Jean Nakhle, Khattar Khattar, Tülin Özkan, Adel Boughlita, Daouda Abba Moussa, Amelie Darlix, Frédérique Lorcy, Valérie RIGAU, Luc BAUCHET, Sabine Gerbal-Chaloin, Martine Daujat-Chavanieu, Floriant Bellvert, Laurent Turchi, Thierry Virolle, Jean-Philippe Hugnot, Nicolas Buisine, Mireille Galloni, Valerie Dardalhon, Anne-Marie Rodriguez, Marie-Luce Vignais, Institut de Génomique Fonctionnelle (IGF), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), Institut de Génétique Moléculaire de Montpellier (IGMM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), Geroscience and rejuvenation research center (RESTORE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-EFS-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CHU Montpellier, Centre Hospitalier Régional Universitaire [Montpellier] (CHRU Montpellier), Ankara University School of Medicine [Turkey], Université de Montpellier (UM), Institut du Cancer de Montpellier (ICM), Hôpital Gui de Chauliac [CHU Montpellier], Neurochirurgie [Hôpital Gui de Chauliac], Centre Hospitalier Régional Universitaire [Montpellier] (CHRU Montpellier)-Hôpital Gui de Chauliac [CHU Montpellier], Toulouse Biotechnology Institute (TBI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), MetaToul FluxoMet (TBI-MetaToul), MetaboHUB-MetaToul, MetaboHUB-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-MetaboHUB-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Toulouse Biotechnology Institute (TBI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Institut de Biologie Valrose (IBV), Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA), Physiologie moléculaire et adaptation (PhyMA), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Biologie Paris Seine (IBPS), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Adaptation Biologique et Vieillissement = Biological Adaptation and Ageing (B2A), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Paris Seine (IBPS), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-11-INBS-0010,METABOHUB,Développement d'une infrastructure française distribuée pour la métabolomique dédiée à l'innovation(2011), Institut de recherche en biothérapie, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Montpellier (UM), Neuroradiologie [Hôpital Gui de Chauliac], and Centre Hospitalier Régional Universitaire [Montpellier] (CHRU Montpellier)-Centre Hospitalier Régional Universitaire [Montpellier] (CHRU Montpellier)
International audience; Glioblastomas (GBM) are heterogeneous tumors with high metabolic plasticity. Their poor prognosis is linked to the presence of glioblastoma stem cells (GSC), which support resistance to therapy, notably to temozolomide (TMZ). Mesenchymal stem cells (MSC) recruitment to GBM contributes to GSC chemoresistance, by mechanisms still poorly understood. Here, we provide evidence that MSCs transfer mitochondria to GSCs through tunneling nanotubes, which enhances GSCs resistance to TMZ. More precisely, our metabolomics analyses reveal that MSC mitochondria induce GSCs metabolic reprograming, with a nutrient shift from glucose to glutamine, a rewiring of the tricarboxylic acid cycle from glutaminolysis to reductive carboxylation and increase in orotate turnover as well as in pyrimidine and purine synthesis. Metabolomics analysis of GBM patient tissues at relapse after TMZ treatment documents increased concentrations of AMP, CMP, GMP, and UMP nucleotides and thus corroborate our in vitro analyses. Finally, we provide a mechanism whereby mitochondrial transfer from MSCs to GSCs contributes to GBM resistance to TMZ therapy, by demonstrating that inhibition of orotate production by Brequinar (BRQ) restores TMZ sensitivity in GSCs with acquired mitochondria. Altogether, these results identify a mechanism for GBM resistance to TMZ and reveal a metabolic dependency of chemoresistant GBM following the acquisition of exogenous mitochondria, which opens therapeutic perspectives based on synthetic lethality between TMZ and BRQ.Significance: Mitochondria acquired from MSCs enhance the chemoresistance of GBMs. The discovery that they also generate metabolic vulnerability in GSCs paves the way for novel therapeutic approaches.