Assessment of drift in the Immunotechnology cell line MUTZ-3

Abstract

The continued increased exposure to chemicals and the increasing prevalence of allergic contact dermatitis makes it important to develop accurate testing methods and strategies to assess chemical sensitizers. The Genomic Allergen Rapid Detection (GARD) assay is an in vitro test method that uses the transcriptional response of a myeloid cell line, MUTZ-3, after exposure to test substances to assess sensitization. The cell line has been cultured in-house for approximately 15 years and was therefore investigated for indications of genetic or phenotypic drift in comparison to a commercial variant of MUTZ-3. The phenotypes of the different cell batches were analyzed by characterization of a panel of surface markers using flow cytometry. The comparison revealed that 12 of the 26 markers were differentially expressed between the cell lines. A genomic comparison was also performed by whole genome sequencing. 14 variants, predicted to have high or moderate impact, were found to be unique in the in-house MUTZ-3 (IH-MUTZ-3), and 28 in the commercial MUTZ-3 (C-MUTZ-3). Analysis of transcription levels identified 3644 transcripts as differentially expressed and important pathways, such as MAPK signaling, were found to be differentially activated. The C-MUTZ-3’s ability to classify chemicals was finally investigated by using the cell line in the assay. The generated predictions correctly corresponded to the chemicals true sensitizing class.
In conclusion, we have compared the MUTZ-3 to a commercial variant of the cell line and identified numerous differences in its phenotype and genotype that could be indicative of drift.

Popular Abstract (Swedish)

Analys av immunteknologis MUTZ-3 visar tecken på genetisk drift
Allergi är en vanligt förekommande sjukdom som drabbar en stor del av befolkningen. Sjukdomen kan ta många olika former och vanliga typer är matallergi, luftvägsallergi och kontaktallergi. Kontaktallergi uppstår när en person kommer i upprepad kontakt med kemikalier som kan aktivera immunförvaret. Immunförsvarets är ett komplext nätverk av celler vars uppgift är att känna igen främmande ämnen och objekt som kan vara skadliga och oskadliggöra dessa. Ibland aktiveras immunförsvaret av vad som anses vara ofarliga ämnen, vilket sker vid överkänslighet. Vanliga symptom för kontaktallergi är klåda, eksem och svullnader på ställen där huden exponerades. För att minska antalet personer som drabbas av kontaktallergi är det viktigt att det finns bra metoder för att bedöma kemikaliers allergena förmåga. Genomic Allergen Rapid Detection (GARD) är ett cellbaserat test som använder en cellinje, MUTZ-3, som liknar kroppens immunceller för att bedöma kemikaliers allergenicitet. Ändringar i cellens RNA-nivåer mäts och jämförs mot referensprofiler med avancerade algoritmer för maskininlärning för att avgöra om kemikalien är sensibiliserande.
Cellinjer är ”odödliga” cancerceller som används inom forskning och industri, ofta på grund av deras förmåga att växa obegränsat samtidigt som de kan efterlikna kroppens celler. Det finns dock risker med att använda cellinjer. Om cellerna tillåts växa under långa perioder kan dess funktioner ändras eller förloras, vilket brukar kallas genetisk drift.
Cellinjen som används i det cellbaserade allergitestet, GARD, införskaffades i början på 2000-talet av Institutionen för Immunteknologi, Lunds Universitet, och har sedan dess odlats och använts inom forskning. Man är därför intresserad av att undersöka om om den visar några tecken på genetisk drift. I den här studien har cellinjen som används i allergitestet jämförts mot en kommersiell variant av samma cellinje. Jämförelsen har bestått av en fenotypisk analys där ytmarkörer på cellerna har undersökts, en genotypisk analys där RNA nivåer och DNA sekvenser analyserades och en funktionell analys där den kommersiella cellinjen användes i allergitestet. Resultatet av jämförelsen visar tecken på att MUTZ-3 cellerna från Lunds universitet har genetiskt förändrats då stora skillnader upptäcktes i dess uttryck av ytmarkörer och av RNA nivåerna. DNA sekvenseringen upptäckte också flera mutationer som bara kunde identifieras i de respektive cellinjerna. Trots de identifierade skillnaderna mellan cellinjerna gav den kommersiella cellinjen korrekta prediktioner när den användes som cellmodell i allergitestet.
Studien identifierade flera olikheter mellan cellinjerna både fenotypiskt och genotypiskt som skulle kunna tyda på genetisk drift. Dock verkar inte den genetiska driften ha påverkat cellernas förmåga att reagera på stimuli och cellinjen fortsätter vara en viktig komponent för att förutsäga kemikaliers allergenicitet.

• author: Gradin, Robin
• supervisor: Malin Lindstedt
• organization: Department of Immunotechnology; Educational programmes, LTH
• course: KIM820 20152
• year: 2016
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Cell line comparison, In vitro assay, Whole genome sequencing, RNA sequencing, Phenotype analysis, Bioinformatics
• language: English
• id: 8893116
• date added to LUP: 2016-10-17 12:40:20
• date last changed: 2016-10-17 12:40:20