Study of the TRF1 telomeric protein as therapeutic target in Glioblastoma

• Autores: Leire Bejarano Bosque
• Directores de la Tesis: María Antonia Blasco Marhuenda (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2018
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 122
• Tribunal Calificador de la Tesis: Joan Seoane Suarez (presid.), Leandro Sastre (secret.), Juana María Flores Landeira (voc.), Massimo Squatrito (voc.), Purificación Muñoz Moruno (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biociencias Moleculares por la Universidad Autónoma de Madrid
• Calificación: Sobresaliente Cum Laude
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biología molecular
  • Ciencias médicas
    • Patología
      • Oncología
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen
  • español

    El Glioblastoma multiforme (GBM) es uno de los tumores cerebrales más comunes y agresivos en adultos, con una supervivencia media de 14 a 16 meses. La esperanza de vida tan reducida se debe a son tumores muy proliferativos y heterogéneos, así como a la existencia de células madre tumorales, también conocidas como “células madre de glioma”.

    La mayoría de los casos de GBM presentan mutaciones en genes asociados con el mantenimiento telómerico. Los telómeros con unas estructuras nucleo-proteícas localizadas al final de los cromosomas, y son esenciales para su estabilidad. Los telómeros están protegidos por un complejo de seis proteínas, también conocido como complejo shelterina.

    Este complejo evita que los cromosomas se degraden o se fusionen entre ellos. Uno de los componentes de este complejo de proteínas es TRF1, que se une al ADN telomérico de doble cadena. La inhibición de TRF1 causa una “desprotección” telomérica y bloquea así el crecimiento de tumores de pulmón muy agresivos y deficientes de p53, independientemente de la longitud telomérica. Además, TRF1 es esencial para las células madre adultas y las células madre inducidas.

    El principal objetivo de esta tesis es determinar si TRF1 podría usarse como diana terapéutica en GBM. Para ello, generamos ratones con GBM introduciendo diferentes estímulos oncogénicos en células madre neuronales. En particular, generamos tres subtipos diferentes de GBM, sobrexpresando PDGFA o PDGFB en un fondo genético deficiente para Cdkn2a o inhibiendo los supresores tumorales Nf1 y p53 al mismo tiempo. Observamos que en los tres subtipos la expresión de TRF1 era más alta en comparación con cerebro normal, de forma independiente a la longitud telomérica. Además, la deleción genética de Trf1 bloquea tanto la iniciación como la progresión del GBM, mediante un mecanismo que incluye la inducción de daño en el DNA y la inhibición de la proliferación y las capacidades de células madre. También observamos que la pérdida genética de Trf1 en ratones sanos no afecta a la supervivencia ni causa deterioro cognitivo.

    Con el fin de comprobar si la inhibición de TRF1 podría ser efectiva en pacientes de GBM, comprobamos si estos también exhibían altos niveles de TRF1. Para ellos, usamos células y tejido de paciente y demostramos que el GBM humano tenia niveles más altos de TRF1 que el cerebro normal. Además, comprobamos que la inhibición química de TRF1 en células humanas de GBM también induce daño en el ADN y reduce la proliferación y las capacidades de células madre. Por último, también vimos que la inhibición química de TRF1 afectaba a la formación de esferas y al crecimiento de xenoinjertos con células madre de tumor. En conclusión, estos resultados sugieren que atacar los telómeros mediante la inhibición de TRF1 podría ser una estrategia prometedora para el tratamiento de GBM

  • English

    Glioblastoma multiforme (GBM) is the deadliest and more common type of brain tumor in the adult, with a mean survival of only 14-16 months. This poor prognosis is linked to its high proliferation index and to tumor heterogeneity, including the existence of tumor cells with stem-like properties, also known as glioma stem-like cells (GSCs). Interestingly, the vast majority of GBM show mutations in telomere maintenance genes. Telomeres are nucleo-protein structures located at the end of the chromosomes and are essential for chromosome stability. They are protected by a six-protein complex, also termed the shelterin complex. The shelterin complex constitutes the so-called “capping” of the telomeres, which is essential for their protection, preventing telomeres from degradation and fusion to other chromosomes. TRF1 is an essential component of shelterin, which binds to the doublestrand telomeric DNA. TRF1 inhibition results in telomere uncapping and effectively blocks the growth rapidly growing, p53-null, lung tumors independently of telomere length. TRF1 also marks and it is essential for both adult and pluripotent stem cells.

    Based on this, the principal aim of this thesis is to address whether targeting TRF1 could be an effective therapeutic strategy for GBM. To this end, we generated mice with GBM by targeting neural stem cells (NSCs) with different oncogenic insults. In particular, we generated three different GBM subtypes by overexpressing PDGFA and PDGFB in Cdkn2a deficient background or knocking down both Nf1 and p53. Interestingly, we found that the three GBM subtypes overexpressed TRF1 in a telomere length independent manner. In addition, Trf1 genetic ablation effectively inhibited both GBM initiation and progression leading to a significant increase in mouse survival. This was accompanied by increased telomeric DNA damage, inhibition of proliferation and reduced stemness. Of note, brainspecific or whole-body Trf1 deletion in healthy mice did not compromise organism viability or cognitive functions.

    To address whether our findings could be translated to human patients, we first checked whether TRF1 was upregulated in human samples. Using both human cells lines and patient-derived tissue we demonstrated that GBM presented higher TRF1 levels compared to normal brain. Next, we test the effect of TRF1 chemical modulators in human GBM cells and patient-derived GSCs. Interestingly, TRF1 chemical modulators also induced DNA damage, and decreased proliferation and stemness in GBM cells. Moreover, TRF1 chemical downregulation blocked tumor-sphere formation and tumor growth in xenografts from patient-derived primary GSCs. Taken together, these results suggest that targeting telomeres throughout TRF1 inhibition may be a novel therapeutic strategy for GBM.