암세포의 이온 채널 스크리닝
Summary
이온 채널의 약리학적 표적화는 고형 종양을 치료하는 유망한 접근 방식입니다. 암세포에서 이온 채널 기능을 특성화하고 암 생존력에 대한 이온 채널 조절제의 효과를 분석하기 위한 자세한 프로토콜이 제공됩니다.
Abstract
이온 채널은 세포 발달과 세포 항상성 유지에 중요합니다. 이온 채널 기능의 섭동은 광범위한 장애 또는 채널병증의 발병에 기여합니다. 암세포는 이온 채널을 활용하여 자체 발달을 유도할 뿐만 아니라 종양으로 개선되고 다양한 비암성 세포를 포함하는 미세 환경에서 동화됩니다. 또한, 종양 미세 환경 내에서 성장 인자 및 호르몬 수준의 증가는 이온 채널 발현을 향상시켜 암세포 증식 및 생존에 기여할 수 있습니다. 따라서 이온 채널의 약리학적 표적화는 원발성 및 전이성 뇌암을 포함한 고형 악성 종양을 치료하는 유망한 접근 방식일 수 있습니다. 본원에서는 암 세포에서 이온 채널의 기능을 특성화하기 위한 프로토콜과 암 생존력에 미치는 영향을 결정하기 위해 이온 채널의 조절자를 분석하는 접근법을 설명합니다. 여기에는 이온 채널에 대한 세포 염색, 미토콘드리아의 편광 상태 테스트, 전기 생리학을 사용하여 이온 채널 기능 확립, 약물 효능을 평가하기 위한 생존력 분석 수행이 포함됩니다.
Introduction
막 수송 단백질은 세포 간의 통신과 세포 항상성 유지에 중요합니다. 막 수송 단백질 중에서 이온 채널은 세포의 성장과 발달을 촉진하고 도전적이고 변화하는 환경에서 세포의 상태를 유지하는 역할을 합니다. 이온 채널은 또한 전신 및 중추신경계(CNS)에서 고형 종양의 발달을 유도하고 지원하는 것으로 보고되었습니다1,2. 예를 들어, KCa3.1 채널은 세포 주기 조절에 중요한 막 전위를 조절하고 세포 부피를 조절하는 역할을 합니다. 결함이 있는 KCa3.1 채널은 종양 세포의 비정상적인 증식에 기여하는 것으로 보고되었다3. 또한, 이온 채널은 암의 전이성 전파에 기여할 수 있습니다. 일시적인 수용체 전위 (TRP) 채널은 예를 들어 Ca2+ 및Mg2+ 유입에 관여하고; 이 유입은 종양을 둘러싼 세포외 기질을 조절하는 기능을 하는 여러 키나아제와 열 충격 단백질을 활성화시키며, 이는 차례로 암 전이를 시작하는 데 중요합니다4.
이온 채널은 암 발병에 기여할 수 있기 때문에 약물 관련 암 치료의 표적이 될 수도 있습니다. 예를 들어, 화학 요법 및 새로운 면역 요법을 포함한 치료 양식에 대한 내성은 이온 채널 기능 조절 장애와 관련이 있습니다 5,6,7. 또한, 이온 채널은 암의 성장과 발달을 방해하는 중요한 약물 표적으로 부상하고 있으며, 용도 변경 소분자(FDA 승인) 약물과 단클론 항체를 포함한 생체 고분자가 연구되고 있습니다 1,2,8,9. 이 분야에서 많은 진전이 있었지만 이온 채널 암 약물 발견은 아직 개발되지 않았습니다. 이것은 부분적으로 암세포에서 이온 채널을 연구하는 독특한 문제 때문입니다. 예를 들어, 느리게 작용하는 화합물에 대한 전기생리학 분석을 설정하는 데는 기술적 한계가 있고 채널 활성화 및 약물 작용의 시간적 차이가 있습니다. 또한, 화합물의 용해도는 또한 진행을 방해할 수 있는데, 이는 오늘날 일반적으로 사용되는 대부분의 자동화된 전기생리학 시스템이 소수성 기질을 사용하며, 이는 화합물 흡착의 결과로 인공물에 기여할 수 있기 때문입니다. 또한, 천연물, 펩타이드 및 단클론 항체와 같은 대형 생체 유기 분자 치료제는 기존의 전기생리학 분석법을 사용하여 스크리닝하기가 기술적으로 어렵다10. 마지막으로, 암세포의 생체 전기적 특성은 잘 알려져 있지 않다11.
한편, 이온 채널의 면역형광 염색은 종종 까다롭습니다. 이는 부분적으로 구조의 복잡성과 멤브레인의 맥락 때문이며, 이는 현미경 연구를 위해 항체를 생성하고 사용하는 능력에 영향을 미칩니다. 이온 채널을 염색하는 데 사용되는 항체의 특이성, 친화도 및 재현성을 검증하는 것이 특히 중요합니다. 이온 채널에 대한 상용 항체는 검증 전략 및 출판 기록에 따라 고려해야 합니다. 실험에는 표적 단백질의 녹다운 또는 녹아웃에 의한 비특이적 결합의 부족을 입증하기 위한 음성 대조군이 포함되어야 합니다. 대안적으로, mRNA 또는 단백질 결정에 기초하여 표적 단백질이 부재하거나 낮은 풍부도에 있는 세포주는 음성 대조군으로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 이 연구는 수모세포종 세포주(D283)에서 (GABA) 수용체 서브유닛 Gabra5의 국소화를 보여줍니다. siRNA 녹다운을 갖는 D283 세포 및 또 다른 소뇌 수모세포종 세포주인 Daoy 세포를 Gabra5에 대해 염색하였고, 눈에 띄는 염색을 나타내지 않았다 (데이터는 나타내지 않음).
여기에서는 이온 채널 기능뿐만 아니라 이온 채널 조절제가 암세포에 미치는 영향을 분석하고 분석하는 방법을 제시합니다. 프로토콜은 (1) 이온 채널에 대한 세포 염색, (2) 미토콘드리아의 편광 상태 테스트, (3) 전기생리학을 사용한 이온 채널 기능 확립, (4) 시험관 내 약물 검증을 위해 제공됩니다. 이러한 프로토콜은 A형 감마-아미노부티르산(GABAA) 수용체 2,12,13,14,15,16, 염화물 음이온 채널 및 주요 억제성 신경전달물질 수용체에 대한 연구를 강조합니다. 그러나 여기에 제시된 방법은 다른 많은 암세포 및 이온 채널을 연구하는 데 적용됩니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이온 채널 기능의 변화는 세포 내 신호 전달 캐스케이드를 변경하여 세포의 전반적인 기능에 영향을 줄 수 있습니다. 지난 10년 동안 이온 채널이 암세포 성장과 전이에 중요하다는 것이 점점 더 분명해졌습니다. 중요하게도, 많은 이온 채널이 광범위한 장애를 표적으로 하는 승인된 치료제의 주요 표적이다24. 연구자들은 이온 채널이 항암 표적이 될 수 있는지 여부를 조사했으?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 Thomas E. & Pamela M. Mischell Family Foundation에서 S.S.에 대한 지원과 Harold C. Schott Foundation이 UC 의과 대학의 Harold C. Schott 기부 의장에게 자금을 지원했음을 인정합니다.
Materials
| ABS SpectraMax Plate Reader | Molecular Devices | ABS | |
| Accutase | Invitrogen | 00-4555-56 | |
| Alexa Flor 488 | Invitrogen | A32723 | Goat Anti-Rabbit |
| Antibiotic-Antimycotic | Gibco | 15240-062 | 100x |
| B27 Supplement | Gibco | 12587-010 | Lacks vitamin A |
| Biosafety Cabinet | LABCONCO | 302381101 | Class II, Type A2 |
| Bovine Serum Albumin | Fisher Scientific | BP1606-100 | |
| CO2 Incubator | Fisher Scientific | 13-998-211 | Heracell VIOS 160i |
| Calcium Chloride | Fisher Scientific | C7902 | Dihydrate |
| Cell Culture Dishes, 150 mm | Fisher Scientific | 12-600-004 | Cell culture treated |
| Cell Culture Flasks, 75 cm2 | Fisher Scientific | 430641U | Cell culture treated |
| Cell Culture Plates, 6 well | Fisher Scientific | 353046 | Cell culture treated |
| Cell Culture Plates, 96 well | Fisher Scientific | 353072 | Cell culture treated |
| Centrifuge | Eppendorf | EP-5804R | Refrigerated |
| Corning CoolCell | Fisher Scientific | 07-210-0006 | |
| Coverslips, 22 x 22 mm | Fisher Scientific | 12-553-450 | Corning brand |
| D283 Med | ATCC | HTB-185 | |
| DABCO Mounting Media | EMS | 17989-97 | |
| D-Glucose | Sigma Life Sciences | D9434 | |
| Dimethyl Sulfoxide | Sigma Aldrich | D2650 | Cell culture grade |
| DMEM/F12, base media | Fisher Scientific | 11330-032 | With phenol red |
| DMEM/F12, phenol red free | Fisher Scientific | 21041-025 | |
| EGTA | Sigma Aldrich | E4378 | |
| Epidermal Growth Factor | STEMCELL | 78006.1 | |
| FCCP | Abcam | AB120081 | |
| Fetal Bovine Serum, Qualified | Gibco | 10437-028 | |
| Fibroblast Growth Factor, Basic | Millipore | GF003 | |
| GARBA5 Antibody | Aviva | ARP30687_P050 | Rabbit Polyclonal |
| Glutamax | Gibco | 35050-061 | |
| Glycerol Mounting Medium | EMS | 17989-60 | With DAPI+DABCO |
| Hemocytometer | Millipore Sigma | ||
| Heparin | STEMCELL | 7980 | |
| HEPES | HyClone | SH3023701 | Solution |
| HEPES | Fisher Scientific | BP310-500 | Solid |
| ImageJ | Open platform | With Fiji plugins | |
| Immuno Mount DAPI | EMS | 17989-97 | |
| KRM-II-08 | experimental compounds not available from a commercial source | ||
| Leica Application Suite X | Leica Microsystems | ||
| Leukemia Inhibitory Factor | Novus | N276314100U | |
| L-Glutamine | Gibco | 25030-081 | |
| Magnesium Chloride | Sigma Aldrich | M9272 | Hexahydrate |
| Microscope, Confocal | Leica | SP8 | |
| Microscope, Light | VWR | 76382-982 | DMiL Inverted |
| MTS – Promega One Step | Promega | G3581 | |
| Multi-channel pipette, 0.5-10 µL | Eppendorf | Z683914 | |
| Multi-channel pipette, 10-100 µL | Eppendorf | Z683930 | |
| Multi-channel pipette, 30-300 µL | Eppendorf | Z683957 | |
| Nest-O-Patch | Heka | ||
| Neurobasal-A Medium | Gibco | 10888022 | Without vitamin A |
| Neurobasal-A Medium | Gibco | 12348-017 | Phenol red free |
| Non-Essential Amino Acids | Gibco | 11140-050 | |
| NOR-QH-II-66 | experimental compounds not available from a commercial source | ||
| Parafilm | Fisher Scientific | 50-998-944 | 4 inch width |
| Paraformaldehyde | EMS | RT-15710 | |
| PATHCHMASTER | Heka | ||
| Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140-122 | |
| Perfusion System | Nanion | 4000120 | |
| PFA | EMS | RT-15710 | |
| Phosphate Bufered Saline | Fisher Scientific | AAJ75889K2 | Reagent grade |
| Poly-D-Lysine | Fisher Scientific | A3890401 | |
| Poly-L-Lysine | Sigma Life Sciences | P4707 | |
| Port-a-Patch | Nanion | 21000072 | |
| Potassium Chloride | Sigma Life Sciences | P5405 | |
| Primary Antibody | Invitrogen | MA5-34653 | Rabbit Monoclonal |
| Prism | GraphPad | ||
| Propofol | Fisher Scientific | NC0758676 | 1 mL ampule |
| QH-II-66 | experimental compounds not available from a commercial source | ||
| Reagent Reservoirs | VWR | 89094-664 | Sterile |
| Slides, 75 x 25 mm | Fisher Scientific | 12-544-7 | Frosted one side |
| Sodium Bicarbonate | Corning | 25-035-Cl | |
| Sodium Chloride | Fisher Scientific | S271-3 | |
| Sodium Pyruvate | Gibco | 11360-070 | |
| Synth-a-Freeze Medium | Gibco | R00550 | Cryopreservation |
| TMRE | Fisher Scientific | 50-196-4741 | Reagent |
| TMRE Kit | Abcam | AB113852 | Kit |
| Triton X-100 | Sigma Aldrich | NC0704309 | |
| Trypan Blue | Gibco | 15-250-061 | Solution, 0.4% |
| Trypsin/EDTA | Gibco | 25200-072 | Solution, 0.25% |
| Vortex Mixer | VWR | 97043-562 | |
| Whatman Filter Paper | Fisher Scientific | 09-927-841 |
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