Temozolomidsensitivität von Tumorstammzellen im humanen Glioblastom

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	8 April 2011
Referee:	Prof. Dr. Ulrich Bogdahn
Date of exam:	5 April 2011
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Neurologie
Keywords:	Tumorstammzellen, Glioblastoma multiforme, CD133, Temozolomid
Dewey Decimal Classification:	600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	20422

Abstract (German)

Eine kleine Gruppe von Tumorstammzellen ist in Glioblastomen für die Aufrechterhaltung des Tumorwachstums verantwortlich. Eine häufig formulierte Hypothese lautet, dass sich die Tumorrezidive auf Grund der verminderten Empfindlichkeit von Tumorstammzellen auf etablierte Therapien bilden. Unklar ist bislang jedoch, inwieweit Temozolomid (Temodal®) tatsächlich wirksam gegen diese Subpopulation ist. ...

Abstract (German)

Eine kleine Gruppe von Tumorstammzellen ist in Glioblastomen für die Aufrechterhaltung des Tumorwachstums verantwortlich. Eine häufig formulierte Hypothese lautet, dass sich die Tumorrezidive auf Grund der verminderten Empfindlichkeit von Tumorstammzellen auf etablierte Therapien bilden. Unklar ist bislang jedoch, inwieweit Temozolomid (Temodal®) tatsächlich wirksam gegen diese Subpopulation ist. Hierzu untersuchte ich fünf verschiedene, aus primären Glioblastomen gewonnene Tumorstammzelllinien. Temozolomid hatte auch in hohen Dosen eine nur sehr geringe Toxizität auf die Gesamtheit aller Zellen. Im Gegensatz hierzu zeigte sich eine signifikant stärkere dosis- und zeitabhängige Abnahme der CD133+ Zellpopulation. In gleicher Weise induzierte Temozolomid dosisabhängig den selektiven Zelltod von Zellen mit Expression des Stammzellmarkers Nestin während Zellen mit Expression von Differenzierungsmarkern (β-III Tubulin, GFAP, GalC) vom Temozolomid-induzierten Zelltod geringer betroffen waren. Parallel zur verminderten Expression von Stammzellmarkern verminderte Temozolomid die Anzahl der in vitro zur Sphärenbildung befähigten Zellen, nachgewiesen im sog. minimal dilution assay, einen häufig verwendeten Assay zur Bestimmung des Stammzellanteils innerhalb einer Zellkultur. Interessanter Weise zeigten mittels FACS aufgereinigte CD133± Zellen keinen signifikanten Unterschied in der Temozolomidempfindlichkeit, als ursächlich hierfür stellte sich eine rasche Differenzierung der CD133+ Tumorstammzellen in CD133- Zellen heraus. Zusammenfassend zeigten die bisherigen Daten, dass Tumorstammzellen im Glioblastom entgegen meinen Erwartungen eine höhere Empfindlichkeit gegenüber Temozolomid als Tumorzellen ohne Stammzelleigenschaften besitzen. Dies lässt vermuten, dass durch eine Optimierung der aktuellen Temozolomid Dosierungsschemata die Wirksamkeit der Therapie auf Tumorstammzellen signifikant gesteigert und damit das Überleben der Patienten verbessert werden kann.

Translation of the abstract (English)

The prognosis of patients suffering from glioblastoma (GBM) is dismal despite multimodal therapy. Although chemotherapy with temozolomide may contain tumor growth for some months, invariable tumor recurrence suggests that cancer stem cells (CSC) maintaining these tumor persistance. I have therefore investigated the effect of temozolomide, the most commonly used chemotherapeutic agent in the ...

Translation of the abstract (English)

The prognosis of patients suffering from glioblastoma (GBM) is dismal despite multimodal therapy. Although chemotherapy with temozolomide may contain tumor growth for some months, invariable tumor recurrence suggests that cancer stem cells (CSC) maintaining these tumor persistance. I have therefore investigated the effect of temozolomide, the most commonly used chemotherapeutic agent in the therapy of GBM, on five GBM CSC lines (CD133+ and CD133-). Although differentiated tumor cells constituting the bulk of all tumor cells were resistant to the cytotoxic effects of the substance, temozolomide induced a dose- and time-dependent decline of the stem cell subpopulation. Similarly, the proportion of cells expressing the neural stem cell marker nestin declined upon treatment with temozolomide, whereas the percentage of cells expressing markers of differentiated neural, astrocytic and oligodendroglial cells (β-III Tubulin, GFAP, GalC) remained largely stable or even increased. By using the minimal dilution assay I investigated sphere formation, which is a measure for the presence of CSC and observed that temozolomid-treated tumor cells dose dependently lost their clonogenic potential.
Surprisingly, I found that temozolomide preferentially eliminates CSC but spares more differentiated tumor cells. Accordingly, my data strongly suggest that optimized temozolomide-based chemotherapeutic protocols might substantially improve the elimination of GBM stem cells and consequently prolong the survival of patients.

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