Tế bào HaCaT - Nghiên cứu sinh học da và bệnh lý

2.       Đặc điểm di truyền và nguồn gốc của tế bào HaCaT

Tế bào HaCaT là dòng tế bào keratinocyte người được bất tử hóa tự nhiên, xuất phát từ da người trưởng thành và đại diện cho một con đường tiến hóa độc đáo. Các tế bào này mang đột biến ở cả hai alen của gen p53, điều này đặc trưng cho các đột biến do tia UV gây ra [3,4]. Ngoài ra, tế bào HaCaT được cho là đã hình thành do đột biến gen ức chế khối u p53, tiếp theo là sự mất đi các gen liên quan đến lão hóa [5].

Gen ức chế khối u p53, được biết đến với vai trò trong sửa chữa DNA và là "người bảo vệ" của bộ gen, kích hoạt phản ứng của da người đối với tổn thương DNA [4]. Đã quan sát thấy rằng tế bào HaCaT đã mất một phần cơ chế bảo vệ chống lại tổn thương DNA do đột biến in vivo của gen p53, khiến chúng dễ bị tích tụ các thay đổi cytogenetic khi tiếp xúc với nhiệt độ nuôi cấy cao. Một cơ chế khác khiến tế bào HaCaT trở nên bất tử là sự gia tăng hoạt động của enzyme telomerase [7]. Trong các tế bào bình thường, telomere liên tục ngắn lại sau mỗi lần phân chia tế bào cho đến khi đạt đến giai đoạn lão hóa tế bào. Telomerase là một phức hợp enzym tế bào chuyên biệt có hoạt tính reverse transcriptase, giúp duy trì độ dài telomere ổn định. Ngược lại, các tế bào HaCaT cho thấy hoạt động telomerase tăng đáng kể, dẫn đến độ dài telomere được duy trì tốt. Những quan sát này xác nhận vai trò của telomerase trong quá trình bất tử hóa của các tế bào HaCaT.

Ba sự chuyển đoạn nhiễm sắc thể cụ thể đã được xác định, dẫn đến mất một bản sao của cánh nhiễm sắc thể 3p, 4p và 9p, tăng bản sao của 9q, và hình thành isochromosome. Việc mất cánh ngắn của nhiễm sắc thể 3p có thể dẫn đến mất các gen lão hóa và bất tử hóa tế bào HaCaT [8]. Tế bào HaCaT là tế bào hypodiploid và có các nhiễm sắc thể dấu hiệu đặc trưng và ổn định, thể hiện nguồn gốc đơn dòng của chúng. Các đặc điểm và nguồn gốc của dòng tế bào HaCaT đã được xác nhận bằng phương pháp phân tích vân tay DNA sử dụng các dấu hiệu minisatellite biến đổi cao [3-6].

3.       Cách thu hoạch tế bào HaCaT trong 5 bước đơn giản

4. Loại bỏ môi trường nuôi cấy và rửa các tế bào bám dính bằng 3-5 mL dung dịch PBS không chứa canxi và magiê cho bình T25 hoặc 5-10 mL cho bình T75.
5. Thêm 1-2 mL dung dịch EDTA 0,05% mới pha cho mỗi bình T25, hoặc 2,5 mL cho mỗi bình T75, đảm bảo toàn bộ lớp tế bào được phủ kín, và ủ ở 37°C trong 10 phút.
6. Thêm 1 mL dung dịch trypsin/EDTA (0,05%/0,025%) mới pha cho mỗi bình T25, hoặc 2,5 mL cho mỗi bình T75, đảm bảo phủ kín toàn bộ lớp tế bào. Tế bào sẽ bong ra trong vòng 1-2 phút.
7. Ngừng hoạt động của trypsin bằng cách thêm môi trường nuôi cấy tế bào chứa FBS.
8. Chuyển tế bào vào các bình mới chứa môi trường nuôi cấy tế bào tươi.

4. Ứng dụng của tế bào HaCaT

Tế bào HaCaT là công cụ quý giá để nghiên cứu keratinocytes [9]. Các tế bào bất tử này hoạt động như tế bào tiền ung thư và có thể cung cấp thông tin về các thay đổi liên quan đến quá trình chuyển đổi ác tính và ung thư [10]. Văn hóa tế bào HaCaT lớp đơn là cần thiết cho các ứng dụng phân tích độc tính tế bào và lành vết thương in vitro. Tế bào HaCaT cũng có thể được sử dụng để đánh giá độc tính da do các tác nhân khác nhau và các quá trình ung thư hoặc viêm nhiễm. Chúng có thể được sử dụng để phân tích các cơ chế khác nhau của phản ứng dị ứng da, tác động của các loài oxy phản ứng và chiếu xạ tia UV. Khi được kích thích, tế bào HaCaT có thể biệt hóa và biểu hiện các dấu hiệu biệt hóa cụ thể, như involucrin, K14 và K10. Tế bào HaCaT cũng thường được sử dụng làm mô hình để nghiên cứu sinh lý bệnh của sự cân bằng biểu bì [6].

Tế bào HaCaT duy trì khả năng tái tạo một lớp biểu bì có cấu trúc trong cơ thể sau khi cấy ghép, tạo ra một cấu trúc biểu bì phân lớp có thể được chuyển đổi giữa trạng thái cơ bản và trạng thái biệt hóa bằng cách thay đổi nồng độ canxi trong môi trường nuôi cấy. Các tế bào này cũng cho phép nghiên cứu nhiều quá trình sinh học, chẳng hạn như sử dụng chúng như một hệ thống mô hình cho vitamin D và chuyển hóa trong da. Vì tế bào HaCaT không được biến đổi gen, chúng cung cấp cái nhìn khách quan về phổ rộng các sự kiện di truyền ban đầu trong da người.

5. Video nổi bật: Khám phá thế giới của tế bào HaCaT

"Di chuyển của tế bào HaCaT": Video này trình bày quá trình di chuyển của tế bào HaCaT. Quá trình di chuyển của tế bào là một quá trình thiết yếu cho nhiều quá trình sinh học, như lành vết thương và di căn ung thư. Video trình bày chuyển động của tế bào HaCaT dưới kính hiển vi, cung cấp hình ảnh trực quan về cách các tế bào này di chuyển. Hoạt động của tế bào được quan sát khi chúng di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác, và video cung cấp minh họa rõ ràng về những thay đổi xảy ra trong tế bào trong quá trình này.

"Thử nghiệm Scratch được thực hiện trên tế bào HaCaT": Video này trình bày thử nghiệm Scratch được thực hiện trên tế bào HaCaT. Thử nghiệm Scratch là một kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu di chuyển của tế bào, và trong trường hợp này, nó được sử dụng để phân tích quá trình di chuyển của tế bào HaCaT. Video minh họa quá trình tạo ra một vết xước trên bề mặt đĩa nuôi cấy tế bào, sau đó được quan sát dưới kính hiển vi khi các tế bào HaCaT di chuyển và lấp đầy khoảng trống theo thời gian.

"Sự phát triển của tế bào keratinocyte HaCaT cho các thí nghiệm chữa lành vết thương": Video này trình bày quá trình phát triển của tế bào keratinocyte HaCaT cho các thí nghiệm chữa lành vết thương. Tế bào keratinocyte HaCaT là dòng tế bào được sử dụng phổ biến trong các nghiên cứu về chữa lành vết thương.

"Sự biệt hóa của tế bào HaCaT": Video này trình bày các bước cần thiết để biệt hóa tế bào HaCaT. Tế bào HaCaT có thể biệt hóa thành các loại tế bào da khác nhau. Video minh họa sự thay đổi của tế bào HaCaT trong quá trình biệt hóa, thể hiện trực quan các dấu hiệu và đặc điểm của quá trình biệt hóa. Quá trình biệt hóa là yếu tố quan trọng cho chức năng bình thường của da, và video nhấn mạnh các giai đoạn biệt hóa mà tế bào HaCaT trải qua.

Tham khảo

1. Angel P và Karin M: Vai trò của Jun, Fos và phức hợp AP-1 trong sự tăng sinh và biến đổi tế bào. Biochim Biophys Acta 1072:129-157, 1991 Argyris TS: Điều hòa sự tăng sinh quá mức của biểu bì. Crit Rev Toxicol 9:151-200, 1981
2. Baden HP, Kubilus J, Kvedar JC, Steinberg ML, Wolman SR: Tách chiết và đặc trưng hóa một dòng tế bào keratinocyte người tự phát có tuổi thọ dài (NM-1). 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: Đột biến p53 trong các dòng tế bào biểu mô bất tử của người. 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: Các điểm đột biến do ánh sáng mặt trời trong gen p53 của ung thư da không phải melanoma. Proc Natl Acad Sci USA 90:4216-4220, 1993
5. Fusenig NE, Boukamp P. Các giai đoạn và biến đổi di truyền trong quá trình bất tử hóa, chuyển đổi ác tính và tiến triển khối u của tế bào keratinocyte da người. Mol Carcinog. 1998;23(3):144-158.
6. Harle-Bachor C, Boukamp P: Hoạt động telomerase trong lớp cơ bản tái tạo của biểu bì da người và trong các tế bào keratinocyte da bất tử và có nguồn gốc từ ung thư. Proc Natl Acad Sci USA 93:6476-81, 1996
7. Colombo I, Sangiovanni E, Maggio R, et al. Tế bào HaCaT như một mô hình phân biệt in vitro đáng tin cậy để phân tích phản ứng viêm/sửa chữa của tế bào keratinocyte người. Mediators Inflamm. 2017;2017:7435621.
8. Boukamp, P. và cộng sự. Quá trình keratin hóa bình thường trong dòng tế bào keratinocyte người bất tử hóa tự nhiên có số lượng nhiễm sắc thể bất thường. J. Cell Biol. 106, 1996, 761–771.
9. Gibbs, Graham: Phân tích dữ liệu định tính. Bộ công cụ nghiên cứu định tính Sage. London: Sage 978-0-7619-4980-0.
10. Hedrick TE, Bickman L, Rog DJ. 1993. Thiết kế nghiên cứu ứng dụng: Hướng dẫn thực hành. Sage: London
11. Boukamp P. Petrussevska R. T. Breitkreutz D. Hornung J. Markham A. Fusenig N. E. Quá trình keratin hóa bình thường trong dòng tế bào keratinocyte người bất tử tự nhiên có số lượng nhiễm sắc thể không bình thường.  Cell Biol.(1988);106:761–771.