House Ear研究所-耳蜗器1(HEI-OC1)是目前可用于研究目的的少数小鼠听觉细胞系之一。本实验方案描述了如何培养和使用HEI-OC1细胞,以研究药物的细胞毒性作用以及内耳蛋白质的功能特性。
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House Ear研究所-耳蜗器1(HEI-OC1)是目前可用于研究目的的少数小鼠听觉细胞系之一。本实验方案描述了如何培养和使用HEI-OC1细胞,以研究药物的细胞毒性作用以及内耳蛋白质的功能特性。
HEI-OC1 是目前可用于研究的少数小鼠听觉细胞系之一。最初被提出作为 体外 用于耳毒性药物筛选,这些细胞已被用于研究药物激活的凋亡通路、自噬、细胞衰老、细胞保护机制、炎症反应、细胞分化、药物的遗传与表观遗传效应、缺氧的影响、氧化应激与内质网应激,以及分子通道和受体的表达。在耳蜗毛细胞的多种重要标志物中,HEI-OC1细胞内源性表达prestin蛋白,即外毛细胞的典型马达蛋白。因此,该细胞系在揭示这一重要听觉蛋白的新功能特性方面具有重要价值。HEI-OC1细胞生命力强,常规培养通常无显著困难,但需满足特定条件:避免使用含链霉素或其他抗生素的常见抗菌混合液,培养增殖阶段需在33 °C孵育,而诱导分化则需在39 °C孵育。本文详细描述了HEI-OC1细胞的培养方法,及其在细胞增殖、活力、死亡、自噬与衰老等典型实验中的应用,同时介绍了膜片钳和非线性电容测量的操作流程。
House Ear Institute-耳蜗器1(HEI-OC1)细胞源自一种转基因小鼠的听觉器官1,2。在33 °C/10% CO2(允许条件)下培养该转基因小鼠的任何细胞,均可诱导一种永生化基因的表达,从而引发去分化和增殖加速;将细胞转移至39 °C/5% CO2(非允许条件)时,则导致增殖减少、发生分化,并且至少在HEI-OC1细胞中还会导致细胞死亡2,3。
HEI-OC1 细胞系由本实验室在十余年前建立并鉴定,初步研究表明,这些细胞表达耳蜗毛细胞的特异性标志物,如 prestin、myosin 7a、Atoh1、BDNF、calbindin 和 calmodulin,同时也表达支持细胞的标志物,如 connexin 26 和成纤维细胞生长因子受体(FGF-R)。 2因此,有研究提出HEI-OC1可能代表耳蜗柯蒂氏器中感觉细胞和支持细胞的共同前体细胞 2平行研究提供了有力证据,表明顺铂、庆大霉素和链霉素等典型耳毒性药物可诱导这些细胞中caspase-3的活化,而青霉素等被认为无耳毒性的药物则不会。 2,3因此,该细胞系被提议作为一种 体外 用于研究耳毒性相关的细胞和分子机制,并可用于筛选新药理学药物潜在的耳毒性或耳保护特性。据估计,在过去十年发表的研究中,已有超过一百五十项研究使用了HEI-OC1细胞。
尽管大多数涉及该细胞系的研究主要关注不同药物潜在的促凋亡作用,但其他重要的细胞过程,如自噬和细胞衰老,才刚刚开始在HEI-OC1细胞中得到研究4-7。在我们实验室最近的一项研究中8,我们利用HEI-OC1细胞系统收集了关于细胞死亡、存活、增殖、衰老以及由临床常用的不同药理学药物诱导的自噬的全面数据。我们还将HEI-OC1细胞对某些药物的反应与接受相同处理的HEK-293(人胚胎肾细胞)和HeLa(人上皮细胞)的反应进行了比较。结果表明,HEI-OC1细胞对每种药物均表现出特征性的反应,至少对其中一种研究机制具有独特的剂量和时间依赖性敏感性。我们在此前的研究中还强调,要正确解读实验结果,必须采用多种技术进行平行研究8。
在另一项研究中,我们探讨了使用HEI-OC1细胞评估耳蜗外毛细胞(OHCs)的运动蛋白prestin功能反应的可能性9。我们报道了在允许性条件(P-HEI-OC1)和非允许性条件(NP-HEI-OC1)下培养的HEI-OC1细胞中,通过流式细胞术和共聚焦激光扫描显微镜对prestin表达模式的研究,以及非线性电容(NLC)和全细胞膜片钳实验的结果。我们的结果表明,在NP-HEI-OC1细胞中,总prestin表达量和细胞膜定位均随时间呈依赖性增加。有趣的是,我们还发现NP-HEI-OC1细胞中prestin在细胞膜上的定位增加与Na+K+ATP酶的减少相关,后者从细胞膜易位至细胞质,而其总细胞表达量无显著变化。此外,我们证明P-HEI-OC1细胞具有显著的与prestin运动功能相关的非线性电容,当细胞膜上prestin分子密度增加时,该非线性电容反而下降。综上所述,这些结果有力支持了HEI-OC1细胞在听觉蛋白研究中的应用价值。
在本视频文章中,我们介绍了如何培养HEI-OC1细胞,为何在允许条件(P-HEI-OC1)下生长的细胞适用于细胞毒性研究,如何评估药物诱导细胞毒性的机制,以及如何进行电生理学研究(例如,膜片钳、非线性电容(NLC)),以探究耳蜗外毛细胞分子马达prestin的功能特性。
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1. 细胞培养
注意:所有细胞培养方案必须采用正确的细胞培养技术进行操作(可参考《细胞生物学:实验室手册》第一卷的前3章10)。HEI-OC1细胞在正常贴壁和生长过程中无需对细胞培养皿进行额外的包被或处理。非常重要:请勿使用玻璃器皿进行细胞培养,否则细胞的表型及其对药理学药物的生物学反应将发生变化(G Kalinec & F Kalinec,未发表数据);建议使用常规的塑料细胞培养皿(见材料/设备表)。需特别注意无菌操作技术以避免污染,但切勿在HEI-OC1细胞培养中使用抗生素(例如,氨苄青霉素或链霉素)。如有必要,可使用两性霉素B。尽管在以往研究中HeLa细胞和HEK-293细胞曾被用作HEI-OC1细胞的对照8,但其他任何细胞系也可适用于此目的。
2. 药物细胞毒性研究
注意:建议在允许性条件下培养的HEI-OC1细胞(P-HEI-OC1)用于这些研究(参见代表性结果,图1)。
3. 使用 HEI-OC1 细胞进行电生理学实验
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在最近的几篇论文中,我们报道了一系列全面的研究,旨在评估HEI-OC1细胞对几种常用药理学药物的反应,并研究prestin蛋白的功能8,9。在这些研究中,我们采用了前述各节中描述的全部实验方案。
这些先前研究的结果之一是,在非许可条件下培养的 HEI-OC1 细胞(39 °C/10% CO2 = NP-HEI-OC1)与在许可条件下培养的细胞(33°C/10% CO2 = P-HEI-OC1)相比,细胞活力显著下降,同时细胞死亡显著增加(图 1)。因此,针对 NP-HEI-OC1 细胞开展的任何细胞毒性研究,都应投入大量努力以区分药物效应与培养条件本身的影响。此外,由于药物对已处于死亡状态或活力降低的细胞的作用可能不同于其对健康细胞的作用,我们建议在并非特别需要分化细胞的实验中使用 P-HEI-OC1 细胞。
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在本报告中,我们描述了如何培养HEI-OC1细胞,并利用这些细胞评估药物诱导的细胞毒性的机制,以及研究耳蜗外毛细胞分子马达prestin的功能特性。然而,这些技术操作具有通用性,可轻松适用于不同的研究。
本文所述所有实验方案均需正确使用成熟的细胞培养技术10。与使用其他任何细胞系一样,操作HEI-OC1细胞需要配备完善的细胞培养设施,包括经过认证的生物安全柜、带制冷功能的离心机、水浴锅,以及一台用于观察细胞培养状况和进行细胞计数(若采用血细胞计数法)的倒置显微镜。然而,一个特殊的要求是需要配备两个加湿培养箱:一个设定为33 °C/10% CO2,用于培养P-HEI-OC1细胞;另一个设定为39 °C/5% CO2,用于培养NP-HEI-OC1细胞。如果计划开展的研究仅涉及P-HEI-OC1细胞,则第二个培养箱可设定为37 °C/5% CO2,以用于不同的实验分析。
使用塑料细胞培养皿是培养HEI-OC1细胞时的一项重要附加要求。事实上,HE...
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作者声明不存在现有或潜在的利益冲突。
本研究由美国国立卫生研究院(NIH)资助,项目编号为 R01-DC010146 和 R01-DC010397。本研究内容仅由作者负责,不代表美国国立卫生研究院的官方观点。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| HEI-OC1 细胞 | 所有检测试剂盒、设备 | ||
| II级生物安全柜 | The Baker Company | SterilGARD III | 以及文中提及的公司 |
| 冷藏离心机 | Eppendorf | 5810R | 前两列仅为 |
| 倒置显微镜 | Zeiss | Axiovert 25 | 示例,以及其他任何类似内容 |
| 水浴锅 | 斯托瓦尔 | HWB115 | 产品可被使用。 |
| 细胞计数仪 | Nexcelom | Cellometer Auto T4 | |
| 两台(2)细胞培养箱,一台设置为33 °C/10% CO2 以及其他在39 °C/5% CO₂2 | Forma Scientific | 3110 | |
| 细胞培养皿,聚苯乙烯材质,100 mm × 20 mm,带通气孔 | Greinier Bio-One | 664-160 | |
| 细胞培养皿,聚苯乙烯(PS), 60 mm x 15 mm,带通气孔 | Greiner Bio-One | 628160 | |
| Cellstar 细胞培养瓶 250 ml | Greiner Bio-One | 658-175 | |
| Cellstar 细胞培养器 550 ml 锥形瓶 | Greiner Bio-One | 660-175 | |
| 6 孔细胞培养板(带盖)-Cellstar | Greiner Bio-One | 657-160 | |
| Microtest 细胞培养板,96 孔,平底,带盖 | Becton Dickinson | 353072 | |
| 微孔板,Chimmey,96孔白色板,透明底 | Greiner Bio-One | 655098 | |
| 50 ml 聚丙烯锥形管(带盖),Cellstars | Becton Dickinson | 352070 | |
| 15 ml 聚丙烯锥形管带盖-Cellstars | Greiner Bio-One | 188-271 | |
| PBS pH 7.4 (1x) | Life Technologies | 10010-023 | |
| 杜尔贝科’s 改良伊格尔’DMEM培养基 | Life Technologies | 11965-084 | |
| 胎牛血清(FBS) | Hyclone | SH10073.1 | |
| Leibovitz L-15 培养基,无酚红 | Gibco/Invitrogen | 21083-027 | |
| 0.25% 胰蛋白酶 | Life Technologies | 25200-056 | |
| TACS MTT 细胞增殖检测试剂盒 | Trevigen | 4890-25-K | |
| Caspase-Glo 3/7 检测试剂盒 试剂盒 | Promega | G8091 | |
| BrdU细胞增殖检测试剂盒 | 细胞信号传导 | 6813 | |
| 非酶细胞解离液 | Sigma-Aldrich | C5789 | |
| Cell-Tox Green 细胞毒性检测试剂盒 | Promega | G8741 | |
| FACSAriaIII 仪器 | BD 生物科学 | FACSAriaIII | 使用488 nm激发(蓝色激光) |
| 数字印迹扫描仪 | LI-COR | C-DiGit | |
| 电泳与印迹单元 | Hoefer | SE300 miniVE | |
| Spectra Max 5 酶标仪配备 Soft Max Pro 5.2 软件 | Molecular Devices | SpectraMax 5 | |
| 膜片钳放大器 | HEKA | EPC-10 | |
| 用于制备膜片电极的拉制仪 | Sutter Instruments | P-97 |
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