Metabolism-based strategies to enhance therapeutic efficacy in Glioblastoma [Strategie basate sul metabolismo per migliorare l'efficacia terapeutica nel Glioblastoma]

Despite aggressive therapeutic strategies, glioblastoma (GBM) remains a highly lethal tumor with limited survival chances. Such a dismal prognosis is mainly caused by GBM heterogeneity and capability to resist to treatments, hampering the development of effective strategies for GBM patients. It is well established that GBM can modulate metabolic pathways to reinforce its proliferation and aggressiveness. However, recently, there has been a growing interest in GBM metabolic reprogramming due to its potential impact on therapy resistance. Thus, it is crucial to further investigate the mechanisms involved in GBM metabolic rewiring in order to better understand the involved pathways, identifying new targets and potential therapeutic strategies. This PhD thesis focused on exploring metabolic rewiring mechanisms in GBM, further evaluating the effects of ferroptosis induction, an iron-dependent cell death, in different GBM cell lines and the role of purine metabolism in chemotherapy resistance. This work analyses susceptibility to ferroptosis by exposing proneural and mesenchymal GBM cell lines to ferroptosis inducers, revealing a different response and tolerance. This phenomenon is correlated to a better antioxidant system in mesenchymal GBM subtype, leading to a higher resistance to iron-dependent cell death, highlighting the importance to distinguish between tumor subtypes. Indeed, proneural and mesenchymal GBM tumors exhibit specific features, which support the concept to shift towards personalised therapy. This dissimilarity also affects the response to temozolomide (TMZ), the conventional chemotherapeutic agent; thus, we investigated metabolic alterations correlated to chemotherapy in TMZ-sensitive and TMZ-resistant GBM cells. These data show different metabolic mechanisms in these cell lines, demonstrating a crucial role of purine metabolism in TMZ resistance. Furthermore, a combined treatment with purine metabolites increases TMZ efficacy in resistant cells, revealing effects on mitochondrial dynamics and metabolism. Such results have been contextualized within the background of scientific literature to further explore the main mechanisms of metabolic reprogramming in GBM and their implications in treatment resistance, highlighting how metabolism could be also a potential therapeutic target against GBM. Collectively, these data confirm the fundamental role of metabolic reprogramming in enhancing GBM aggressiveness and in inducing the resistance to conventional therapies, emphasizing the critical importance of antioxidant mechanisms and purine metabolism.

Nonostante le strategie terapeutiche aggressive, il glioblastoma rimane un tumore altamente letale con limitate possibilità di sopravvivenza. Questa prognosi così infausta è principalmente causata dall'eterogeneità del glioblastoma e dalla sua capacità di resistere ai trattamenti, ostacolando lo sviluppo di strategie efficaci per i pazienti. È ben noto che il glioblastoma può modulare le vie metaboliche per rafforzare la propria proliferazione e aggressività. Tuttavia, recentemente, vi è un crescente interesse nella riprogrammazione metabolica del glioblastoma per il potenziale impatto che può avere sulla resistenza alla terapia. È quindi cruciale approfondire i meccanismi coinvolti nel rimodellamento metabolico di questo tumore per comprendere le vie implicate, identificare nuovi bersagli e potenziali strategie terapeutiche. Questa tesi di dottorato si è focalizzata sullo studio dei meccanismi di riprogrammazione metabolica nel glioblastoma, valutando inoltre gli effetti dell'induzione della ferroptosi, una forma di morte cellulare dipendente dal ferro, in diverse linee cellulari e il ruolo del metabolismo delle purine nella resistenza alla chemioterapia. Questo lavoro analizza la suscettibilità alla ferroptosi esponendo linee cellulari di glioblastoma di tipo proneurale e mesenchimale a induttori della ferroptosi, rivelando una risposta e una tolleranza differenti. Questo fenomeno è correlato a un sistema antiossidante più efficiente nel sottotipo mesenchimale di glioblastoma, che porta a una maggiore resistenza alla morte cellulare dipendente dal ferro, evidenziando l'importanza di distinguere tra i sottotipi tumorali. Infatti, i tumori proneurali e mesenchimali presentano caratteristiche specifiche che supportano la necessità di una terapia personalizzata. Questa dissimilitudine influisce anche sulla risposta alla temozolomide, l’agente chemioterapico convenzionale; pertanto, abbiamo indagato le alterazioni metaboliche correlate alla chemioterapia in cellule di glioblastoma sensibili e resistenti alla temozolomide. Questi dati mostrano meccanismi metabolici differenti nelle linee cellulari analizzate, dimostrando un ruolo cruciale del metabolismo delle purine nella resistenza alla temozolomide. Inoltre, un trattamento combinato con metaboliti purinici aumenta l'efficacia della chemioterapia nelle cellule resistenti, rivelando effetti sulla dinamica mitocondriale e sul metabolismo. Tali risultati sono stati contestualizzati all'interno del panorama della letteratura scientifica per esplorare ulteriormente i principali meccanismi della riprogrammazione metabolica nel glioblastoma e le loro implicazioni nella resistenza ai trattamenti, evidenziando come il metabolismo possa rappresentare un potenziale bersaglio terapeutico. Complessivamente, questi dati confermano il ruolo fondamentale della riprogrammazione metabolica nell'aumentare l'aggressività del glioblastoma e nell'indurre la resistenza alle terapie convenzionali, enfatizzando l'importanza cruciale dei meccanismi antiossidanti e del metabolismo delle purine.