Dokument: The long non-coding RNA HOTAIRM1 promotes tumor aggressiveness and radiotherapy resistance in glioblastoma

Titel:	The long non-coding RNA HOTAIRM1 promotes tumor aggressiveness and radiotherapy resistance in glioblastoma
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=51519
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20201201-104215-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. Ahmadov, Ulvi [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,51 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 11.11.2019 / geändert 11.11.2019
Beitragende:	Prof. Dr. Reifenberger, Guido [Gutachter] Prof. Dr. Reichert, Andreas [Gutachter]
Stichwörter:	Glioblastoma, HOTAIRM1, long non-coding RNA, lncRNA, radiosensitivity, TGM2
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Glioblastomas without mutations in the isocitrate dehydrogenase (IDH) 1 or 2 gene, i.e., IDH-wildtype glioblastomas, are the most common and most malignant type of primary brain tumors in adults. Patients are treated with multimodal therapy consisting of surgical resection followed by radiotherapy and systemic chemotherapy with the DNA-alkylating drug temozolomide. Despite this aggressive therapy, IDH-wildtype glioblastoma remains a fatal disease and patient survival is poor as indicated by a median survival time of less than 2 years after diagnosis. Although there are growing insights into glioblastoma molecular genetics, only few molecular markers have been identified that may inform clinical decision making and guide therapy planning. Moreover, molecularly targeted therapies have failed in clinical trials to date and hence have not been implemented as a standard of care. Previously depicted as ‘transcriptional noise’, it is now clear that long non-coding RNAs (lncRNA) play important roles in many aspects of cell biology and disease pathogenesis, including cancer growth. Previous studies by other authors as well as data from the own research group showed that elevated expression of the lncRNA HOXA Transcript Antisense RNA, Myeloid-Specific 1 (HOTAIRM1) is correlated with poor prognosis in glioblastoma patients. To investigate functional roles of HOTAIRM1, HOTAIRM1-knockdown glioblastoma cell line models were generated that uniformly showed reduced cell viability, less invasive growth and diminished colony formation capacity upon HOTAIRM1 downregulation. Integrated proteogenomic analyses revealed evidence for mitochondrial dysfunction upon HOTAIRM1 depletion and impaired mitochondrial function could be experimentally validated in vitro by tricarboxylic acid cycle (TCA) metabolomics, Seahorse Mito Stress assays as well as HEt and MitoSOX reactive oxygen species (ROS) quantification. Moreover, antioxidant treatment using N-acetylcysteine antioxidant (NAC) was able to rescue the phenotype caused by HOTAIRM1 knockdown and hence further verified the ROS staining data. In addition, TCA metabolomics revealed that HOTAIRM1 knockdown increased asparagine and decreases aspartate levels. HOTAIRM1 knockdown protected glioblastoma cells against the effects of asparaginase treatment due to excess asparagine levels. Most importantly, HOTAIRM1 knockdown was found to increase radiosensitivity of glioblastoma cells in vitro and in vivo. Moreover, in silico microRNA binding analysis suggested a potential role of HOTAIRM1 acting as a microRNA sponge for miR-17-5p targeting TGM2. In line, HOTAIRM1 knockdown decreased expression of transglutaminase 2 (TGM2) as a candidate protein implicated in mitochondrial function, and knockdown of TGM2 mimicked the in vitro phenotype of HOTAIRM1 downregulation in glioblastoma cells. In conclusion, the data summarized in this thesis support a role for HOTAIRM1 as a driver of biological aggressiveness and radioresistance in glioblastoma. Glioblastome ohne Mutationen im Isocitrat-Dehydrogenase (IDH) - Gen 1 oder 2, sogenannte IDH-Wildtyp-Glioblastome, sind die häufigste und bösartigste Form von primären Hirntumoren bei Erwachsenen. Die Patienten werden mit einer multimodalen Therapie behandelt, die aus einer chirurgischen Resektion, gefolgt von Strahlentherapie und systemischer Chemotherapie mit dem DNA-alkylierenden Medikament Temozolomid besteht. Trotz dieser aggressiven Therapie bleibt das IDH-Wildtyp-Glioblastom eine tödliche Erkrankung und die Überlebenschancen sind schlecht, wie eine mittlere Überlebenszeit von weniger als 2 Jahren nach der Diagnose zeigt. Obwohl es immer mehr Erkenntnisse über die molekulare Genetik des Glioblastoms gibt, wurden nur wenige molekulare Marker identifiziert, die die klinische Entscheidungsfindung und die Therapieplanung unterstützen können. Darüber hinaus sind gezielte molekulare Therapien in klinischen Studien bisher gescheitert und wurden daher nicht als Behandlungsstandard eingesetzt. Früher als "transkriptionelles Rauschen" bezeichnet, ist heute klar, dass lange nicht-kodierende RNAs (lncRNA) eine wichtige Rolle in vielen Aspekten der Zellbiologie und Krankheitspathogenese, einschließlich des Krebswachstums, spielen. Frühere Studien anderer Autoren sowie Daten aus der eigenen Forschungsgruppe zeigten, dass eine erhöhte Expression der lncRNA HOXA Transcript Antisense RNA, Myeloid-Specific 1 (HOTAIRM1), mit einer schlechten Prognose bei Glioblastompatienten verknüpft ist. Um die funktionellen Rollen von HOTAIRM1 zu untersuchen, wurden HOTAIRM1-Knockdown-Glioblastom-Zelllinienmodelle generiert, die nach HOTAIRM1-Herrunterregulierung alle eine reduzierte Zelllebensfähigkeit, ein weniger invasives Wachstum und eine verminderte Koloniebildungskapazität zeigten. Integrierte proteogenomische Analysen ergaben Hinweise auf mitochondriale Funktionsstörungen bei HOTAIRM1-Abschaltung. Eine beeinträchtigte mitochondriale Funktionfähigkeit konnte experimentell in vitro durch Tricarbonsäurezyklus-(TCA)-Metabolomik, Seahorse-Mito-Stress-Assays sowie HEt- und MitoSOX-ROS-Quantifizierung validiert werden. Darüber hinaus konnte die antioxidative Behandlung mit N-Acetylcystein-Antioxidans (NAC) den durch den HOTAIRM1-Knockdown verursachten Phänotyp retten und damit die ROS-Färbedaten weiter verifizieren. Des Weiteren zeigten die TCA-Metabolomikdaten, dass der Knockdown von HOTAIRM1 den Spiegel von Asparagin erhöht und den von Aspartat senkt. HOTAIRM1-Knockdown beschützte Glioblastom-Zellen vor der Wirkung einer Asparaginase-Behandlung. Am wichtigsten ist, dass der Knockdown von HOTAIRM1 die Strahlenempfindlichkeit der Glioblastomzellen in vitro und in vivo erhöht. Darüber hinaus deutete eine in silico microRNA-Bindungsanalyse eine potenzielle Rolle von HOTAIRM1 als mikroRNA-Schwamm für miR-17-5p an, welche TGM2 als Ziel hat. Folgerichtig verringerte ein HOTAIRM1-Knockdown die Expression von Transglutaminase 2 (TGM2), dessen Protein mutmaßlich eine Funktion in Mitochondrien ausübt. Ein Knockdown von TGM2 spiegelte den in vitro - Phänotyp der HOTAIRM1-Herrunterregulierung in Glioblastomzellen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Daten dieser Arbeit die These unterstützen, dass HOTAIRM1 als Treiber der biologischen Aggressivität und Strahlungsresistenz bei Glioblastomen fungiert.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	01.12.2020
Dateien geändert am:	01.12.2020
Promotionsantrag am:	11.10.2019
Datum der Promotion:	05.11.2019