HaCaT細胞 ― 皮膚の生物学と疾患の解明

HaCaT細胞の遺伝的特徴と起源

HaCaT細胞は、成人の皮膚由来の自然不死化ヒトケラチノサイト細胞株であり、独自の進化経路を示すものである。これらの細胞は、p53遺伝子の両対立遺伝子に変異を有しており、これは紫外線照射によって誘発される変異に典型的な特徴である[3,4]。 さらに、HaCaT細胞は、p53腫瘍抑制遺伝子の変異に続いて、老化関連遺伝子の喪失によって生成されたものと推定されている[5]。

DNA修復における役割やゲノムの守護者として知られる腫瘍抑制遺伝子p53は、DNA損傷に対するヒト皮膚の反応を誘導する[4]。 HaCaT 細胞は、p53 遺伝子の生体内変異により、DNA 損傷に対する保護機構を部分的に失っており、培養温度の上昇に応じて細胞遺伝学的変化が蓄積しやすくなっていることが観察されています。HaCaT 細胞を不死化させるもう 1 つのメカニズムとして、テロメラーゼ酵素活性の増加が挙げられます [7]。 正常な細胞では、細胞分裂のたびにテロメアは継続的に短縮し、最終的に細胞老化に至ります。 テロメラーゼは、逆転写酵素活性を有する特殊な細胞内酵素複合体であり、テロメアの長さを安定に維持する役割を担っている。これに対し、HaCaT細胞ではテロメラーゼ活性が著しく高まっており、その結果、テロメアの長さが良好に維持されている。これらの観察結果は、HaCaT細胞の不死化過程におけるテロメラーゼの役割を裏付けている。

3p、4p、9p の染色体腕の 1 コピーが失われ、9q が獲得され、アイソ染色体が形成される 3 つの特定の染色体転座が同定されている。 3p染色体の短腕の欠失は、老化関連遺伝子の喪失およびHaCaT細胞の不死化につながる可能性がある[8]。 HaCaT 細胞は低二倍体であり、その単クローン起源を表す、明確かつ安定したマーカー染色体を有している。HaCaT 細胞株の特性および系統は、超可変ミニサテライトマーカーを用いた DNA フィンガープリンティングにより確認された [3-6]。

5つの簡単なステップでHaCaT細胞を回収する方法

4. 培養液を取り除き、T25 フラスコの場合は 3～5 mL、T75 フラスコの場合は 5～10 mL のカルシウムおよびマグネシウムを含まない PBS を用いて、付着細胞を洗浄します。
5. T25フラスコ1本につき1～2mL、T75フラスコ1本につき2.5mLの新鮮な0.05% EDTA溶液を加え、細胞シート全体が覆われるようにし、37°Cで10分間インキュベートする。
6. T25 フラスコ 1 つにつき 1 mL、T75 フラスコ 1 つにつき 2.5 mL の、調製したばかりのトリプシン/EDTA（0.05%/0.025%）溶液を加え、再び細胞シート全体が完全に覆われるようにします。1～2 分以内に細胞が剥離するはずです。
7. FBS を含む細胞培養培地を添加して、トリプシンの活性を停止させます。
8. 細胞を、新しい細胞培養培地を入れた新しいフラスコに移します。

HaCaT 細胞の応用

HaCaT細胞は、ケラチノサイトの研究において貴重なツールです [9]。これらの不死化細胞は前腫瘍性細胞として機能し、悪性化および腫瘍化に伴う変化に関する知見を提供します [10]。 単層HaCaT細胞培養は、細胞毒性試験やin vitro創傷治癒解析において不可欠である。HaCaT細胞は、様々な薬剤による皮膚毒性や、腫瘍性・炎症性プロセスの評価にも使用できる。また、皮膚アレルギー反応の多様なメカニズム、活性酸素種の影響、および紫外線照射の影響を解析するために活用できる。 刺激を受けると、HaCaT細胞は分化し、インボルクリン、K14、K10などの特異的な分化マーカーを発現する。また、HaCaT細胞は表皮の恒常性の病態生理学を研究するためのモデルとしても広く用いられている[6]。

注目の動画：HaCaT細胞の世界を探る

「HaCaT細胞の遊走」：この動画では、HaCaT細胞における細胞遊走の過程を紹介しています。細胞の遊走は、創傷治癒やがんの転移など、さまざまな生物学的プロセスにおいて不可欠なプロセスです。 本動画では、顕微鏡下でのHaCaT細胞の動きを実演し、これらの細胞がどのように移動するかを視覚的に示しています。細胞がある場所から別の場所へ移動する様子が観察され、この過程で細胞に生じる変化が明確に示されています。

「HaCaT細胞を用いたスクラッチアッセイ」：この動画は、HaCaT細胞に対して実施されたスクラッチアッセイを紹介しています。 スクラッチアッセイは細胞移動を研究するために広く用いられている手法であり、このケースではHaCaT細胞の移動を分析するために使用されています。この動画では、細胞培養ディッシュの表面に傷（スクラッチ）を作り、その後、顕微鏡下でHaCaT細胞が移動し、時間の経過とともにその隙間を埋めていく様子が示されています。

「創傷治癒実験のためのHaCaTケラチノサイトの培養」：この動画は、創傷治癒実験に向けたHaCaTケラチノサイトの培養プロセスを示しています。HaCaTケラチノサイトは、創傷治癒研究で一般的に使用される細胞株です。

「HaCaT細胞の分化」：この動画では、HaCaT細胞を分化させるために必要な手順を紹介しています。HaCaT細胞は、さまざまな種類の皮膚細胞へと分化することができます。動画では、HaCaT細胞が分化していく過程の変化を示し、分化に伴う様々なマーカーや特徴を視覚的に表現しています。 分化プロセスは正常な皮膚機能にとって極めて重要であり、この動画ではHaCaT細胞が経る分化の各段階に焦点を当てています。

参考文献

1. Angel P および Karin M: 細胞増殖および形質転換におけるJun、Fos、およびAP-1複合体の役割。Biochim Biophys Acta 1072:129-157, 1991 Argyris TS: 表皮過形成の調節。Crit Rev Toxicol 9:151-200, 1981
2. Baden HP, Kubilus J, Kvedar JC, Steinberg ML, Wolman SR: 自然発生した長寿命ヒトケラチノサイト株（NM-1）の単離と特性解析. In Vitro Cell Dev Biol 23(3):205-13, 1987
3. Lehmann TA、Modali R、Boukamp P、Stanek J、Bennett WP、Welsh JA、Metcalf RA、Stampfer MR、Fusenig NE、Rogan EM、Harriss CC：ヒト不死化上皮細胞株における p53 変異。 Carcinogenesis 14:833-839, 1993
4. Ziegler A-M、Leffell DJ、Kunala S、Sharma HW、Gailani M、Simon JA、Halperin AJ、Baden HP、Shapiro PE、Bale AE、Brash DE：非黒色腫皮膚癌の p53 遺伝子における日光による変異ホットスポット。 Proc Natl Acad Sci USA 90:4216-4220, 1993
5. Fusenig NE、Boukamp P. ヒト皮膚ケラチノサイトの不死化、悪性化、および腫瘍進行における複数の段階と遺伝的変化。Mol Carcinog. 1998;23(3):144-158.
6. Harle-Bachor C, Boukamp P: ヒト皮膚の表皮再生基底層および不死化・癌由来皮膚ケラチノサイトにおけるテロメラーゼ活性。Proc Natl Acad Sci USA 93:6476-81, 1996
7. Colombo I, Sangiovanni E, Maggio R, et al. ヒト角化細胞の炎症・修復反応を解析するための信頼性の高いin vitro分化モデルとしてのHaCaT細胞. Mediators Inflamm. 2017;2017:7435621.
8. Boukamp, P. et al. 自然不死化した異数性ヒトケラチノサイト細胞株における正常な角化. J. Cell Biol. 106, 1996, 761–771.
9. ギブス, グラハム: 質的データの分析. The Sage qualitative research kit. ロンドン: Sage 978-0-7619-4980-0.
10. Hedrick TE, Bickman L, Rog DJ. 1993. 『応用研究デザイン：実践ガイド』. Sage: ロンドン
11. Boukamp P. Petrussevska R. T. Breitkreutz D. Hornung J. Markham A. Fusenig N. E. 自然不死化した異数体ヒトケラチノサイト細胞株における正常な角化.  Cell Biol.(1988);106:761–771.