Epithelial to endothelial transition in glioblastoma: Angiogenesis

Abstract

Glioblastoma multiform (GBM) yetişkinlerde anormal vaskularizasyon ile birlikte seyreden, büyük oranda tedavi edilemeyen, en agresif ve invazif primer beyin tümörüdür. Tümör vaskularizasyonu tümör kitlesi içinde malign olmayan endotelyal hücrelerin oluşturduğu önceden var olan kan damarlarından yeni damarların oluşması olarak düşünülür. Vasküler mimikride (VM) ise vasküler kanallar tümörün içerisindeki agresif tümör hücreleri tarafından meydana getirilmektedir, bu olasılıkla anti anjiyojenik tedavinin başarısız olmasının sebebidir. GBM'de vaskulogenezin altında yatan moleküler mekanizmalar henüz aydınlatılmamış ise de glioblastomada hem VM hem de kanser kök hücrelerinin endotelyal hücrelere transdiferansiasyonu bildirilmiştir. Epitelyal-mezenkimal geçişi (EMT) tümör hücrelerinin metastatik potansiyelini arttmasında rol oynayan, dinamik ve tersine çevrilebilir bir süreçtir. Farklı çalışmalar EMT'nin anjiyogenez ve VM'de bir role sahip olabileceğini göstermiştir. Mitokondriyel DNA (mtDNA) deplesyonu kanserde habisliği belirleyen önemli bir etmendir. Gliomalarda mtDNA kaybı görülmekle birlikte, mtDNA kaybının EMT ile ilişkisi ve glioblastoma vaskulogenezindeki rolü bilinmemektedir. Bu çalışmada, glioblastoma hücrelerinde mtDNA kaybının EMT'deki ve izleyen vaskulogenik özelliklerde ve endotelyale farklılaşma potansiyelindeki artıştaki rolü araştırılmıştır. U87-MG ve A172 hücre hatları GBM modeli olarak kullanılmıştır. mtDNA deplesyonu için etidyum bromür (EtBr) uygulanmıştır. mtDNA kaybının mezenkimal hücre belirteçlerinin ekspresyonunu arttırarak EMT'yi indüklediği gösterilmiştir. Artan mezenkimal özelliklere uyumlu şekilde, Matrigel'de tübüler ağ oluşumu, transwell sisteminde invazyon, sferoid oluşumu ve endotelyal farklılaşma kapasitesi mtDNA'sı azaltılmış hücrelerde parental hücrelere göre artmıştır. Düşük mtDNA düzeylerinin EMT'yi indüklediği, VM özelliklerini ve endotelyal farklılaşma kapasitesini invazif özellik ile birlikte arttırdığı önerilmiştir. Bu çalışmada, mtDNA deplesyonu, GBM'de EMT'yi ve vaskulojenik özelliklerdeki artışı belirleyen önemli bir etken olarak bulunmuştur. mtDNA deplesyonu glioblastoma tedavisinde terapötik bir hedef olabilir.

Glioblastoma multiforme (GBM) is highly incurable and one of the most aggressive and invasive primary brain tumors in adults, with abnormal vascularization. Tumor vascularization was considered as sprouting of new blood vessels from pre-existing ones composed of non-malignant endothelial cells into tumor mass. However, vasculogenic mimicry (VM) is defined as the generation of vascular channels via aggressive tumor cells in the tumor, probable responsible in the failure of anti-angiogenic therapies. Both VM and transdifferentiation of cancer stem cells into endothelial cells were reported in GBM. However, molecular mechanisms underlying the vasculogenesis of glioblastoma have not been fully identified yet. Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is a dynamic, reversible process, playing causal role in the enhancement of metastatic potential of tumor cells. EMT may play role in angiogenesis and vasculogenic mimicry. Mitochondrial DNA (mtDNA) depletion is an important contributor to cancer malignancy. Although mtDNA depletion occurs in gliomas, the association between mtDNA depletion and EMT, their role in glioblastoma vasculogenesis is unknown. In this study, it was asked whether mtDNA depletion causes the acquisition of EMT phenotype and a subsequent increase in vasculogenic properties and differentiation potential into endothelial lineage in glioblastoma cells. U87-MG and A172 cell lines were used as GBM models. mtDNA was depleted using ethidium bromide (EtBr). mtDNA depletion induced EMT through upregulation of mesenchymal marker expression. Consistent with increased EMT properties, tubular network formation on Matrigel, invasion through a transwell system, spheroid formation and endothelial differentiation capacity were increased in mtDNA depleted cells compared to those in parental cells. Low mtDNA content induces EMT, increased VM properties and endothelial differentiation capacity together with invasiveness. In this study, mitochondrial stress was found as a crucial contributor for the acquisition of EMT and increase in vasculogenic properties in GBM, which may be a therapeutic target for glioblastoma treatment.