Mikroprostředí nádoru a jeho úloha v nádorově specifické chemoterapii neuroblastomu

Bc. Zuzana Budková

Master's thesis

Tumor microenvironment and its role in tumor-specific chemotherapy of neuroblastoma

Abstract:

Cílem této diplomové práce je využití specifického mikroprostředí nádoru pro navýšení toxicity chemoterapeutika meta-iodobenzylguanidinu (MIBG) na neuroblastomové buňky. Neuroblastom je embryonální nádor vyrůstající z neurální lišty. Mezi nádory je unikátní svou klinickou i biologickou heterogenitou. Zatímco některé neuroblastomy spontánně regradují, další vykazují nepříznivou prognózu a velmi agresivní chování. MIBG je analog noradrenalinu, který neuroblastomové buňky specificky a aktivně přijímají. V současnosti se v radioaktivně značené formě využívá v klinické praxi pro scintigrafii nebo cílenou radioterapii. Toxicita MIBG je nízká, především díky adaptibilitě buněk ke stresu, který v nich tato látka indukuje. MIBG působí jako inhibitor mitochondriální respirace, avšak přesný mechanismus působení není jasný. Vliv MIBG jsme zkoumali na dvou neuroblastomových liniích SH-SY5Y a SK-N-Be(2), lišící se negativním prognostickým markerem - amplifikací N-myc. Zjistili jsme, že MIBG působí cytotoxicky v nízké hladině glukózy, zatímco ve vysoké hladině glukózy je téměř neúčinný. Studovali jsme proto mechanismus způsobující tuto toxicitu v podmínkách s nízkou hladinou glukózy a následně zjištěné mechanismy aplikovali pro navýšení cytotoxického působení také v podmínkách s vysokou hladinou glukózy. Při sníženém množství extracelulární glukózy je cytotoxicita asociována s poklesem intracelulárního ATP, glutathionu, vzrůstem hladiny kyslíkových radikálů a sníženou expresí proteinu c-Kit a signalizací dráhou Akt. Při dostatku glukózy jsme toxicitu MIBG podpořili dichloroacetátem (DCA), inhibitorem kinázy Akt (Akt ½ inhibitor) a buthione sulfoximinem (BSO). Naše výsledky ukazují, že citlivost neuroblastomových buněk k MIBG lze zvýšit kombinací látek cílících na metabolismus nádorových buněk.

Abstract:

The aim of this thesis is the use of specific tumor microenvironment to enhance toxicity of chemotherapeutical agent meta-iodobenzylguanidin (MIBG) on neuroblastoma cells. Neuroblastoma is an embryonic tumor arising from neural crest. It is unique among tumors due to its clinical and biological heterogenity. While some of neuroblastomas can regress spontaneously, others show very poor prognosis and aggressive behaviour. MIBG is a noradrenaline analogue, which is specifically and actively taken up by neuroblastoma cells. Currently, MIBG is being used in radiolabeled form in clinical practis for scintigraphy or targeted radiotheraphy. The MIBG toxicity is low, mainly due to the cellular adaptability to the MIBG-induced stress. MIBG acts as an inhibitor of mitochondrial respiration, but its exact mechanism of action remains unclear. We examined the effect of MIBG on two neuroblastoma cell lines SH-SY5Y and SK-N-BE(2) differing in the negative prognostic marker – N-myc amplification. We found that MIBG cause cytotoxicity in low glucose, while in the high glucose is almost ineffective. We therefore studied the mechanism causing this toxicity under low glucose levels and subsequently applied those results for enhancing cytotoxic effect also in conditions with high glucose levels. Under reduced amount of extracellular glucose, cytotoxicity is associated with a decrease of intracellular ATP, glutathione, increase of reactive oxygen species, downregulation of the c-Kit protein and signaling via the Akt kinase pathway. Under conditions of higher glucose, the cytotoxicity of MIBG can be enhanced using dichloroacetate (DCA), an inhibitor of the Akt kinase (Akt 1/2 inhibitor) and buthione sulfoximine (BSO). Our results show that sensitivity of neuroblastoma cells to MIBG can be enhanced by specific combination of drugs targenting metabolism of tumor cells.

Keywords

nádorový metabolismus, neuroblastom, glukóza, nádorové mikroprostředí, meta-iodobenzylgunanidin, tumor metabolism, neuroblastoma, glucose, tumor microenvironment

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 1. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 4. 2. 2015
• Supervisor: prof. RNDr. Jan Šmarda, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Experimental Biology / Molecular Biology and Genetics