Abstract Background Despite advancements in cancer immunotherapy, solid tumors remain formidable challenges. In glioma, profound inter-and intra-tumoral heterogeneity of antigen landscape hampers therapeutic development. Therefore, it is critical to consider alternative sources to expand the repertoire of targetable (neo-)antigens and improve therapeutic outcomes. Accumulating evidence suggests that tumor-specific alternative splicing (AS) could be an untapped reservoir of neoantigens. Results In this study, we investigated tumor-specific AS events in glioma, focusing on those predicted to generate major histocompatibility complex (MHC)-presentation-independent, cell-surface neoantigens that could be targeted by antibodies and chimeric antigen receptor (CAR)-T cells. We systematically analyzed bulk RNA-sequencing datasets comparing 429 tumor samples (from The Cancer Genome Atlas [TCGA]) and 9,166 normal tissue samples (from the Genotype-Tissue Expression project [GTEx]), and identified 13 AS events in 7 genes predicted to be expressed in more than 10% of the patients, including PTPRZ1 and BCAN , which were corroborated by an external RNA-sequencing dataset. Subsequently, we validated our predictions and elucidated the complexity of the isoforms using full-length transcript amplicon sequencing on patient-derived glioblastoma cells. However, analyses of the RNA-sequencing datasets of spatially mapped and longitudinally collected clinical tumor samples unveiled remarkable spatiotemporal heterogeneity of the candidate AS events. Furthermore, proteomics analysis did not reveal any peptide spectra matching the putative neoantigens. Conclusions Our investigation illustrated the diverse characteristics of the tumor-specific AS events and the challenges of antigen exploration due to their notable spatiotemporal heterogeneity and elusive nature at the protein levels. Redirecting future efforts toward intracellular, MHC-presented antigens could offer a more viable avenue.

T-cell-mediated immunotherapies are limited by the extent to which cancer-specific antigens are homogenously expressed throughout a tumor. We reasoned that recurrent splicing aberrations in cancer represent a potential source of tumor-wide and public neoantigens, and to test this possibility, we developed a novel pipeline for identifying neojunctions expressed uniformly within a tumor across diverse cancer types. Our analyses revealed multiple neojunctions that recur across patients and either exhibited intratumor heterogeneity or, in some cases, were tumor-wide. We identified CD8+ T-cell clones specific for neoantigens derived from tumor-wide and conserved neojunctions in GNAS and RPL22, respectively. TCR-engineered CD8+ T-cells targeting these mutations conferred neoantigen-specific tumor cell eradication. Furthermore, we revealed that cancer-specific dysregulation in splicing factor expression leads to recurrent neojunction expression. Together, these data reveal that a subset of neojunctions are both intratumorally conserved and public, providing the molecular basis for novel T-cell-based immunotherapies that address intratumoral heterogeneity.

Abstract Brain tumor-initiating cells (BTICs) and tumor cell plasticity promote glioblastoma (GBM) progression. Here, we demonstrate that clemastine, an over-the-counter drug for treating hay fever and allergy symptoms, effectively attenuated the stemness and suppressed the propagation of primary BTIC cultures bearing PDGFRA amplification. These effects on BTICs were accompanied by altered gene expression profiling indicative of their more differentiated states, resonating with the activity of clemastine in promoting the differentiation of normal oligodendrocyte progenitor cells (OPCs) into mature oligodendrocytes. Functional assays for pharmacological targets of clemastine revealed that Emopamil binding protein (EBP), an enzyme in the cholesterol biosynthesis pathway, is essential for BTIC propagation and a target that mediates the suppressive effects of clemastine. Finally, we showed that a neural stem cell-derived mouse glioma model displaying predominantly proneural features was similarly susceptible to clemastine treatment. Collectively, these results identify pathways essential for maintaining the stemness and progenitor features of GBMs, uncover BTIC dependency on EBP, and suggest that non-oncology, low-toxicity drugs with OPC differentiation-promoting activity can be repurposed to target GBM stemness and aid in their treatment.

ABSTRACT Glioblastoma (GBM) is a lethal brain cancer exhibiting high levels of drug resistance, a feature partially imparted by tumor cell stemness. Recent work shows that homozygous MTAP deletion, a genetic alteration occurring in about half of all GBMs, promotes stemness in GBM cells. Exploiting MTAP loss-conferred deficiency in adenine salvage, we demonstrate that transient adenine blockade via treatment with L-Alanosine (ALA), an inhibitor of de novo adenine synthesis, attenuates stemness of MTAP -deficient GBM cells. This ALA-induced reduction in stemness is accompanied by compromised mitochondrial function, highlighted by diminished spare respiratory capacity. Direct pharmacological inhibition of mitochondrial respiration recapitulates the effect of ALA on GBM cell stemness, suggesting ALA targets stemness partially via affecting mitochondrial function. Finally, in agreement with diminished stemness and compromised mitochondrial function, we show that ALA sensitizes GBM cells to temozolomide (TMZ) in vitro and in an orthotopic GBM model. Collectively, these results identify critical roles of adenine supply in maintaining mitochondrial function and stemness of GBM cells, highlight a critical role of mitochondrial function in sustaining GBM stemness, and implicate adenine synthesis inhibition as a complementary approach for treating MTAP -deleted GBMs.