Prognostic and therapeutic implications of migrating tumor cells in glioblastomas

Arnon Møldrup Knudsen

Publikation: AfhandlingPh.d.-afhandling

45 Downloads (Pure)

Abstrakt

Glioblastom er den hyppigste og mest ondartede form for primær hjernetumor, og glioblastompatienter har enmeget dårlig prognose med en median overlevelse på omtrentligt 15 måneder. Næsten alle glioblastompatienter får recidiv på trods af standardbehandlingen bestående af maksimal kirurgisk tumor resektion og adjuverende stråle- og kemoterapi med det alkylerende kemoterapeutikum temozolomid. Årsagen til recidiv findes iglioblastomers udtalt infiltrative vækstmønster. Migrerende tumorceller infiltrerer ind i det omkringliggendehjerneparenkym, og undslipper dermed kirurgisk resektion. Ydermere opnår disse migrerende tumorceller endelvis beskyttelse mod kemoterapi qua den mere intakte blod-hjerne-barriere, og deres placering i periferienaf strålefeltet medfører lavere stråledosis. De migrerende tumorceller som overlever den initiale behandlingdanner således grundlaget for recidiv, hvilket i sidste ende fører til patientens død. Det overordnede formålmed denne afhandling var at undersøge migrerende tumorceller i en prognostisk kontekst, med inkorporationaf biomarkør udtrykket i migrerende celler, samt at undersøge disse migrerende celler i en terapeutisk kontekst. Ydermere var formålet at undersøge kræftbehandlingspotentialet af en ny kinasehæmmer, SB747651A,som hæmmer flere kinaser der udtrykkes i migrerende tumorceller, og at identificere potentielle fænotypiskeforandringer i migrerende tumorceller efter terapeutisk intervention i form af kirurgisk tumor resektion.

Studie I undersøgte tilstedeværelsen og den prognostiske værdi af to transkriptionsfaktorer, EGR1 ogEGR3, i en velkarakteriseret gliomkohorte med 207 patienter. Begge transkriptionsfaktorer har vist prognostisk værdi i flere forskellige kræftformer. En undergruppe bestående af 21 glioblastompatienter med P53udtryk, der blev anvendt som tumorcelle markør, og samtidig tilstedeværelse af både centrale og periferetumorområder blev undersøgt for EGR1 og EGR3 udtrykket i de forskellige tumorområder. Både EGR1 ogEGR3 protein var tilstede i alle undersøgte tumorer, men med betydelig inter-tumor variation. EGR1 proteinudtrykket viste en positiv korrelation med WHO tumor grad, men havde ingen prognostisk værdi efter justering for potentielle kliniske confoundere. EGR3 proteinet var udtrykt i højere grad i perifere migrerendetumorceller sammenlignet med centrale ikke-migrerende celler. Højt EGR3 proteinniveau var associeret meddårlig patientoverlevelse i en undergruppe af glioblastompatienter med methyleret MGMT-promoter. Fremtidige studier bør undersøge en potentiel funktionel rolle af EGR3 proteinet i tumorcelle migration og validereden potentielle prognostiske værdi.

Studie II fokuserede på den første basale og prækliniske undersøgelse af multi-kinasehæmmerenSB747651A i glioblastomer. SB747651A hæmmer bl.a. proteiner som er involveret i tumorcellers migration,og kan således potentielt være en kinasehæmmer, der kan ramme de migrerende tumorceller, som fører tilrecidiv. Vi undersøgte virkningen af SB747651A i tre forskellige velkarakteriserede patient-deriveredeglioblastom cellekulturer og i mus med orthotope glioblastom xenografts. Koncentrationer på 5-10 µM inducerede koncentrations- og tidsafhængig celledød i all tre glioblastom kulturer, og kombinationsbehandlingmed SB747651A og temozolomid medførte en additiv effekt på graden af celledød. Tumorceller behandletmed SB747651A viste nedsat sphæroidedannelse, reduceret vækst og migration, mens fosforyleringsgradenaf mTOR, CREB, GSK3 og GYS1 kinaserne samt mængden af SOX2 protein blev reduceret. Behandlede celler akkumulerede glycogen intracellulært og var mere tilbøjelige til at danne reaktive iltradikaler. Musmed orthotope glioblastom xenografts behandlet med 25 mg/kg SB747651A 5 dage/uge i 8 uger levedesignifikant længere end mus fra kontrolgruppen, og ingen bivirkninger blev observeret i de behandlede dyr.

Formålet med studie III var at undersøge den isolerede indflydelse som kirurgisk tumor resektion har påde tilbageværende migrerende tumorceller i resektionskaviteten. Dette undersøgte vi ved at etablere en præklinisk glioblastom resektionsmodel. Modellen blev etableret i immundefekte rotter og integrerede PET/CTscanninger med radioisotopen 18F-FET for at detektere vækst af både primær- og recidiv tumorer. Tumorceller fra primær og recidivtumorer blev RNA sekventeret, og deregulerede gener samt signaleringsveje blevidentificeret og yderligere undersøgt i vævssnit fra hhv. resektionsmodellen og fra glioblastompatienter medparrede primær/recidiv tumorer. Vi foretog yderligere funktionelle undersøgelser in vitro med flere forskellige patient-deriverede glioblastom cellekulturer. 18F-FET PET/CT scanningerne kunne detektere væksten afortotope xenografts 3-4 uger efter tumorcelle implantation. Efter valideret tumorvækst, etablerede vi succesfuldt selve tumor resektionsproceduren, som i meget høj grad afspejler resektion af glioblastomer i patienterne, hvor der efterlades få tumorceller i resektionskaviteten. Sammenligning af primære og recidiv tumorer fraresektionsmodellen viste at recidiv tumorerne havde højere grad af tumorcelle proliferation, mere udtaltinfiltration af mikroglia/makrofager og en opregulering af flere stamcelle gener, såsom SOX2, POU3F2,OLIG2 og Notch1 sammenlignet med primærtumorerne. Denne stamcelle opregulering blev valideret påproteinniveau både i vævssnit fra resektionsmodellen og i vævssnit fra glioblastompatienter, hvilket indikererhøj overførbarhed af disse resultater. Blandt de signifikant opregulerede gener i recidivtumorerne var pleiotrophin genet og den primære pleiotrophin receptor PTPRZ1. Mekanistisk, påviste vi at pleiotrophin var i standtil at inducere tumorcelle proliferation og selvfornyelse i flere forskellige patient-deriverede glioblastomkulturer. Blokering af pleiotrophins virkning med neutraliserende antistoffer stoppede denne pleiotrophinmedierede selvfornyelse af tumorceller. Pleiotrophin kunne inducere udtryk af stamcelle proteinerne SOX2,POU3F2 og i mindre grad OLIG2 i tumorcellerne, og pleiotrophin er således en plausibel årsag bag promoveringen af glioblastom stamceller observeret i recidiv tumorerne. Yderligere var høje niveauer af pleiotrophinprotein associeret med dårlig patientoverlevelse.

Denne afhandling viser samlet set, at inkorporation af specifikt biomarkør udtryk i migrerende tumorcellerkan generere nye hypoteser vedrørende glioblastomers patofysiologi, men at en afklaring af disse cellerspotentielle prognostiske værdi besværliggøres af manglen på tumor-specifikke markører og begrænsninger iantallet af inkluderbare patienter. Migrerende tumorceller udgør en cellepopulation med betydelige terapeutiske implikationer, og disse celler bør således være integreret i fremtidig translationel glioblastomforskning.Afhandlingen præsenterer nye indsigter i konsekvenserne af kirurgisk glioblastom resektion, og antyder atresektion i sig selv fremmer glioblastom stamcellepopulationen blandt de tilbageblivende, tidligere migrerende, tumorceller i recidiverne. Brugen af mere avancerede prækliniske modeller der også omfatter kirurgisktumor resektion, som anvendt i denne afhandling, vil formentligt øge den translationelle succesrate for nye lovende fund. Dette vil i sidste ende gavne glioblastompatienter via udvikling af bedre og mere effektivebehandlingstilbud.
OriginalsprogEngelsk
Bevilgende institution
  • Syddansk Universitet
Vejledere/rådgivere
  • Kristensen, Bjarne Winther, Hovedvejleder
  • Reifenberger, Guido, Bivejleder
Udgiver
DOI
StatusUdgivet - 16. dec. 2021

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'Prognostic and therapeutic implications of migrating tumor cells in glioblastomas'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

Citationsformater