The effects of stress and glucocorticoids in glioma aggressiveness

Abstract

The existence of a clear association between psychological stress and cancer is still a matter of debate. Although some experimental and epidemiological studies suggest that stress can alter neuro endocrinological and immunological functions and may constitute a risk factor for cancer initiation and/or progression, the cause-and-effect relationship remains unclear. Recent studies suggest that chronic stress or glucocorticoid exposure are associated with some cancer types, such as breast and prostate cancers, and may influence tumor development and progression. However, its role in other types of cancers, namely in gliomas, is not known. Gliomas are the most common primary brain tumors of the central nervous system, being glioblastomas (GBMs) the most malignant subtype, for which effective treatments do not exist. These tumors present highly aggressive and invasive features, along with remarkable heterogeneity and therapy resistance. Critically, the etiological factors of GBM remain largely unknown. Thus, understanding how stress or its effector hormones, glucocorticoids, modulate GBM initiation and/or aggressiveness is of great importance. Previous results from our group suggested a higher GBM aggressiveness in animals previously exposed to chronic stress, which caused shorter overall survival of mice. In this project, we decided to validate and explore these findings in more detail. First, we quantified the mRNA expression levels of genes important for tumor progression and for stress response, both in brain tumor tissue and in brain non-tumor tissues from those mice. In addition, we performed in vivo assays, in which we induced GBM by injecting either a mouse (GL261) or a human (U87MG) GBM cell line in the striatum of C57Bl/6J or NSG mice, respectively, and evaluated how a previous exposure to chronic stress and/or to high levels of glucocorticoids impacted tumor features and mice overall survival (OS). No major differences in gene expression levels were found between control and stressed GBM animals, neither in non-tumor samples nor in tumor samples. We further demonstrated that exposure to chronic unpredictable stress for 9 weeks and chronic restraint stress for 3 weeks did not impact mice OS in a mouse and a human GBM cell line, respectively. Similarly, exogenous administration of the rodent glucocorticoid, corticosterone, for 4 weeks did not affect GBM mice OS. In summary, our results show that, contrarily to the initial experiment, stress or glucocorticoid exposure do not seem to affect GBM aggressiveness in these experimental models. Nevertheless, in the future it will be important to test other models and different approaches, such as genetically engineered mice and different cell lines to complement these findings.

A existência de uma associação clara entre o stress psicológico e o cancro ainda é uma questão de debate. Embora alguns estudos experimentais e epidemiológicos sugiram que o stress pode alterar as funções neuro-endocrinológica e imunológica e constituir um fator de risco para o início e/ou progressão do cancro, a relação de causa-efeito permanece pouco clara. Estudos recentes sugerem que o stress crónico ou a exposição a glucocorticoides estão associados a alguns tipos de cancro, como o cancro da mama e da próstata, podendo influenciar o desenvolvimento e progressão do tumor. No entanto, o seu papel em outros tipos de cancro, como o glioma, não é conhecido. Os gliomas são os tumores cerebrais primários mais comuns do sistema nervoso central, sendo os glioblastomas (GBMs) o subtipo mais maligno, para os quais não existem tratamentos eficazes. Estes tumores apresentam características altamente agressivas e invasivas, além de notável heterogeneidade e resistência à terapia. Criticamente, os fatores etiológicos permanecem desconhecidos. Portanto, entender como o stress e as suas hormonas efetoras, os glucocorticoides, modulam a iniciação e/ou agressividade do GBM é de grande importância. Resultados anteriores do nosso grupo sugeriram uma maior agressividade do GBM em animais previamente expostos ao stress crónico, o que causou uma menor sobrevivência dos ratinhos. Neste projeto decidimos validar e explorar essas descobertas em mais detalhe. Primeiro, quantificamos os níveis de expressão de mRNA de genes importantes para a progressão tumoral e para a resposta ao stress, usando tecidos tumorais e tecidos não tumorais do cérebro desses ratinhos. Adicionalmente, efetuamos ensaios in vivo, nos quais induzimos GBM através da injeção de uma linha celular de ratinho (GL261) ou humana (U87MG) de GBM no estriado cerebral de ratinhos C57Bl/6J ou NSG, respetivamente, e avaliamos como uma anterior exposição a stress crónico e/ou a altos níveis de glucocorticoides afetou características tumorais e a sobrevivência destes ratinhos. Não foram encontradas diferenças significativas nos níveis de expressão génica entre animais GBM controlo e stressados, tanto em amostras não-tumorais como em amostras tumorais. Também demonstramos que a exposição a stress crónico imprevisível durante 9 semanas e stress crónico de restrição durante 3 semanas não afetou a sobrevivência dos ratinhos, tanto em linhas celulares de ratinho como humana, respetivamente. Da mesma forma, a administração exógena de glucocorticoides de roedores, corticosterona, durante 4 semanas não afetou a sobrevivência destes ratinhos. Em resumo, os nossos resultados mostram que, contrariamente à experiência inicial, o stress ou a exposição a glucocorticoides parece não afetar a agressividade do GBM nestes modelos experimentais. No entanto, no futuro seria importante testar outros modelos e diferentes abordagens, como ratinhos geneticamente modificados e diferentes linhas celulares para complementar estes achados.