L’imaging voltaggio rivela le firme elettriche dinamiche delle cellule del cancro al seno umano

May 16, 2023

Biologia delle comunicazioni volume 5, numero articolo: 1178 (2022) Citare questo articolo

4742 accessi

3 citazioni

262 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Le cellule tumorali presentano un potenziale di membrana a riposo (Vm) che è depolarizzato rispetto alle cellule normali ed esprimono conduttanze ioniche attive, che incidono direttamente sul loro comportamento fisiopatologico. Nonostante le somiglianze con i tessuti "eccitabili", si sa relativamente poco sulla dinamica Vm delle cellule tumorali. Qui l'imaging Vm ad alta produttività e risoluzione cellulare rivela che Vm fluttua dinamicamente in diverse linee cellulari di cancro al seno rispetto alle cellule MCF-10A non cancerose. Caratterizziamo le fluttuazioni Vm di centinaia di cellule MDA-MB-231 di cancro al seno umano triplo negativo. Quantificando le loro firme elettriche dinamiche (DES) attraverso un protocollo di apprendimento automatico non supervisionato, identifichiamo quattro classi che vanno da "rumoroso" a "lampeggiante/ondulante". La Vm delle cellule MDA-MB-231 mostra iperpolarizzazioni spontanee e transitorie inibite dal tetrodotossina, bloccante dei canali del sodio voltaggio-dipendenti, e dagli inibitori dei canali del potassio attivati ​​dal calcio, apamina e iberiotossina. Il Vm delle cellule MCF-10A è relativamente statico, ma le fluttuazioni aumentano dopo il trattamento con il fattore di crescita trasformante β1, un induttore canonico della transizione mesenchimale.Questi dati suggeriscono che la capacità di generare fluttuazioni di Vm può essere una proprietà delle cellule ibride epiteliali-mesenchimali o di quelle originate da progenitori luminali.

Tutte le cellule del corpo presentano una differenza di voltaggio (Vm) attraverso la membrana plasmatica che regola un'ampia gamma di funzioni come l'espressione genica, la secrezione e la motilità dell'intera cellula. La Vm cellulare a riposo varia sia tra i tipi cellulari che all'interno di essi. È interessante notare che, mentre questo è ca. -70 mV nelle cellule mature "quiescenti", compresi nervi e muscoli, è notevolmente depolarizzato (Vm circa da -50 a -10 mV) nelle cellule in proliferazione, comprese le cellule tumorali e le cellule staminali1,2.

La Vm fluttua drammaticamente, sia spontaneamente che in risposta agli stimoli, nei tessuti classicamente eccitabili come il cuore, i muscoli e i nervi, che supportano la generazione e la conduzione dei potenziali d'azione. È stato dimostrato che la Vm a riposo di diversi tipi cellulari fluttua3. Questi includono cellule con attività ritmica, ad esempio i neuroni che controllano la respirazione4, la vasomozione arteriosa5, gli "orologi" biologici6 e il sonno7,8. Le oscillazioni di Vm si manifestano anche in situazioni fisiopatologiche, come l'epilessia e la degenerazione neuronale, e possono estendersi agli effetti di rete9,10.

In diversi carcinomi, l'espressione funzionale dei canali del sodio voltaggio-dipendenti (VGSC) promuove il processo metastatico11. Il trattamento delle cellule di carcinoma in vitro con bloccanti VGSC sopprime parzialmente l'invasione 3D12,13. L'inibitore più specifico delle VGSC è la tetrodotossina (TTX), che blocca il canale legandosi a un sito all'interno del poro del canale quando il canale è nello stato aperto14. TTX riduce l'invasione delle cellule di carcinoma in vitro e questo effetto viene abolito dal silenziamento con siRNA del VGSC Nav1.5 in vivo12,13,15,16. Gradek et al. ha recentemente dimostrato che il silenziamento di SIK1 induce l'espressione di Nav1.5, l'invasione e l'espressione del fattore di trascrizione SNAl117 associato alla transizione epiteliale-mesenchimale (EMT). Tuttavia, come notato sopra, la Vm a riposo allo stato stazionario delle cellule di cancro al seno umano rispetto agli epiteli normali è fortemente depolarizzata18. Nel caso delle cellule MDA-MB-231, derivate da un cancro al seno triplo negativo (TNBC) altamente aggressivo, Vm si trova tra −40 e −20 mV15,19,20. L'inattivazione Vm-dipendente delle VGSC significa che la maggior parte dei canali dovrebbe essere permanentemente inattivata a tali potenziali di membrana depolarizzati e quindi insensibile al TTX. Tuttavia, è stato dimostrato ripetutamente che TTX inibisce l'invasività di queste cellule e di molti altri carcinomi11,15,19,21,22,23,24, potenzialmente bloccando la finestra corrente persistente19,25.