Role of ICI-182,780 as a Repurposed Drug to reduce Glioblastoma Stemness sustained by Estrogen signaling: First evidence of GLI-1 as co-activator of ERα

Glioblastoom is de meest agressieve en dodelijke vorm van primaire hersencancer bij volwassenen. Zelfs met de beste huidige behandelingen, die chirurgie, bestraling en chemotherapie combineren, keert de ziekte bijna altijd terug en blijven de overlevingskansen tragisch laag. Een belangrijke reden voor dit falen ligt bij een kleine groep cellen binnen de tumor, bekend als glioblastoomstamcellen. Deze cellen fungeren als een veerkrachtig reservoir; ze kunnen standaardtherapieën overleven, de tumor regenereren en de capaciteit van de kanker om te verspreiden en resistent te zijn tegen behandeling aansturen. Jarenlang hebben wetenschappers gezocht naar de specifieke moleculaire schakelaars die deze gevaarlijke stamcellen levend en actief houden, in de hoop een manier te vinden om ze uit te schakelen.

Recent onderzoek is begonnen met het leggen van een verband tussen twee afzonderlijke biologische systemen die voorheen als gescheiden werden beschouwd binnen de hersenen. Eén systeem betreft het renine-angiotensinesysteem, een netwerk van eiwitten en receptoren dat het best bekend is van de regulatie van de bloeddruk, maar ook lokaal in de hersenen wordt aangetroffen, waar het celgroei kan beïnvloeden. Het andere systeem betreft estrogensignalering, het pad waarlangs het hormoon oestrogeen cellen beïnvloedt. Hoewel oestrogen vaak geassocieerd worden met reproductieve gezondheid, spelen ze ook een rol in hoe bepaalde hersentumoren zich gedragen. De vraag waarmee onderzoekers werden geconfronteerd, was of deze twee systemen met elkaar communiceren om de groei van glioblastoomstamcellen aan te voeden, en of het blokkeren van die conversatie een nieuwe manier zou kunnen bieden om de ziekte te behandelen.

Een team van wetenschappers van de Universiteit van Calabrië en de Magna Graecia Universiteit van Catanzaro in Italië zette zich af om precies dit verband te onderzoeken. Zij richtten zich op een specifiek molecuul genaamd Angiotensine II, dat deel uitmaakt van het bloeddrukssysteem, en vroegen zich af of dit helpt bij het overleven van glioblastoomstamcellen door de estrogensignalering te kapen. Om dit te testen, gebruikten zij menselijke glioblastoomcellen die in het laboratorium werden gekweekt, inclusief gespecialiseerde clusters van stamcellen die het gedrag van de tumor nauwkeuriger nabootsen dan standaard platte celculturen. Zij stelden deze cellen bloot aan Angiotensine II en observeerden hoe de cellen reageerden, terwijl ze ook testten of een medicijn dat ontworpen is om oestrogeenreceptoren te vernietigen, het proces kon stoppen.

De onderzoekers ontdekten dat Angiotensine II inderdaad een kettingreactie in gang zet die leidt tot de activatie van oestrogeenreceptoren op het oppervlak van de kankercellen. Deze activatie zet een snelle signaalcascade in gang binnen de cel, waarbij een pad bekend staat als PI3K/AKT, wat een veelvoorkomende route is die cellen gebruiken om te groeien en te overleven. Cruciaal was dat het team ontdekte dat dit door oestrogeen gedreven signaal leidt tot de activatie van een eiwit genaamd GLI-1. GLI-1 is een meesterregulator die genen controleert die verantwoordelijk zijn voor 'stemness'—het vermogen van een cel om ongedifferentieerd en zelfvernieuwend te blijven. Wat deze ontdekking bijzonder significant maakte, was de manier waarop GLI-1 werd aangezet. De onderzoekers toonden aan dat dit gebeurde zonder de gebruikelijke trigger van de klassieke Hedgehog-signaleringsroute, wat de standaardmanier is waarop GLI-1 wordt geactiveerd in veel kankers. In plaats daarvan omzeilde het oestrogeensignaal de normale route en verhoogde het direct de GLI-1-niveaus via de PI3K/AKT-route.

Om de volledige impact van dit verband te begrijpen, bekeken de wetenschappers hoe de cellen zich gedroegen. Wanneer zij de cellen behandelden met Angiotensine II, vormden de stamcellen meer clusters, groeiden ze groter en werden ze invasiever, waarbij ze zich agressief verspreidden in hun driedimensionale cultuurmodellen. Ze produceerden ook hogere niveaus van markers die stamcellen identificeren, zoals CD133, en verhoogden de expressie van genen die hun stamcelachtige staat in stand houden. Echter, wanneer de onderzoekers een medicijn genaamd ICI-182,780 toevoegden, dat de oestrogeenreceptoren volledig uit de cellen verwijdert, stopte dit agressieve gedrag. De stamcellen stopten met het vormen van nieuwe clusters, hun invasieve groei vertraagde en de niveaus van stamcelmarkers daalden aanzienlijk. Dit demonstreerde dat het gehele proces afhankelijk was van de aanwezigheid van functionele oestrogeenreceptoren.

De studie ging een stap verder om een verrassende samenwerking tussen de betrokken eiwitten te onthullen. De onderzoekers ontdekten dat GLI-1 niet alleen fungeert als een passief resultaat van de signaleringsketen; het bindt fysiek aan de oestrogeenreceptor zelf. Eenmaal verbonden werken de twee eiwitten samen om specifieke genen aan te zetten die tumorgroei aandrijven, zoals het gen voor Cycline D1, dat helpt bij celdeling. Dit betekent dat GLI-1 fungeert als een co-activator, wat in essentie de oestrogeenreceptor helpt om nog harder te werken. Het team bevestigde deze fysieke interactie met behulp van gespecialiseerde microscopie en genetische tests, waarbij werd aangetoond dat wanneer de oestrogeenreceptor wordt verwijderd, GLI-1 niet langer aan het DNA kan binden om groei te bevorderen.

Om er zeker van te zijn dat deze bevindingen niet slechts een laboratoriumcuriositeit waren, onderzochten de onderzoekers gegevens van duizenden patiënten met glioblastoom die in publieke medische databases waren opgeslagen. Zij vonden dat patiënten wiens tumoren hoge niveaus van zowel GLI-1 als de oestrogeenreceptor hadden, de neiging hadden tot een veel kortere overlevingstijd vergeleken met degenen met lagere niveaus van deze eiwitten. Deze correlatie suggereerde dat het mechanisme dat zij in het laboratorium observeerden, inderdaad actief is bij menselijke patiënten en gekoppeld is aan de meest agressieve vormen van de ziekte. Bovendien merkten zij op dat hoewel het blokkeren van de Angiotensine II-receptor met een algemeen gebruikt bloeddrukmedicijn genaamd Losartan enig effect had, dit niet zo krachtig was als het verwijderen van de oestrogeenreceptor. Dit gaf aan dat hoewel Angiotensine II het proces start, de oestrogeensignalering de essentiële motor is die de stamcellen aandrijft.

De implicaties van dit werk wijzen naar een potentiële nieuwe strategie voor behandeling. Aangezien het medicijn ICI-182,780, dat al bekend staat om zijn vermogen om oestrogeenreceptoren af te breken, in staat was om de stamcelachtigheid en de invasiviteit van de tumorcellen effectief te ontmantelen in het laboratorium, stellen de onderzoekers voor dat het hergebruiken van dit medicijn een levensvatbare benadering zou kunnen zijn voor glioblastoom. Door de oestrogeensignalering aan te pakken die de stamcellen in stand houdt, kan het mogelijk zijn om de cyclus van recidief en resistentie te doorbreken die glioblastoom momenteel zo moeilijk te genezen maakt. De studie benadrukt dat de kankerstamcellen vertrouwen op een specifiek, niet-canonieke pad waarbij oestrogeen en het GLI-1-eiwit een team vormen, wat een duidelijk doel biedt voor toekomstige therapieën die bestaande behandelingen kunnen aanvullen.