Cell volume regulation in epithelial physiology and cancer

Abstract

The physiological function of epithelia is transport of ions, nutrients, and fluid either in secretory or absorptive direction. All of these processes are closely related to cell volume changes, which are thus an integrated part of epithelial function. Transepithelial transport and cell volume regulation both rely on the spatially and temporally coordinated function of ion channels and transporters. In healthy epithelia, specific ion channels/transporters localize to the luminal and basolateral membranes, contributing to functional epithelial polarity. In pathophysiological processes such as cancer, transepithelial and cell volume regulatory ion transport are dys-regulated. Furthermore, epithelial architecture and coordinated ion transport function are lost, cell survival/death balance is altered, and new interactions with the stroma arise, all contributing to drug resistance. Since altered expression of ion transporters and channels is now recognized as one of the hallmarks of cancer, it is timely to consider this especially for epithelia. Epithelial cells are highly proliferative and epithelial cancers, carcinomas, account for about 90% of all cancers. In this review we will focus on ion transporters and channels with key physiological functions in epithelia and known roles in the development of cancer in these tissues. Their roles in cell survival, cell cycle progression, and development of drug resistance in epithelial cancers will be discussed.

Role of vesicular nucleotide transporter VNUT (SLC17A9) in release of ATP from AR42J cells and mouse pancreatic acinar cells

“…5), and this is in agreement with other studies on epithelial cells [31,32]. The implication of ATP release in pancreatic acinar cells is not clear, as cell swelling occurs in many situations, including epithelial transport (recovery after secretion), proliferation processes, and cell cycle progression [33]. Again, as with the mechanical/shear stress, the paracrine signalling to other cells may be of relevance.…”

The regulation of epithelial cells volume in norm and pathology

“…При ýтом изменения объема ýпителиальных клеток могут быть неполностью скомпенсирова-ны системами RVI и RVD и быть неотъемлемой частью ýпителиальной функции [7]. Так, напри-мер, известно, что изменения объема задейство-ваны в процессе сопряжения транспорта ионов и жидкости через базолатеральную и апикальную мембраны ýпителиальной клетки [54] Следует указать, что некоторые клетки секретор-ного ýпителия (поджелудочной железы, слюнных желез, прямой кишки, желудка) не могут пол-ностью воссстанавливать свой объем в процессе секреции [52]. Например, стимуляция секреции приводит к уменьшению объема клеток ацинусов околоушной слюнной железы более чем на 20%, при ýтом клетки остаются в сжатом состоянии до момента окончания секретирующего воздействия [65].…”

“…На данный момент роль и регуляция полярно расположен-ных ион-транспортных систем во время EMT-пе-рехода не изучена. Известно лишь, что некоторые апикально расположенные каналы и транспорте-ры перемещаются на задний конец клетки, а рас-положенные базолатерально перемещаются на передний ее конец [52], что типично для мигри-рующих клеток [112]. Предполагается, что дисре-гуляция ион-транспорующих систем может быть задействована в процессе EMT [52].…”

“…S.F. Pedersen et al [52] утверждают, что дизрегуляция ýкспрессии или доставки к мембра-не ион-транспорующих систем приводит к изме-нениям в регуляции объема и таким образом к увеличению пролиферации раковых клеток и их устойчивости к индукции апоптоза.В норме клетки сопротивляются апоптическому сжатию путем активации RVI [173]. В клетках HeLa, претерпевающих апоптоз, продемонстриро-ван ослабленный RVI-ответ [174].…”

“…В клетках HeLa, претерпевающих апоптоз, продемонстриро-ван ослабленный RVI-ответ [174]. Таким образом, увеличенная ýкспрессия или функциональность ион-транспортных систем, вовлеченных в RVI (NKCC1, NHE1 и рассмотренные выше ионные ка-налы), может быть причиной развития устойчиво-сти к апоптозу [52]. Клетки яичников китайского хомячка не имеют NHE1, поýтому для них не ха-рактерен RVI-ответ, что делает ýти клетки более склонными к апоптозу по сравнению с клетками, ýкспрессирующими NHE1 [175].…”