Клітини HepG2 - ресурс для дослідження раку печінки
Hep-G2 - це клітинні лінії раку печінки людини, отримані з тканини печінки 15-річного європеоїдного чоловіка з гепатоцелюлярною карциномою. Ці клітини часто використовуються в дослідженнях метаболізму ліків та гепатотоксичності. Хоча клітини HepG2 мають високу швидкість проліферації та епітеліальний вигляд, вони не є пухлинними і виконують різні диференційовані функції печінки. У 1975 році дослідники отримали клітини HepG2 з гепатоцелюлярної карциноми, що зробило їх першою клітинною лінією печінки, яка демонструє критичні характеристики гепатоцитів. На відміну від раніше створеної клітинної лінії SK-Hep1, якій не вистачає основних клітинних маркерів печінки, клітини HepG2 можуть секретувати різні білки плазми крові і є цінною моделлю для вивчення внутрішньоклітинної динаміки доменів клітинної поверхні в гепатоцитах людини. Ці клітини мають епітеліальну морфологію, модальну хромосому 55 і можуть бути стимульовані гормоном росту людини
Характеристики HepG2
Первинні гепатоцити мають кубічну форму і зазвичай містять два ядра. На відміну від них, клітини HepG2 мають епітеліальну морфологію з одним ядром і кількістю хромосом від 48 до 54 на клітину. Хоча на клітини HepG2 може припадати до 25% всього клітинного білка, їх розмір більший, ніж у нормальних гепатоцитів, і становить близько 10% всього білка в клітині. Клітинні білки відіграють важливу роль у клітині, виконуючи функції, визначені генами.
Пухлинні клітини, в тому числі з аномальною кількістю хромосом, часто демонструють збільшення кількості ядер, до семи на клітину. Завдяки високому ступеню диференціювання in vitro клітини HepG2 є ідеальною моделлю для вивчення внутрішньоклітинного транспорту і динаміки білків жовчних каналів, синусоїдальної мембрани і ліпідів в гепатоцитах людини.
Середній діаметр клітини HepG2 становить близько 10-20 мкм, що менше, ніж у гепатоцита з діаметром 15 мкм, але схоже на пухлинні клітини гепатобластоми (HB), які коливаються в межах 10-20 мкм.
Генетика HepG2
Клітинна лінія Hep-G2 демонструє декілька транслокацій, в тому числі між короткими плечима хромосом 1 і 21, трисомії хромосом 2, 16 і 17 та тетрасомії хромосоми 20. Також спостерігається втрата ділянки хромосоми 4q3, пов'язана з транслокацією t(1;4), що часто спостерігається при гепатобластомі (ГВ) та інших хромосомних аномаліях, таких як трисомії 2 і 20. Кількість хромосом у клітинах HepG2 коливається від 50 до 60, що вказує на гіпердиплоїдний каріотип, тоді як деякі випадки мають більше 100 хромосом і характеризуються тетраплоїдним розширенням. Клітини HepG2 містять приблизно 7,5 пг ДНК, що на 15% більше, ніж середня соматична клітина. Для порівняння, первинні гепатоцити мають кубічну форму і зазвичай містять два ядра [1].
Мутаційний профіль клітин HepG2
Клітини лінії HepG2 несуть мутацію C228T у промоторній ділянці TERT, яка також присутня в гепатоцелюлярній карциномі (ГЦК) та гепатобластомі (ГБ). Ця мутація сприяє безсмертя, захищаючи теломери в ракових клітинах. Крім того, клітини HepG2 демонструють дикий тип TP53, критично важливого гена для придушення раку людини, оскільки він відіграє роль у зупинці клітинного циклу, апоптозі та старінні. Мутації в цьому гені можуть сприяти проліферації клітин.
Клітини HepG2 беруть участь у декількох шляхах, включаючи порушення регуляції клітинного росту, шляхи виживання, такі як фетальний та ембріональний ГВ, а також шлях Wnt/β-катеніну. Крім того, клітинна лінія має характерну делецію третього екзону гена CTNNB1, яка ідентична тій, що спостерігається при епітеліальному типі ГВ [2,3].
Огляд клітин гепатоцелюлярної карциноми HepG2 у дослідженнях печінки
Клітини HepG2, отримані з гепатоми людини, стали безцінним інструментом для дослідження функцій та захворювань печінки, включаючи гепатоцелюлярну карциному. Ці клітинні лінії печінки дають змогу вивчати клітинні відповіді гепатоцитів людини за різних експериментальних умов. Використання репортерних плазмід люциферази в клітинах HepG2 виявилося особливо ефективним для відстеження експресії генів і клітинних трансфекції, які є фундаментальними в метаболічних дослідженнях, таких як вивчення впливу етанолу на клітини печінки
Дослідження вірусних інфекцій та захворювань печінки з використанням клітин HepG2
Імморталізовані клітинні лінії пухлин печінки, такі як HepG2 і Huh7, є важливими для вивчення вірусних інфекцій, демонструючи повну реплікацію клітинного циклу гепатиту D (HDV) і експресію гепатиту B (HBV) [5,6]. Паралельно клітинні лінії HepaRG відіграють важливу роль у з'ясуванні механізмів проникнення ВГВ [7]. Клітини HepG2 також використовуються для дослідження різноманітних захворювань печінки людини, від генетичних станів, таких як прогресуючий сімейний внутрішньопечінковий холестаз (PFIC) і синдром Дубіна-Джонсона, до екологічних і дієтичних досліджень, пов'язаних з цитотоксичними і генотоксичними агентами, а також для таргетування лікарських препаратів і дослідження гепатоканцерогенезу [8,9]. Їх використання поширюється і на випробування з пристроями біо-штучної печінки
Взаємодія клітин HepG2 з біоматеріалами в тканинній інженерії
Взаємодія клітин HepG2 з різними біоматеріалами має ключове значення в тканинній інженерії. Такі методи, як метод колоїдних зондів, допомагають зрозуміти цю взаємодію шляхом вимірювання властивостей адгезії клітин, які є життєво важливими для визначення життєздатності клітин при розробці скаффолдів і точних моделей тканин печінки
Поведінка клітин та інновації в моделях на основі HepG2
Вивчення поведінки клітин у моделях на основі HepG2 має вирішальне значення для дослідження захворювань печінки. Досягнення в області тривимірних сфероїдних клітинних культур призвели до створення клітинних сфероїдів HepG2, пропонуючи більш фізіологічно релевантну модель, яка в точності відображає нормальні гепатоцити. Ці 3D-моделі з підвищеною метаболічною активністю свідчать про те, що клітини HepG2 можуть слугувати моделлю гепатобластоми і відіграють важливу роль у дослідженнях лікування раку, особливо для моделювання пухлин печінки та тестування нових терапевтичних підходів [10-12]
Порівняння та характеристика HepG2 серед інших пухлинних клітинних ліній
HepG2 - одна з найпоширеніших пухлинних клітинних ліній печінки, обрана для широкого застосування в наукових дослідженнях з-поміж близько 40 доступних клітинних ліній пухлин печінки [13]. Незважаючи на слабку або відсутню експресію певних ферментів цитохрому Р450 порівняно з нормальними гепатоцитами, метаболічний профіль HepG2 стимулював зусилля з модифікації клітинної лінії для кращого вивчення метаболізму лікарських препаратів [13]. У порівнянні з пухлинними лініями, такими як MCF7, PC3, 143B і HEK293, клітини HepG2 демонструють унікальні профілі вмісту амінокислот, які суттєво впливають на синтез і секрецію білка, підкреслюючи їх унікальні метаболічні шляхи [14]
Дослідження захворювань печінки за допомогою HepG2
Субкультивування клітин HepG2
Нижче наведено п'ять кроків для видалення прилиплих клітин з колб для культивування клітин за допомогою Accutase:
- Видаліть середовище з колби з культурою клітин і промийте прилиплі клітини, використовуючи PBS без кальцію і магнію. Використовуйте 3-5 мл PBS для колб T25 і 5-10 мл для колб T75.
- Додайте Accutase в колбу з культурою клітин, використовуючи 1-2 мл на T25 і 2,5 мл на T75 колбу. Переконайтеся, що Аккутаза покриває весь клітинний лист.
- Інкубуйте колбу при кімнатній температурі протягом 8-10 хвилин.
- Обережно ресуспендуйте клітини в середовищі, використовуючи 10 мл свіжого середовища.
- Відцентрифугуйте ресуспендовані клітини протягом 5 хвилин при 300xg, ресуспендуйте їх у свіжому середовищі та розподіліть у нові колби зі свіжим середовищем.
Перспективи використання клітин HepG2 в майбутньому
Пошуки повного розкриття потенціалу клітинної лінії HepG2 продовжуються завдяки революційному прогресу у збільшенні експресії цитохромів. Дослідники також вивчають можливості тривимірних сфероїдних клітинних культур, які пропонують більш фізіологічно релевантну систему. Метаболічна активність, включаючи цитохроми, у 3D сфероїдних моделях HepG2 значно вища, ніж у 2D клітинах, що наближає нас до створення моделі, яка відображає нормальні гепатоцити. Крім того, вивчення динамічних процесів, що лежать в основі неправильного розподілу білків клітинної поверхні, може прокласти шлях до кращого розуміння захворювань печінки
Клітини HepG2: Розуміння їхньої ролі та відмінностей у біомедичних дослідженнях - поширені запитання
Список використаних джерел
- В'яз, Р.К., Дарруді, Ф., Натараджан, А.Т. Радіаційно-індуковані розриви та відновлення хромосом в інтерфазно-метафазних хромосомах лімфоцитів людини, Mutat Res, 1991; 249(1):29-35.
- Woodfield, S.E., Shi, Y., Patel, R.H., Chen, Z., Shah, A.P., Srivastava, R.K., Whitlock, R.S., Ibarra, A.M., Larson, S.R., Sarabia, S.F. та ін. Інгібування MDM4: Нова терапевтична стратегія для реактивації P53 при гепатобластомі. Sci. Rep. 2021, 11, 2967.
- Hussain, S.P., Schwank, J., Staib, F., Wang, X.W., Harris, C.C. TP53 Mutations and hepatocellular Carcinoma: Insights into the Etiology and Pathogenesis of Liver Cancer. Oncogene 2004.
- Schicht, G., Seidemann, L., Haensel, R., Seehofer, D., Damm, G. Критичне дослідження придатності клітинних ліній гепатоми HepG2 і Huh7 як моделей для метаболічного представлення резектабельної гепатоцелюлярної карциноми. Рак 2022, 14(17), 4227.
- Verrier, E.R., Colpitts, C.C., Schuster, C., Zeisel, M.B., Baumert, T.F. Моделі клітинних культур для дослідження вірусної інфекції гепатитів B і D. Віруси 2016, 8, 261.
- Verrier, E.R., Colpitts, C.C., Bach, C., Heydmann, L., Weiss, A., Renaud, M., Durand, S.C., Habersetzer, F., Durantel, D., AbouJaoudé, G., et al. A Targeted Functional RNA Interference Screen Uncovers Glypican 5 as a Entry Factor for Hepatitis B and D Viruses. Гепатологія 2016, 63, 35-48.
- Gripon, P., Rumin, S., Urban, S., Le Seyec, J., Glaise, D., Cannie, I., Guyomard, C., Lucas, J., Trepo, C., Guguen-Guillouzo, C. Infection of a Human Hepatoma Cell Line by Hepatitis B Virus. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, 99, 15655-15660.
- Mersch-Sundermann, V., Knasmüller, S., Wu, X.J., Darroudi, F., Kassie, F. Використання лінії клітин печінки людини для виявлення цитопротекторних, антигенотоксичних та когенотоксичних агентів. Токсикологія. 2004; 198(1-3): 329-340.
- Фанеллі А. HepG2 (гепатоцелюлярна карцинома печінки): культура клітин. HepG2. Отримано 3 грудня 2017 року.
- Сюань, Дж., Чен, С., Нінг, Б., Толлесон, В.Х., Го, Л. Розвиток клітин, отриманих від HepG2, що експресують цитохром P450, для оцінки метаболізму, пов'язаного з лікарською токсичністю печінки, спричиненою наркотиками. Physiol. Behav. 2017, 176, 139-148.
- Оока М., Лінч К., Ся М. Застосування активації метаболізму in vitro у високопродуктивному скринінгу. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 8182.
- Huang, L., Coughtrie, M.W.H., Hsu, H. Down-Regulation of the Dehydroepiandrosterone Sulfotransferase Gene in Human Hepatocellular Carcinoma. Mol. Cell. Endocrinol.
- Zhu, Z., Hao, X., Yan, M. та ін. Ракові стовбурові/попередні клітини високо збагачені CD133+ CD44+ популяцією при гепатоцелюлярній карциномі. Int J Cancer. 2010; 126:2067-2078.
- Arbus C., Benyamina A., Llorca P.-M., Baylé F., Bromet N., Massiere F., Garay R.P., Hameg A. Характеристика ферментів цитохрому Р450 людини, що беруть участь у метаболізмі ціамемазину. Eur J Pharm Sci. 2007 Dec;32(4-5):357-66.