HaCaT-Zellen - Erforschung von Hautbiologie und -krankheiten

HaCaT-Zellen stammen von menschlichen epidermalen Keratinozyten ab und werden häufig zur Erforschung der epidermalen Homöostase und der damit verbundenen Pathologien verwendet. Diese Zellen gelten als spontan immortalisierte menschliche Keratinozyten, was bemerkenswert ist, da sie aus normalen Hautkeratinozyten gewonnen wurden, ohne eine Krise oder Wachstumsverzögerung zu erleben. Dieser einzigartige Ursprung verleiht den HaCaT-Zellen eine Reihe von genetischen und Wachstumseigenschaften, die sich von anderen Zelllinien unterscheiden. Obwohl die HaCaT-Zelllinie in vitro einen transformierten Phänotyp mit klonogenen Eigenschaften auf Agar oder Plastik aufweist, bleibt sie nicht tumorigen. Als erste stabile Epithelzelllinie aus der adulten menschlichen Haut, die eine normale Differenzierung aufweist, sind HaCaT-Zellen ein wertvolles Instrument zur Untersuchung der Regulierung der Keratinisierung in menschlichen Zellen. Aufgrund ihrer Fähigkeit, sich in vitro effektiv zu vermehren und zu differenzieren, bieten diese Zellen ein breites Anwendungsspektrum.

Merkmale von HaCaT-Zellen
Genetische Merkmale und Herkunft von HaCaT-Zellen
Wie man HaCaT-Zellen in 5 einfachen Schritten gewinnt
Anwendungen von HaCaT-Zellen
Ausgewählte Videos: Entdeckung der Welt der HaCaT-Zellen

1.merkmale von HaCaT-Zellen

HaCaT-Zellen können unter kalziumarmen Bedingungen kultiviert werden und haben ein spindelförmiges Erscheinungsbild, das keine Zell-zu-Zell-Tight Junctions aufweist, wie primäre Zellen, die unter den gleichen Bedingungen gehalten werden. In der normalen Epidermis entwickeln sich Keratinozyten aus Stammzellen in der Basalschicht und durchlaufen die Dorn- und Körnerschicht, bevor sie die Hornschicht erreichen und sich in die Umgebung abschuppen. Dieses streng regulierte Gleichgewicht zwischen Proliferation und Abschuppung führt alle 28 Tage zu einer vollständigen Erneuerung oder Veränderung, einem komplexen Prozess, der als Keratinisierung bekannt ist. Dieser Prozess ist hochgradig reguliert und beinhaltet deutliche Veränderungen der Genexpression, des strukturellen Aufbaus und der enzymatischen Aktivität. Für In-vitro- und In-vivo-Analysen müssen HaCaT-Zellen die für die differenzierten Schichten der menschlichen Epidermiszellen charakteristischen epidermalen Keratine erhalten, die für die Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität und Widerstandsfähigkeit der Haut unerlässlich sind. Obwohl sequenzielle Chromosomenveränderungen in HaCaT-Zellen auftreten können, sind sie möglicherweise nicht mit signifikanten Differenzierungsproblemen verbunden und zeigen stattdessen die spontane Transformation von menschlichen adulten Keratinozyten in vitro.

HaCaT-Zellen bei hoher und niedriger Konfluenz

2.genetische Merkmale und Herkunft der HaCaT-Zellen

HaCaT-Zellen sind eine spontan immortalisierte menschliche Keratinozyten-Zelllinie, die aus der adulten Haut 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]. Außerdem geht man davon aus, dass HaCaT-Zellen durch Mutationen des Tumorsuppressorgens p53 entstanden sind, gefolgt vom Verlust von Seneszenzgenen [5].

Das Tumorsuppressor-Gen p53, das für seine Rolle bei der DNA-Reparatur und als Wächter des Genoms bekannt ist, leitet die Reaktion der menschlichen Haut auf DNA-Schäden ein [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 besteht in einer erhöhten Aktivität des Enzyms Telomerase [7]. In normalen Zellen verkürzen sich die Telomere bei jeder Zellteilung kontinuierlich, bis die zelluläre Seneszenz erreicht ist. Telomerase ist ein spezialisierter zellulärer Enzymkomplex mit reverser Transkriptaseaktivität, der die Telomerlänge stabil hält. Im Gegensatz dazu weisen HaCaT-Zellen eine deutlich erhöhte Telomerase-Aktivität 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, zu einem Zugewinn von 9q und zur 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 eindeutige und stabile Markerchromosomen, die ihren monoklonalen Ursprung darstellen. Die Merkmale und der Kopf der HaCaT-Zelllinie wurden durch DNA-Fingerprinting mit hypervariablen Minisatellitenmarkern bestätigt [3-6].

3.so ernten Sie HaCaT-Zellen in 5 einfachen Schritten

Entfernen Sie das Kulturmedium und spülen Sie die anhaftenden Zellen mit 3-5 mL PBS ohne Kalzium und Magnesium bei T25-Kolben oder 5-10 mL bei T75-Kolben.
Geben Sie 1-2 mL frisch zubereitete 0,05%ige EDTA-Lösung pro T25-Kolben bzw. 2,5 mL pro T75-Kolben hinzu, wobei Sie sicherstellen müssen, dass die gesamte Zellschicht bedeckt ist, und inkubieren Sie 10 Minuten lang bei 37°C.
Geben Sie 1 ml frisch zubereitete Trypsin/EDTA-Lösung (0,05 %/0,025 %) pro T25-Kolben bzw. 2,5 ml pro T75-Kolben hinzu und stellen Sie auch hier sicher, dass der Zellbogen vollständig bedeckt ist. Die Zellen sollten sich innerhalb von 1-2 Minuten ablösen.
Stoppen Sie die Trypsinaktivität durch Zugabe eines FBS-haltigen Zellkulturmediums.
Verteilen Sie die Zellen in neue Flaschen mit frischem Zellkulturmedium.

4. Anwendungen von HaCaT-Zellen

HaCaT-Zellen sind ein wertvolles Instrument zur Untersuchung von Keratinozyten [9]. Diese unsterblichen Zellen fungieren als präneoplastische Zellen und können Aufschluss über Veränderungen geben, die an der malignen und neoplastischen Transformation beteiligt sind [10]. Monolayer HaCaT-Zellkulturen sind für die Analyse der Zelltoxizität und der In-vitro-Wundheilung unerlässlich. HaCaT-Zellen können auch zur Bewertung der durch verschiedene Wirkstoffe und neoplastische oder entzündliche Prozesse verursachten Hauttoxizität verwendet werden. Sie können zur Analyse verschiedener Mechanismen allergischer Hautreaktionen, der Auswirkungen reaktiver Sauerstoffspezies und von UV-Bestrahlung eingesetzt werden. Nach Stimulation können sich HaCaT-Zellen differenzieren und spezifische Differenzierungsmarker wie Involucrin, K14 und K10 exprimieren. HaCaT-Zellen werden auch häufig als Modell für die Untersuchung der Pathophysiologie der epidermalen Homöostase verwendet [6].

Forscherin, die wissenschaftliche Studien zur Bestätigung der Qualität von Kosmetika durchführt

HaCaT-Zellen behalten ihre Fähigkeit, nach der Transplantation in vivo eine strukturierte Epidermis zu rekonstruieren, was zu einer geschichteten Epidermisstruktur führt, die durch Änderungen der Kalziumkonzentration im Medium zwischen einem basalen und einem differenzierten Zustand umgeschaltet werden kann. Diese Zellen ermöglichen auch die Charakterisierung verschiedener biologischer Prozesse, wie z. B. ihre Verwendung als Vitamin-D-Modellsystem und den Stoffwechsel in der Haut. Da HaCaT-Zellen nicht gentechnisch verändert werden, bieten sie einen unvoreingenommenen Einblick in das breite Spektrum der genetischen Vorgänge in der menschlichen Haut.

5. Ausgewählte Videos: Erforschung der Welt der HaCaT-Zellen

"HaCaT-Zellwanderung": In diesem Video wird der Prozess der Zellmigration in HaCaT-Zellen gezeigt. Die Migration von Zellen ist ein wesentlicher Prozess für verschiedene biologische Vorgänge, wie Wundheilung und Krebsmetastasierung. Das Video demonstriert die Bewegung von HaCaT-Zellen unter dem Mikroskop und bietet eine visuelle Darstellung der Migration dieser Zellen. Die Aktivität der Zellen wird beobachtet, während sie sich von einem Ort zum anderen bewegen, und das Video veranschaulicht deutlich die Veränderungen, die in den Zellen während dieses Prozesses auftreten.

"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 in diesem Fall wird er zur Analyse der Migration von HaCaT-Zellen verwendet. Das Video zeigt den Prozess der Erzeugung eines Kratzers auf der Oberfläche einer Zellkulturschale, der dann unter dem Mikroskop beobachtet wird, während HaCaT-Zellen wandern und die Lücke mit der Zeit schließen.

"Zellwachstum von HaCaT-Keratinozyten für Wundheilungsexperimente": Dieses Video demonstriert den Prozess des Zellwachstums von HaCaT-Keratinozyten für Wundheilungsexperimente. HaCaT-Keratinozyten sind eine häufig verwendete Zelllinie in Wundheilungsstudien.

"Differenzierung von HaCaT-Zellen": In diesem Video werden die notwendigen Schritte zur Differenzierung von HaCaT-Zellen gezeigt. HaCaT-Zellen können sich in verschiedene Arten von Hautzellen differenzieren. Das Video demonstriert die Veränderungen der HaCaT-Zellen während ihrer Differenzierung und stellt die verschiedenen Marker und Merkmale der Differenzierung visuell dar. Der Differenzierungsprozess ist für die normale Funktion der Haut von entscheidender Bedeutung, und das Video zeigt die verschiedenen Stadien der Differenzierung, die HaCaT-Zellen durchlaufen.

Quellenangaben

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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 menschlichen immortalisierten epithelialen Zelllinien. Karzinogenese 14:833-839, 1993
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Fusenig NE, Boukamp P. Multiple Stadien und genetische Veränderungen bei Immortalisierung, maligner Transformation und Tumorprogression menschlicher Hautkeratinozyten. Mol Carcinog. 1998;23(3):144-158.
Harle-Bachor C, Boukamp P: Telomerase-Aktivität in der regenerativen Basalschicht der Epidermis in menschlicher Haut und in immortalisierten und von Karzinomen abgeleiteten Hautkeratinozyten. Proc Natl Acad Sci USA 93:6476-81, 1996
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Boukamp P. Petrussevska R. T. Breitkreutz D. Hornung J. Markham A. Fusenig N. E. Normale Immortalisierung in einer spontan immortalisierten aneuploiden menschlichen Keratinozyten-Zelllinie Cell Biol(1988);106:761-771.