è inducibile, questo ha dato agli autori l’opportunità di studiare le differenze osservate quando MLH1 era attivo rispetto a quando era inattivo.

Un cambiamento osservato dagli autori è stato l’induzione dell’instabilità dei microsatelliti nelle cellule quando MLH1 era inattivo. L’instabilità dei microsatelliti è un altro cambiamento nel DNA, dove le sequenze nucleotidiche ripetute vengono guadagnate o perse, e gli autori hanno osservato 1-3 spostamenti nucleotidici nella ripetizione mononucleotidica BAT-26. Tuttavia, questo non ha cambiato il modello di espressione genica globale nelle linee cellulari.

Scoperta predittiva dei biomarcatori del cancro

In biologia del cancro, i biomarcatori predittivi forniscono informazioni sull’effetto del trattamento. Haagensen e co. hanno utilizzato linee cellulari isogeniche per cercare potenziali biomarcatori predittivi in risposta a quattro farmaci terapeutici.

Gli autori hanno scoperto che la risposta variava a seconda di come le cellule venivano coltivate. Per esempio, in coltura 2D hanno trovato che le cellule KRAS+/- e PIK3CA+/- erano più sensibili agli inibitori MEK rispetto alle loro cellule parentali isogeniche o altri mutanti. Tuttavia, in un sistema 3D gli xenotrapianti KRASG13D/- e PIK3CAE545K/- erano sensibili a uno degli inibitori MEK, ma i “tumori” derivati dalle cellule parentali non erano affatto sensibili.

Questo dimostra che, con l’uso di linee cellulari isogeniche, la risposta agli inibitori MEK non sono solo influenzati dalle mutazioni in KRAS e PIK3CA, ma anche da come queste cellule sono coltivate.

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Scritto da

Dr. Maho Yokoyama

Dr. Maho Yokoyama è un ricercatore e scrittore scientifico. Ha ottenuto il suo dottorato di ricerca presso l’Università di Bath, Regno Unito, dopo una tesi nel campo della microbiologia, dove ha applicato la genomica funzionale allo Staphylococcus aureus . Durante i suoi studi di dottorato, Maho ha collaborato con altri accademici su diversi articoli e ha anche pubblicato alcuni dei suoi lavori in riviste scientifiche peer-reviewed. Ha anche presentato il suo lavoro in conferenze accademiche in tutto il mondo.

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