Untersuchung der molekularen Valproinsäure-Effekte auf Gliom-Zellen

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Date:	16 January 2017
Referee:	Prof. Dr. Markus J. Riemenschneider
Date of exam:	11 January 2017
Institutions:	Medicine > Abteilung für Neuropathologie
Keywords:	brain cancer, glioblastoma, temozolomide, HDAC inhibitors, SLC transporters
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:	35048

Abstract (German)

Viele Glioblastom-Patienten leiden an epileptischen Anfällen, weshalb sie mit Antiepileptika, die dann zusätzlich zu chemotherapeutischen Medikamenten verabreicht werden, behandelt werden. Die Valproinsäure (VPA) ist ein Histon-Deacetylase-Inhibitor (HDACi), der neben seinen antikonvulsiven Effekten auch eine Anti-Krebs-Wirkung besitzt: In einigen retrospektiven Studien konnte gezeigt werden, ...

Abstract (German)

Viele Glioblastom-Patienten leiden an epileptischen Anfällen, weshalb sie mit Antiepileptika, die dann zusätzlich zu chemotherapeutischen Medikamenten verabreicht werden, behandelt werden. Die Valproinsäure (VPA) ist ein Histon-Deacetylase-Inhibitor (HDACi), der neben seinen antikonvulsiven Effekten auch eine Anti-Krebs-Wirkung besitzt: In einigen retrospektiven Studien konnte gezeigt werden, dass die Verabreichung von VPA (in Kombination mit Temozolomid) zu einem verbesserten Überleben der Hirntumor-Patienten führt. Die genauen molekularen Effekte der Valproinsäure-Behandlung wurden bislang jedoch noch nicht hinreichend aufgeklärt.
Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden nun sowohl adhärente Gliom-Zelllinien, als auch sphäroide Glioblastom-Stammzelllinien mit Valproinsäure behandelt. Anschließend wurden zunächst die funktionellen Effekte dieser Behandlung untersucht; ebenso fand eine umfassende, unvoreingenommene, genomweite Next-Generation Sequencing-Analyse auf Chromatin (ChIP)- und RNA-Ebene statt.
Die Behandlung mit Valproinsäure führte auf der einen Seite zu einer Sensitivierung der Zellen für Temozolomid. Ein wichtiger molekularer Aspekt in diesem Kontext war die VPA-induzierte transkriptionelle Hochregulation/Re-Expression zahlreicher SLC-Transporter. Diese Hochregulation konnte sowohl auf Histon-Ebene (in Form einer Promoter-Euchromatinisierung der entsprechenden Gene) als auch mittels immunhistochemischer Färbungen von humanem Biopsie-Gewebe nach VPA-Behandlung bestätigt werden. DNA-Reparatur-Gene hingegen wurden durch die Behandlung der Zellen mit Valproinsäure herunterreguliert.
Auf der anderen Seite kam es durch die Valproinsäure-Behandlung zu einer (Temozolomid-unabhängigen) verminderten Proliferation der Zellen. Auf molekularer Ebene konnte in diesem Kontext die transkriptionelle Hochregulation/Re-Expression und Euchromatinisierung zahlreicher, beim Glioblastom relevanter Tumorsuppressor-Gene beobachtet werden. Außerdem führte die Behandlung mit VPA zu einer Herunterregulation klassischer Stammzellmarker, während die Genexpressions-basierte Subklassifikation der Zelllinien (mesenchymal, proneural) erhalten blieb.
Zusammengefasst deuten die Ergebnisse also darauf hin, dass sowohl Temozolomid-abhängige, als auch Temozolomid-unabhängige Effekte bei der Wirkungsentfaltung der Valproinsäure eine Rolle spielen: Einerseits könnte VPA die Temozolomid-Aufnahme der Gliom-Zellen erhöhen und damit die Effizienz des Chemotherapeutikums verbessern. Gleichzeitig führt die Behandlung mit dem HDAC-Inhibitor zu einer (Chemotherapie-unabhängigen) „Benignisierung“ des Tumors, die biologischen Eigenschaften der Zellen werden verbessert.
Aus einer molekularen Perspektive sprechen die vorliegenden Daten somit durchaus für einen „Mehrwert“ der Valproinsäure bei der Behandlung von Glioblastom-Patienten, was künftig Einfluss auf klinische Therapie-Entscheidungen nehmen könnte.

Translation of the abstract (English)

Many glioblastoma patients suffer from seizures why they are treated with antiepileptic agents. Valproic acid (VPA) is a histone deacetylase inhibitor that apart from its anticonvulsive effects in some retrospective studies has been suggested to lead to a superior outcome of glioblastoma patients. However, the exact molecular effects of VPA treatment on glioblastoma cells have not yet been ...

Translation of the abstract (English)

Many glioblastoma patients suffer from seizures why they are treated with antiepileptic agents. Valproic acid (VPA) is a histone deacetylase inhibitor that apart from its anticonvulsive effects in some retrospective studies has been suggested to lead to a superior outcome of glioblastoma patients. However, the exact molecular effects of VPA treatment on glioblastoma cells have not yet been deciphered. We treated glioblastoma cells with VPA, recorded the functional effects of this treatment and performed a global and unbiased next generation sequencing study on the
chromatin (ChIP) and RNA level. 1) VPA treatment clearly sensitized glioma cell to temozolomide: A protruding VPA-induced molecular feature in this context was the transcriptional upregulation/reexpression of numerous solute carrier (SLC) transporters that was also reflected by euchromatinization on the histone level and a reexpression of SLC transporters in human biopsy samples after VPA treatment. DNA repair genes were adversely reduced. 2) VPA treatment, however, also reduced cell proliferation in temozolomide-naive cells: On the molecular level in this context we observed a transcriptional upregulation/reexpression and euchromatinization of
several glioblastoma relevant tumor suppressor genes and a reduction of stemness markers, while transcriptional subtype classification (mesenchymal/proneural) remained unaltered. Taken together, these findings argue for both temozolomide-dependent and -independent effects of VPA. VPA might increase the uptake of temozolomide and simultaneously lead to a less malignant glioblastoma phenotype. From a mere molecular perspective these findings might indicate a surplus value of VPA in glioblastoma therapy and could therefore contribute an additional ratio for clinical decision making.

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