Characterizing the anti-tumor effects of inhibiting translation initiation in glioblastoma multiforme

• Main Author: Rajakumar, Arjuna
• Other Authors: Josephine Nalbantoglu (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2014
• Subjects: Biology - Molecular
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=121345

Many genetic aberrations contribute to the aggressive phenotype of Glioblastoma Multiforme (GBM), a heterogenous tumor which consists of four major subtypes with distinct molecular characteristics. The differential activity of oncogenic and tumor suppressive networks between these subtypes makes targeted therapy difficult as not all subtypes will be affected to the same degree. As well, the genetic complexity of GBM allows for compensatory signaling to sustain malignancy and resist apoptosis. During the last decade evidence has accumulated about the importance of mRNA translation initiation in tumorigenesis. Over 10 translation initiation factors are implicated in oncogenesis, acting as either proto-oncogenes or tumor suppressors, the most well described being the eIF4F initiation complex, consisting of eIF4E, eIF4G and eIF4A. Increased complex formation results in mRNA discrimination, leading to an increased translation of a subset of "weak" oncogenic mRNAs with highly structured 5'UTRs. Thus, inhibition of translation initiation can simultaneously target many oncogenic pathways. However it is unclear what role translation initiation plays in GBM biology, and whether its inhibition may have anti-neoplastic properties. In this study, we used 4EGI-1 and silvestrol, small-molecule inhibitors of eIF4E and eIF4A respectively, to target translation initiation in three GBM cell lines U87, U251N and the more aggressive U87ΔEGFR. Here, we show in U87 cells that 4EGI-1 blocks the eIF4E/eIF4G interaction which is necessary for eIF4F complex formation. This coincides with a reduction in cell proliferation and survival, in a dose and time-dependent manner, with <1% of U87 and U251N cells and 17.5% of U87∆EGFR cells remaining after a 96 hour treatment with 80µM 4EGI-1. There is marked induction of apoptosis at 48 hours, with increased annexin V+/7AAD- staining and Capsase-9/PARP cleavage, accompanied by a decrease in the protein expression of several oncogenes, with highly structured 5'UTRs, involved in proliferation and survival such as c-Myc, Cyclin D-1, Bcl-2, Bcl-xL, Mcl-1 and Survivin. Additionally 4EGI-1 inhibited the migration of U87 and U87∆EGFR cells in response to chemotactic stimuli, as well as anchorage –independent growth of all three cell lines. Silvestrol showed similar effects as 4EGI-1 in inhibiting cell proliferation, survival, oncogenic protein expression and inducing apoptosis, although at nanomolar concentrations and at earlier time points, indicating superior pharmacokinetics.Our results demonstrate the sensitivity of GBM towards inhibition of translation initiation and its ability to induce a robust apoptotic response. This further highlights translation regulation control as a strong force in cancer therapy, particularly in GBM where therapeutic options are limited. === Un grand nombre d'aberrations génétiques contribuent au phénotype virulent du glioblastome multiforme (GBM), un cancer hétérogène en quatre sous-types principaux qui présentant des caractéristiques moléculaires distinctes. L'activité différentielle des réseaux suppressifs oncogènes et tumoraux complique le traitement ciblé puisque il n'aura pas la même effet sur chacun des sous-types. De même, la complexité génétique du GBM permet une signalisation compensatrice favorisant l'entretien de la tumeur et une résistance à l'apoptose.Au cours de la dernière décennie, plusieurs données probantes ont été recueillies portant sur l'importance de l'initiation de la traduction des ARNm dans la tumorigenèse. Plus de 10 facteurs d'initiation de la traduction, agissant comme proto-oncogènes ou suppresseurs de tumeur, interviennent dans l'oncogenèse. De ces facteurs, le complexe d'initiation eIF4F, qui est composé de l'eIF4E, de l'eIF4G et de l'eIF4A est le mieux décrit. La formation accrue de complexes entraîne une discrimination de l'ARNm, ce qui augmente la traduction d'un sous-groupe d'ARNm oncogènes « faibles » dotés de séquences 5' non traduites (5'UTR) très structurées. Par conséquent, l'inhibition de l'initiation de la traduction peut simultanément cibler de nombreuses voies oncogènes. Toutefois, le rôle de l'initiation de la traduction dans la biologie du GBM est incertain tout comme les propriétés anti-néoplastique que pourraient entraîner son inhibition. Lors de cette étude, nous avons utilisé le 4EGI-1 et le silvestrol, inhibiteurs des molécules eIF4E et eIF4A, respectivement, afin de cibler l'initiation de la traduction dans les trois lignées cellulaires du GBM, soit U87, U251N et la plus virulente U87ΔEGFR. Ici, nous montrons que le 4EGI-1 inhibe l'intéraction eIF4E/eIF4G qui est essentielle à la formation du complexe eIF4F dans les cellules U87. Cette inhibition entraîne une diminution de la prolifération et de la survie cellulaires en fonction de la dose et du temps traitement. Moins de 1 % des cellules U87 et U251N et de 17,5% des cellules U87∆EGFR étant toujours présentes après un traitement de 4EGI-1 à 80 µM d'une durée de 96 heures. Une induction marquée de l'apoptose est observée après 48 heures, ainsi qu'une augmentation du marquage à de même qu'une l'annexine V+/7AAD et le clivage de la capsase-9/PARP. Ceci est s'accompagné d'une diminution de l'expression des protéines de plusieurs oncogènes dotés de 5'UTR très structurées, qui sont impliquées dans la prolifération et la survie, tels que c-Myc, cycline D-1, Bcl-2, Bcl-xL, Mcl-1 et survivine. De plus, le 4EGI-1 inhibe la migration des cellules U87 et U87∆EGFR en réponse aux stimuli chimioattractifs ainsi que la prolifération des trois lignées cellulaires dans un milieu en suspension solide. Les effets du silvestrol sont similaires à ceux de 4EGI-1 à l'égard de l'inhibition de la prolifération cellulaire, de la survie, de l'expression des protéines oncogènes et de l'induction de l'apoptose, bien qu'à des concentrations nanomolaires et à des points d'analyse différent, ce qui indique une pharmacocinétique supérieure.Nos résultats montrent la sensibilité du GBM en ce qui concerne l'inhibition de l'initiation de la traduction et sa capacité de déclencher une réponse apoptique solide. Ceci corrobore que la maîtrise de la régulation de la traduction constitue un élément puissant du traitement du cancer, particulièrement du GBM, où les options thérapeutiques sont limitées.