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

Cellijnen worden gevormd uit cellen die in staat zijn om oneindig te groeien als aan de juiste voorwaarden wordt voldaan, en deze kunnen afkomstig zijn van verschillende bronnen. Deze cellijnen worden op grote schaal in het laboratorium gebruikt, van het bestuderen van kanker tot het testen van mogelijke nieuwe behandelingen.

Image Credits: Evgeniy Kalinovskiy / .com

Zijn alle cellen hetzelfde?

Isogeen verwijst naar een populatie met in wezen identieke genen. Er zijn technieken beschikbaar waarmee het DNA van cellen kan worden gewijzigd, en dit kan dan worden gebruikt als een ziektemodel. Kankercellen hebben bijvoorbeeld vaak veranderingen in hun DNA, en dit kan dan worden gekopieerd naar een isogene cellijn.

Door het DNA te kunnen veranderen is het mogelijk twee isogene cellijnen te hebben: één met de veranderingen die verband houden met het ontstaan van kanker, en de andere zonder die veranderingen. Dit maakt vergelijkingen gemakkelijker, want het kan moeilijk zijn verwante cellen te vinden die genen op dezelfde manier tot expressie brengen.

Hoe worden ze gebruikt?

Reguleren van genexpressie in cellijnen

Liu en co. bedachten een systeem waarbij zinkvingereiwit-transcriptiefactoren die specifiek zijn voor interessante genen, werden gebruikt om genexpressie in doelcellen te induceren. Dit systeem heeft een hoge specificiteit, zodat de waarschijnlijkheid dat andere genen door de zinkvingereiwittranscriptiefactor worden beïnvloed, gering is. De expressie van de zinkvingereiwit-transcriptiefactor kan ook induceerbaar worden gemaakt, zodat het mogelijk is te controleren wanneer het gen van belang wordt geactiveerd.

De auteurs richtten zich op de menselijke bijschildklierhormoonreceptor 1 (PTHR1), een G-eiwitgekoppelde receptor die een rol speelt in de calciumhomeostase en het botmetabolisme. Een zinkvingereiwit-transcriptiefactor die gericht is op PTHR1 werd geïdentificeerd en gebruikt om de expressie ervan te induceren in HEK293-cellen, die normaal geen PTHR1 tot expressie brengen.

Toen de zinkvingereiwit-transcriptiefactor werd geïnduceerd, begonnen de HEK293-cellen PTHR1 tot expressie te brengen. De activiteit van het tot expressie gebrachte PTHR1 werd bevestigd door de toename van het door de cellen geproduceerde cAMP-niveau. De auteurs gebruikten vervolgens bekende PTHR1-liganden, en dit leidde tot een vermindering van de cAMP-niveaus, waardoor werd aangetoond dat de functie van PTHR1 was verminderd. De auteurs concludeerden dat deze aanpak kan worden gebruikt om effecten van potentiële therapeutische verbindingen op doelgenen te bestuderen.

Studie van DNA mismatch repair deficiëntie

Fouten tijdens DNA replicatie kunnen leiden tot veranderingen in het DNA, waaronder enkele base mismatches, base modificatie, en kleine insertie-deletie lussen. Om de gevolgen van deze fouten tegen te gaan, bestaan er DNA mismatch repair systemen in deze cellen. Deze DNA mismatch repair systemen kunnen echter defect raken, waardoor deze DNA veranderingen kunnen blijven bestaan en mogelijk tot kanker kunnen leiden. In feite wordt geschat dat tot 20% van de solide tumoren en hematologische kankers tekortkomingen vertonen in het DNA mismatch repair systeem.

Bailis en co. leidden een isogeen cellijnsysteem af om tekortkomingen in DNA mismatch repair systemen te onderzoeken. In de studie gebruikten de auteurs induceerbare short hairpin RNA (shRNA) om de expressie te verhinderen van het gen MLH1, een gen dat deel uitmaakt van het DNA mismatch repair systeem. Wanneer het shRNA wordt geïnduceerd, verhindert dit de expressie van MLH1, waardoor het wordt geïnactiveerd. Aangezien de shRNA induceerbaar is, gaf dit de auteurs de gelegenheid om de verschillen te bestuderen die werden waargenomen wanneer MLH1 actief was in vergelijking met wanneer het inactief was.

Een verandering die de auteurs waarnamen, was de inductie van microsatellietinstabiliteit in cellen wanneer MLH1 inactief was. Microsatellietinstabiliteit is een andere verandering in DNA, waarbij herhaalde nucleotidesequenties worden gewonnen of verloren, en de auteurs namen 1-3 nucleotideverschuivingen waar bij de BAT-26 mononucleotideherhaling. Dit veranderde echter niets aan het globale genexpressiepatroon in de cellijnen.

Predictive cancer biomarker discovery

In de kankerbiologie geven voorspellende biomarkers informatie over het effect van een behandeling. Haagensen en co. gebruikten isogene cellijnen om te zoeken naar potentiële voorspellende biomarkers in reactie op vier therapeutische geneesmiddelen.

De auteurs ontdekten dat de respons varieerde afhankelijk van de wijze waarop de cellen werden gekweekt. Zo vonden zij in een 2D-kweek dat KRAS+/- en PIK3CA+/- cellen gevoeliger waren voor MEK-remmers in vergelijking met hun isogene oudercellen of andere mutanten. In een 3D-systeem waren KRASG13D/- en PIK3CAE545K/- xenograften echter gevoelig voor een van de MEK-remmers, maar “tumoren” afgeleid van oudercellen waren in het geheel niet gevoelig.

Dit toont aan dat, door het gebruik van isogene cellijnen, de respons op MEK-remmers niet alleen wordt beïnvloed door mutaties in KRAS en PIK3CA, maar ook door de wijze waarop deze cellen worden gekweekt.

Verder lezen

• Alle celcultuurinhoud
• Gemeenschappelijke problemen in celcultuur
• Hoe genereer ik stabiele cellijnen
• HEK293-cellen: Toepassingen en voordelen
• Wat is micropatterning?

Geschreven door

Dr. Maho Yokoyama

Dr. Maho Yokoyama is onderzoeker en wetenschapsschrijver. Zij behaalde haar Ph.D. aan de Universiteit van Bath, UK, na een proefschrift op het gebied van Microbiologie, waar zij functionele genomica toepaste op Staphylococcus aureus . Tijdens haar doctoraalstudies werkte Maho samen met andere academici aan verschillende papers en publiceerde ze zelfs enkele van haar eigen werken in wetenschappelijke tijdschriften met collegiale toetsing. Ze presenteerde haar werk ook op academische conferenties over de hele wereld.

Citaties