Le proteine di trasporto della membrana sono fondamentali per la comunicazione tra le cellule e per il mantenimento dell'omeostasi cellulare. Tra le proteine di trasporto di membrana, i canali ionici servono a guidare la crescita e lo sviluppo delle cellule e a mantenere lo stato delle cellule in ambienti difficili e mutevoli. È stato anche riportato che i canali ionici guidano e supportano lo sviluppo di tumori solidi, sia a livello sistemico che nel sistema nervoso centrale (SNC)1,2. Ad esempio, i canali KCa3.1 sono responsabili della regolazione del potenziale di membrana e del controllo del volume cellulare, che è importante nella regolazione del ciclo cellulare. È stato riportato che i canali difettosi di KCa3.1 contribuiscono alla proliferazione anormale delle cellule tumorali3. Inoltre, i canali ionici possono contribuire alla diffusione metastatica dei tumori. I canali del potenziale recettore transitorio (TRP), ad esempio, sono coinvolti nell'afflusso di Ca 2+ e Mg2+; Questo afflusso attiva diverse chinasi e proteine da shock termico che funzionano per regolare la matrice extracellulare che circonda un tumore, che è, a sua volta, importante per iniziare le metastasi del cancro4.
Poiché i canali ionici possono contribuire allo sviluppo di tumori, possono anche essere obiettivi per il trattamento del cancro correlato ai farmaci. Ad esempio, la resistenza alle modalità di trattamento, compresa la chemioterapia e la nuova immunoterapia, è correlata alla disregolazione della funzione dei canali ionici 5,6,7. Inoltre, i canali ionici stanno emergendo come importanti bersagli farmacologici per impedire la crescita e lo sviluppo dei tumori, con farmaci a piccole molecole riproposti (approvati dalla FDA) in fase di esame, nonché biopolimeri, compresi gli anticorpi monoclonali 1,2,8,9. Mentre ci sono stati molti progressi su questo fronte, la scoperta di farmaci per il cancro del canale ionico rimane sottosviluppata. Ciò è in parte dovuto alle sfide uniche dello studio dei canali ionici nelle cellule tumorali. Ad esempio, ci sono limitazioni tecniche nella creazione di saggi elettrofisiologici per composti ad azione lenta e differenze temporali nell'attivazione del canale e nell'azione del farmaco. Inoltre, la solubilità dei composti può anche impedire il progresso, poiché la maggior parte dei sistemi di elettrofisiologia automatizzati comunemente in uso oggi utilizzano substrati idrofobici, che possono contribuire agli artefatti a seguito dell'adsorbimento dei composti. Inoltre, le grandi terapie molecolari bioorganiche come prodotti naturali, peptidi e anticorpi monoclonali sono tecnicamente difficili da esaminare utilizzando saggi elettrofisiologici convenzionali10. Infine, le proprietà bioelettriche delle cellule tumorali rimangono poco conosciute11.
Nel frattempo, la colorazione a immunofluorescenza dei canali ionici è spesso impegnativa. Ciò è dovuto, in parte, alla complessità delle loro strutture e del loro contesto nella membrana, che influiscono sulla capacità di generare e impiegare anticorpi per gli studi di microscopia. È particolarmente importante che gli anticorpi utilizzati per colorare i canali ionici siano convalidati per specificità, affinità e riproducibilità. Gli anticorpi commerciali per i canali ionici dovrebbero essere presi in considerazione sulla base della loro strategia di convalida e del record di pubblicazione. Gli esperimenti dovrebbero includere controlli negativi per dimostrare la mancanza di legame non specifico mediante knockdown o knockout della proteina bersaglio. In alternativa, le linee cellulari in cui la proteina bersaglio è assente o in bassa abbondanza sulla base di mRNA o determinazioni proteiche possono servire come controlli negativi. Ad esempio, questo studio mostra la localizzazione della subunità del recettore (GABA) Gabra5 in una linea cellulare di medulloblastoma (D283). Le cellule D283 con un knockdown di siRNA e le cellule Daoy, un'altra linea cellulare di medulloblastoma cerebellare, sono state colorate per Gabra5 e non hanno mostrato alcuna colorazione apprezzabile (dati non mostrati).
Qui vengono presentati metodi per analizzare e saggiare la funzione dei canali ionici, nonché l'effetto dei modulatori dei canali ionici sulle cellule tumorali. Sono previsti protocolli per (1) colorare le cellule per un canale ionico, (2) testare lo stato polarizzato dei mitocondri, (3) stabilire la funzione del canale ionico usando l'elettrofisiologia e (4) convalidare il farmaco in vitro. Questi protocolli enfatizzano gli studi del recettore dell'acido gamma-aminobutirrico di tipo A (GABAA) 2,12,13,14,15,16, un canale anionico cloruro e il principale recettore inibitorio dei neurotrasmettitori. Tuttavia, i metodi qui presentati si applicano allo studio di molte altre cellule tumorali e canali ionici.