NCI-H1792 – Ein Modell eines KRAS-mutierten Lungenadenokarzinoms für die onkologische Forschung

Introduction

NCI-H1792, also known as H1792, H-1792, and NCIH1792 (Cellosaurus accession CVCL_1495), is a well-characterised human non-small cell lung cancer (NSCLC) cell line established from a lung adenocarcinoma pleural effusion. The line was generated as part of the systematic NCI lung cancer cell line programme and was catalogued in the NCI-Navy Medical Oncology Branch cell line database [1]. Carrying an oncogenic KRAS G12C mutation alongside a homozygous TP53 splice-donor mutation and a heterozygous CDKN2A nonsense mutation, NCI-H1792 recapitulates the genomic complexity of human lung adenocarcinoma. Researchers have used this model extensively to investigate KRAS signalling, apoptotic pathway regulation, mTOR biology, and responses to novel anticancer compounds. The cell line is included in flagship genomic initiatives such as the Cancer Cell Line Encyclopedia (CCLE) and the NCI RAS mutant KRAS panel, underscoring its broad utility in translational oncology.

Key Takeaways

• Origin: Derived from a pleural effusion of a lung adenocarcinoma patient; part of the NCI lung cancer cell line series.
• Key mutations: Carries oncogenic KRAS G12C (heterozygous), a homozygous TP53 splice-donor mutation, and a heterozygous CDKN2A nonsense mutation (p.Trp110Ter).
• Genomic resources: Included in the CCLE, NCI RAS mutant KRAS panel, and Cancer Dependency Map, with extensive multi-omics annotation.
• Research uses: Widely applied in studies of KRAS effector biology, apoptosis, mTOR signalling, drug resistance, and 3D tumour models.
• Adherent growth: Grows as an adherent monolayer with epithelial morphology in RPMI 1640-based medium.
• LKB1 wild-type: Retains wild-type LKB1 expression, making it a useful reference against LKB1-null NSCLC lines such as A549.

What is NCI-H1792?

NCI-H1792 was established from the pleural effusion of a 50-year-old male patient diagnosed with lung adenocarcinoma. The cell line was developed as part of the NCI-Navy Medical Oncology Branch's systematic effort, beginning in 1976, to build a comprehensively annotated bank of human cancer cell lines for use as preclinical research tools [1]. This initiative later expanded into the NCI cell line database, which has been described as a foundational resource for lung cancer biology over more than four decades [2]. The cell line displays epithelial morphology and grows as an adherent monolayer, and reported doubling times range from approximately 32 to 45 hours across published datasets, making it experimentally tractable for a wide range of assays.

At the molecular level, NCI-H1792 carries a heterozygous KRAS G12C mutation (c.34G>T), a homozygous TP53 splice-donor mutation (c.672+1G>A), and a heterozygous CDKN2A nonsense mutation (p.Trp110Ter, c.330G>A). Note that catalogue sources differ on KRAS zygosity: Cellosaurus, COSMIC, and DepMap annotate the G12C allele as heterozygous, and functional studies describing NCI-H1792 as carrying a single endogenous mutant KRAS allele support this [10], whereas some vendor documentation lists it as homozygous. The TP53 splice-site lesion was among the diverse p53 mutations catalogued across a large panel of NSCLC lines in an early characterisation study [3]. The cell line shows wild-type LKB1 expression [6] and retains intact RB-family protein expression [4], features that distinguish it from other commonly used NSCLC lines. NCI-H1792 is microsatellite-stable and is classified as European ancestry (North European 59.2%, South European 34.9%) based on genome-wide genotyping data [5].

Cell Culture Information

NCI-H1792 – low confluency

NCI-H1792 – high confluency

Advantages of NCI-H1792

NCI-H1792 occupies a unique niche among NSCLC cell lines because of its well-defined KRAS G12C mutation combined with wild-type LKB1 status and intact RB-family expression. This genetic combination makes it highly complementary to lines such as A549 Cells, which carry a different KRAS G12S allele and lack LKB1. The two lines are not isogenic — they derive from different patients — but the contrast between them has proven scientifically valuable: studies comparing LKB1 wild-type and mutant NSCLC lines have used NCI-H1792 as the wild-type reference to probe the LKB1–AMPK–mTOR signalling axis [6]. Pairing the two lines therefore provides a practical, if not genetically matched, contrast for mechanistic work on LKB1-dependent signalling.

The cell line's inclusion across multiple major multi-omics consortia — including the CCLE, the Cancer Dependency Map, and the COSMIC cell lines project — means that extensive reference datasets are publicly available. Researchers can immediately contextualise in-house drug-sensitivity, proteomic, or transcriptomic results against thousands of other cancer lines. Every batch of Cytion's NCI-H1792 Cells is released with a lot-specific Certificate of Analysis documenting STR authentication, mycoplasma testing, and post-thaw viability, so the exact figures for a given vial should be taken from the CoA supplied with that lot.

NCI-H1792 is also a validated model for three-dimensional tumour spheroid culture. The line has been shown to self-organise into structured spheroids when embedded in collagen scaffolds alongside cancer-associated fibroblasts, enabling realistic modelling of the tumour microenvironment and epithelial-to-mesenchymal transition [7]. This versatility means the line supports both classical 2D drug screening and more sophisticated 3D organotypic assays within the same laboratory workflow.

Limitations of NCI-H1792

Because NCI-H1792 was derived from a pleural effusion rather than primary tumour tissue, the biological properties of the line may reflect selection pressures associated with the metastatic microenvironment. Like all established cell lines, it lacks the stromal, immune, and vascular components present in vivo. Researchers studying tumour–stroma interactions must supplement single-line experiments with co-culture models or in vivo validation.

The homozygous TP53 splice-donor mutation in NCI-H1792 means that normal p53-dependent stress responses are absent. This limits the cell line as a model for studying wild-type p53 biology and may confound interpretation of apoptosis studies that rely on p53-mediated transcriptional activation. Investigators should be aware that drug-induced cell death in this line likely proceeds through p53-independent pathways, as demonstrated in studies examining Bcl-xL inhibition in combination with irradiation [8].

The CDKN2A lesion is a nonsense mutation (p.Trp110Ter) that truncates the p16^INK4a reading frame, so the line should not be treated as CDKN2A-proficient when designing or interpreting cell-cycle arrest experiments — particularly those involving CDK4/6 inhibition. In addition, published doubling-time estimates for NCI-H1792 differ appreciably between datasets (approximately 32.6 hours in one large-scale screen and 45 hours in another), so growth-rate-dependent assay windows, seeding densities, and endpoint timings should be established empirically in each laboratory rather than taken from a single literature value.

Anwendungsbereiche

Wirkstoffforschung und therapeutisches Screening bei Osteosarkomen

U2OS ist ein primäres Modell für die Bewertung neuartiger und umgewidmeter Wirkstoffe gegen Osteosarkome. In Studien wurden die antitumoralen Wirkungen verschiedener natürlicher und synthetischer Wirkstoffe an dieser Zelllinie untersucht. Curcin C, ein Typ-I-Ribosomen-inaktivierendes Protein aus nach der Keimung gewonnenen Jatropha-curcas-Samen, hemmte nachweislich die Proliferation von U2OS-Zellen durch ROS-vermittelte Apoptose, Autophagie sowie einen Stillstand sowohl in der S- als auch in der G2/M-Phase, wobei dieser Effekt auf die Aktivierung des JNK-Signalwegs bei gleichzeitiger Hemmung des ERK-Signalwegs zurückgeführt wurde; der ROS-Fänger NAC und der JNK-Inhibitor SP600125 schwächten die Reaktion jeweils ab, was die vorgeschlagene Kaskade untermauerte [53]. Eine Folgestudie zeigte, dass die im Vergleich zu Curcin höhere Wirksamkeit von Curcin C in U2OS-Zellen weitgehend durch die LRP1-vermittelte, Clathrin-abhängige Endozytose erklärt wird, die für Curcin C, nicht jedoch für Curcin verfügbar ist.

Aloperin, ein alkaloidhaltiges Naturprodukt, unterdrückte die Proliferation und Klonogenität sowohl von MG-63- als auch von U2OS-Osteosarkomzellen, induzierte Apoptose – was durch Durchflusszytometrie bestätigt wurde – und hemmte die Invasion in Scratch- und Transwell-Assays, verbunden mit einer Herunterregulierung von MMP-2, MMP-9, PI3K und p-AKT1 [54]. Diese Studie hob mehrere konvergierende Signalwege hervor, über die natürliche Alkaloide gleichzeitig das Wachstum und das Metastasierungspotenzial beeinträchtigen könnten. Unabhängig davon wurde gezeigt, dass der natürliche Süßstoffmetabolit Steviol die Proliferation von U2OS dosis- und zeitabhängig hemmt; mechanistische Untersuchungen ergaben einen Zellzyklusstillstand in der G1-Phase sowie einen mitochondrialen Apoptoseweg, der durch ein erhöhtes Bax/Bcl-2-Verhältnis angezeigt wurde [55] – Erkenntnisse, die natürliche Metaboliten als Kandidaten für die Forschung zur Chemoprävention von Osteosarkomen positionieren.

Gerbsäure verstärkte die zytotoxische Wirkung von Cisplatin in U2OS-Zellen, doch erwies sich die Wechselwirkung als stark verhältnisabhängig: Eine Synergie wurde bei Tanninsäure-zu-Cisplatin-Verhältnissen von 90:10 und 85:15 beobachtet, während Verhältnisse von 75:25 und 50:50 antagonistisch wirkten und Tanninsäure allein normale hFOB 1.19-Osteoblasten nicht signifikant hemmte [56]. Jede auf Polyphenolen basierende Sensibilisierungsstrategie hängt daher von einer sorgfältigen Optimierung des Dosierungsverhältnisses ab und nicht von einer einfachen gleichzeitigen Verabreichung. Gallussäure potenzierte in ähnlicher Weise den durch Olaparib induzierten Zelltod und schwächte die erworbene Olaparib-Resistenz in U2OS-Zellen und einem Olaparib-resistenten Derivat (U2OS-PIR) ab, indem sie die Angiogenese hemmte und cPARP, Bcl-2 und Bax modulierte [57], wodurch das Repertoire an Kombinationen natürlicher Verbindungen, die für die Forschung zur Behandlung von Osteosarkomen in Frage kommen, erweitert wurde. Lenvatinib, ein zugelassener Multi-Kinase-Inhibitor, induzierte nachweislich ferroptose-bezogene Veränderungen in U2OS- und 143B-Zellen über eine p-STAT3/p53/xCT-Achse und deckte damit einen neuartigen Mechanismus auf, durch den dieser Wirkstoff das Fortschreiten des Osteosarkoms über seine kanonische Rolle als Angiogenese-Hemmer hinaus unterdrücken könnte [19]. Eine auf natürlichen Killerzellen basierende Immuntherapie wurde an einer Reihe von Osteosarkom-Zelllinien, darunter U2OS, untersucht, wobei die Expression des NKG2D-Liganden mit der NK-vermittelten Abtötungseffizienz korrelierte und aerosolisiertes Interleukin-2 die organspezifische NK-Zellaktivität in vivo verbesserte [20].

Ein umfassenderes Screening auf Sarkom-Wirkstoffe, das 63 menschliche Zelllinien und über 400 onkologische Wirkstoffe umfasste, dokumentierte die Wirkstoffempfindlichkeitsprofile von U2OS zusammen mit Gen- und microRNA-Expressionsdaten und lieferte damit eine reichhaltige pharmakogenomische Referenz für dieses Forschungsgebiet [21]. Das wegweisende Projekt „Cancer Cell Line Encyclopedia“ integrierte Genexpressions-, Kopienzahl- und Sequenzierungsdaten von fast 950 Zelllinien, darunter U2OS, und korrelierte diese mit Wirkstoffempfindlichkeitsprofilen, um prädiktive Biomarker für das Ansprechen zu identifizieren [15]. Eine nachfolgende pharmakogenomische Landschaftsstudie ordnete Zusammenhänge zwischen Arzneimittelsensitivität und krebsbedingten Veränderungen bei mehr als 1.000 annotierten Zelllinien zu und stellte die Reaktionen von U2OS damit in einen breiteren onkologischen Kontext [22].

Die miR-16-1-3p/MDM2/p53-Achse hat sich als wichtiger Regulator der TGF-β1-Signalübertragung beim Osteosarkom herausgestellt. Xue et al. zeigten, dass die Überexpression von miR-16-1-3p das Proliferations- und Klonbildungspotenzial von U2OS-Zellen deutlich reduzierte, während die Kombination mit einer TGF-β-Behandlung den G1-Phasen-Stillstand stark verstärkte und die Tumorwachstumsfähigkeit nahezu aufhob [23]. Dieselbe Studie zeigte, dass miR-16-1-3p die TGF-β-induzierte Aktin-Umstrukturierung und die mit der epithelial-mesenchymalen Transition verbundenen Veränderungen hemmte, und dass die gleichzeitige Verabreichung die Cisplatin-Empfindlichkeit in Wildtyp-U2OS-Zellen erhöhte sowie das Tumorknotenvolumen und die Metastasierung im Modell der Chorioallantoismembran von Küken reduzierte, was einen mechanistischen Einblick darin lieferte, wie diese Mikro-RNA den pro-metastatischen Zweig der TGF-β-Signalübertragung unterdrückt. Es zeigte sich, dass von Osteoblasten stammende extrazelluläre Vesikel (OB-EVs) das Verhalten von Osteosarkomzellen linienabhängig verändern: In U2OS-Zellen reduzierten sie die Stoffwechselaktivität (um das 1,30-Fache) und die Proliferation (um das 1,70-Fache), während sie die Apoptose (um das 1,15-Fache) erhöhten; in MG-63-Zellen hingegen stieg die Proliferation um das 4,9-Fache an. Die begleitende Transkriptom-Profilierung wurde an MNNG/HOS-Zellen durchgeführt, bei denen 296 Gene differentiell exprimiert waren; die Autoren schlagen den miRNA-Shuttle-Mechanismus als potenziell beteiligten Mechanismus vor, der jedoch noch einer funktionellen Validierung bedarf [24]. Die metabolische Umprogrammierung beim Osteosarkom wurde mittels Einzelzell-Transkriptomik untersucht, wobei Stanniocalcin-2 (STC2) als zentraler Regulator der Glykolyse identifiziert wurde, der in MG-63- und U2OS-Zellen mittels Seahorse-Extrazellulärflussanalyse funktionell validiert wurde [25].

DNA-Reparatur, Zellzyklusregulation und DNA-Schadensantwort

U2OS ist eines der am häufigsten verwendeten Modelle in der DNA-Reparaturforschung, vor allem weil sein Wildtyp-p53-Hintergrund die Untersuchung des gesamten Spektrums p53-abhängiger Schadensreaktionen ermöglicht. Eine genomweite Studie kartierte das zellzyklusregulierte Transkriptom von U2OS und identifizierte 2.140 periodisch exprimierte Transkripte, die 1.871 einzigartigen Genen über mehrere synchrone Zellzyklen hinweg entsprechen [52]. Durch die Kombination von ChIP-seq-Daten für den G2/M-Transkriptionsfaktor FOXM1 mit veröffentlichten ChIP-seq-Daten für E2F1, E2F4, E2F6, GABPA und den DREAM-Komplex zeigten die Autoren, dass FOXM1 die Promotoren von G2/M-Phasen-Genen stark aktiviert, während es die in der S-Phase induzierten Gene nur schwach aktiviert, und dass eine Kerngruppe von Zellzyklusgenen, die U2OS und HeLa gemeinsam haben, von mehreren Zellzyklus-Transkriptionsfaktoren gebunden wird. Der Datensatz etablierte U2OS als zweites, unabhängig charakterisiertes menschliches Modell zur Kartierung des Zellzyklus-Transkriptoms und ist nach wie vor eine weit verbreitete Referenz für Studien zur Genregulation des menschlichen Zellteilungszyklus.

Gain-of-Function-Mutationen in PPM1D/Wip1 – der Phosphatase, die p53 inaktiviert – führen zu einem C-terminal verkürzten, hyperaktiven Wip1 und beeinträchtigen den p53-abhängigen G1-Checkpoint nach einer DNA-Schädigung; U2OS trägt ein solches verkürztes Allel (p.Arg458Ter) heterozygot [7] [61]. Dies macht U2OS zu einem nützlichen Modell, um zu untersuchen, wie Wip1-Verkürzungen durch Abschwächung der DNA-Schadensantwort einen selektiven Wachstumsvorteil verleihen. Die Variabilität der DNA-Schadensantwort auf Einzelzellniveau wurde in U2OS-Zellen quantifiziert, die 2 Gy Photonen ausgesetzt waren; durch den Vergleich von 53BP1- und γH2AX-Foci in Schwesterkernen von zweikernigen Zellen wiesen Płódowska et al. stochastische Zell-zu-Zell-Schwankungen bei der Bildung von Reparaturfoci nach, die sich mit zufällig verteilten DNA-Schäden überlagerten, wobei diese Schwankungen 28 % der Gesamtvariabilität bei 53BP1-Foci und 50 % bei γH2AX-Foci ausmachten [26]. Eine Analyse des Schwesterchromatidenaustauschs in Weichteilsarkom-Zelllinien, einschließlich U2OS-Kontrollzellen, bestätigte, dass die endogene γH2AX-Bildung mit genomischer Instabilität korreliert und das Ansprechen auf DNA-schädigende Behandlungen vorhersagen kann [27].

U2OS-Zellen wurden eingesetzt, um die somatische CAG-Repeat-Expansion bei der Huntington-Krankheit zu untersuchen. Die genetische Disruption der MSH3-Y245/K246-IDL-Bindungsstelle reduzierte die DNA-Interaktion signifikant und unterband die Repeat-Expansion in einer U2OS-Zelllinie, die mutiertes HTT-Exon 1 exprimierte; die pharmakologische Blockade derselben Stelle reduzierte die Repeat-Expansion in U2OS-Zellen und verlangsamte – was besonders wichtig ist – auch die Expansion in mittelstacheligen Neuronen, die aus iPS-Zellen von Huntington-Patienten gewonnen wurden [28]. Die U2OS-DR-GFP-Derivatlinie wurde häufig für Assays zur homologen Rekombinationsreparatur verwendet, und es wurden mehrere Knockout-Derivate – darunter RAD52-, TBK1- und OPTN-Knockouts – erzeugt, um spezifische Komponenten des Reparaturweges zu untersuchen; alle sind als untergeordnete Einträge von CVCL_0042 katalogisiert [61] katalogisiert. Der Tumorsuppressor TSC2 wurde als Stressgranulat-Suppressor identifiziert; in einem Preprint, der über diese Arbeit berichtet, führte eine siRNA-vermittelte teilweise Reduktion von TSC2 in U2OS-Zellen nicht zur Bildung spontaner Stressgranula, im Gegensatz zu dem vollständigen Verlust, der in embryonalen Fibroblasten der Maus beobachtet wurde, wodurch TSC2 als schwellenwertabhängiger Regulator der Stressgranula-Bildung etabliert wurde [29]. Genomweite Screenings auf homozygote Deletionen und Störungen von Genen des Polaritätskomplexes in Krebszelllinien-Panels haben ebenfalls U2OS-Daten einbezogen und so zur Identifizierung rezessiver Krebsgene und Signaturen fragiler Stellen beigetragen [30] [31].

Zirkadiane Biologie und Genregulation

U2OS hat sich zu einem führenden Modell für die Erforschung der zirkadianen Uhr bei Säugetieren entwickelt. Die Zellen weisen robuste, sich selbst erhaltende zirkadiane Rhythmen auf und werden routinemäßig mit Luciferase-Reportern für Uhrgene zur Echtzeit-Luminometrie eingesetzt. Burke et al. zeigten anhand von U2OS-Zellen, die Luciferase-Reporter für Uhrgene exprimieren, dass Koffein die zirkadiane Periode dosisabhängig verlängert, und stellten durch pharmakologische Analyse und siRNA-Knockdown fest, dass die Signalübertragung über Adenosinrezeptoren – und nicht die Aktivität von Ryanodinrezeptoren oder Phosphodiesterasen – für diesen Effekt verantwortlich ist [59]. Dasselbe System ermöglicht ein chemisches Screening in großem Maßstab: Ein Hochdurchsatz-Screening bestehender Medikamente in U2OS-Zellen ergab, dass etwa 5 % die zirkadiane Periode veränderten, wobei Dehydroepiandrosteron als periodenverkürzende Verbindung identifiziert und ABL1, ABL2 sowie die BCR-Kinase in die Periodenregulation einbezogen wurden [60]. Diese Eigenschaften wurden umfassend genutzt, um die molekularen Mechanismen zu charakterisieren, die den zentralen BMAL1/CLOCK-Transkriptions-Translations-Rückkopplungskreis und dessen Wechselwirkungen mit onkogenen Signalwegen steuern.

Ein kürzlich veröffentlichter Preprint untersuchte die endogene zirkadiane Natur von c-MYC in U2OS-Zellen. Durch die Erzeugung eines c-MYC-Reporters und den Vergleich seiner Oszillationsphase mit den BMAL1- und PER2-Reportern berichteten Kalyanaraman et al., dass der c-MYC-Promotor in U2OS-Zellen – einer Zelllinie mit von Natur aus niedrigen MYC-Spiegeln – rhythmisch oszilliert und dabei gegenüber den Kernkomponenten der Uhr phasenverschoben oszilliert [32]. Ein auf diesen Erkenntnissen basierendes Computermodell legte nahe, dass MYC als Störfaktor der Uhr fungiert, dessen zeitlicher Ablauf die negativen Auswirkungen auf die zirkadiane Zeitmessung minimiert – eine Erkenntnis, die für das Verständnis davon von Bedeutung ist, wie die onkogene MYC-Überexpression die zirkadiane Physiologie stört. Da es sich um ein Preprint handelt, hat diese Arbeit das Peer-Review-Verfahren noch nicht durchlaufen. Dennoch veranschaulicht sie die Eignung von U2OS für die gleichzeitige Untersuchung der Onkogenfunktion und der zirkadianen Regulation.

U2OS ist telomerase-negativ und erhält seine Telomere durch alternative Telomerverlängerung (ALT), den auf Rekombination basierenden Mechanismus, der erstmals von Bryan et al. [58] in einer Untergruppe von Tumoren und tumorabgeleiteten Zelllinien dokumentiert wurde. Dies macht sie zu einem Standardmodell für die ALT-Forschung, einem Mechanismus, der bei einer Untergruppe von Krebsarten, darunter Osteosarkome, aktiv ist. Die Zelllinie wird zudem häufig in Studien zur Dynamik von Histonmodifikationen, zur Kernarchitektur und zur Chromatinorganisation eingesetzt, wobei ihre großen Kerne und ihre optische Untersuchbarkeit genutzt werden. Fluoreszenzmarkierte Histon- und Kernporen-Derivate – darunter U2OS EGFP-H2B und mehrere von U2OS abgeleitete, mit CRISPR markierte NUP96-Linien – haben die quantitative Bildgebung von Chromatin- und Kerntransportprozessen mit hoher räumlicher Auflösung ermöglicht [61].

Endozytose und intrazellulärer Transport

U2OS hat sich aufgrund seiner robusten Rezeptor-Internalisierungsaktivität und seiner Eignung für quantitative, fluoreszenzbasierte CME-Assays zur Messung der Transferrin-Alexa594-Aufnahme als Standardmodell für die Untersuchung der Clathrin-vermittelten Endozytose (CME) und der Dynamin-GTPase-Aktivität etabliert. Eine Reihe von Sulfonadyn-Verbindungen – von Dansylcadaverin-Analoga abgeleitete Arylsulfonamide – wurde unter Verwendung von U2OS-Zellen als primäre CME-Assay-Plattform als GTP-kompetitive Dynamin-I- und Dynamin-II-Inhibitoren charakterisiert [33]. Eine Michaelis-Menten-Kinetikanalyse in diesem System bestätigte den Hemmmechanismus, und das wirksamste Analogon zeigte zudem antiepileptische Aktivität in Tiermodellen, wodurch sich U2OS-basierte CME-Assays als translationales Werkzeug für die neurologische Wirkstoffforschung etablierten.

Unabhängig davon wurden das aus Meeresorganismen stammende Hydroxychinon-Sesquiterpen Bolinaquinon und verwandte Naphthochinon-Analoga hinsichtlich ihrer CME-hemmenden Aktivität in U2OS-Zellen untersucht, wobei eine durch die Dichtefunktionaltheorie geleitete Strukturoptimierung zu Analoga führte, deren Wirksamkeit sowohl gegen Dynamin-GTPase als auch gegen CME erheblich verbessert war [34]. Diese Studien veranschaulichen, wie U2OS-basierte CME-Assays als empfindliche und reproduzierbare Plattform für Struktur-Wirkungs-Beziehungsstudien an Endozytosie-Inhibitoren dienen. Die konsistente Rezeptorexpression und die vorhersagbare Internalisationskinetik dieser Zelllinie machen sie zu einem bevorzugten Zellsystem für diese Art von Forschung.

Das Schicksal von Antisense-Oligonukleotiden (ASOs) nach der zellulären Aufnahme wurde in U2OS-Zellen mittels Lebendzellmikroskopie, ratiometrischer pH-Messungen und dreidimensionaler Fokussierter-Ionenstrahl-Rasterelektronenmikroskopie verfolgt. In einem Preprint, der über diese Arbeit berichtet, zeigten Sitarska et al., dass selbst unter Bedingungen, bei denen die Ziel-RNA um über 90 % reduziert wurde, weniger als 4 % der internalisierten ASOs den Zellkern erreichten und dass sich ASOs in späten Endosomen, Endolysosomen und Lysosomen anreicherten, wo sie eine luminalen Neutralisation induzierten, ohne dass Galectin-3 rekrutiert wurde oder die Begrenzungsmembran aufbrach [35]. Die Autoren vermuten, dass ein produktives Entkommen stattdessen bereits zu einem früheren Zeitpunkt der Endozytose stattfindet, höchstwahrscheinlich in frühen oder Recycling-Endosomen. U2OS-Zellen wurden zudem in einem GLP-1R-Aktivierungstest eingesetzt – einer U2OS-Zelllinie, die cAMP-sensitive Nomad-Biosensoren exprimiert –, um die metabolischen Wirkungen eines in Phospholipiden formulierten Bergamotte-Extrakts zu bewerten, was die Eignung der Linie als gentechnisch veränderte Plattform zur Rezeptorexpression für die Naturstoffpharmakologie demonstrierte [36]. Die Cybrid-Technologie zur Untersuchung von Mutationen der mitochondrialen DNA wurde weiterentwickelt, indem neu entwickelte mtDNA-freie (ρ0) Derivate von HCT116, HT1080 und U2OS als Empfängerzelllinien für die Erzeugung transmitochondrialer Cybride validiert wurden [37].

Proteomik, Genomik und Multi-Omics-Plattformen

U2OS ist eine wichtige Referenzzelllinie in groß angelegten Proteomik-Projekten. Das erste spezifische Proteomprofil von U2OS wurde von Niforou et al. mittels zweidimensionaler Gelelektrophorese in Verbindung mit MALDI-Massenspektrometrie erstellt: Etwa 3.000 Spots wurden aus zwei 2-DE-Gelen herausgeschnitten und analysiert, was zur Identifizierung von 237 verschiedenen Genprodukten führte, darunter 11 Protoonkogene, die mit dem Krebszustand der Linie in Zusammenhang stehen [16]. In nachfolgenden massenspektrometrischen Untersuchungen wurde das absolute Proteom dieser Zelllinie in der Interphase und Mitose quantifiziert – in der Veröffentlichung als häufig verwendete menschliche Zelllinie beschrieben und in Cellosaurus der U2OS-Zelllinie zugeordnet –, wobei die Expression von mindestens etwa 10.000 Proteinen nachgewiesen wurde, deren zelluläre Häufigkeit sich über sieben Größenordnungen erstreckte, bis zu 20 Millionen Kopien pro Zelle [38] [61]. Vergleichende Proteomik an elf gängigen Zelllinien zeigte, dass U2OS einen Kern ubiquitär exprimierter Proteine teilt, während sie zelltypspezifische Variationen in funktionellen Untergruppen aufweist [39].

Im Rahmen einer groß angelegten Zelloberflächen-Proteomik unter Verwendung der Cell-Surface-Capture-Technologie wurde das Oberflächenom von U2OS zusammen mit 40 anderen menschlichen Zelltypen (insgesamt 41 menschliche und 31 Mauszelltypen) katalogisiert, wodurch eine Ressource zur Identifizierung pharmakologisch zugänglicher Oberflächenziele geschaffen wurde [40]. Studien zur HLA-Typisierung und zur Vorhersage von Neoepitopen bezogen U2OS ein, um die Entwicklung von Zielmolekülen für die Krebsimmuntherapie zu unterstützen [41] [42]. Die Charakterisierung mittels Reverse-Phase-Protein-Array von über 650 Krebszelllinien umfasste auch U2OS und zeigte, dass phosphoproteomische Daten eine Vorhersagekraft hinsichtlich der Arzneimittelsensitivität bieten, die über die allein durch mRNA-Messungen verfügbaren Informationen hinausgeht [43]. Die krebsartenübergreifende Proteomkarte, die 949 Zelllinien abdeckt, integrierte die Proteomdaten von U2OS zusätzlich mit CRISPR-Essentialitäts-Screenings und Daten zum Ansprechen auf Medikamente und deckte so Tausende von Proteinbiomarkern für die Anfälligkeit von Krebs auf [44].

Die transkriptomweite Charakterisierung von 675 Krebszelllinien mittels RNA-Sequenzierung katalogisierte Genfusionen, Mutationssignaturen und die Expression nicht-menschlicher Sequenzen in U2OS [45]. Die CCLE-Charakterisierung der nächsten Generation erweiterte die Profilierung um Daten zur DNA-Methylierung, Histonmodifikation, microRNA-Expression und RNA-Spleißung über 1.072 Linien hinweg, wobei U2OS zu integrativen Analysen der molekularen Merkmale beitrug, die dem Ansprechen auf Medikamente zugrunde liegen [46]. Die quantitative Proteomik des CCLE-Panels identifizierte eine Dysregulation von Signalwegen auf Proteinebene, die aus genomischen oder transkriptomischen Daten allein nicht ersichtlich war [47]. Die Kombination von „Cell Painting“ mit „Thermal Proteome Profiling“ in U2OS-Zellen erwies sich als leistungsstarke Strategie zur Ableitung von Wirkmechanismen von Medikamenten durch die Integration morphologischer Profilierung mit der unverzerrten Erkennung von Protein-Targets [17]. Die proteomischen Datensätze von U2OS unterliegen zudem einer Qualitätskontrolle auf Virom-Ebene: Als allgemeiner Screening-Schritt wurde ein Xeno-Proteomik-Workflow für den zielunabhängigen Nachweis viraler Proteine in proteomischen Daten entwickelt, wobei die Autoren empfehlen, jeden zellulären Proteom-Datensatz vor der Veröffentlichung auf nicht-menschliche Proteine zu überprüfen [48]. Eine integrative epigenomische Analyse des Osteosarkoms unter Einbeziehung von U2OS-Zellen identifizierte 350 Gene mit übereinstimmenden genetischen und epigenetischen Abweichungen und trug so zum besseren Verständnis der regulatorischen Landschaft bei, die das Fortschreiten von Knochentumoren steuert [49]. Die Proteinexpression in Zell-Microarrays wurde zudem unter Verwendung von in Agarose-Matrizen eingebetteten U2OS-Zellen bewertet, was die gleichzeitige Profilierung mehrerer Zelllinien im Gewebe-Microarray-Format ermöglichte [50]. Frühe Markerreaktionen von U2OS-Zellen auf Extrakte eines mit Hyaluronsäure beschichteten xenogenen Knochentransplantats wurden mittels qRT-PCR charakterisiert: RUNX2 war um das 2,61-Fache hochreguliert (p = 0,01), während für COL1A1 kein signifikanter Effekt berichtet wurde und die beobachteten Unterschiede in der Stoffwechselaktivität nach FDR-Korrektur nicht signifikant blieben [51]. Die Autoren bezeichnen die Studie als explorativ und fordern eine Validierung an Primärzellen und in In-vivo-Modellen.

Schlussfolgerung

U2OS (CVCL_0042) ist eine bemerkenswert vielseitige menschliche Osteosarkom-Zelllinie, die zu grundlegenden Fortschritten in der Forschung zu Knochenneoplasmen, der DNA-Reparaturbiologie, der Circadianrhythmusforschung, der Endozytose-Pharmakologie und der groß angelegten Omics-Profilierung beigetragen hat. Ihr Wildtyp-TP53-Hintergrund, ihre adhärente Epithelmorphologie, ihre schnelle Verdopplungszeit und ihre umfassende Multi-Omics-Charakterisierung machen sie zu einem außergewöhnlich gut abgestützten experimentellen Modell. Von frühen HLA-Typisierungsstudien bis hin zu zeitgenössischen CRISPR-basierten Funktionsscreenings und dem „Cell Painting“-Wirkstoffprofiling hat sich U2OS kontinuierlich an die Bedürfnisse der biomedizinischen Forschungsgemeinschaft angepasst. Forscher, die ein zuverlässiges, umfassend dokumentiertes Modell für die Osteosarkom-Biologie, die Zellzyklusregulation, die DNA-Schadensantwort oder das Hochdurchsatz-Screening von Wirkstoffen suchen, werden U2OS als unverzichtbares Werkzeug schätzen. Entdecken Sie die vollständigen Spezifikationen oder bestellen Sie U2OS-Zellen direkt unter cytion.com.

Wichtige Veröffentlichungen

1. Pontén J, Saksela E (1967) Zwei etablierte In-vitro-Zelllinien aus menschlichen mesenchymalen Tumoren. International Journal of Cancer. PMID: 6081590
2. Fogh J (1986) Menschliche Tumorlinien für die Krebsforschung. Cancer Investigation. PMID: 3518877
3. Fogh J, Wright WC, Loveless JD (1977) Keine HeLa-Zellkontamination in 169 aus menschlichen Tumoren gewonnenen Zelllinien. Journal of the National Cancer Institute. PMID: 833871
4. Espmark JA, Ahlqvist-Roth L, Särne L (1978) Gewebetypisierung von Zellen in Kultur. III. HLA-Antigene etablierter menschlicher Zelllinien. Tissue Antigens. PMID: 77569
5. Pollack MS, Heagney SD, Livingston PO (1981) Expression von HLA-A-, B-, C- und DR-Alloantigenen in 46 kultivierten menschlichen Tumorzelllinien. Journal of the National Cancer Institute. PMID: 7017212
6. Pautke C, Schieker M, Tischer T (2004) Charakterisierung der Osteosarkom-Zelllinien MG-63, Saos-2 und U-2 OS im Vergleich zu menschlichen Osteoblasten. Anticancer Research. PMID: 15736406
7. Kleiblova P, Shaltiel IA, Benada J (2013) Funktionsgewinnmutationen von PPM1D/Wip1 beeinträchtigen den p53-abhängigen G1-Checkpoint. The Journal of Cell Biology. PMID: 23649806
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