Glioblastoma multiforme (GBM) is the most aggressive and frequent type of primary brain tumor. Even though only 1% of adult cancers are GBMs, their malignant nature makes them the fourth greatest cause of cancer deaths. Treatment of GBM is extremely difficult due to several factors. First, the tumor cells, despite their relatively rapid cell cycle, are quite resistant to conventional therapies. In addition, the blood–brain barrier (BBB) permeability makes it difficult to achieve the desired effect of chemotherapeutics without dose–limiting systemic side effects Current treatment options for GBM include surgery, radiation therapy and chemotherapy. However, development of resistance to these approaches is frequent. For this purpose, new treatment options are needed for GBM patients. Apoptosis, programmed cell death, plays a central role in the development and homeostasis of multicellular organisms. Two main characterized apoptosis pathways are defined in mammalian cells: extrinsic and intrinsic pathways. Intrinsic pathway includes the activity of mitochondria and is controlled by Bcl-2 protein family members. Extrinsic pathway is mediated by death receptors, which are a subgroup of the tumor necrosis factor (TNF) receptor superfamily. In cancers, including GBMs, apoptosis pathway is suppressed, and tumor cells adopt pathways to evade it. However, re-activating apoptosis by using extrinsic ligands can be a prominent therapeutic approach. As such, TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) has the ability to induce apoptosis in tumor cells, but it does not have cytotoxicity on normal cells, which makes it a perfect candidate for GBM treatment.Although TRAIL is a prime therapeutic candidate, many cancer cells are intrinsically resistant and/or acquire resistance to TRAIL. The mechanism of TRAIL resistance is still not completely solved, but it is believed to be due to dysregulations at multiple levels from death receptors to executor caspases within the apoptotic pathway. TRAIL resistance can be overcome by combination therapies. Combination of TRAIL with chemotherapeutics, radiation or other novel therapeutic drugs is a promising approach based on several pre-clinical observations.In this thesis, we describe our approach of identifying novel TRAIL-sensitizing drugs among known and approved chemicals and utilizing high throughput screening (HTS) method. HTS is a method used for drug discovery, where large numbers of drug-like compounds are tested using robotic methods, data processing and control software, to identify promising leads. Drug repurposing is the application of known drugs to other uses, which takes off years required to develop a new drug and provides a drastic economic benefit. In addition, a repurposed drug already comes with the systemic toxicity knowledge, hence reducing cytotoxicity problems. With this in mind, a HTS with a chemical library consisting of 1200 Food and Drug Administration (FDA) approved drugs were utilized for investigating TRAIL sensitizers for GBM. Accordingly, we identified a class of drugs, called cardiac glycosides, with a novel TRAIL sensitizing function for GBM cells. We also investigated the downstream changes in apoptosis pathway components upon the application of this new class of drugs. Our results suggest that combination of cardiac glycosides and TRAIL can be a promising therapeutic approach for GBM patients.

Glioblastoma multiforme (GBM) beyin tümörleri arasında en sık görülen ve en agresif primer beyin tümörüdür. Yetişkinlerde görülen kanserler arasında sadece %1'lik dilim GBM' e ait olsa da, kötü huylu yapısı nedeniyle tüm kanser ölümleri arasında dördüncü sıradadır. GBM tümörlerinin tedaviye yüksek direnç rezistans göstermesi, beyinde bulunan ve sınırlı geçirgen özelliğe sahip Kan-Beyin Bariyeri'nden (KBB) geçişi kemoterapi tedavisinin zorlaştırması gibi faktörlerden dolayı GBM tedavisi güçleşmektedir. Ayrıca hücreler mevcut tedavi biçimleri olan cerrahi müdahale, radyoterapi ve kemoterapiye çok hızlı direnç gösterdikleri için bu tür konvansiyonel tedaviler GBM hastalarının yaşam sürelerini ve kalitesini yeterince arttıramamaktadır. Tüm bu sebeplerle GBM tümörlerinde yeni tedavi yaklaşımlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Apoptoz, çok hücreli organizmaların gelişimi ve homeostazında önemli bir rol oynayan programlı hücre ölümüdür. Memeli hücrelerinde tanımlanmış iki temel apoptoz yolağı vardır: Ölüm Reseptörleri (Ekstrensek) Yolağı ve Mitokondriyal (İntrensek) Yolağı. Mitokondriyal apoptoz yolağı mitokondri aktivitesi içerir ve Bcl-2 protein ailesi üyeleri tarafından kontrol edilir. Ölüm reseptörleri yolağı ise tümör nekroz faktörü (TNF) reseptör üst ailesinin bir alt grubudur ve ölüm reseptörleri tarafından yönetilir. Kanser hücrelerinde apoptozda görev alan bu yolaklar baskılanmaktadır. AncakBu nedenle, dışarıdan ligandlar kullanılarak ölüm reseptörü yolağını aktive etmek önemli bir tedavi yaklaşımı olarak gözükmektedir. TNF-aracılı apoptoz-indükleyici ligand (TRAIL)'ın normal hücreler üzerindeki sitotoksik etkisi az ikenaz olmakla beraber, kanser hücrelerinde apoptozu tetikleyebilmektedir. Bu nedenle TRAIL, GBM tedavisi için önemli bir adaydır.TRAIL öncü bir tedavi adayı olmasına rağmen, pek çok kanser hücrelerinde TRAIL'e direnç görülmektedir veya bu hücreler zamanla TRAIL'e direnç kazanmaktadırlar. TRAIL direnç mekanizmaları tam olarak çözülememiş olsa da direncin ölüm reseptörlerinin düzensizliğinden, apoptoz yolağı içinde önemli bir rolü olan kaspaz enzimlerine kadar birçok nedenden kaynaklandığı düşünülmektedir. Kanser hücrelerindeki TRAIL direnci; kemoterapi, radyasyon veya diğer tedavi amaçlı kullanılan ilaçların kombinasyonu ile aşılabilmektedir. Bu tezde, Yüksek Hızda Aktivite Tarama (High Throughput Screening, HTS) yöntemi ile bilinen ve onaylı kimyasal kütüphanesi kullanılarak TRAIL direncini aşan ilaçlar belirlenmiştir. Bilinen ilaçların kullanımının yeniden yönlendirilmesi yeni bir ilacın kullanımı ve onaylanması için gereken süreyi ve ekonomik boyutu azaltacaktır. Buna ek olarak, onaylanmış ilaçların sistemik toksisite hakkındaki bilgi birikimiüzerinde bilinen etkileri de büyük bir avantaj sağlamaktadır. Bu düşünceyle GBM hücrelerinde, Amerikan Gıda ve İlaç İdaresi (FDA) tarafından onaylanmış 1200 ilaçlı bir kimyasal kütüphane ile HTS methodu kullanılarak TRAIL direncini yenebilecek ilaçlar taranmıştır. Buna göre GBM hücrelerinin TRAIL'a karşı sensitivitesini artırarak fonksiyon gösteren kardiyak glikozitler adı verilen bir ilaç sınıfı tanımlanmıştır. Ek olarak, kardiyak glikozitlerinin apoptoz yolağı bileşenlerinin üzerindeki etkilerine bakılmıştır. Sonuçlarımız doğrultusunda kardiyak glikozitler ve TRAIL kombinasyonunun GBM hastaları için umut verici bir tedavi yaklaşımı olabileceğini öngörmekteyiz.