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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.
Background: Despite significant advances in the understanding of glioblastoma genetics and biology, survival is still poor. Hypoxia and nutrient depletion in the tumour microenvironment induce adaptive signalling and metabolic responses, which can influence sensitivity to therapeutic regimens. DNA damage-inducible transcript 4 (DDIT4) is a protein induced by hypoxia and in response to DNA stress. Mechanistically, DDIT4 inhibits mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1) signalling by activation of the tuberous sclerosis 1/2 (TSC1/2) complex.
Methods: Using short hairpin RNA-mediated gene suppression as well as doxycycline-regulated gene induction, we developed a glioblastoma cell model to study effects of DDIT4 under conditions of the glioblastoma microenvironment and therapy.
Results: We found an intact DDIT4-mTORC1 signalling axis in human glioblastoma cells that was inducible by hypoxia. Temozolomide and radiotherapy also induced DDIT4 and repressed mTORC1 activity in some glioblastoma cell lines. DDIT4 gene suppression sensitised glioma cells towards hypoxia-induced cell death, while DDIT4 overexpression protected them. Additionally, in clonogenic survival analyses, DDIT4 induction conferred protection from radiotherapy and temozolomide, while DDIT4 gene suppression sensitised cells.
Conclusions: We identified DDIT4 as a cell-intrinsic regulator for adaptive responses and therapy resistance in glioblastoma cells which may interfere with cell death induction by temozolomide, radiotherapy or hypoxia by inhibiting mTORC1 activity.