星状細胞腫の進行中のグルタミン分解ダイナミクスは、腫瘍の攻撃性と相関しています

背景：膠芽腫は、最も頻繁で高品質の成人の悪性中枢神経系腫瘍です。最大の外科的切除、放射線療法、化学療法を含む複合療法の使用にもかかわらず、予後は依然として低いです。代謝再プログラミングは現在、がんの特徴の1つとして認識されています。グルタミン分解によるグルタミン代謝は、腫瘍細胞の維持と生存、およびグルタチオン（GSH）合成による抗酸化ストレスと関連しています。 方法：本研究では、QRT-PCRを介した異なる悪性グレードと22の非腫瘍性脳サンプルの153の星状細胞腫のコホートにおけるグルタミノリシス関連遺伝子発現レベルを分析しました。さらに、これらのサンプルにおけるグルタミン分解（GLS）、グルタミン酸デヒドロゲナーゼ（Glud1）、およびグルタミン酸ピルビン酸トランスアミナーゼ（GPT2）の主要な調節因子のタンパク質発現プロファイルを調査しました。また、グルタチオンシンターゼ（GS）タンパク質プロファイルと、星状細胞腫のさまざまなグレードのGSHレベルも調査しました。微分遺伝子発現は、TCGAデータベースのシリコで検証されました。 結果：非腫瘍性脳組織と比較して、星状細胞腫のすべてのグレードにおけるグルタミナーゼアイソフォーム2遺伝子（GLSISO2）発現の増加が発見され、悪性腫瘍と並行して漸進的な発現が増加しました。Glud1およびGPT2の発現レベルをコードする遺伝子は、悪性腫瘍の勾配によって異なり、膠芽腫でダウンレギュレートされ、星状細胞腫（Agii-Agiii）の低いグレードで上方制御されました。GBMの間葉系サブタイプでは、有意な低Glud1およびGPT2タンパク質レベルが観察されました。 結論：膠芽腫、特に間葉系サブタイプでは、遺伝子とタンパク質の両方のダウンレギュレーション（Glud1とGPT2）は、GSH合成のグルタミン酸源を増加させ、抗酸化能力の増加により腫瘍細胞の適合性を高めます。対照的に、主にIDH1変異を抱えている低グレードの星状細胞腫では、遺伝子発現プロファイルは、GSH合成の減少により腫瘍細胞が酸化ストレスに感作される可能性があることを示しています。非侵襲的MR分光法によるGlud1およびGPT2代謝基質、アンモニア、およびアラニンの測定により、潜在的にIDH1MUT AGIIおよびAGIIIの二次GBMへの進行が同定される可能性があります。

BACKGROUND: Glioblastoma is the most frequent and high-grade adult malignant central nervous system tumor. The prognosis is still poor despite the use of combined therapy involving maximal surgical resection, radiotherapy, and chemotherapy. Metabolic reprogramming currently is recognized as one of the hallmarks of cancer. Glutamine metabolism through glutaminolysis has been associated with tumor cell maintenance and survival, and with antioxidative stress through glutathione (GSH) synthesis. METHODS: In the present study, we analyzed the glutaminolysis-related gene expression levels in our cohort of 153 astrocytomas of different malignant grades and 22 non-neoplastic brain samples through qRT-PCR. Additionally, we investigated the protein expression profile of the key regulator of glutaminolysis (GLS), glutamate dehydrogenase (GLUD1), and glutamate pyruvate transaminase (GPT2) in these samples. We also investigated the glutathione synthase (GS) protein profile and the GSH levels in different grades of astrocytomas. The differential gene expressions were validated in silico on the TCGA database. RESULTS: We found an increase of glutaminase isoform 2 gene (GLSiso2) expression in all grades of astrocytoma compared to non-neoplastic brain tissue, with a gradual expression increment in parallel to malignancy. Genes coding for GLUD1 and GPT2 expression levels varied according to the grade of malignancy, being downregulated in glioblastoma, and upregulated in lower grades of astrocytoma (AGII-AGIII). Significant low GLUD1 and GPT2 protein levels were observed in the mesenchymal subtype of GBM. CONCLUSIONS: In glioblastoma, particularly in the mesenchymal subtype, the downregulation of both genes and proteins (GLUD1 and GPT2) increases the source of glutamate for GSH synthesis and enhances tumor cell fitness due to increased antioxidative capacity. In contrast, in lower-grade astrocytoma, mainly in those harboring the IDH1 mutation, the gene expression profile indicates that tumor cells might be sensitized to oxidative stress due to reduced GSH synthesis. The measurement of GLUD1 and GPT2 metabolic substrates, ammonia, and alanine, by noninvasive MR spectroscopy, may potentially allow the identification of IDH1mut AGII and AGIII progression towards secondary GBM.