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Zelllinie

immortalisierter eukaryotischer Zellklon, entstanden aus einem Zelltyp eines Eukaryoten

Eine Zelllinie bezeichnet in der Zellbiologie einen immortalisierten Zelltyp.

REM-Aufnahme von HeLa-Zellen während des Zelltods (Mitte) und gesund (oben rechts)
FM-Aufnahme von HeLa-Zellen mit blau gefärbten Zellkernen
FM-Aufnahme von konfluenten HeLa-Zellen mit Mikrotubuli (grün), Golgi-Apparat (orange) und Zellkern (blau)

Eigenschaften

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Aufgrund der im Vergleich zu Primärzellen hohen Wachstums- und Zellteilungsrate und der unbegrenzten Teilungsfähigkeit werden Zelllinien standardmäßig in der Zellkultur verwendet. Zelllinien besitzen als immortalisierte Zellen kein Hayflick-Limit und können sich unbegrenzt teilen. Sie werden künstlich durch eine Immortalisierung oder durch Fusion mit Tumorzellen im Rahmen der Hybridom-Technik erzeugt oder entstehen natürlich durch bestimmte Kombinationen an Mutationen bei der Entstehung von Tumoren, z. B. durch manche mutierte Onkogene und mutiertes p53.[1] Nicht jede immortalisierte Zelllinie kann sich unbegrenzt teilen, wenn auch dann die Anzahl maximaler Zellteilungen erhöht ist.[2] Einen vorübergehend immortalisierten Grenzfall zwischen Zelllinien und normalen Zellen bilden konditional reprogrammierte Zellen, die sich unbegrenzt teilen können, solange zwei Faktoren hinzugegeben werden – Fütterzellen und der Inhibitor der Rho-Kinase Y-27632.[3][4][5] Stammzelllinien sind Zelllinien von Stammzellen.

Erzeugung

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Es gibt verschiedene Methoden zur Erzeugung von Zelllinien:[6]

  1. Isolierung aus Tumorgewebe ist die älteste Methode und wurde bereits bei HeLa angewendet.[7]
  2. Einbringung von immortalisierenden Genen oder Viren[8][9]
  3. Hybridom-Technik durch Zellfusion mit Tumorzellen[10]

Verwendung

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Zelllinien werden in den Lebenswissenschaften in Zellkulturlaboren zu Forschungszwecken eingesetzt, wenn Versuche in lebenden eukaryotischen Zellen durchgeführt werden. In der Biotechnologie werden Zelllinien zur Produktion größerer Mengen an rekombinanten Proteinen in Bioreaktoren verwendet, wenn eine möglichst humantypische Glykosylierung des Proteins notwendig ist. Die langfristige Lagerung von Zelllinien erfolgt durch Kryokonservierung.

Kontaminationen mit anderen Zelllinien

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Aufgrund der jahrelangen Verwendung und Weitergabe sind vermutlich 20 % der Zelllinien mit anderen Zelllinien kontaminiert.[11] Durch fehlerhafte Beschriftung oder durch Kontamination falsch identifizierte Zelllinien werden in der Datenbank Register of Misidentified Cell Lines aufgeführt.[12] Ebenso führt Cellosaurus eine Datenbank mit problematischen Zelllinien.[13] IGRhCellID ist eine Website mit Software zur Identifikation von Zelllinien und Kontaminationen.[14]

Kontaminationen mit Mikroorganismen

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Mit Mikroorganismen kontaminierte Zelllinien werden mit geeigneten Antibiotika behandelt. Kontaminationen mit Mycoplasmen können aus dem Zellkulturmedium bzw. aus dem FCS stammen, da sie bei der Sterilfiltration der Medien nicht entfernt werden.[15] Aufgrund einer fehlenden bakteriellen Zellwand sind sie resistent gegen Antibiotika, die in die Zellwandsynthese eingreifen.

Beispiele

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Es ist zu beachten, dass die folgende Auflistung der Zellkultur-Linien unvollständig ist. Alleine die ATCC führt bis zu 4.000 Zelllinien,[16] weitere gibt es bei der DSMZ und der CCOS.

Zelllinie Bedeutung Ursprungsspezies Ursprungsgewebe Morphologie Link
293-T enthält Plasmid mit temperatursensitiver Mutante des Simian-Virus 40 großen T-Antigens Mensch Niere (Embryo) Derivat von HEK-293 Epithel DSMZ Cellosaurus
A431 Mensch Haut Epithel DSMZ Cellosaurus
A549 Mensch Adenokarzinom der Lunge Epithel DSMZ Cellosaurus
BCP-1 Mensch Blut Lymphozyt ATCC Cellosaurus
bEnd.3 brain endothelial Maus Gehirn / Großhirnrinde Endothel ATCC Cellosaurus
BHK-21 syrian baby hamster kidney Hamster Niere (embryonal) Fibroblast DSMZ Cellosaurus
BxPC-3 Mensch Pankreas, Adenokarzinom Epithel DSMZ Cellosaurus
BY-2 Bright Yellow-2 Tabak Am Keimling induzierter Kallus DSMZ (Memento vom 8. November 2007 im Internet Archive) Cellosaurus
CHO Chinese hamster ovary Hamster Ovarien Epithel ICLC Cellosaurus
COS-1 Durch Transformation eines origin-defective SV-40 aus CV-1 Zellen hervorgegangen Affe – Chlorocebus aethiops (Äthiopische Grünmeerkatze) Niere Fibroblast DSMZ Cellosaurus
COS-7 Durch Transformation eines origin-defective SV-40 aus CV-1 Zellen hervorgegangen Affe – Chlorocebus aethiops Niere Fibroblast DSMZ Cellosaurus
CV-1 Affe – Chlorocebus aethiops Niere Fibroblast Cellosaurus
EPC herpesviral induziertes, papuläres Epitheliom Fisch (Pimephales promelas) Haut Epithel ATCC Cellosaurus
HaCaT human adult, calcium, temperature Mensch Keratinozyt Epithel Cellosaurus
HDMEC human dermal microvascular endothelial cells Mensch Vorhaut Endothel Journal of Investigative Dermatology[17]
HEK-293 human embryonic kidney Mensch Niere (embryonal) Epithel DSMZ Cellosaurus
HeLa Henrietta Lacks Mensch Zervixkarzinom (Gebärmutterhalskrebs) Epithel DSMZ Cellosaurus
Hep G2 human hepatocellular carcinoma Mensch Leberzellkarzinom Epithel DSMZ Cellosaurus
HL-60 human leukemia Mensch Promyeloblasten Blutzellen DSMZ Cellosaurus
HMEC-1 immortalized human microvascular endothelial cells Mensch Vorhaut Endothel ATCC Cellosaurus
HUVEC human umbilical vein endothelial cells Mensch Nabelschnurvene Endothel ICLC
HT-1080 Mensch Fibrosarkom Bindegewebszellen DSMZ Cellosaurus
Jurkat Mensch T-Zell-Leukämie Blutzellen DSMZ Cellosaurus
K562 älteste Leukämie-Zelllinie des Menschen Mensch Blut myeloische Blutzellen, etabliert 1975 DSMZ Cellosaurus
LNCaP Mensch Prostata Adenokarzinom Epithel DSMZ Cellosaurus
MCF-7 Michigan Cancer Foundation Mensch Brust, Adenokarzinom Epithel DSMZ Cellosaurus
MCF-10A Michigan Cancer Foundation Mensch Brustdrüse Epithel ATCC Cellosaurus
MDCK-Zellen Madin Darby canine kidney Hund Niere Epithel ATCC Cellosaurus
MTD-1A Maus Brustdrüse Epithel Cellosaurus
MyEnd myocardial endothelial Maus Herz Endothel Cellosaurus
Neuro-2A (N2A) Neuroblastom Maus Gehirn Neuroblast DSMZ Cellosaurus
NIH-3T3 NIH, 3-day transfer, inoculum 3 × 105 cells, contact-inhibited NIH Swiss mouse embryo Maus Embryo Fibroblast DSMZ Cellosaurus
NTERA-2 cl.D1 [NT2/D1] Pluripotente Zelle mit Tretinoin differenzierbar Mensch Hoden, Lungenmetastase Epithel ATCC Cellosaurus
P19 Pluripotente Zelle mit Tretinoin differenzierbar Maus Embryonales Karzinom Epithel DSMZ Cellosaurus
PANC-1 pancreas 1 Mensch Pankreas, Adenokarzinom Epithel DSMZ Cellosaurus
Peer Mensch T cell leukemia DSMZ Cellosaurus
RTL-W1 rainbow-trout liver – Waterloo 1 cells Regenbogenforelle – Oncorhynchus mykiss Leber Fibroblast (wahrscheinlich) Cellosaurus
Sf-9 Spodoptera frugiperda Insekt – Spodoptera frugiperda (Nachtfalter) Ovar DSMZ Cellosaurus
Saos-2 Osteosarkom Mensch Knochen Epithel DSMZ Cellosaurus
T2 Mensch T cell leukemia /B cell line hybridoma DSMZ Cellosaurus
T84 Mensch Kolorektales Karzinom / Lungenmetastase Epithel ATCC Cellosaurus
U-937 Mensch Burkitt-Lymphom monozytär DSMZ Cellosaurus

Geschichte

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Die älteste tierische Zelllinie ist vermutlich das Sticker-Sarkom, ein infektiöser Tumor natürlichen Ursprungs, der vor bis zu 11.000 Jahren entstand.[18][19][20] Seit seiner Entstehung hat das Sticker-Sarkom etwa 1,9 Millionen Mutationen angesammelt, 646 Gene wurden deletiert.[20] In den Jahren 1951/1952 wurde erstmals eine unsterbliche menschliche Zelllinie aus einem Cervixkarzinom etabliert, welche später unter dem Namen HeLa bekannt wurde. In den folgenden Jahrzehnten wurden insbesondere Nährmedien, Wachstumsfaktoren und Bedingungen weiterentwickelt und neue Zelllinien etabliert.

Einzelnachweise

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  1. ↑ Y. Katakura, S. Alam, S. Shirahata: Immortalization by gene transfection. In: Methods in cell biology. Band 57, 1998, S. 69–91, ISSN 0091-679X. PMID 9648100.
  2. ↑ D. Guo, L. Zhang, X. Wang, J. Zheng, S. Lin: Establishment methods and research progress of livestock and poultry immortalized cell lines: A review. In: Front Vet Sci. (2022), Band 9, S. 956357. doi:10.3389/fvets.2022.956357. PMID 36118350; PMC 9478797 (freier Volltext).
  3. ↑ X. Wu, S. Wang, M. Li, J. Li, J. Shen, Y. Zhao, J. Pang, Q. Wen, M. Chen, B. Wei, P. J. Kaboli, F. Du, Q. Zhao, C. H. Cho, Y. Wang, Z. Xiao, X. Wu: Conditional reprogramming: next generation cell culture. In: Acta pharmaceutica Sinica. B. Band 10, Nummer 8, August 2020, S. 1360–1381, doi:10.1016/j.apsb.2020.01.011, PMID 32963937, PMC 7488362 (freier Volltext).
  4. ↑ M. Zhong, L. Fu: Culture and application of conditionally reprogrammed primary tumor cells. In: Gastroenterology report. Band 8, Nummer 3, Juni 2020, S. 224–233, doi:10.1093/gastro/goaa023, PMID 32665854, PMC 7333928 (freier Volltext).
  5. ↑ S. Chapman, X. Liu, C. Meyers, R. Schlegel, A. A. McBride: Human keratinocytes are efficiently immortalized by a Rho kinase inhibitor. In: The Journal of clinical investigation. Band 120, Nummer 7, Juli 2010, S. 2619–2626, doi:10.1172/JCI42297, PMID 20516646, PMC 2898606 (freier Volltext).
  6. ↑ Maqsood MI, Matin MM, Bahrami AR, Ghasroldasht MM: Immortality of cell lines: challenges and advantages of establishment. In: Cell Biology International. 37. Jahrgang, Nr. 10, Oktober 2013, S. 1038–45, doi:10.1002/cbin.10137, PMID 23723166.
  7. ↑ Rebecca Skloot: Henrietta's Dance. In: Johns Hopkins Magazine. Abgerufen am 5. April 2021.
  8. ↑ Henle W, Henle G: Epidemiologic aspects of Epstein-Barr virus (EBV)-associated diseases. In: Annals of the New York Academy of Sciences. 354. Jahrgang, 1980, S. 326–31, doi:10.1111/j.1749-6632.1980.tb27975.x, PMID 6261650.
  9. ↑ Bodnar AG, Ouellette M, Frolkis M, Holt SE, Chiu CP, Morin GB, Harley CB, Shay JW, Lichtsteiner S, Wright WE: Extension of life-span by introduction of telomerase into normal human cells. In: Science. 279. Jahrgang, Nr. 5349, Januar 1998, S. 349–52, doi:10.1126/science.279.5349.349, PMID 9454332, bibcode:1998Sci...279..349B.
  10. ↑ Kwakkenbos MJ, van Helden PM, Beaumont T, Spits H: Stable long-term cultures of self-renewing B cells and their applications. In: Immunological Reviews. 270. Jahrgang, Nr. 1, März 2016, S. 65–77, doi:10.1111/imr.12395, PMID 26864105, PMC 4755196 (freier Volltext).
  11. ↑ J. Neimark: Line of attack. In: Science. Band 347, Nummer 6225, Februar 2015, S. 938–940, doi:10.1126/science.347.6225.938, PMID 25722392.
  12. ↑ Register of Misidentified Cell Lines. In: iclac.org. 16. Januar 2023, abgerufen am 26. Mai 2023 (englisch).
  13. ↑ Home: Cellosaurus query 'problematic cell line'. In: cellosaurus.org. Abgerufen am 26. Mai 2023 (englisch).
  14. ↑ C. K. Shiau, D. L. Gu, C. F. Chen, C. H. Lin, Y. S. Jou: IGRhCellID: integrated genomic resources of human cell lines for identification. In: Nucleic acids research. Band 39, Database issueJanuar 2011, S. D520–D524, doi:10.1093/nar/gkq1075, PMID 21051335, PMC 3013678 (freier Volltext). Website [1].
  15. ↑ Gerhard Gstraunthaler, Toni Lindl: Zell- und Gewebekultur – Allgemeine Grundlagen und spezielle Anwendungen. Springer, 2013. ISBN 978-3-642-35997-2. S. 32–43.
  16. ↑ ATCC Cell Lines. Ehemals im Original (nicht mehr online verfügbar); abgerufen am 6. Februar 2018 (englisch).@1@2Vorlage:Toter Link/www.lgcstandards-atcc.org (Seite nicht mehr abrufbar. Suche in Webarchiven)
  17. ↑ Zbigniew Ruszczak et al.: Effects of rIFN alpha, beta, and gamma on the morphology, proliferation, and cell surface antigen expression of human dermal microvascular endothelial cells in vitro. In: The Journal of Investigative Dermatology. Band 95, Nr. 6, Dezember 1990, S. 693–699, doi:10.1111/1523-1747.ep12514496, PMID 1979080 (englisch).
  18. ↑ Claudio Murgia et al.: Clonal origin and evolution of a transmissible cancer. In: Cell. Band 126, Nr. 3, 11. August 2006, S. 477–487, doi:10.1016/j.cell.2006.05.051, PMID 16901782, PMC 2593932 (freier Volltext) – (englisch).
  19. ↑ Iain D. O’Neill: Concise review: transmissible animal tumors as models of the cancer stem-cell process. In: Stem Cells (Dayton, Ohio). Band 29, Nr. 12, Dezember 2011, S. 1909–1914, doi:10.1002/stem.751, PMID 21956952 (englisch).
  20. ↑ a b Heidi G. Parker, Elaine A. Ostrander: Cancer. Hiding in plain view--an ancient dog in the modern world. In: Science (New York, N.Y.). Band 343, Nr. 6169, 24. Januar 2014, S. 376–378, doi:10.1126/science.1248812, PMID 24458629, PMC 5204361 (freier Volltext) – (englisch).
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