High-throughput toxicity screening of environmental contaminants and drug candidates using a novel gap junction intercellular communication bioassay in lung and liver cells

使用肺和肝细胞中新型间隙连接细胞间通讯生物测定法对环境污染物和候选药物进行高通量毒性筛选

基本信息

  • 批准号:
    10056987
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.07万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-07-15 至 2022-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

1 We propose to develop an in vitro high throughput bioassay screening (HTS) system to assess the effects 2 of environmental contaminants on gap junctional intercellular communication (GJIC) in liver and lung epithelial 3 cell models. GJIC is a critical cellular phenomenon instrumental in maintaining tissue homeostasis. The 4 selection of GJIC as an endpoint is a significant step in developing a systems-based in vitro model, as this 5 biological phenomenon is crucial for integrating signaling mechanisms within cells with that of neighboring cells 6 in a tissue, and is an important early stage event in abnormal cell proliferation within tissues exposed to 7 toxicants. Most in vitro assessments of GJIC rely on fluorescent dye transfer techniques that require 8 introduction of the dye through scrape loading, microinjection, or electroporation techniques, and detection with 9 microscopes that all tend to be problematic in developing HTS assays, particularly in 3D culture systems. 10 Thus, there is a need to develop and validate a bioassay system to assess GJIC in response to environmental 11 toxicants and drug candidates that is conducive to HTS relevant to in vitro cell model systems. The lung and 12 liver are the major target organs of exposure to inhaled and ingested toxicants so we will use a mouse lung 13 epithelial alveolar type II and rat liver epithelial oval cell lines. 14 Our proposed HTS is to develop a subset of donor and receptor cells for each cell line. The receptor cells 15 will be transfected with yellow fluorescent protein (YFP) gene, and the donor cells with the iodide transporter 16 gene. The addition of iodide initiates the bioassay by entering the donor cells via the iodide transporter, and 17 then transfers through gap junctions to the receptor cells, in which iodide quenches the YFP-fluorescence. 18 Closed or partially closed gap junction channels prevents or partially prevents quenching from iodide in the 19 receptor cells. Fluorescent plate readers measure the fluorescence, which makes this bioassay quite 20 amendable to HTS, thus will address a critical gap in adapting GJIC to HTS toxicological assessments. 21 Aim-1 is to (a) transfect lung and liver cell lines with the iodide transporter (IT)/ yellow fluorescent protein to 22 assess GJIC using HTS, and (b) authenticate these HTS cell models by assessing the effects of polycyclic 23 aromatic hydrocarbons and polyfluoroalkyl substances with known effects on GJIC in the parent cell lines. Aim- 24 2 is to validate the utility of this HTS in assessing a wide array of chemicals with unknown effects on GJIC, 25 which will entail developing a quality control protocol that begins with i) primary screening, ii) hit confirmation 26 and counter screening, iii) hit validation and selectivity. 27 An in vitro lung and liver model HTS that can assess effects of compounds on GJIC, will offer a critically 28 important new tool to screen for environmental toxicants and drug candidates that adversely affect tissue 29 homeostasis resulting in abnormal proliferation and differentiation of cells.
1我们建议开发体外高通量生物测定筛查(HTS)系统以评估效果 肝脏和肺上皮的间隙连接界面间通信(GJIC)的环境污染物2 3个单元模型。 GJIC是一种关键的细胞现象,可维持组织稳态。这 4选择GJIC作为终点是开发基于系统的体外模型的重要步骤, 5生物学现象对于将细胞内的信号传导机制与邻近细胞集成至关重要 6在组织中,是在暴露于组织中异常细胞增殖中的重要早期事件 7毒素。大多数对GJIC的体外评估都取决于需要的荧光染料转移技术 8通过刮擦,显微注射或电穿孔技术引入染料,并使用 9显微镜在开发HTS测定方面,特别是在3D培养系统中都往往是有问题的。 10因此,有必要开发和验证生物测定系统来评估GJIC,以应对环境 11有利于与体外细胞模型系统相关的HTS的毒物和候选药物。肺和 12肝脏是接触吸入和摄入的有毒物质的主要目标器官,因此我们将使用小鼠肺 13上皮牙槽II型和大鼠肝上皮椭圆形细胞系。 14我们提出的HTS是为每个细胞系开发一个供体和受体细胞的子集。受体细胞 15将用黄色荧光蛋白(YFP)基因转染,并用碘化物转运蛋白转染供体细胞 16基因。碘化物的添加通过通过碘化物转运蛋白进入供体细胞而启动生物测定 17然后通过间隙连接传输到受体细胞,其中碘化物淬灭YFP荧光。 18个封闭或部分封闭的间隙连接通道可防止或部分防止在 19个受体细胞。荧光板读取器测量荧光,这使该生物测定很大 20对HTS进行了修正,因此将解决将GJIC适应HTS毒理学评估的关键差距。 21 AIM-1是(a)用碘化物转运蛋白(IT)/黄色荧光蛋白转染肺和肝细胞系 22使用HTS评估GJIC,(b)通过评估多环的效果来验证这些HTS细胞模型 23芳族烃和多氟烷基物质对母细胞系中的GJIC有已知作用。目的- 24 2是为了验证该HTS在评估各种化学物质方面的实用性,对GJIC的影响未知, 25将需要制定质量控制方案,该协议以i)i)筛查,ii)命中确认 26和计数器筛选,iii)命中验证和选择性。 27可以评估化合物对GJIC影响的体外肺和肝模型HTS,将提供关键 28重要的新工具,用于筛选环境有毒物质和候选毒品的影响,从而对组织产生不利影响 29稳态导致细胞异常增殖和分化。

项目成果

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