W54011, a C5a antagonist, as a therapeutic strategy: Restoring Glioblastoma tumor microenvironment altered by tumor mesenchymal stem-like cell-derived C5a

Abstract

Purpose: Glioblastoma (GBM) is a notoriously aggressive brain tumor with a grim prognosis. Within GBM tissues, tumor mesenchymal stem-like cells (tMSLCs) secrete complement component 5a (C5a), a substance that exacerbates tumor progression by disrupting the tumor microenvironment (TME). This study explores the therapeutic potential of the C5a antagonist W54011 in mitigating TME-induced tumor progression in GBM tumorspheres (GBM-TS) affected by tMSLC-derived C5a. Methods: We conducted a transcriptomic analysis on tissues from human GBM patients, dividing them into groups based on high and low C5a receptor 1 (C5aR1) expression. Survival analysis and transcriptomic analysis, including differentially expressed genes and gene set enrichment analysis, were performed between these groups. GBM-TS were co-cultured with tMSLCs to produce a C5a-containing conditioned medium (CM) that was used to stimulate GBM-TS. The biological impact of C5a on proliferation, invasion, and stemness to GBM-TS was assessed using WST/ATP, a 3D invasion assay, and an Extreme limiting dilution analysis (ELDA) assay. Validation was achieved through Western blot and bulk RNA sequencing. In vivo experiments using a xenograft mouse model showcased the therapeutic potential of the C5a antagonist, W54011, in treating GBM-TS. Results: Patients with high C5aR1 expression exhibited an increase in TME and inflammation-related genes, correlating with a poor prognosis. GBM-TS treated with CM led to increased proliferation, invasion, and stemness, effects which were reversed by W54011. CM treatment induced EMT in GBM-TS, while W54011 restored spherical morphology and induced apoptosis. Transcriptome analysis and marker expression in western blots corroborated our findings. In an orthotopic xenograft mouse model, co-injection of GBM-TS and CM resulted in larger tumors and lower survival, whereas W54011 reduced tumor size with prolonged survival. Conclusion: Our study reveals a crucial role of C5a in promoting growth, invasion, and stemness to GBM-TS. The inhibition of C5a through W54011 successfully reversed the malign effects on GBM-TS phenotype induced by C5a. These findings offer valuable insights into the mechanisms underlying GBM progression and lay the groundwork for understanding the clinical efficacy of W54011 in GBM treatment. 목적: 교모세포종은 악성도가 높고 예후가 불량한 뇌 종양이다. 교모세포종 조직 내에서는 종양 간질 줄기세포 유사 세포가 보체 성분 5a (C5a)를 분비하는데, 이 물질은 종양 미세환경을 교란함으로써 종양의 진행을 악화시킨다. 본 연구는 종양 간질 줄기세포 유사 세포에서 유래한 C5a에 영향을 받는 교모세포종 종양구에서 종양 미세환경 유도에 따른 종양의 악성화를 완화하는 C5a 저항제인 W54011의 치료적 잠재력을 밝히고자 하였다. 방법: 우리는 교모세포종 환자의 조직에서 전사체 분석을 수행하고, 이를 높은 보체 성분 5a 수용체 1(C5aR1) 표현 그룹과 낮은 표현 그룹으로 나누었다. 이 그룹들 사이에서 생존 분석 및 전사체 분석(차등 발현 유전자 및 유전자 집합 농축 분석 포함)이 수행되었다. 교모세포종 종양구는 종양 간질 줄기세포 유사 세포와 공동 배양하여 C5a가 포함된 조건 배양액을 생성하였고, 이는 교모세포종 종양구를 자극하는 데 사용되었다. C5a의 생물학적 영향은 웨스턴 블롯, 3D 침투 분석, 극한 제한 희석 분석을 사용하여 교모세포종 종양구의 증식, 침습, 줄기성에 대해 평가되었다. 웨스턴 블롯과 전사체 분석을 통해 유효성이 검증되었다. 이종 이식 마우스 모델을 사용한 체내 실험은 C5aR1 저항제인 W54011이 교모세포종 종양구에 대한 치료적 잠재력을 평가하였다. 결과: 높은 C5aR1의 표현을 나타내는 환자들은 종양 미세환경 및 염증 관련 유전자 증가와 함께 예후가 불량한 것으로 관찰되었다. 조건 배양액 처리를 받은 교모세포종 종양구는 증식, 침투, 줄기성이 증가하는 반면, W54011은 이러한 효과를 반전시켰다. 조건 배양액 처리는 교모세포종 종양구에서 상피 간엽 이행을 유도하였으나, W54011은 구형 형태를 복원하고 약품에 의한 세포사를 유도하였다. 전사체 분석 및 웨스턴 블롯에서의 표지자 표현은 우리의 결과를 뒷받침하였다. 이종 이식 마우스 모델에서는 교모세포종 종양구와 조건 배양액의 공동 주입이 큰 종양과 낮은 생존율을 초래하였으나, W54011의 처리는 종양 크기를 줄이고 생존율을 증가시켰다. 결론: 우리의 연구는 종양 간질 줄기세포 유사 세포에 의해 분비된 C5a가 교모세포종 종양구의 성장, 침투, 줄기성을 촉진하는 중요한 역할을 밝혀냈다. W54011을 통한 C5aR1 억제는 C5a 에 의해 유도된 교모세포종 종양구 표현형에 대한 악성 영향을 성공적으로 반전시켰다. 이러한 발견을 통해 교모세포종 진행 메커니즘에 대한 깊은 이해를 도모하고, 교모세포종 치료에서 W54011의 임상 적용 가능성을 확인하였다.