Comunicazione intercellulare e riprogrammazione del microambiente tumorale nella risposta patofisiologia del glioblastoma alla radioterapia

Tumor microenvironment (TME), composed by a milieu of stromal and immune cells, is one of the critical players in glioblastoma (GBM) progression and heterogeneity. GBM progression is supported by a wide range of mechanisms, which involve several intracellular processes that influence metabolic arrangement, genetic and epigenetic state and the tumor milieu. GBM represents a challenging clinical condition due to the plethora of dynamic processes occurring in TME, stimulating immunosuppression mechanisms and triggers therapy resistance. Current approach employed to counteract GBM progression takes into account the synergistic effect mediated by surgical resection, chemotherapy and involved field radiotherapy (RT). RT represents the gold-standard treatment for this WHO grade IV glioma. Unfortunately, RT is characterized by severe off-target effects, affecting central nervous system (CNS)-resident cells. Tumor associated microglia/macrophages (TAMs) are largely represented in TME of CNS tumors, showing a critical role in GBM progression, favouring immune-escape processes and stemness features. Herein, we first evaluated GBM proliferation and migration in response to specific stimuli, promoting intercellular communication. Then, we moved to evaluate the off-target effects induced by RT, focussing on the related consequences on the microglia-GBM axis. On one hand, CXs established critical interactions with Sonic Hedgehog signalling pathway, which were responsible for GBM infiltrative phenotype, promoting tumor aggressiveness and modulating the heterocellular crosstalk within the TME. On the other hand, GBM cells and its milieu undergo significant alterations due to the impact of radio treatment. We focussed on the interplay between 2-15 Gy irradiated (IR) microglia-derived conditioned media (CM) and naïve GBM cells. We observed that tumor cells survival was preserved, avoiding death mechanisms and favouring GBM clone formation. IR microglia-derived CM exposure showed also a key role not only in maintaining mitochondrial mass and fitness but also preventing mitochondrial ROS production. The administration of metformin, together with IR microglia CM exposure, induced a decrease in tumor cell proliferation. The evidence provided suggests that RT-derived off-target effects alter microglia state, promoting GBM aggressiveness and growth through the release of factors which are able to sustain metabolic rewiring toward oxidative phosphorylation. Our observations highlight the essential role of the interplay between tumor and healthy surrounding cells, which is the main cause of metabolic reshaping and epigenetic modifications, leading to the alteration of TME response and resulting in an immunosuppressive phenotype. This work aims to encourage further investigations on TME remodelling, focussing on immune response alteration and GBM-TME crosstalk reshaping.

L’insorgenza e la progressione del glioblastoma (GBM) è supportata da un ampio range di fattori che influenzano lo stato metabolico, il setting genetico ed epigenetico del tumore e l’interazione con il microambiente circostante. Il complesso interplay tra cellule tumorali e microambiente innesca meccanismi di resistenza che incrementano la progressione del tumore a favoriscono processi di immunosoppressione. Un ruolo essenziale nel supportare l’aggressività del GBM è dato dalla de-regolazione di alcune pathways intracellulari, tra le quali la pathway di Sonic Hedgehog (SHH), direttamente convolte nel modulare la proliferazione cellulare e nel mantenimento della staminalità. Le evidenze di questo lavoro dimostrano che questa pathway sia correlata al ruolo esercitato dalle connessine, dimostrando un effetto sinergico nella regolazione dei processi di migrazione e delle capacità infiltranti delle cellule di GBM. In ambito clinico, la strategia terapeutica attuale si avvale dell'effetto combinato ottenuto dalla resezione chirurgica, chemioterapia e radioterapia. Nonostante questo approccio sia ampiamente condiviso, è stato documentato che la radioterapia rappresenti una delle principali fonti di effetti off-target che intaccano le cellule immunitarie. La microglia ed i macrofagi associati al GBM sono fortemente rappresentati a livello del microambiente, rivelando un ruolo cruciale nel favorire processi di immunosoppressione e di progressione tumorale. Questo lavoro di ricerca ha come obiettivo l’analisi degli effetti off-target, indotti dalla radioterapia, che interessano l’asse microglia-GBM. È stato osservato che i media condizionati derivanti da cellule microgliali irraggiate, con dosi pari a 2 e 15 Gy, inibiscano l’attivazione di processi apoptotici delle cellule di GBM naïve. L’esposizione a questi media ha preservato, inoltre, la fitness mitocondriale delle cellule tumorali, limitandone anche lo stress ossidativo. Infine, è stata testata la somministrazione di metformina, noto inibitore del complesso I della catena di trasporto finale degli elettroni. Questo farmaco, già impiegato in ambito clinico, è stato utilizzato in combinazione ai media condizionati derivanti da microglia irraggiata. Questo trattamento ha portato alla diminuzione della proliferazione tumorale. Le evidenze riportate avvalorano l’ipotesi che i media derivanti dalla microglia irraggiata favoriscano la progressione del GBM ed inducano un miglioramento dello stato mitocondriale, promuovendo processi di rimodulazione metabolica. Queste osservazioni hanno come obiettivo quello di incoraggiare ulteriori studi riguardanti gli effetti indotti dall’approccio radioterapeutico, il quale potrebbe svolgere un ruolo chiave nell’alterazione metabolica delle cellule tumorali, favorendo processi di riprogrammazione cellulare e meccanismi di immunoevasione.