В недавнем исследовании, опубликованном в Cancer Cell, ученые изучают, как ежедневная сигнализация глюкокортикоидов влияет на рост глиобластомы и синхронизирует ее циркадные ритмы с хозяином. Исследователи изучают механизмы, посредством которых активность рецепторов глюкокортикоидов, которая меняется в зависимости от времени суток, модулирует прогрессирование опухоли, и как нацеливание на циркадное поведение опухоли может быть использовано для лечения глиобластомы.
Глиобластома — самая распространенная и агрессивная злокачественная опухоль мозга у взрослых, с ограниченными результатами выживаемости, несмотря на обширное лечение, включая хирургию, облучение и химиотерапию. Недавние исследования показывают, что циркадные ритмы, биологические циклы, управляемые внутренними часами, могут влиять на рост опухоли и терапевтические ответы при глиобластоме.
В отличие от многих видов рака с нарушенными циркадными ритмами, глиобластома сохраняет устойчивую циркадную активность. Предыдущие исследования также продемонстрировали, что выбор времени химиотерапии в соответствии с циркадными ритмами повышает ее эффективность, тем самым подчеркивая взаимодействие между биологией опухоли и изменениями времени суток.
Глюкокортикоиды, которые часто назначают для уменьшения воспаления и отека мозга у пациентов с глиобластомой, также находятся под циркадной регуляцией. Глюкокортикоиды могут как подавлять, так и способствовать прогрессированию опухоли; однако роль циркадных ритмов в этих эффектах остается неясной.
Понимание того, как циркадные ритмы способствуют прогрессированию глиобластомы, может прояснить, может ли воздействие на эти ритмы повысить эффективность лечения глиобластом.
В настоящем исследовании ученые используют линии клеток глиобластомы человека и мышей, а также модели in vivo для изучения влияния ежедневной глюкокортикоидной сигнализации на рост опухоли и циркадную синхронизацию.
Клетки глиобластомы были модифицированы с помощью люциферазных репортеров для часовых генов, таких как Bmal1 , который кодирует мозговой и мышечный арилуглеводородный рецептор ядерного транслокатора (ARNT)-подобный белок 1, а также Period2 (Per2) для мониторинга циркадных ритмов in vitro и in vivo. Синтетический глюкокортикоид дексаметазон (DEX) вводили в различные циркадные фазы in vitro и in vivo для оценки эффектов роста.
Эксперименты по подавлению глюкокортикоидных рецепторов также проводились с использованием вирусно-опосредованных подходов для определения роли глюкокортикоидных рецепторов в этих процессах. Эксперименты in vivo включали ортотопические ксенотрансплантаты, в которых клетки глиобластомы человека и мыши вводились непосредственно в мозг иммунокомпрометированных и иммунокомпетентных мышей соответственно.
Биолюминесценция опухоли регистрировалась для мониторинга роста и ритмов экспрессии генов часов. Мыши подвергались циклам свет/темнота, постоянной темноте и лечению глюкокортикоидами в определенное время для исследования динамики роста, обусловленной циркадными ритмами. Контрольные группы, состоящие из опухолей с дефицитом глюкокортикоидных рецепторов, также были включены для оценки их зависимости от сигнализации глюкокортикоидных рецепторов.
Образцы пациентов с глиобластомой человека из базы данных Cancer Genome Atlas также анализировались для корреляции уровней экспрессии глюкокортикоидных рецепторов с результатами выживания пациентов. Дополнительные эксперименты проводились для проверки механизмов синхронизации путем нарушения циркадных сигналов у мышей, таких как нокаутирование вазоактивного кишечного пептида (VIP), который опосредует циркадную ритмичность.
Чтобы подтвердить влияние глюкокортикоидной сигнализации на прогрессирование опухоли, опухолевые ткани были проанализированы на наличие маркеров пролиферации, таких как Ki67, представляющий собой ядерный белок, который экспрессируется во всех фазах клеточного цикла, за исключением фазы покоя, и связан с пролиферацией опухоли.
Ежедневная глюкокортикоидная сигнализация способствует росту глиобластомы, который зависит от времени суток. Было обнаружено, что введение глюкокортикоидов, таких как DEX, усиливает пролиферацию опухоли, если оно осуществляется во время определенных циркадных фаз.
Опухоли глиобластомы, обработанные на уровне циркадного минимума экспрессии Per2, показали повышенный рост, тогда как обработка на пике его подавляла рост. Эти эффекты были опосредованы сигнализацией глюкокортикоидных рецепторов и зависели от неповрежденных циркадных ритмов в клетках глиобластомы.
Снижение глюкокортикоидных рецепторов в клетках глиобластомы нарушило зависящие от времени эффекты DEX, что впоследствии снизило рост раковых клеток как in vitro, так и in vivo. У мышей опухоли с дефицитом глюкокортикоидных рецепторов росли значительно медленнее и экспрессировали более низкие уровни маркеров пролиферации, чем опухоли дикого типа.
Нарушения циркадных ритмов у хозяина, такие как нокаутирование VIP у мышей, также снижали рост опухоли и десинхронизировали экспрессию генов опухолевых часов с циркадными сигналами.
Анализ данных пациентов выявил повышенную экспрессию глюкокортикоидных рецепторов в тканях глиобластомы по сравнению с неопухолевыми образцами. Кроме того, высокая экспрессия глюкокортикоидных рецепторов коррелировала с повышенным риском смертности, тем самым подтверждая значимость сигнализации глюкокортикоидных рецепторов в прогрессировании глиобластомы.
Текущее исследование раскрывает критическую роль ежедневной глюкокортикоидной сигнализации и циркадных ритмов в росте глиобластомы. Демонстрируя зависимость глюкокортикоидных эффектов от времени суток, циркадная модуляция оказалась значимым фактором в прогрессировании опухоли.
В совокупности эти результаты указывают на то, что нацеливание на сигнализацию глюкокортикоидных рецепторов и использование циркадной динамики может улучшить терапевтические стратегии. Таким образом, они поддерживают будущие исследования, изучающие потенциальную важность хронотерапии в лечении глиобластомы.
