细胞培养中的锌

锌在无血清真核生物,包括杂交瘤和中国仓鼠卵巢(CHO)细胞培养中的重要性和用途


锌是一种无血清培养基补充剂,可用于生物制造、组织工程和特种培养基:

锌是细胞培养中的必需元素。然而,经典培养基的基础配方中通常不含锌。这是因为使用5至10%的血清为细胞生长和存活提供了足够的锌。努力开发无血清培养基需要在细胞培养系统中添加锌。但是,这一要求不一定显而易见。某些培养基(例如Iscove改良Dulbecco培养基(IMDM))常被用作无血清杂交瘤培养基的基础,其基础制剂中不含锌。但是,这些培养基中往往补充了胰岛素。胰岛素是锌的生理转运分子,用于补充培养基的胰岛素以mg/L的水平便含有足够的锌,至少可以部分支持培养中的细胞。

选择一组经典培养基补锌的范围从设计用于培养肝细胞的Williams E培养基中的0.7 pM到Ham营养培养基中的3 nM、F-12及其衍生物:F-12 Coon(F12C)改良培养基;MCDB培养基151和302以及无血清/无蛋白杂交瘤培养基。DMEM/Ham的营养混合物F-12(50:50)(一种经常用作开发CHO细胞专用培养基基础的培养基)中锌的浓度为1.5 nM。F-12 Kaighn(F12K)改良培养基中的锌浓度;而MCDB培养基105、110和153为0.5 nM。MCDB 201和Ham F-10都含有100 pM的锌,而MCDB培养基131含有1 pM的锌。

关于锌作为细胞培养添加剂的更全面的讨论,请参见Sigma的培养基专家.


锌在细胞培养系统中的主要功能:

锌对生命至关重要。在100多种参与广泛生命维持过程的酶中均发现了锌。

  • 锌通过与细胞表面蛋白上的巯基结合而稳定细胞膜。
  • 锌存在于锌、铜超氧化物歧化酶(SOD)中。锌和铜也有调节SOD基因转录的作用。因此,锌有助于保护细胞免受超氧自由基损伤。
  • 几种酶把锌当做配位阳离子:醇脱氢酶、谷氨酸脱氢酶;碳酸酐酶和羧肽酶。几种NAD依赖性脱氢酶是锌蛋白。
  • 锌是转录调节蛋白家族的一部分,被称为锌指蛋白。它在RNA合成的调控中发挥作用。
  • 核酸代谢酶(例如RNA和DNA聚合酶)、脱氧胸苷激酶和逆转录酶需要锌


锌的化学特性使其成为一种有用的无血清培养基补充剂:

锌是一种过渡金属,与铁和铜不同,在体外对氧化应激没有贡献。它作为亲电子二价阳离子存在于生理溶液中,与低分子量配体,例如氨基酸、肽、有机酸和磷酸盐弱结合。它能有效地与蛋白质二硫键结合。锌的细胞内储存和载体分子是金属硫蛋白家族蛋白的成员,而在体外,它在白蛋白上转运。这些蛋白质富含二硫键。

锌与白蛋白的结合不是非常紧密。当细胞存在时,锌与细胞膜蛋白质的巯基桥结合。膜蛋白构象的二级和三级改变对此有利。据称,锌有助于稳定细胞膜。

体外存在的其他分子可能影响锌与白蛋白或细胞的结合。EDTA强烈地与锌结合;当它存在时,可能降低其对细胞的可用性。EDTA可能会被无意中引入到培养基中。如果用EDTA处理过的细胞在被引入培养基之前没有经过适当的洗涤,就会出现这种情况。当还原剂(如谷胱甘肽、2-巯基乙醇或DTT)存在于培养基中时,可能会破坏蛋白质二硫键,引起锌的释放。

锌可能因沉淀而从培养基中流失。这可能只有在培养基受到氧化应激时才会发生。氧化应激产生几种阴离子,如氧化物、过氧化物和硫化物,形成锌沉淀。


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