Investigation of the effects of supplementary therapy candidate molecules in breaking chemotherapy resistance in glioblastoma cells and retrospectively supporting the findings with primary tumors

Abstract

In the current study, it was aimed to examine the effects of fisetin and berberine, which are predicted to have prospects of complementary therapy, on the potential to elucidate drug resistance and increase the success of temozolomide (TMZ) in the treatment of non-resistant, natural, and acquired resistant glioblastoma (GBM) cells in combination with TMZ in both normoxic and hypoxic environment conditions that are more compatible with the cancer microenvironment, and to validate the findings in the study in primary brain tumor cells. For this purpose, initially, the therapeutic efficacy of fisetin and berberine, alone or in combination with TMZ, on cell proliferation was determined by the xCELLigence method, their effectiveness on cell cycle and apoptosis by flow cytometric method, their effectiveness on cell aggressiveness was determined by wound healing under normoxic conditions, colony test and 3D culture model, and wound healing test in hypoxic conditions. Furthermore, the efficacy of fisetin, which was determined to be more effective at a lower dose for GBM treatment, in combination with TMZ, the MSH2 and ZEB1 gene expression levels between TMZ-resistant and sensitive cell lines were investigated and validated in primary brain tumors with different characteristics. Hence, the findings of the current study showed that fisetin had anti-tumor activity in both normoxic and hypoxic environments by functional analysis and showed that it increased the activity of TMZ in resistant cells, especially in combination with TMZ. Consonantly, TMZ+Fisetin treatment was found to be effective in increasing MSH2 levels and decreasing ZEB1 levels in both cell lines and GBM primary patients. Consequently, current findings supporting the efficacy of TMZ+Fisetin combination therapy indicate that fisetin, which can be effective in breaking resistance even in different mechanisms, may have the potential to be used as an anti-cancer agent in the development of new treatment strategies in GBM.

Mevcut projede, tamamlayıcı tedavi potansiyeli olabileceği öngörülen doğal bileşiklerden fisetin ve berberinin temozolomide (TMZ) ile kombin olarak dirençsiz, doğal ve kazanılmış dirençli glioblastoma (GBM) hücrelerinin tedavisinde ilaç direncini kırma ve TMZ başarısını arttırma potansiyeli üzerine etkilerinin hem normoksik hem de kanser mikroçevresine daha uyumlu olan hipoksik ortam şartlarında incelenmesi ve yapılan çalışmadaki bulguların primer beyin tümörü hücrelerinde de valide edilebilmesi amaçlanmıştır. Amaç doğrultusunda ilk olarak terapötik etkinliği değerlendirilen flavonodilerden fisetin ve berberinin tek başlarına ve TMZ ile kombinasyon halinde hücre proliferasyonu üzerine etkinliği xCELLigence yöntemi ile, hücre döngüsü ve apoptoz üzerine etkinliği flow sitometrik yöntem ile, hücre agresifliği üzerine etkinliği normoksik koşullarda yara iyileşmesi, koloni testi ve 3B kültür modeli ile ve hipoksik koşullarda yara iyileşme testi ile belirlenmiştir. Daha sonra bu çalışmada, GBM tedavisi için daha düşük dozda daha etkili olduğu belirlenen fisetinin TMZ ile kombine tedavisindeki etkinliğinin TMZ'ye dirençli ve duyarlı hücre hatları arasındaki MSH2 ve ZEB1 gen ekspresyon düzeyleri araştırılmış ve farklı karaktere sahip primer beyin tümörlerinde valide edilmiştir. Mevcut çalışmanın bulguları özellikle fisetinin fonksiyonel analizlerle hem normoksik hem de hipoksik ortamda anti-tümör etkinliği olduğunu göstermiş ve özellikle TMZ ile kombinasyonunda dirençli hücrelerde de TMZ'nin etkinliğini arttırdığını göstermiştir. Ayrıca, TMZ+Fisetin tedavisinin MSH2 seviyelerini arttırmada ve ZEB1 seviyelerini düşürmede hem hücre hattı hem de GBM primer hastalarında etkili olduğu belirlenmiştir. TMZ+Fisetin kombin tedavisinin etkinliğini destekleyen mevcut bulgular, GBM'de yeni tedavi stratejilerinin geliştirilmesinde farklı mekanizmalarda bile direnci kırmada etkili olabilen fisetinin anti-kanser ajanı olarak kullanılabilme potansiyeline sahip olabileceğini göstermektedir.