Tumor-associated macrophages (TAMs) are abundant in gliomas and immunosuppressive TAMs are a barrier to emerging immunotherapies. It is unknown to what extent macrophages derived from peripheral blood adopt the phenotype of brain-resident microglia in pre-treatment gliomas. The relative proportions of blood-derived macrophages and microglia have been poorly quantified in clinical samples due to a paucity of markers that distinguish these cell types in malignant tissue.We perform single-cell RNA-sequencing of human gliomas and identify phenotypic differences in TAMs of distinct lineages. We isolate TAMs from patient biopsies and compare them with macrophages from non-malignant human tissue, glioma atlases, and murine glioma models. We present a novel signature that distinguishes TAMs by ontogeny in human gliomas. Blood-derived TAMs upregulate immunosuppressive cytokines and show an altered metabolism compared to microglial TAMs. They are also enriched in perivascular and necrotic regions. The gene signature of blood-derived TAMs, but not microglial TAMs, correlates with significantly inferior survival in low-grade glioma. Surprisingly, TAMs frequently co-express canonical pro-inflammatory (M1) and alternatively activated (M2) genes in individual cells.We conclude that blood-derived TAMs significantly infiltrate pre-treatment gliomas, to a degree that varies by glioma subtype and tumor compartment. Blood-derived TAMs do not universally conform to the phenotype of microglia, but preferentially express immunosuppressive cytokines and show an altered metabolism. Our results argue against status quo therapeutic strategies that target TAMs indiscriminately and in favor of strategies that specifically target immunosuppressive blood-derived TAMs.

Stem-like glioma cells reside within a perivascular niche and display hallmark radiation resistance. An understanding of the mechanisms underlying these properties will be vital for the development of effective therapies. Here, we show that the stem cell marker CD44 promotes cancer stem cell phenotypes and radiation resistance. In a mouse model of glioma, Cd44−/− and Cd44+/− animals showed improved survival compared to controls. The CD44 ligand osteopontin shared a perivascular expression pattern with CD44 and promoted glioma stem cell-like phenotypes. These effects were mediated via the γ-secretase-regulated intracellular domain of CD44, which promoted aggressive glioma growth in vivo and stem cell-like phenotypes via CBP/p300-dependent enhancement of HIF-2α activity. In human glioblastoma multiforme, expression of CD44 correlated with hypoxia-induced gene signatures and poor survival. Altogether, these data suggest that in the glioma perivascular niche, osteopontin promotes stem cell-like properties and radiation resistance in adjacent tumor cells via activation of CD44 signaling.

Summary Pediatric high-grade glioma (pHGG) is an incurable central nervous system malignancy that is a leading cause of pediatric cancer death. While pHGG shares many similarities to adult glioma, it is increasingly recognized as a molecularly distinct, yet highly heterogeneous disease. In this study, we longitudinally profiled a molecularly diverse cohort of 16 pHGG patients before and after standard therapy through single-nucleus RNA and ATAC sequencing, whole-genome sequencing, and CODEX spatial proteomics to capture the evolution of the tumor microenvironment during progression following treatment. We found that the canonical neoplastic cell phenotypes of adult glioblastoma are insufficient to capture the range of tumor cell states in a pediatric cohort and observed differential tumor-myeloid interactions between malignant cell states. We identified key transcriptional regulators of pHGG cell states and did not observe the marked proneural to mesenchymal shift characteristic of adult glioblastoma. We showed that essential neuromodulators and the interferon response are upregulated post-therapy along with an increase in non-neoplastic oligodendrocytes. Through in vitro pharmacological perturbation, we demonstrated novel malignant cell-intrinsic targets. This multiomic atlas of longitudinal pHGG captures the key features of therapy response that support distinction from its adult counterpart and suggests therapeutic strategies which are targeted to pediatric gliomas.

ABSTRACT Diffuse gliomas are epigenetically dysregulated, immunologically cold, and fatal tumors characterized by mutations in isocitrate dehydrogenase (IDH). Although IDH mutations yield a uniquely immunosuppressive tumor microenvironment, the regulatory mechanisms that drive the immune landscape of IDH mutant (IDHm) gliomas remain unknown. Here, we reveal that transcriptional repression of retinoic acid (RA) pathway signaling impairs both innate and adaptive immune surveillance in IDHm glioma through epigenetic silencing of retinol binding protein 1 (RBP1) and induces a profound anti-inflammatory landscape marked by loss of inflammatory cell states and infiltration of suppressive myeloid phenotypes. Restorative retinoic acid therapy in murine glioma models promotes clonal CD4 + T cell expansion and induces tumor regression in IDHm, but not IDH wildtype (IDHwt), gliomas. Our findings provide a mechanistic rationale for RA immunotherapy in IDHm glioma and is the basis for an ongoing investigator-initiated, single-center clinical trial investigating all-trans retinoic acid (ATRA) in recurrent IDHm human subjects.

ABSTRACT Although KIT -mutant GISTs can be effectively treated with tyrosine kinase inhibitors (TKIs), many patients develop resistance to imatinib mesylate (IM) as well as the FDA-approved later-line agents sunitinib, regorafenib and ripretinib. Resistance mechanisms mainly involve secondary mutations in the KIT receptor tyrosine kinase gene indicating continued dependency on the KIT signaling pathway. The fact that the type of secondary mutation confers either sensitivity or resistance towards TKIs and the notion that secondary mutations exhibit intra- and intertumoral heterogeneity complicates the optimal choice of treatment in the imatinib-resistant setting. Therefore, new strategies that target KIT independently of its underlying mutations are urgently needed. Homoharringtonine (HHT) is a first-in-class inhibitor of protein biosynthesis and is FDA-approved for the treatment of chronic myeloid leukemia (CML) that is resistant to at least two TKIs. HHT has also shown activity in KIT -mutant mastocytosis models, which are intrinsically resistant to imatinib and most other TKIs. We hypothesized that HHT could be effective in GIST through downregulation of KIT expression and subsequent decrease of KIT activation and downstream signaling. Testing several GIST cell line models, HHT led to a significant reduction in nascent protein synthesis and was highly effective in the nanomolar range in IM-sensitive and IM-resistant GIST cell lines. HHT treatment resulted in a rapid and complete abolishment of KIT expression and activation, while KIT mRNA levels were minimally affected. The response to HHT involved induction of apoptosis as well as cell cycle arrest. The antitumor activity of HHT was confirmed in a GIST xenograft model. Taken together, inhibition of protein biosynthesis is a promising strategy to overcome TKI resistance in GIST.

Motivation: Optimal treatment for GBM requires precise targeting of all viable tumor cells, many of which are not visible on conventional neuroimaging. Goal(s): We aimed to utilize WBSI to identify infiltrating tumor cells in GBM patients for selecting a precise target volume for personalized mapping of transducer arrays for enhanced delivery of TTFields. Approach: A mean value of choline/NAA was computed from normal mask, and all voxels that exceeded two-fold threshold value were included in a 3D-composite mask from the tumor region. Results: WBSI provided higher yield of voxels with good spectral quality, resulting in improved brain tumor coverage compared to anatomical MRI sequences. Impact: Alternative array configuration created from WBSI will allow precise delineation of tumor margins for enhanced delivery of TTFields dose to all proliferating regions of a GBM, decreasing the rate of local recurrence and ultimately improving overall survival.