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.
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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.
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.
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.
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1. 배양된 세포의 면역표지 이온 채널
2. 미토콘드리아의 편광 상태 테스트
참고: 이 프로토콜은 TMRE(테트라메틸로다민, 에틸 에스테르) 분석을 사용하여 활성 미토콘드리아의 막 전위를 표시하여 음전하21,22를 유지합니다. TMRE는 상대적인 음전하로 인해 활성 미토콘드리아에 축적되는 세포 투과성, 적색-주황색, 양전하를 띤 염료입니다. 비활성 또는 탈분극된 미토콘드리아는 막 전위를 감소시키고 TMRE를 비례적으로 격리하지 못합니다. 산화 적 인산화 (OXPHOS)의 이오노 포어 언 커플러 인 FCCP (카르 보닐 시안화물 4- [트리 플루오로 메톡시] 페닐 히드라 존)는 미토콘드리아 막을 탈분극시켜 TMRE23의 축적 및 격리를 방지합니다. 이 내용은 그림 2에 나와 있습니다.
3. 전기생리학을 이용한 이온 채널 기능 확립
참고: 이 섹션의 절차에서는 자동 전기생리학 분석을 사용하여 암 세포주에서 테스트 화합물을 스크리닝하는 방법을 설명합니다(그림 3).
4. 체외 효능
참고: 이 절차에서는 약물 효능을 결정하기 위한 MTS 분석에 대해 자세히 설명합니다. One Solution Cell Proliferation Assay는 실험 화합물로 처리한 후 세포 생존율과 증식을 평가하기 위해 세포 배양 웰에 한 단계로 추가할 수 있는 준비된 용액에 필요한 모든 분석 시약을 결합합니다. 시약은 제조업체의 권장 사항( 재료 표 참조)에 따라 재구성되고 분취되어 -20°C에서 보관됩니다. 이 섹션에서는 특정 세포주에서 테스트 화합물의IC50 을 측정하기 위한 분석의 사용을 설명합니다(그림 4). 이 MTS 시약은 알려진 농도에서 많은 수의 화합물에 대한 고처리량 스크리닝에도 사용할 수 있습니다.
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위는 암세포에서 이온 채널을 특성화하는 데 사용할 수 있는 선별된 절차입니다. 첫 번째 프로토콜은 이온 채널의 염색을 강조합니다. 자세히 설명했듯이 이온 채널 또는 세포외막에 존재하는 단백질을 염색할 때 많은 어려움이 있습니다. 도 1에 나타낸 것은 펜타머 GABAA 수용체의 서브유닛에 대한 염색이다. 두 번째 프로토콜은 암세포에서 미토콘드리아의 편광 상태를 테스트한 결과를 강조합니다. 미토콘드리아는 세포 생존력과 증식, 세포 사멸에 필수적인 역할을 합니다. 포유류 세포에서 미토콘드리아는 미토콘드리아 내막과 외막 사이에서 발견되는 Bcl-2 계열 단백질의 방출을 통해 세포 스트레스에 대한 반응으로 세포 사멸을 활성화합니다. 세포질에서 Bcl-2 계열 단백질은 프로그램된 세포 사멸을 매개하는 카스파아제 프로테아제를 활성화합니다. 원형질막 이온 채널 기능의 변화는 미토콘드리아 내의 이온 수준을 포함하여 세포 내 이온 항상성의 파괴를 초래할 수 있으며, 이는 막...
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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 조사했으며 초기 결과는 2,16,25를 약속합니다. 이 분야는 암 발병 및 치료 표적으로서 이온 채널의 역할을 조사하기 시작했으며 미래는 두 가지 측면에서 모두 밝아 보입니다.
이 연구에서는 암세포의 이온 채널을 분석하고 채널이 치료 취약성인지 여부를 결정하기 위한 자세한 절차를 제공합니다. 이러한 분석은 암세포의 이...
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D.A.P.K.는 Amlal Pharmaceuticals Inc.의 공동 창립자, 사장 겸 CEO이며, Amlal Pharmaceuticals Inc.의 공동 설립자이며 Bexion Pharmaceuticals, Inc.의 의약품 안전 모니터링 위원회에 소속되어 있습니다.
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.
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