Establishing the validity of glycoursodeoxycholic acid as a coadjuvant of temozolomide therapy in gliomas

Abstract

Brain tumors are the second most common neoplasms in children and their incidence is also relatively high in the adult population, with gliomas accounting for the majority of cases. So far, the treatment protocols available for gliomas did not improve the prognosis, mainly due to a phenomenon known as multidrug resistance. Thus, research has now been aimed to identify the mechanisms leading to gliomagenesis and it was recently suggested that neural stem/progenitor cell or early-differentiated cell type lineages might be in the origin of glioma. Therefore, the main goals of the present work are: a) to identify which developmental stage, in the neural stem cell (NSC) differentiation process towards astrocytes, is most similar to the glioma phenotype and b) to find successful adjuvant molecules for temozolomide (TMZ), a chemotherapeutic agent. The GL261 mouse glioma cell line was cultured until 7 days in vitro and some tumor-related factors were determined in glioma cells and compared with astrocytes differentiated from mouse neural stem/precursor cells (neurospheres, NS). Moreover, we also evaluated the potential beneficial effect of TMZ treatment in the presence of the bile acid glycoursodeoxycholic acid (GUDCA) or the multidrug resistance-associated protein 1 (Mrp1) inhibitor MK-571. Finally, we have assessed the effect of both GUDCA and MK-571 on the expression of CXCR4, a chemokine receptor. The analysis of tumor-related factors showed that during GL261 maturation, there is a decrease on the expression of the vascular endothelial growth factor (VEGF) as well as on the activity of the matrix metalloproteinases MMP-9 and MMP-2, which is associated with an increase on S100B release. Also, the Mrp1 presents a peak of expression at 5 DIV. Although not as evident as we were expecting, the NS proliferating stage seems to be the phenotype most similar to glioma cells, suggesting that the origin of glioma might be somehow associated with NSC malignant transformation. Moreover, TMZ therapy appears to be improved by the synergistic effect of GUDCA or Mrp1 inhibition, since it was observed a further reduction on cell viability and cell cycle arrest at the G2/M phase. Conversely, GUDCA or MK-571 seem to improve the migratory ability of GL261, by the induction of increase of CXCR4 levels. Efforts to enlarge knowledge about the pathways implicated on a malignant alteration during neural development as well as to further understand how to improve the current therapy, would allow a more specific targeting and consequently, an increased survival of glioma patients.

Os tumores cerebrais são as segundas neoplasias mais comuns em crianças e a sua incidência é também relativamente elevada na população adulta, sendo os gliomas os mais frequentes. Até agora, os tratamentos disponíveis para gliomas não melhoraram o prognóstico, principalmente devido a um fenómeno conhecido como resistência a múltiplas drogas. Assim, atualmente a investigação tem como objetivo identificar os mecanismos que levam à gliomagénese e foi recentemente sugerido que células estaminais/progenitoras neurais ou no início da diferenciação podem estar na origem dos gliomas. Desta forma, os principais objetivos do presente trabalho são: a) identificar qual o estadio de desenvolvimento, no processo de diferenciação de células estaminais neurais para astrócitos, é mais parecido com o fenótipo de glioma e b) encontrar moléculas adjuvantes eficazes na terapia com temozolomida (TMZ), um agente quimioterapêutico. As células de glioma de ratinho GL261 foram mantidas em cultura durante 7 dias in vitro e alguns fatores relacionados tumores foram determinados em células de glioma e comparadas com os astrócitos diferenciados a partir de células estaminais/progenitoras de ratinho (neuroesferas, NS). Além disso, foram igualmente avaliados os potenciais efeitos benéficos do tratamento com TMZ na presença do ácido glicoursodesoxicólico (AGUDC) ou de um inibidor da proteína associada à resistência a multidrogas (Mrp1), o MK-571. Finalmente, foi avaliado o efeito quer do GUDCA, quer do MK-571 na expressão de CXCR4, um recetor de quimocinas. A análise dos factores relacionados com tumores mostrou que, durante a maturação das células GL261, há uma diminuição na expressão do factor de crescimento endotelial vascular (VEGF), bem como na actividade das metaloproteinases MMP-9 e MMP-2, associado a um aumento da libertação de S100B. Além disso, a Mrp1 apresenta um pico de expressão ao 5 DIV. Apesar de não ser tão evidente como esperávamos, o estadio de NS parece ser o fenótipo mais semelhante com as células de glioma, o que sugere que a origem dos gliomas pode estar de alguma forma associada à transformação maligna das CEN. Além disso, a terapia com TMZ parece ser mais eficaz pelo efeito sinergético do GUDCA ou inibição da Mrp1, uma vez que se observou uma redução na viabilidade celular e paragem do ciclo celular na fase G2/M. Por outro lado, o GUDCA ou MK-571 parecem melhorar a capacidade de migração das GL261, através da indução do aumento dos níveis de CXCR4. Um melhor conhecimento sobre as vias implicadas em alterações malignas durante o desenvolvimento neural, bem como sobre novas formas de melhorar a actual terapia, permitirá o uso de esquemas terapêuticos mais direccionados e específicos e, consequentemente, um aumento da sobrevivência dos pacientes que apresentam gliomas.