Open Access

Martha Foltyn

• Glioblastome (GB) sind die häufigsten bösartigen primären Hirntumore im Erwachsenenalter. Das Therapiekonzept bei Erstdiagnose besteht aus einer maximalen Tumorresektion, gefolgt von einer Strahlentherapie mit konkomitanter und anschließend adjuvanter Chemotherapie mit dem Alkylanz Temozolomid in Zyklusform. Zusätzlich zur adjuvanten Chemotherapie werden inzwischen für supratentorielle GBs auch Tumortherapiefelder empfohlen, die über elektromagnetische Wechselfelder die Tumorzellteilung hemmen sollen. Trotz multimodaler Therapiekonzepte und Fortschritte im Verständnis der GB-Biologie ist die Prognose der Patienten bei einer 5-Jahresüberlebensrate von unter 5% sehr ernüchternd. Eine mögliche Ursache für den ausbleibenden Erfolg neuer GB-Medikamente könnten die besonderen metabolischen Bedingungen des Tumormikromilieus sein. Unter diesen kann eine therapeutische zielgerichtete Inhibition bestimmter Kinasen, wie des Epidermalen Wachstumsfaktorrezeptors (EGFR) oder mammalian Target of Rapamycin (mTOR), unerwünschte Tumorzell-protektive Effekte entfalten, da bereits gezeigt werden konnte, dass sich Tumorzellen durch Suppression der mTORC1 abhängigen Signalkaskade an Energiemangelbedingungen, wie sie im Tumormikromilieu zu finden sind, anpassen, um zu überleben. Ziel dieses Projektes war es den physiologischen mTORC1-Inhibitor DNAdamage-inducible transcript 4 (DDIT4) als möglichen intrinsischen Resistenzmechanismus gegenüber Strahlen- und Chemotherapie in GBs zu untersuchen. In verschiedenen GB-Zelllinien konnte eine Induktion von DDIT4 teilweise durch Bestrahlung, Temozolomid und generell durch die im Tumormikromilieu vorherrschende Hypoxie nachgewiesen werden. Dies gelang sowohl auf transkriptioneller Ebene als auch auf Proteinniveau. Zur Beurteilung der Relevanz dieses zellulären Anpassungsmechanismus wurden Zellen mit DDIT4 Gensuppression generiert und charakterisiert. Hier zeigte sich in klonalen Überlebensanalysen eine gesteigerte Sensibilität der Zellen mit verminderter DDIT4 Expression gegenüber Temozolomid und Strahlentherapie. Darüber hinaus waren diese Zellen gegenüber Hypoxie-induziertem Zelltod sensibilisiert. Umgekehrt führte eine stabile oder Doxycyclin- induzierte DDIT4 Überexpression zu einer signifikanten Resistenz gegenüber Strahlentherapie, Temozolomid und Hypoxie-induziertem Zelltod. Zusammenfassend beschreiben unsere Ergebnisse DDIT4 als Mediator von Therapieresistenz gegenüber den etablierten Komponenten der GBErstlinientherapie und zudem als Anpassungsmechanismus an das hypoxische Tumormikromilieu. DDIT4 stellt somit einen möglichen Angriffspunkt für eine therapeutische Inhibition beim GB dar.
• Glioblastomas (GB) are the most common malignant primary brain tumors in adults. The therapeutic concept at initial diagnosis consists of a maximum tumor resection followed by radiotherapy with concomitant and later adjuvant chemotherapy administered in treatment cycles with the alkylating agent temozolomide. In addition to adjuvant chemotherapy tumor treating fields, which aim to inhibit tumor cell division via alternating electromagnetic fields, are now also recommended for supratentorial GBs. Despite multimodal therapy concepts and advances in the understanding of GB-biology, the prognosis of patients with a 5year survival rate of less than 5% is very sobering. The special metabolic conditions of the tumor microenvironment could represent one possible cause for the failure of some new GB drugs in clinical trials. Under these conditions a therapeutic targeted inhibition of kinases such as the epidermal growth factor receptor (EGFR) or mammalian target of rapamycin (mTOR) can exert tumor cell-protective effects. Accordingly, it has already been shown that tumor cells adapt to prevailing energy deficiency of the tumor microenvironment, by suppressing the mTORC1-dependent signaling cascade. The aim of this project was to investigate the physiological mTORC1 inhibitor DNAdamage-inducible transcript 4 (DDIT4) as a possible cell intrinsic resistance mechanism against radio- and chemotherapy in GBs. In different GB cell lines irradiation, temozolomide and the typical hypoxia of the tumor microenvironment induced DDIT4 to some degree. This was detectable both on the transcriptional as well as on the protein level. The relevance of this cellular adaptation mechanism was further investigated using cells with DDIT4 gene suppression. Clonal survival analyses showed that cells with reduced DDIT4 levels were more sensitive to temozolomide and radiotherapy. Furthermore, these cells were sensitized to hypoxia-induced cell death. Conversely, stable and doxycycline-inducible DDIT4 overexpression of DDIT4 mediated significant resistance to radiotherapy and temozolomide as well as to hypoxia-induced cell death. In summary, our results describe DDIT4 as a mediator of therapy resistance against established components of GB first-line therapy as well as an adaptation mechanism to the hypoxic tumor microenvironment. Thus, DDIT4 represents a potential target for therapeutic inhibition in GB.