HaCaT-Zellen – Erforschung der Hautbiologie und von Hauterkrankungen
HaCaT-Zellen stammen aus menschlichen epidermalen Keratinozyten und werden häufig zur Erforschung der epidermalen Homöostase und damit verbundener Pathologien verwendet. Diese Zellen gelten als spontan immortalisierte menschliche Keratinozyten, was insofern bemerkenswert ist, als sie aus normalen Hautkeratinozyten gewonnen wurden, ohne dass es zu einer Krise oder Wachstumsverzögerung kam. Dieser einzigartige Ursprung verleiht HaCaT-Zellen eine Reihe von genetischen und Wachstumseigenschaften, die sich von anderen Zelllinien unterscheiden. Obwohl sie in vitro einen transformierten Phänotyp mit klonogenen Eigenschaften auf Agar oder Kunststoff aufweisen, bleibt die HaCaT-Zelllinie nicht-tumorigen. Als erste stabile Epithelzelllinie aus der Haut erwachsener Menschen, die eine normale Differenzierung aufweist, sind HaCaT-Zellen ein wertvolles Werkzeug zur Untersuchung der Regulation der Keratinisierung in menschlichen Zellen. Diese Zellen haben aufgrund ihrer Fähigkeit, sich in vitro effektiv zu vermehren und zu differenzieren, ein breites Anwendungsspektrum.
- Wachstumsmedium
- Siehe Produktseite
- Verdopplungszeit
- Siehe Produktseite
- Wachstumsart
- Adhärent
- Einstufung der biologischen Sicherheit
- BSL-1
- Erhältlich bei
- Cytion – HaCaT bestellen
- Eigenschaften von HaCaT-Zellen
- Genetische Eigenschaften und Herkunft von HaCaT-Zellen
- So ernten Sie HaCaT-Zellen in 5 einfachen Schritten
- Anwendungen von HaCaT-Zellen
- Empfohlene Videos: Entdecken Sie die Welt der HaCaT-Zellen
Merkmale von HaCaT-Zellen
HaCaT-Zellen können unter kalziumarmen Bedingungen kultiviert werden und weisen ein spindelförmiges Erscheinungsbild auf, das wie bei unter denselben Bedingungen gehaltenen Primärzellen keine engen Zell-Zell-Verbindungen aufweist. In der normalen Epidermis entwickeln sich Keratinozyten aus Stammzellen in der Basalschicht und wandern durch die Stachel- und Körnerschicht, bevor sie die Hornschicht erreichen und in die Umgebung abblättern. Dieses streng regulierte Gleichgewicht zwischen Proliferation und Abschuppung führt alle 28 Tage zu einer vollständigen Erneuerung oder Veränderung – ein komplexer Prozess, der als Keratinisierung bekannt ist. Dieser Prozess ist stark reguliert und beinhaltet deutliche Veränderungen in der Genexpression, der strukturellen Anordnung und der enzymatischen Aktivität. Für die In-vitro- und In-vivo-Analyse müssen HaCaT-Zellen die epidermalen Keratine beibehalten, die für die differenzierten Schichten menschlicher Epidermiszellen charakteristisch sind und für die Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität und Widerstandsfähigkeit der Haut unerlässlich sind. Obwohl in HaCaT-Zellen sequenzielle chromosomale Veränderungen auftreten können, stehen diese möglicherweise nicht im Zusammenhang mit signifikanten Differenzierungsproblemen, sondern zeigen stattdessen die spontane Transformation menschlicher adulter Keratinozyten in vitro.
Genetische Merkmale und Herkunft von HaCaT-Zellen
HaCaT-Zellen sind eine spontan immortalisierte menschliche Keratinozyten-Zelllinie, die aus der Haut von Erwachsenen stammt und einen einzigartigen evolutionären Weg darstellt. Diese Zellen weisen Mutationen in beiden Allelen des p53-Gens auf, was typisch für durch UV-Strahlung induzierte Mutationen ist [3,4]. Zudem wird angenommen, dass HaCaT-Zellen durch Mutationen des p53-Tumorsuppressorgens entstanden sind, gefolgt vom Verlust von Seneszenzgenen [5].
Das Tumorsuppressorgen p53, bekannt für seine Rolle bei der DNA-Reparatur und als Wächter des Genoms, löst die Reaktion der menschlichen Haut auf DNA-Schäden aus [4]. Es wurde beobachtet, dass HaCaT-Zellen aufgrund der in vivo-Mutation des p53-Gens ihren Schutzmechanismus gegen DNA-Schäden teilweise verloren haben, was sie anfällig für die Anhäufung zytogenetischer Veränderungen als Reaktion auf erhöhte Kulturtemperaturen macht. Ein weiterer Mechanismus der Immortalisierung von HaCaT-Zellen beinhaltet eine erhöhte Telomerase-Enzymaktivität [7]. In normalen Zellen verkürzen sich die Telomere mit jeder Zellteilung kontinuierlich, bis die zelluläre Seneszenz erreicht ist. Telomerase ist ein spezialisierter zellulärer Enzymkomplex mit reverser Transkriptaseaktivität, der eine stabile Telomerlänge aufrechterhält. Im Gegensatz dazu weisen HaCaT-Zellen eine deutlich erhöhte Telomeraseaktivität auf, was zu einer gut erhaltenen Telomerlänge führt. Diese Beobachtungen bestätigen die Rolle der Telomerase im Immortalisierungsprozess von HaCaT-Zellen.
Es wurden drei spezifische chromosomale Translokationen identifiziert, die zum Verlust einer Kopie der Chromosomenarme 3p, 4p und 9p, einem Gewinn von 9q und der Bildung von Isochromosomen führen. Der Verlust des kurzen Arms von Chromosom 3p kann zum Verlust von Seneszenzgenen und zur Immortalisierung von HaCaT-Zellen führen [8]. HaCaT-Zellen sind hypodiploid und besitzen ausgeprägte und stabile Markerchromosomen, die auf ihren monoklonalen Ursprung hinweisen. Die Merkmale und der Ursprung der HaCaT-Zelllinie wurden mittels DNA-Fingerprinting mit hypervariablen Minisatellitenmarkern bestätigt [3–6].
So ernten Sie HaCaT-Zellen in 5 einfachen Schritten
- Entfernen Sie das Kulturmedium und spülen Sie die adhärenten Zellen mit 3–5 ml PBS ohne Calcium und Magnesium für T25-Flaschen oder 5–10 ml für T75-Flaschen.
- Geben Sie 1–2 ml frisch zubereitete 0,05%ige EDTA-Lösung pro T25-Flasche oder 2,5 ml pro T75-Flasche hinzu, wobei darauf zu achten ist, dass die gesamte Zellschicht bedeckt ist, und inkubieren Sie bei 37 °C für 10 Minuten.
- Geben Sie 1 ml frisch zubereitete Trypsin/EDTA-Lösung (0,05 %/0,025 %) pro T25-Flasche oder 2,5 ml pro T75-Flasche hinzu und stellen Sie erneut sicher, dass das gesamte Zellblatt vollständig bedeckt ist. Die Zellen sollten sich innerhalb von 1–2 Minuten ablösen.
- Stoppen Sie die Trypsinaktivität durch Zugabe eines FBS-haltigen Zellkulturmediums.
- Die Zellen in neue Flaschen mit frischem Zellkulturmedium überführen.
Anwendungen von HaCaT-Zellen
HaCaT-Zellen sind ein wertvolles Werkzeug zur Untersuchung von Keratinozyten [9]. Diese unsterblichen Zellen fungieren als präneoplastische Zellen und können Einblicke in Veränderungen liefern, die bei der malignen und neoplastischen Transformation eine Rolle spielen [10]. HaCaT-Einzellagerkulturen sind unverzichtbar für Anwendungen zur Analyse der zellulären Toxizität und der Wundheilung in vitro. HaCaT-Zellen können auch zur Beurteilung der Hauttoxizität verschiedener Wirkstoffe sowie neoplastischer oder entzündlicher Prozesse eingesetzt werden. Sie eignen sich zur Untersuchung verschiedener Mechanismen kutaner allergischer Reaktionen, der Auswirkungen reaktiver Sauerstoffspezies und der Bestrahlung mit UV-Licht. Bei Stimulation können sich HaCaT-Zellen differenzieren und spezifische Differenzierungsmarker wie Involucrin, K14 und K10 exprimieren. HaCaT-Zellen werden zudem häufig als Modell zur Untersuchung der Pathophysiologie der epidermalen Homöostase verwendet [6].
HaCaT-Zellen behalten nach der Transplantation ihre Fähigkeit, in vivo eine strukturierte Epidermis zu bilden, was zu einer geschichteten Epidermisstruktur führt, die durch Veränderungen der Kalziumkonzentration im Medium zwischen einem basalen und einem differenzierten Zustand umgeschaltet werden kann. Diese Zellen ermöglichen zudem die Charakterisierung verschiedener biologischer Prozesse, beispielsweise durch ihre Verwendung als Vitamin-D-Modellsystem und zur Untersuchung des Stoffwechsels in der Haut. Da HaCaT-Zellen nicht gentechnisch verändert sind, bieten sie einen unverfälschten Einblick in das breite Spektrum der anfänglichen genetischen Vorgänge in der menschlichen Haut.
Empfohlene Videos: Ein Einblick in die Welt der HaCaT-Zellen
„HaCaT-Zellmigration“: Dieses Video zeigt den Prozess der Zellmigration bei HaCaT-Zellen. Die Zellmigration ist ein wesentlicher Vorgang für verschiedene biologische Prozesse, wie beispielsweise die Wundheilung und die Krebsmetastasierung. Das Video zeigt die Bewegung von HaCaT-Zellen unter dem Mikroskop und vermittelt so ein anschauliches Bild davon, wie diese Zellen wandern. Die Aktivität der Zellen wird beobachtet, während sie sich von einem Ort zum anderen bewegen, und das Video veranschaulicht deutlich die Veränderungen, die während dieses Prozesses in den Zellen stattfinden.
„Scratch-Assay an HaCaT-Zellen“: Dieses Video zeigt einen Scratch-Assay, der an HaCaT-Zellen durchgeführt wird. Der Scratch-Assay ist eine weit verbreitete Technik zur Untersuchung der Zellmigration und wird in diesem Fall zur Analyse der Migration von HaCaT-Zellen eingesetzt. Das Video zeigt den Vorgang, bei dem ein Kratzer auf der Oberfläche einer Zellkulturschale erzeugt wird, der dann unter dem Mikroskop beobachtet wird, während HaCaT-Zellen wandern und die Lücke im Laufe der Zeit schließen.
„Zellwachstum von HaCaT-Keratinozyten für Wundheilungsexperimente“: Dieses Video zeigt den Prozess des Zellwachstums von HaCaT-Keratinozyten für Wundheilungsexperimente. HaCaT-Keratinozyten sind eine häufig verwendete Zelllinie in Studien zur Wundheilung.
„HaCaT-Zelldifferenzierung“: Dieses Video zeigt die notwendigen Schritte zur Differenzierung von HaCaT-Zellen. HaCaT-Zellen können sich in verschiedene Arten von Hautzellen differenzieren. Das Video veranschaulicht die Veränderungen in HaCaT-Zellen während der Differenzierung und stellt die verschiedenen Marker und Merkmale der Differenzierung visuell dar. Der Differenzierungsprozess ist entscheidend für die normale Hautfunktion, und das Video beleuchtet die verschiedenen Stadien der Differenzierung, die HaCaT-Zellen durchlaufen.
Referenzen
- Angel P und Karin M: Die Rolle von Jun, Fos und dem AP-1-Komplex bei der Zellproliferation und -transformation. Biochim Biophys Acta 1072:129-157, 1991 Argyris TS: Die Regulation des hyperplastischen Wachstums der Epidermis. Crit Rev Toxicol 9:151-200, 1981
- Baden HP, Kubilus J, Kvedar JC, Steinberg ML, Wolman SR: Isolierung und Charakterisierung einer spontan entstehenden langlebigen Linie menschlicher Keratinozyten (NM-1). In Vitro Cell Dev Biol 23(3):205-13, 1987
- Lehmann TA, Modali R, Boukamp P, Stanek J, Bennett WP, Welsh JA, Metcalf RA, Stampfer MR, Fusenig NE, Rogan EM, Harriss CC: p53-Mutationen in humanen immortalisierten Epithelzelllinien. Carcinogenesis 14:833-839, 1993
- Ziegler A-M, Leffell DJ, Kunala S, Sharma HW, Gailani M, Simon JA, Halperin AJ, Baden HP, Shapiro PE, Bale AE, Brash DE: Mutations-Hotspots aufgrund von Sonnenlicht im p53-Gen bei nicht-melanotischem Hautkrebs. Proc Natl Acad Sci USA 90:4216-4220, 1993
- Fusenig NE, Boukamp P. Mehrere Stadien und genetische Veränderungen bei der Immortalisierung, malignen Transformation und Tumorprogression menschlicher Hautkeratinozyten. Mol Carcinog. 1998;23(3):144-158.
- Harle-Bachor C, Boukamp P: Telomeraseaktivität in der regenerativen Basalschicht der Epidermis der menschlichen Haut sowie in unsterblichen und aus Karzinomen stammenden Hautkeratinozyten. Proc Natl Acad Sci USA 93:6476-81, 1996
- Colombo I, Sangiovanni E, Maggio R, et al. HaCaT-Zellen als zuverlässiges In-vitro-Differenzierungsmodell zur Untersuchung der Entzündungs-/Reparaturreaktion menschlicher Keratinozyten. Mediators Inflamm. 2017;2017:7435621.
- Boukamp, P. et al. Normale Keratinisierung in einer spontan immortalisierten aneuploiden menschlichen Keratinozyten-Zelllinie. J. Cell Biol. 106, 1996, 761–771.
- Gibbs, Graham: Analyse qualitativer Daten. Das Sage-Kit zur qualitativen Forschung. London: Sage 978-0-7619-4980-0.
- Hedrick TE, Bickman L, Rog DJ. 1993. Angewandtes Forschungsdesign: Ein praktischer Leitfaden. Sage: London
- Boukamp P., Petrussevska R. T., Breitkreutz D., Hornung J., Markham A., Fusenig N. E. Normale Keratinisierung in einer spontan immortalisierten aneuploiden menschlichen Keratinozyten-Zelllinie. Cell Biol. (1988);106:761–771.