PuSH - Publikationsserver des Helmholtz Zentrums München

Essien, E.I.

Combination of drug therapies and radiation against stem cell-enriched glioblastoma-derived spheres.

München, Technische Universität, Diss., 2022, 179 S.
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Glioblastoma remains a difficult cancer to treat successfully despite the multimodal therapeutic strategy of surgery, radiation therapy and chemotherapy with temozolomide (TMZ). One factor that limits effective treatment is the presence of glioblastoma stem-like cells (GSLCs) that are associated with therapeutic resistance and tumor recurrence. The proliferation and survival of GSLCs require the mitogen- activated protein kinase (MAPK) pathway, while Histone deacetylases (HDAC) decrease acetylation to drive the pathogenesis of glioblastoma. From a combined radiation and drug screening platform, we identified potential combinations of HDAC inhibitor (HDACi) and MAPK/ERK kinase inhibitors (MEKi) with ionizing radiation as a novel therapy against glioblastoma. To mimic the stem-like phenotype of glioblastoma, three established cell lines (LN229, U87 and U251) were enriched for GSLCs by spheroid culture in serum-free medium containing stem cell supplements (hereafter; LN229-sph, U87-sph and U251-sph). The response of these enriched glioblastoma-derived spheres was examined after treatment with the HDACi MS-275 and the MEKi TAK-733 and trametinib as single agents or in combinations following a single dose of 4 Gy irradiation. These were compared to the gold-standard treatment of TMZ and 4 Gy irradiation. After treatment with TMZ and radiation, there were no significant effects on the GSLC markers and on the dead cell population in any of the three cell lines, confirming that GSLCs are resistant to the standard treatment. In contrast, combining the HDACi and MEKi with radiation significantly reduced sphere formation in the enriched glioblastoma-derived spheres indicating loss of proliferation and self-renewal ability. Also, the individual and co-expression of GSLC markers (Nestin, CD44 and SOX2) were significantly decreased, while the dead cell population was increased upon the combined treatment with radiation. The differential response of CD44 to the combined treatment among the three glioblastoma-derived spheres suggested the response to combination therapy may be cell-dependent. Interestingly, there was a lack of correlation between the protein and mRNA expression of the GSLC markers after the combined treatment, suggesting an influence of the therapy on translation. The efficacy of the combined treatment on targeting GSLCs offers an improvement to the standard treatment. Our findings indicate that this combination strategy may potentially improve therapy that could benefit glioblastoma patients.
Das Glioblastom ist trotz der multimodalen Therapiestrategie aus Operation, Strahlentherapie und Chemotherapie mit Temozolomid (TMZ) nach wie vor eine schwer zu behandelnder Krebsart. Der in vielen Fällen unbefriedigende Therapieerfolg ist mit hoher Wahrscheinlichkeit auf das Vorhandensein von Stammzell-ähnlichen Glioblastomzellen (GSLCs) zurückzuführen, welche Therapieresistenz und Tumorrezidive fördern. Die Proliferation und das Überleben von GSLCs wird durch den Mitogen-aktivierten Proteinkinase (MAPK)-Signalweg gesteuert, während Histon- Deacetylasen (HDAC) die Acetylierung verringern, um die Pathogenese des Glioblastoms zu fördern. Auf der Grundlage einer kombinierten Bestrahlungs- und Arzneimittel-Screening-Plattform haben wir potenzielle Kombinationen von HDAC- Inhibitoren (HDACi) und MAPK/ERK-Kinase-Inhibitoren (MEKi) mit ionisierender Strahlung als neuartige Therapie gegen Glioblastom identifiziert. Um den stammähnlichen Phänotyp des Glioblastoms zu imitieren, wurden drei etablierte Zelllinien (LN229, U87 und U251) durch Sphäroid-Kultur in serumfreiem Medium mit Stammzellzusätzen mit GSLCs angereichert (im Folgenden: LN229-sph, U87-sph und U251-sph). Das Ansprechen dieser angereicherten Glioblastom-Sphären wurde nach einer Behandlung mit dem HDACi MS-275 und den MEKi TAK-733 und Trametinib als Einzel- oder Kombinationspräparat mit einer einmaligen Bestrahlungsdosis von 4 Gy Bestrahlung untersucht. Diese wurden mit der Standard- Behandlung mit TMZ und 4-Gy-Bestrahlung verglichen. Nach der Behandlung mit TMZ und Bestrahlung gab es bei keiner der drei Zelllinien signifikante Auswirkungen auf die GSLC-Marker und auf die Population der toten Zellen, was bestätigt, dass GSLCs gegen die Standardbehandlung resistent sind. Im Gegensatz dazu führte die Kombination von HDACi und MEKi mit Strahlung zu einer signifikanten Verringerung der Sphärenbildung in den angereicherten Glioblastom- Sphären, was auf einen Verlust der Proliferation und der Fähigkeit zur Selbsterneuerung hindeutet. Auch die individuelle und die Koexpression von GSLC- Markern (Nestin, CD44 und SOX2) waren signifikant verringert, während die Population toter Zellen bei der kombinierten Behandlung mit Strahlung zunahm. Die unterschiedliche Reaktion von CD44 auf die kombinierte Behandlung in den drei Glioblastom-Sphären deutet darauf hin, dass die Reaktion auf die Kombinationstherapie zellabhängig sein könnte. Interessanterweise gab es nach der Kombinationsbehandlung keine Korrelation zwischen der Protein- und mRNA- Expression der GSLC-Marker, was auf einen Einfluss der Therapie auf die Translation schließen lässt. Die Wirksamkeit der kombinierten Behandlung auf die GSLCs stellt eine Verbesserung gegenüber der Standardbehandlung dar. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese Kombinationsstrategie das Potenzial hat, die Therapie zu verbessern, von der Glioblastom-Patienten profitieren könnten.
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Publikationstyp Sonstiges: Hochschulschrift
Typ der Hochschulschrift Dissertationsschrift
Quellenangaben Band: , Heft: , Seiten: 179 S. Artikelnummer: , Supplement: ,
Hochschule Technische Universität
Hochschulort München
Institut(e) Institute of Biological and Medical Imaging (IBMI)