Universitat de Lleida
Universitat de Lleida. Departament de Ciències Mèdiques Bàsiques
En aquesta tesi doctoral s'explora el paper dels canals de calci dependents de voltatge (VGCCs) i dels canals de potassi dependents de calci (KCa) en el glioblastoma (GBM), un tumor cerebral extremadament agressiu i resistent a les teràpies convencionals. El GBM es caracteritza per la presència de cèl·lules mare canceroses i per la seva notable capacitat d'adaptació a microambients hostils, com la hipòxia, fet que contribueix a la seva resistència terapèutica i a la recurrència tumoral. En aquest context, el calci emergeix com a segon missatger crucial en processos clau del càncer, regulant la proliferació, migració, invasió cel.lulars i la resistència a l'apoptosi. A més, les ones de calci són un mitjà de comunicació que s’estableix entre les cèl·lules de glioma, que es connecten entre si i amb les neurones a través de microtubs tumorals i de sinapsis neuro-glioma, afavorint així la progressió tumoral i la resistència a les teràpies. Per estudiar la implicació d’aquests canals en el GBM, es van utilitzar diversos models, entre ells un model de neuroesferes (cèl.lules mare de GBM) exposades a condicions d'estrès (hipòxia i radioteràpia), la tecnologia microfluïdica per tal de generar GBM-on-chip i un model de glioma en Drosophila. Anàlisis bioinformàtics van revelar una sobreexpressió dels canals Cav3.x (Cav3.1 i Cav3.2) i KCa (KCa1.1 i KCa3.1) en mostres de GBM recurrent. A més, en neuroesferes exposades a hipòxia, es va observar un augment en l'expressió de Cav3.x, acompanyat d'un increment de l'autofàgia, suggerint que aquests canals tenen un paper en l'adaptació a la hipòxia i la regulació de l'autofàgia. El tractament amb NNC55-0396, un inhibidor dels canals Cav3.x, va ser eficaç en la reducció de l’estabilització de HIF-1α en condicions d'hipòxia. En el model GBM-on-chip, les cèl·lules tumorals en hipòxia van ser més sensibles a la mort cel·lular induïda per aquest tractament. Aquests resultats destaquen el potencial terapèutic de NNC per atacar cèl·lules tumorals resistents localitzades en àrees d'hipòxia. En el model de glioma en Drosophila, els canals Ca-α1T (ortòleg de Cav3.x en humans), Cacophony (Cav2.1 en humans) i Slowpoke (KCa1.1 en humans) van demostrar estar implicats en la proliferació de la glia tumoral i en l'extensió dels microtubs tumorals. En particular, Ca-α1T i Slowpoke regulen l'activació de la via PI3K i augmenten l’activitat de calci en les cèl·lules tumorals. El silenciament de Slowpoke va millorar significativament la supervivència i va reduir la neurodegeneració en mosques amb glioma. A més, estudis de transcriptòmica indiquen que tots dos canals tenen un paper fonamental en la reprogramació metabòlica del tumor, així com en el metabolisme de xenobiòtics, contribuint potencialment a la resistència a fàrmacs. Ca-α1T també està especialment involucrat en el metabolisme de la glucosa i l'efecte Warburg, mentre que Slowpoke participa en la formació de projeccions cel·lulars, com els microtubs, i en la comunicació cèl·lula a cèl·lula mediada per calci. El silenciament de Ca-α1T i Slowpoke també va reduir l'expressió de receptors glutamatèrgics, la qual cosa suggereix el seu paper en les sinapsis neuro-glioma, essencials per a la progressió tumoral. Es proposa que Ca-α1T i Slowpoke podrien actuar com un tàndem funcional essent essencials per a la progressió del GBM. En conjunt, aquesta tesi presenta els canals Cav3.x (Ca-α1T) i KCa (Slowpoke) com a possibles dianes terapèutiques per al tractament del GBM, degut al seu paper en la regulació del metabolisme tumoral, la comunicació intercel·lular i la resistència a les condicions d'estrès del microambient tumoral, fet que els converteix en candidats prometedors per el desenvolupament de noves estratègies antitumorals.
En esta tesis doctoral se explora el papel de los canales de calcio dependientes de voltaje (VGCCs) y de los canales de potasio dependientes de calcio (KCa) en el glioblastoma (GBM), un tumor cerebral extremadamente agresivo y resistente a las terapias convencionales. El GBM se caracteriza por la presencia de células madre cancerosas y por su notable capacidad de adaptación a microambientes hostiles, como la hipoxia, lo que contribuye a su resistencia terapéutica y a la recurrencia tumoral. En este contexto, el calcio emerge como un segundo mensajero crucial en procesos clave del cáncer, regulando la proliferación, migración, invasión celular y la resistencia a la apoptosis. Además, las ondas de calcio son un medio de comunicación entre las células de glioma, que además se conectan entre sí y con las neuronas a través de microtubos tumorales y de sinapsis neuro-glioma, favoreciendo así la progresión tumoral y la resistencia a las terapias. Para estudiar la implicación de estos canales en el GBM, se utilizaron varios modelos, entre ellos un modelo de neuroesferas (células madre de GBM) expuestas a condiciones de estrés (hipoxia y radioterapia), la tecnología microfluídica para generar GBM-en-chip y un modelo de glioma en Drosophila. Análisis bioinformáticos revelaron una sobreexpresión de los canales Cav3.x (Cav3.1 y Cav3.2) y KCa (KCa1.1 y KCa3.1) en muestras de GBM recurrente. Además, en neuroesferas expuestas a hipoxia, se observó un aumento en la expresión de Cav3.x, acompañado de un incremento de la autofagia, lo que sugiere que estos canales tienen un papel en la adaptación a la hipoxia y en la regulación de la autofagia. El tratamiento con NNC55-0396, un inhibidor de los canales Cav3.x, fue eficaz en la reducción de la estabilización de HIF-1α en condiciones de hipoxia. En el modelo GBM-en-chip, las células tumorales en hipoxia fueron más sensibles a la muerte celular inducida por este tratamiento. Estos resultados destacan el potencial terapéutico de NNC para atacar células tumorales resistentes localizadas en áreas de hipoxia. En el modelo de glioma en Drosophila, los canales Ca-α1T (equivalente a Cav3.x en humanos), Cacophony (Cav2.1 en humanos) y Slowpoke (KCa1.1 en humanos) demostraron estar implicados en la proliferación de la glía tumoral y en la extensión de los microtubos tumorales. En particular, Ca-α1T y Slowpoke regulan la activación de la vía PI3K y permiten el aumento de la actividad de calcio en las células gliales tumorales. El silenciamiento de Slowpoke mejoró significativamente la supervivencia y redujo la neurodegeneración en moscas con glioma. Además, estudios de transcriptómica indican que ambos canales juegan un papel fundamental en la reprogramación metabólica del tumor, así como en el metabolismo de xenobióticos, contribuyendo potencialmente a la resistencia a fármacos. Ca-α1T también está especialmente involucrado en el metabolismo de la glucosa y el efecto Warburg, mientras que Slowpoke participa en la formación de proyecciones celulares, como los microtubos, y en la comunicación célula a célula mediada por calcio. El silenciamiento de Ca-α1T y Slowpoke también redujo la expresión de receptores glutamatérgicos, lo que sugiere su papel en las sinapsis neuro-glioma, esenciales para la progresión tumoral. Se propone que Ca-α1T y Slowpoke podrían actuar como un tándem funcional esencial para la progresión del GBM. En conjunto, esta tesis presenta a los canales Cav3.x (Ca-α1T) y KCa (Slowpoke) como posibles dianas terapéuticas para el tratamiento del GBM, debido a su papel en la regulación del metabolismo tumoral, la comunicación intercelular y la resistencia a las condiciones de estrés del microambiente tumoral, lo que los convierte en candidatos prometedores para el desarrollo de nuevas estrategias antitumorales.
This doctoral thesis explores the role of voltage-gated calcium channels (VGCCs) and calcium-activated potassium channels (KCa) in glioblastoma (GBM), an extremely aggressive brain tumor that is resistant to conventional therapies. GBM is characterized by the presence of cancer stem cells and its remarkable ability to adapt to hostile microenvironments, such as hypoxia, which contributes to its therapeutic resistance and tumor recurrence. In this context, calcium emerges as a crucial second messenger in key cancer processes, regulating cellular proliferation, migration, invasion, and resistance to apoptosis. Additionally, calcium waves serve as a means of communication between glioma cells, which also connect to each other and to neurons through tumor microtubes and neuro-glioma synapses, thereby promoting tumor progression and resistance to therapies. To study the involvement of these channels in GBM, several models were used, including a neuroesphere model (GBM stem cells) exposed to stress conditions (hypoxia and radiotherapy), microfluidic technology to generate GBM-on-chip, and a glioma model in Drosophila. Bioinformatic analyses revealed an overexpression of Cav3.x channels (Cav3.1 and Cav3.2) and KCa channels (KCa1.1 and KCa3.1) in recurrent GBM samples. Moreover, in neuroespheres exposed to hypoxia, an increase in Cav3.x expression was observed, accompanied by an increase in autophagy, suggesting that these channels play a role in hypoxia adaptation and autophagy regulation. Treatment with NNC55-0396, an inhibitor of Cav3.x channels, was effective in reducing HIF-1α stabilization under hypoxic conditions. In the GBM-on-chip model, hypoxic tumor cells were more sensitive to cell death induced by this treatment. These results highlight the therapeutic potential of NNC to target resistant tumor cells located in hypoxic areas. In the Drosophila glioma model, the Ca-α1T channels (equivalent to Cav3.x in humans), Cacophony (Cav2.1 in humans), and Slowpoke (KCa1.1 in humans) were shown to be involved in the proliferation of tumor glia and in the extension of tumor microtubes. Specifically, Ca-α1T and Slowpoke regulate the activation of the PI3K pathway and allow the increased calcium activity in tumor glial cells. Silencing Slowpoke significantly improved survival and reduced neurodegeneration in glioma-bearing flies. Additionally, transcriptomic studies indicate that both channels play a fundamental role in tumor metabolic reprogramming, as well as in xenobiotic metabolism, potentially contributing to drug resistance. Ca-α1T is particularly involved in glucose metabolism and the Warburg effect, while Slowpoke participates in the formation of cellular projections, such as microtubes, and in calcium-mediated cell-to-cell communication. Silencing Ca-α1T and Slowpoke also reduced the expression of glutamatergic receptors, suggesting their role in neuro-glioma synapses, essential for tumor progression. It is proposed that Ca-α1T and Slowpoke could act as a functional tandem essential for GBM progression. In summary, this thesis presents Cav3.x (Ca-α1T) and KCa (Slowpoke) channels as potential therapeutic targets for the treatment of GBM, due to their role in regulating tumor metabolism, intercellular communication, and resistance to the stress conditions of the tumor microenvironment, making them promising candidates for the development of new antitumor strategies.
Gliomas; Canals iónics; Models glioblastoma; Canales iónicos; Modelos glioblastoma; Ion channels; Glioblastoma models
577 - Biochemistry. Molecular biology. Biophysics
Bioquímica i Biologia Molecular
ADVERTIMENT. Tots els drets reservats. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.
