Computermodell zur Simulation der vom Zellzyklus abhängigen Ionenstrommodulation bei Tumoren
2021
Graz University of Technology, Graz, Österreich
Die A549-Zelllinie, die vom nicht-kleinzelligen Lungenkrebs (NSCLC) abstammt, ist ein weit verbreitetes Modell für die Untersuchung von Lungenkrebs und die Entwicklung von Krebsmedikamenten. In dieser Arbeit wird erstmals ein Ionenstrommodell der A549-Zelle des menschlichen Lungenadenokarzinoms vorgestellt, das die Beschreibung eines Zellmodells als Ganzes in der Krebselektrophysiologie darstellt. Das Modell berücksichtigt die Kinetik der wichtigsten Ionenkanäle, die zum Gesamtmembranstrom und zum Ruhemembranpotenzial der Zelle beitragen. Auf der Grundlage der experimentellen Daten mit der Ganzzell-Patch-Clamp-Technik und einer umfassenden Literaturrecherche wurde die Kinetik der einzelnen Kanäle mit einem Hidden-Markov-Modell (HMM) modelliert und die Anzahl der repräsentierten Ionenkanäle durch Anpassung der makroskopischen Ströme an die aufgezeichneten Ganzzellströme geschätzt. Das Modell wurde parametrisiert, wobei die spezifischen Ionenkanalaktivitäten in der A549-Zelle berücksichtigt wurden, die aus Literaturdaten gewonnen wurden, und umfasst die wichtigsten funktionell exprimierten Ionenkanäle in der Plasmamembran der A549-Zelle, die bisher bekannt sind, und berücksichtigt auch die jeweiligen Spannungs- und Kalziumabhängigkeiten. Dieser Ansatz ermöglicht nun zum ersten Mal die Simulation von Kanalinteraktion, -aktivierung und -hemmung und, was besonders wichtig ist, die Vorhersage von Membranpotentialänderungen für Teile des Zellzyklus. Die Verfügbarkeit dieses ersten A549-In-silico-Modells 1.0 ermöglicht ein tieferes Verständnis der möglichen Rollen und Interaktionen von Ionenkanälen bei der Tumorentwicklung und -progression und kann bei der Prüfung, Verifizierung und Validierung von Forschungshypothesen in der Elektrophysiologie von Lungenkrebs helfen.
A549 in-silico 1.0: A first computational model to simulate cell cycle dependent ion current modulation in the human lung adenocarcinoma
Sonja Langthaler, Christian Baumgartner, Theresa Rienmüller
Eingestellt am: 29.07.2021
[1] https://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371%2fjournal.pcbi.1009091&emci=b4e6395d-d4e4-eb11-a7ad-501ac57b8fa7&emdi=44a13ddc-eee4-eb11-a7ad-501ac57b8fa7&ceid=2015591
