K11.1 カリウムチャネルとNa/HアンチポーターNHE1が大腸がん細胞の接着依存性細胞内pHを調節することを明らかにした

K11.1 Potassium Channel and the Na/H Antiporter NHE1 Modulate Adhesion-Dependent Intracellular pH in Colorectal Cancer Cells.

• Jessica Iorio
• Claudia Duranti
• Tiziano Lottini
• Elena Lastraioli
• Giacomo Bagni
• Andrea Becchetti
• Annarosa Arcangeli

抄録

イオンチャネルとトランスポーターが、腫瘍の病態生理のさまざまな側面を制御する上で協力していることを示す証拠が増えてきている。癌細胞では、H/HCOトランスポーターは通常、非腫瘍細胞で典型的に観察される膜貫通pH勾配を反転させ、これが癌の悪性化に寄与していると考えられている。しかし、細胞膜電位(V)の中心的な調節因子であるKチャネルとpH調節トランスポーターがどの程度機能的に関連しているのかは不明である。そこで我々は、大腸がん細胞を用いて、インテグリン依存性細胞接着によって刺激されるpH修飾におけるpH調節トランスポーターとK11.1（hERG1としても知られている）の関与を調べた。大腸癌細胞株（HCT 116およびHT 29）を、β1インテグリン依存性基質であるコラーゲンIおよびフィブロネクチン上に播種した。これは、インキュベーションの90分でピークを迎え、約180分持続し、β1インテグリンをブロックする抗体によって阻害される一過性の細胞質アルカリ化をもたらした。この効果はアミロリド（10μM）とカリポリド（5μM）に敏感であり、主にNa/HアンチポーターNHE1の活性によるものであることが示唆された。K11.1をE4031でブロッキングすると、チャネル活性がβ1インテグリン依存性のpH上昇を調節するのに寄与したことが示された。興味深いことに、NHE1とK11.1の両方がβ1インテグリン依存性接着をトリガーとした大腸癌細胞の運動性を調節した。最後に、β1 インテグリンサブユニット、K11.1 と NHE1 は、コラーゲン I 上に播種された大腸癌細胞で共沈し、インテグリン介在性接着に続く高分子複合体の形成を示唆した。以上のことから、K11.1、NHE1、β1 インテグリンの相互作用は、大腸がんの細胞内 pH を腫瘍の微小環境に合わせて調節することに寄与しており、大腸がんの浸潤性、ひいては転移性の亢進を抑制するための新たな薬理学的標的を示唆している。

Increasing evidence indicates that ion channels and transporters cooperate in regulating different aspects of tumor pathophysiology. In cancer cells, H/HCO transporters usually invert the transmembrane pH gradient typically observed in non-neoplastic cells, which is thought to contribute to cancer malignancy. To what extent the pH-regulating transporters are functionally linked to K channels, which are central regulators of cell membrane potential (V), is unclear. We thus investigated in colorectal cancer cells the implication of the pH-regulating transporters and K11.1 (also known as hERG1) in the pH modifications stimulated by integrin-dependent cell adhesion. Colorectal cancer cell lines (HCT 116 and HT 29) were seeded onto β1 integrin-dependent substrates, collagen I and fibronectin. This led to a transient cytoplasmic alkalinization, which peaked at 90 min of incubation, lasted approximately 180 min, and was inhibited by antibodies blocking the β1 integrin. The effect was sensitive to amiloride (10 µM) and cariporide (5 µM), suggesting that it was mainly caused by the activity of the Na/H antiporter NHE1. Blocking K11.1 with E4031 shows that channel activity contributed to modulate the β1 integrin-dependent pH increase. Interestingly, both NHE1 and K11.1 modulated the colorectal cancer cell motility triggered by β1 integrin-dependent adhesion. Finally, the β1 integrin subunit, K11.1 and NHE1 co-immunoprecipitated in colorectal cancer cells seeded onto Collagen I, suggesting the formation of a macromolecular complex following integrin-mediated adhesion. We conclude that the interaction between K11.1, NHE1, and β1 integrin contributes to regulate colorectal cancer intracellular pH in relation to the tumor microenvironment, suggesting novel pharmacological targets to counteract pro-invasive and, hence, pro-metastatic behavior in colorectal cancer.

Copyright © 2020 Iorio, Duranti, Lottini, Lastraioli, Bagni, Becchetti and Arcangeli.