Selen w hodowli komórkowej

Podstawowe funkcje selenu w systemach hodowli komórkowych

Selen jest niezbędnym pierwiastkiem śladowym dla prawidłowego wzrostu i rozwoju komórek in vivo i in vitro. Wchodzi w skład enzymów, które chronią komórki poprzez redukcję nadtlenków, wodoronadtlenków organicznych i nadtlenoazotynów do nieszkodliwych form. Seleno-enzymy o różnych funkcjach antyoksydacyjnych i specyficzności substratowej są zlokalizowane wewnątrz, na i na zewnątrz komórki, a razem te enzymy zapewniają kompleksowy zakres obrony przed uszkodzeniami oksydacyjnymi.

Selen jest włączony do reduktazy (reduktaz) glutationu i tioredoksyny, peroksydazy (peroksydaz) glutationu i selenoproteiny P jako aminokwas selenocysteina. Reduktazy glutationu i tioredoksyny regenerują odpowiednio zredukowany glutation i tioredoksynę. Zredukowany glutation jest substratem dla peroksydaz omówionych poniżej. Zredukowana tioredoksyna jest substratem dla peroksydaz tioredoksyny i jest supresorem apoptozy. Rodzina zależnych od selenu peroksydaz glutationowych (GSHPx) ma co najmniej czterech członków, którzy chronią przed szkodliwym działaniem nadtlenków i wodoronadtlenków. Należą do nich dwie komórkowe peroksydazy glutationowe, osoczowa peroksydaza glutationowa i peroksydaza glutationowa związana z przewodem pokarmowym.

Cytozolowa peroksydaza glutationowa była pierwszym enzymem uznanym za selenoproteinę. Działa jako katalizator w redukcji nadtlenku wodoru i szerszej gamy organicznych wodoronadtlenków przez glutation. Glutation służy jako kofaktor, dostarczając elektrony do reakcji redukcyjnej. Inne związki siarki, które mogą być również wykorzystywane jako kofaktory peroksydaz glutationowych i selenoproteiny P obejmują kwas askorbinowy, cysteinę, cystaminę, ditiotreitol i merkaptoetanol.

Selenoproteina P (SeP) jest zewnątrzkomórkowym, wielofunkcyjnym enzymem obecnym w ludzkim osoczu w stężeniu około 5 µg / ml. Stanowi ona około 50% całkowitego selenu w ludzkim osoczu. SeP może służyć jako główne białko transportujące i dostarczające selen do komórek, zwłaszcza neuronalnych i odpornościowych. SeP wydaje się również wiązać z materiałami macierzy zewnątrzkomórkowej i zewnętrzną powierzchnią błon komórkowych. W obecności glutationu, cysteiny lub innych związków sulfhydrylowych może redukować wodoronadtlenki lipidów (kwasów tłuszczowych) do odpowiednich alkoholi. W związku z tym SeP chroni błony komórkowe przed peroksydacją lipidów.

Które preparaty pożywek do hodowli komórkowych zawierają selen?

Selen jest niezbędnym minerałem w hodowli komórkowej, który nie był rozpoznawany w preparatach opracowanych przed 1976 r., ponieważ wystarczające ilości tego minerału były obecne w surowicy lub w wodzie używanej do przygotowania pożywek. W związku z tym selen jest nieobecny w niektórych preparatach pożywek podstawowych (Tabela 1).

Tabela 1. Formuły pożywek do hodowli komórkowych bez selenu

Ames' Medium	F-12, Coon's Modification	McCoy's 5A Modified Medium
Basal Medium Eagle (BME)	Fischer's Medium	Medium 199
BGJb Medium	Glasgow Minimum Essential Medium (GMEM)	NCTC Medium
BGJb/Fitton-Jackson Modification	Mieszanka składników odżywczych Ham's F-10	RPMI-1640
Click's EHAA Medium	Ham's F-12 Nutrient Mixture	Wybrane wolne od surowicy/bezbiałkowe podłoże do hodowli hybrydoma
CMRL-1066 Medium	Ham's F-12K Kaighn's Modification	Swim's S-77 Medium
Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM)	H-Y Medium (Hybri-Max®)	Waymouth Medium MB
DMEM/F-12 Ham's Nutrient Mixture (50:50)	L-15 Medium (Leibovitz)	Williams' Medium E
Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM)		Różne zastrzeżone nośniki

Tabela 2. Select bezsurowicze/bezbiałkowe podłoże do hodowli hybrydoma

Iscove's Modified Dulbecco's Medium (IMDM)	MCDB 131 Medium	MCDB 302 Medium
MCDB 105 Medium	MCDB 153 Medium	select Serum-free/Protein-free Hydbridoma Medium
MCDB 110 Medium	MCDB 201 Medium	DMEM (D0547)

W preparatach podstawowych, DMEM/Ham's Nutrient Mixture F-12 (50:50) i Iscove's Modified Dulbecco's Medium (IMDM) są często uzupełniane selenem jako część ich odpowiednich modyfikacji do zastrzeżonych komercyjnych pożywek bez surowicy lub białek przydatnych do rekombinowanej produkcji heterologicznych białek, w tym produkcji przeciwciał monoklonalnych (Mab).

Selen jest reaktywny chemicznie w roztworze i może uczestniczyć w reakcjach utleniania/redukcji (redoks) i wolnych rodników. W związku z tym proste włączenie selenu do podstawowego preparatu może prowadzić do efektów toksycznych. W niektórych przypadkach selen jest obecnie dodawany do pożywek opartych na powyższych formułach i jest składnikiem suplementów ITS (insulina-transferryna-selen), SPIT (pirogronian sodu-transferryna insuliny) i SPITE (pirogronian sodu-insulina-transferryna-etanoloamina) (patrz produkty poniżej).

Podstawowe funkcje selenu w systemach hodowli komórkowych

Niezależnie od tego, czy selen jest dodawany do pożywek do hodowli komórkowych w postaci selenu, dwutlenku selenu czy seleninu sodu, zmienia on swoją formę i stopień utlenienia w odpowiedzi na środowisko hodowli komórkowej. Ważne jest, aby zrozumieć pozytywne i negatywne skutki, jakie gatunki selenu mogą mieć na system hodowli komórkowej w kontekście ich stężenia (stężeń) i formy (form).

Organiczne i nieorganiczne formy selenu w hodowli komórkowej

Nieorganiczne formy selenu

• Selen, Se;
• Dwutlenek selenu, SeO₂;
• Selenit, Se;
• Dwutlenek selenu, SeO₂.li>Selenit, SeO₃^2-

Organiczne formy selenu

• Diselenek, RSeSeR lub RSeSeR'; (R i R' mogą być dowolnymi cząsteczkami organicznymi, które łączą się z selenem).
• Selenoditiole, RS-Se-SR lub RS-Se-SR'; (R i R' mogą być dowolnymi cząsteczkami organicznymi, które łączą się z siarką).
• Anon selenkowy, RSe; (R może być dowolną cząsteczką organiczną, która łączy się z selenem).

In vitro, aniony dwutlenku selenu i seleninowe reagują ze zredukowanymi grupami tiolowymi glutationu, cysteiny, DTT lub 2-merkaptoetanolu, tworząc selenoditiole o ogólnym wzorze RS-Se-SR'. Przykładowe związki to seleno-diglutation, GluS-Se-SGlu; seleno-dicysteina, CysS-Se-SCys; seleno-ditiotreitol; i seleno-dimerkaptoetanol. Seleno-ditiole ulegają utlenieniu/redukcji, dając utlenione związki tiolowe, takie jak GluSSGlu i selen pierwiastkowy (Se). Pierwiastkowy selen jest nietoksyczny i niekatalityczny. Selenit reaguje ze zredukowanym glutationem, wytwarzając ponadtlenek. Dalsze testy nieorganicznych związków selenu wykazały, że nieorganiczne związki selenu selenit i dwutlenek selenu oraz organiczny diselenek kompozycji RSeSeR reagują z tiolami, takimi jak glutation, cysteina i ditiotreitol, i wytwarzają nadtlenek i nadtlenek wodoru. Organiczny selen o konfiguracji RSeSeR lub RSeSeR' może reagować z tiolami, tworząc zredukowane aniony selenkowe reprezentowane jako RSe-. Związki tej klasy są toksyczne ze względu na katalityczne przyspieszanie utleniania tioli, które wytwarza wolne rodniki ponadtlenkowe, nadtlenek wodoru i bardziej toksyczny wolny rodnik hydroksylowy.

In vitro, selenoditiole o ogólnym wzorze RS-Se-SR' mają dwufazowy wpływ na wzrost komórek. Selenoditiole (i selenit) mogą hamować syntezę białek i wzrost komórek, mogą również przyczyniać się do zwiększonego wzrostu komórek i produkcji białek. Wpływ tych cząsteczek selenu zależy od kilku czynników. Najważniejszym z nich wydaje się być typ komórki i stężenie seleninu oraz obecnych selenoditioli. Zgodnie z ogólną zasadą, gdy całkowite stężenie selenu dodanego do systemu hodowli komórkowej przekracza 1 µM, może on hamować wzrost komórek i syntezę białek. Na szybko rosnące komórki, takie jak komórki nowotworowe, selenoditiole wpływają w niższych stężeniach niż na normalne komórki.