To this day, glioblastoma (GBM) remains a brain tumor impossible to cure. Among its tumor properties are rapid proliferation and aggressive migration, two hallmarks investigated in this study. GBM's rapid recurrence after treatment is attributed to tumor cells exhibiting stem cell properties, the so called brain tumor initiating cells (BTICs). These are targeted by the anti-diabetic drug ...
Abstract (English)
To this day, glioblastoma (GBM) remains a brain tumor impossible to cure. Among its tumor properties are rapid proliferation and aggressive migration, two hallmarks investigated in this study. GBM's rapid recurrence after treatment is attributed to tumor cells exhibiting stem cell properties, the so called brain tumor initiating cells (BTICs). These are targeted by the anti-diabetic drug metformin which has demonstrated its anti-glioma potential in previous studies. However, metformin's mechanisms and especially its links to transforming growth factor beta 2 (TGF-β2) are not yet fully understood. Therefore, this study explored the effects of different doses of metformin and a single dose of TGF-β2 on proliferation and migration of proneural and mesenchymal BTICs and their differentiated counterparts (TCs) as well as possible functional interactions. Proliferation and migration of 5 BTIC and 5 TC lines were assessed in cell counts, CyQuant assays, spheroid migration assays and scratch migration assays. The functional investigation showed that 10 mM metformin reliably reduced proliferation and migration of primary GBM cell lines and also demonstrated that low doses of metformin may inhibit proliferation of proneural BTICs. Proneural cells were more susceptible to metformin than mesenchymal cells and BTICs were more susceptible than TCs providing possible predictors for successful metformin treatment. The low-dose effects of metformin also seem attainable in brain tissue of human cancer patients. Hence, this study sets the rationale to explore higher doses of metformin in patients who may profit from metformin treatment, especially since proneural cells respond less to standard temozolomide (TMZ) treatment. The effects of TGF-β2, a cytokine held responsible for GBM's proliferation, invasion, angiogenesis and immunosuppression, were also assessed. Unexpectedly, TGF-β2 had either no effects or it decreased proliferation and migration. Generally, mesenchymal cells showed an increased sensitivity. As TGF-β2 has been described to increase proliferation and migration while metformin may lower both, this study investigated whether their functional effects were opposite. This was not the case. The effects of the combination of TGF-β2 and metformin were anti-proliferative and anti-migratory. They were either as strong as those of the single agents or stronger indicating that there is no functional opposition of the two but rather uniform effects possibly potentiating each other. Thus, this study suggests that metformin and TGF-β2 exert their functional effects independently of each other.
Translation of the abstract (German)
Das Glioblastom (GBM) ist ein bis heute nicht heilbarer Hirntumor. Diese Studie untersuchte zwei der wichtigsten Tumoreigenschaften des Glioblastoms, seine rasche Proliferation und seine Migration. Die hohe Rezidivrate bei Glioblastompatienten wird einer Zellpopulation mit Stammzelleigenschaften zugeschrieben, den sogenannten Hirntumor-initiierenden Zellen (BTICs). Bisherige Studien zeigten, dass ...
Translation of the abstract (German)
Das Glioblastom (GBM) ist ein bis heute nicht heilbarer Hirntumor. Diese Studie untersuchte zwei der wichtigsten Tumoreigenschaften des Glioblastoms, seine rasche Proliferation und seine Migration. Die hohe Rezidivrate bei Glioblastompatienten wird einer Zellpopulation mit Stammzelleigenschaften zugeschrieben, den sogenannten Hirntumor-initiierenden Zellen (BTICs). Bisherige Studien zeigten, dass die Vermehrung und die Wanderung von GBM Zellen im Allgemeinen und von BTICs im Speziellen mithilfe von Metformin reduziert werden können. Allerdings sind die Wirkmechanismen von Metformin und insbesondere seine potentiellen Interaktionen mit dem Wachstumsfaktor transforming growth factor beta 2 (TGF-β2) bisher nicht vollständig verstanden. Darum untersuchte diese Studie die Wirkung verschiedener Dosen Metformin und einer Dosis TGF-β2 auf die Proliferation und Migration von proneuralen und mesenchymalen BTICs und den jeweiligen differenzierten Tumorzellen (TCs) sowie mögliche Interaktionen. Proliferation und Migration von 5 BTIC- und 5 TC-Linien wurden mittels Zellzählungen, CyQuant Assays, Spheroid-Migrationsassays und Scratch-Migrationsassays untersucht. Dabei zeigte sich, dass 10 mM Metformin zuverlässig Proliferation und Migration der GBM Zelllinien senkte und dass niedrige Dosen die Proliferation von proneuralen BTICs hemmten. Proneurale Zelllinien sprachen insgesamt besser auf Metformin an als mesenchymale und BTICs sprachen besser an als ausdifferenzierte Zellen. Damit kann die Einteilung von GBM in proneurale und mesenchymale Tumore weiter als Prediktor für das Ansprechen auf eine Behandlung mit Metformin erforscht werden um in der Zukunft möglicherweise klinische Anwendung finden. Da niedrige Metforminkonzentrationen realistischerweise im Hirngewebe erreicht werden können und proneurale Tumore schlecht auf die Standardbehandlung mit Temozolomid (TMZ) ansprechen, sollten klinische Studien mit Metforminbehandlung insbesondere bei Patienten mit proneuralen GBM durchgeführt werden. Außerdem wurde die Wirkung von TGF-β2, einem Wachstumsfaktor, der bei GBM Proliferation, Migration, Invasion und Angiogenese fördert und das Immunsystem supprimiert, untersucht. Im untersuchten zellulären Modell zeigte TGF-β2 entweder keine Effekte oder senkte Proliferation und Migration. Hierbei wiesen mesenchymale Zelllinien eine höhere Sensitivität auf als proneurale. Da TGF-β2 als Proliferations- und Migrations-fördernd beschrieben worden ist, Metformin beides zu senken vermag und zudem als Antagonist von TGF-β2 in anderen Tumormodellen beschrieben worden ist, untersuchte diese Arbeit des Weiteren, ob die Wirkungen von TGF β2 und Metformin einander entgegenstehen. Dies war nicht der Fall: Die Kombinationsbehandlung war, wenn es Effekte gab, anti-proliferativer oder anti-migratorischer Natur. Dabei war die Wirkung entweder mindestens genauso stark wie bei Einzelbehandlung oder stärker. Insgesamt kann also nicht von einer entgegengesetzten Wirkung von Metformin und TGF-β2 auf Proliferation und Migration von GBM Zellen ausgegangen werden. Vielmehr scheinen die funktionalen Effekte von Metformin und TGF-β2 unabhängig voneinander zu sein.
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