Summary

Arbejde med Auditiv HEI-OC1 Cells

Published: September 03, 2016
doi:

Summary

House Ear Institute-Organ of Corti 1 (HEI-OC1) is one of the few mouse auditory cell lines currently available for research purposes. This protocol describes how to work with HEI-OC1 cells to investigate the cytotoxic effects of pharmacological drugs as well as functional properties of inner ear proteins.

Abstract

HEI-OC1 is one of the few mouse auditory cell lines available for research purposes. Originally proposed as an in vitro system for screening of ototoxic drugs, these cells have been used to investigate drug-activated apoptotic pathways, autophagy, senescence, mechanism of cell protection, inflammatory responses, cell differentiation, genetic and epigenetic effects of pharmacological drugs, effects of hypoxia, oxidative and endoplasmic reticulum stress, and expression of molecular channels and receptors. Among other several important markers of cochlear hair cells, HEI-OC1 cells endogenously express prestin, the paradigmatic motor protein of outer hair cells. Thus, they can be very useful to elucidate novel functional aspects of this important auditory protein. HEI-OC1 cells are very robust, and their culture usually does not present big complications. However, they require some special conditions such as avoiding the use of common anti-bacterial cocktails containing streptomycin or other antibiotics as well as incubation at 33 °C to stimulate cell proliferation and incubation at 39 °C to trigger cell differentiation. Here, we describe how to culture HEI-OC1 cells and how to use them in some typical assays, such as cell proliferation, viability, death, autophagy and senescence, as well as how to perform patch-clamp and non-linear capacitance measurements.

Introduction

House Ear Institute-Organ of Corti 1 (HEI-OC1) celler er afledt fra det auditive organ i en transgen mus 1,2. Inkubation af enhver celle fra denne transgene mus ved 33 ° C / 10% CO2 (tolerante betingelser) inducerer ekspression af et immortaliserende gen, der udløser de-differentiering og accelereret proliferation; flytte cellerne til 39 ° C / 5% CO 2 (ikke-tolerante betingelser) føre til nedsat proliferation, differentiering og, i det mindste i tilfælde af HEI-OC1, celledød 2,3.

HEI-OC1 celler blev klonet og karakteriseret i vores laboratorium over ti år siden, og de første undersøgelser viste, at de udtrykker specifikke markører for cochleare hårceller, såsom Prestin, myosin 7a, Atoh1, BDNF, calbindin og calmodulin, men også markører for støtte celler som connexin 26 og fibroblastvækstfaktorreceptor (FGF-R) 2. Derfor blev det foreslået, at HEI-OC1 kunne udgøre en common stamfader til sensoriske og understøttende celler i organ Corti 2. Parallelle undersøgelser forudsat stærke beviser for, at arketypiske ototoksiske stoffer som cisplatin, gentamicin og streptomycin induceret caspase-3 aktivering i disse celler, mens lægemidler anses ikke-ototoksisk, ligesom penicillin, ikke gjorde 2,3. Derfor blev denne cellelinje foreslået som et in vitro-system til at undersøge de cellulære og molekylære mekanismer involveret i ototoksicitet og til screening af potentielle ototoksicitet eller otoprotective egenskaber af nye farmakologiske stoffer. Det anslås, at HEI-OC1-celler er blevet anvendt i mere end et hundrede og halvtreds undersøgelser offentliggjort i de sidste ti år.

Ud fra følgende betragtninger ser på potentielle pro-apoptotiske effekt af forskellige stoffer var den største mål af de fleste af de undersøgelser med denne cellelinie, har andre vigtige celle processer som autofagi og ældning lige begyndt at blive undersøgt i HEI-OC1 celler 4-7. jegna nylig undersøgelse fra vores laboratorium 8, vi brugte HEI-OC1 celler til at indsamle et omfattende sæt af data om celledød, overlevelse, spredning, ældning og autofagi fremkaldt af forskellige farmakologiske stoffer, der ofte anvendes klinikken. Vi sammenlignede også nogle af svarene fra HEI-OC1 celler med dem fra HEK-293 (humane embryonale nyreceller) og HeLa (humane epitelceller) modtager samme behandling. Vores resultater indikerede, at HEI-OC1-celler reagerer på hvert lægemiddel i en karakteristisk måde, med en karakteristisk dosis- og tidsafhængig følsomhed over for mindst en af ​​de mekanismer, der undersøges. Vi understregede også i denne undersøgelse, at en korrekt fortolkning af de eksperimentelle resultater vil kræve at udføre parallelle undersøgelser med mere end én teknik 8.

I en anden undersøgelse undersøgte vi brug af HEI-OC1-celler til at vurdere den funktionelle reaktion Prestin, motoren proteinet af cochleare ydre hårceller (OHCs) 9 </sop>. Vi rapporteret flowcytometri og konfokal laserscanningsmikroskopi undersøgelser på mønstret for Prestin udtryk, samt ikke-lineær kapacitans (NLC) og helcelle-patch fastspænding studier i HEI-OC1 celler dyrket på permissive (P-HEI-OC1) og ikke- tolerante (NP-HEI-OC1) betingelser. Vores resultater viste, at både total Prestin ekspression og plasmamembranen lokalisering stigning i en tidsafhængig måde i NP-HEI-OC1-celler. Interessant, vi fandt også, at stigningen i Prestin lokalisering på plasmamembran NP-HEI-OC1-celler korrelerede med en formindskelse i Na + K + ATPase, der omplantes fra plasmamembranen til cytoplasmaet uden væsentlige ændringer i den totale celleekspression. Derudover demonstrerede vi, at P-HEI-OC1 celler har en robust CNT tilknyttet Prestin motorisk funktion, der faldt når densiteten af ​​Prestin molekyler til stede på plasmamembranen forøget. Tilsammen understøtter disse resultater kraftigt anvendeligheden af ​​HEI-OC1-celler for at undersøge auditive proteiner.

I denne video artiklen beskriver vi, hvordan kultur HEI-OC1-celler, hvorfor det er hensigtsmæssigt at anvende celler vokser med permissive betingelser (P-HEI-OC1) for cytotoksicitet undersøgelser, hvordan man vurderer mekanismen / s af lægemiddel-induceret cytotoksicitet og hvordan at udføre elektrofysiologiske undersøgelser (f.eks, patch-clamp, ikke-lineær kapacitans (NLC)) for at undersøge funktionelle egenskaber Prestin, den molekylære motor af cochleære OHCs.

Protocol

1. Cellekultur Bemærk: Alle celle dyrkning protokoller skal udføres ved hjælp af ordentlig celledyrkningsteknikker (for reference se de første 3 kapitler i Cellebiologi: A Laboratory Handbook, bind I 10). HEI-OC1 celler kræver ikke nogen yderligere belægning eller behandling af cellekultur retter til ordentlig vedhæftning og vækst. Meget vigtigt: Brug ikke glas retter til cellekultur formål; fænotypen og biologiske respons af cellerne til farmakologiske lægemidler vil æn…

Representative Results

I et par af de seneste publikationer rapporterede vi et omfattende sæt af undersøgelser med henblik på at vurdere svaret fra HEI-OC1 celler til flere almindeligt anvendte farmakologiske narkotika samt undersøge Prestin funktion 8,9. I disse undersøgelser vi gjort brug af alle de protokoller, der er beskrevet i de foregående afsnit. Et af resultaterne af disse tidligere undersøgelser var, at HEI-OC1-celler dyr…

Discussion

I denne rapport beskriver vi, hvordan kultur HEI-OC1 celler og bruge dem til at evaluere mekanismer lægemiddelinduceret cytotoksicitet og undersøge funktionelle egenskaber Prestin, den molekylære motor af cochlear OHCs. De tekniske procedurer er imidlertid generelt nok til nemt at kunne tilpasses til forskellige undersøgelser.

Alle her beskrevne protokoller kræver den korrekte brug af veletablerede cellekulturteknikker 10. Ligesom med enhver anden cellelinje, der arbejder med…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by NIH Grants R01-DC010146 and R01-DC010397. Its content is solely the responsibility of the authors and does not necessarily represent the official view of the National Institutes of Health.

Materials

HEI-OC1 cells ALL THE ASSAY KITS, EQUIPMENTS 
Class II Biological Safety cabinet The Baker Company Sterilgard III AND COMPANIES INDICATED IN THE
Refrigerated centrifuge Eppendorf 5810R PREVIOUS 2 COLUMNS ARE ONLY
Inverted microscope Zeiss Axiovert 25 EXAMPLES, AND ANY OTHER SIMILAR
Waterbath Stovall HWB115 PRODUCT COULD BE USED.
Cell counter Nexcelom Cellometer Auto T4
Two (2) Cell incubators, one at 33°C/10% CO2 and other at 39°C/5% CO2 Forma Scientific 3110
Cell culture dishes, PS, 100 x 20 mm with vents Greinier Bio-One 664-160
Cell culture dishes , PS,  60 x 15 mm with vents  Greiner Bio-One 628160
Cellstar tissue culture flasks  250 mL Greiner Bio-One 658-175
Cellstar tissue cultur  flasks 550 mL Greiner Bio-One 660-175
 6 well cell culture plate, with lid-Cellstar Greiner Bio-One 657-160
Microtest Tissue culture plate, 96 well,flat bottom with lid Becton Dickinson 353072
Micro-Assay-Plate, Chimmey, 96-well white,clear botton Greiner Bio-One 655098
50 ml Polypropylene conical tube with cap Cellstars Becton Dickinson  352070
15 ml Polypropylene conical tubes with cap-Cellstars Greiner Bio-One 188-271
PBS pH 7.4 (1X)  Life Technologies 10010-023
Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium (DMEM) Life Technologies 11965-084
Fetal bovine serum (FBS)  Hyclone SH10073.1
Leibovitz's L-15 Medium, no phenol red Gibco/Invitrogen 21083-027
Trypsin, 0.25%  Life Technologies 25200-056
TACS MTT Cell Proliferation Assay Kit Trevigen 4890-25-K
Caspase-Glo 3/7 Assay  kit Promega   G8091 
BrdU Cell Proliferation Assay Kit  Cell Signaling 6813
Non-enzymatic cell dissociation solution  Sigma-Aldrich C5789
Cell-Tox Green Cytotoxicity Assay Kit Promega   G8741 
FACSAriaIII instrument  BD Biosciences  FACSAriaIII With 488 nm excitation (blue laser)
Digital Blot Scanner LI-COR C-DiGit
Electrophoresis and Blotting Unit Hoefer SE300 miniVE
Spectra Max 5 Plate Reader with Soft Max Pro 5.2 Software Molecular Devices SpectraMax 5
Patch-clamp amplifier HEKA EPC-10
Puller for preparing patch electrodes Sutter Instruments P-97

References

  1. Jat, P. S., et al. Direct derivation of conditionally immortall cell lines from an H-2Kb-tsA58 transgenic mouse. Proc. Natl. Acad. Sci. 88, 5096-5100 (1991).
  2. Kalinec, G. M., Webster, P., Lim, D. J., Kalinec, F. A cochlear cell line as an in vitro system for drug ototoxicity screening. Audiol. Neurootol. 8, 177-189 (2003).
  3. Devarajan, P., et al. Cisplatin-induced apoptosis in auditory cells: role of death receptor and mitochondrial pathways. Hear Res. 174, 45-54 (2002).
  4. Chen, F. Q., Hill, K., Guan, Y. J., Schacht, J., Sha, S. H. Activation of apoptotic pathways in the absence of cell death in an inner-ear immortomouse cell line. Hear Res. 284, 33-41 (2012).
  5. Hayashi, K., et al. The autophagy pathway maintained signaling crosstalk with the Keap1-Nrf2 system through p62 in auditory cells under oxidative stress. Cell Signal. 27, 382-393 (2015).
  6. Tsuchihashi, N. A., et al. Autophagy through 4EBP1 and AMPK regulates oxidative stress-induced premature senescence in auditory cells. Oncotarget. 6, 3644-3655 (2015).
  7. Youn, C. K., Kim, J., Park, J. H., Do, N. Y., Cho, S. I. Role of autophagy in cisplatin-induced ototoxicity. Int J Pediatr Otorhinolaryngol. 79, 1814-1819 (2015).
  8. Kalinec, G., Thein, P., Park, C., Kalinec, F. HEI-OC1 cells as a model for investigating drug cytotoxicity. Hear Res. 335, 105-117 (2016).
  9. Park, C., Thein, P., Kalinec, G., Kalinec, F. HEI-OC1 cells as a model for investigating prestin function. Hear Res. 335, 9-17 (2016).
  10. Celis, J. E. . Cell Biology: A Laboratory Handbook. 1, (2006).
  11. Bertolaso, L., et al. Apoptosis in the OC-k3 immortalized cell line treated with different agents. Audiology. 40, 327-335 (2001).
  12. Kalinec, F., Kalinec, G., Boukhvalova, M., Kachar, B. Establishment and characterization of conditionally immortalized organ of corti cell lines. Cell Biol Int. 23, 175-184 (1999).
  13. Belyantseva, I., Kalinec, G. M., Kalinec, F., Kachar, B. In vitro differentiation of two immortalized cell lines derived from the stria vascularis of a transgenic mouse. 21st Midwinter Meeting Association for Research in Otolaryngology. 620a, (1998).
  14. Gratton, M. A., Meehan, D. T., Smyth, B. J., Cosgrove, D. Strial marginal cells play a role in basement membrane homeostasis: in vitro and in vivo evidence. Hear Res. 163, 27-36 (2002).
  15. Debacq-Chainiaux, F., Erusalimsky, J. D., Campisi, J., Toussaint, O. Protocols to detect senescence-associated beta-galactosidase (SA-betagal) activity, a biomarker of senescent cells in culture and in vivo. Nat Protoc. 4, 1798-1806 (2009).
  16. Santos-Sacchi, J. Reversible inhibition of voltage-dependent outer hair cell motility and capacitance. J. Neurosci. 11, 3096-3110 (1991).
  17. Fink, S. L., Cookson, B. T. Apoptosis, pyroptosis, and necrosis: mechanistic description of dead and dying eukaryotic cells. Infect Immun. 73, 1907-1916 (2005).
  18. Majno, G., Joris, I. Apoptosis, oncosis, and necrosis. An overview of cell death. Am J Pathol. 146, 3-15 (1995).
  19. Vanden Berghe, T., Linkermann, A., Jouan-Lanhouet, S., Walczak, H., Vandenabeele, P. Regulated necrosis: the expanding network of non-apoptotic cell death pathways. Nat Rev Mol Cell Biol. 15, 135-147 (2014).
  20. Sun, L., Wang, X. A new kind of cell suicide: mechanisms and functions of programmed necrosis. Trends Biochem Sci. 39, 587-593 (2014).
  21. Chan, F. K., Luz, N. F., Moriwaki, K. Programmed necrosis in the cross talk of cell death and inflammation. Annu Rev Immunol. 33, 79-106 (2015).
  22. Vercammen, D., et al. Dual signaling of the Fas receptor: initiation of both apoptotic and necrotic cell death pathways. J Exp Med. 188, 919-930 (1998).
  23. Campisi, J. Aging, cellular senescence, and cancer. Annu Rev Physiol. 75, 685-705 (2013).
  24. Bian, S., Koo, B. W., Kelleher, S., Santos-Sacchi, J., Navaratnam, D. S. A highly expressing Tet-inducible cell line recapitulates in situ developmental changes in prestin’s Boltzmann characteristics and reveals early maturational events. Am J Physiol Cell Physiol. 299, C828-C835 (2010).
  25. Abe, T., et al. Developmental expression of the outer hair cell motor prestin in the mouse. J Membr Biol. 215, 49-56 (2007).
  26. Oliver, D., Fakler, B. Expression density and functional characteristics of the outer hair cell motor protein are regulated during postnatal development in rat. J Physiol. 519 Pt 3, 791-800 (1999).
  27. Tsunoo, M., Perlman, H. B. Cochlear Oxygen Tension: Relation to Blood Flow and Function. Acta Otolaryngol. 59, 437-450 (1965).
check_url/54425?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Kalinec, G. M., Park, C., Thein, P., Kalinec, F. Working with Auditory HEI-OC1 Cells. J. Vis. Exp. (115), e54425, doi:10.3791/54425 (2016).

View Video