High-grade serous ovarian carcinoma (HGSOC) is the most frequent type of ovarian cancer and has a poor outcome. It has been proposed that fallopian tube cancers may be precursors of HGSOC but evolutionary evidence for this hypothesis has been limited. Here, we perform whole-exome sequence and copy number analyses of laser capture microdissected fallopian tube lesions (p53 signatures, serous tubal intraepithelial carcinomas (STICs), and fallopian tube carcinomas), ovarian cancers, and metastases from nine patients. The majority of tumor-specific alterations in ovarian cancers were present in STICs, including those affecting TP53, BRCA1, BRCA2 or PTEN. Evolutionary analyses reveal that p53 signatures and STICs are precursors of ovarian carcinoma and identify a window of 7 years between development of a STIC and initiation of ovarian carcinoma, with metastases following rapidly thereafter. Our results provide insights into the etiology of ovarian cancer and have implications for prevention, early detection and therapeutic intervention of this disease.

Abstract Glioblastomas (GBM) with EGFR amplification represent approximately 50% of newly diagnosed cases, and recent studies have revealed frequent coexistence of multiple EGFR aberrations within the same tumor, which has implications for mutation cooperation and treatment resistance. However, bulk tumor sequencing studies cannot resolve the patterns of how the multiple EGFR aberrations coexist with other mutations within single tumor cells. Here, we applied a population-based single-cell whole-genome sequencing methodology to characterize genomic heterogeneity in EGFR-amplified glioblastomas. Our analysis effectively identified clonal events, including a novel translocation of a super enhancer to the TERT promoter, as well as subclonal LOH and multiple EGFR mutational variants within tumors. Correlating the EGFR mutations onto the cellular hierarchy revealed that EGFR truncation variants (EGFRvII and EGFR carboxyl-terminal deletions) identified in the bulk tumor segregate into nonoverlapping subclonal populations. In vitro and in vivo functional studies show that EGFRvII is oncogenic and sensitive to EGFR inhibitors currently in clinical trials. Thus, the association between diverse activating mutations in EGFR and other subclonal mutations within a single tumor supports an intrinsic mechanism for proliferative and clonal diversification with broad implications in resistance to treatment. Significance: We developed a novel single-cell sequencing methodology capable of identifying unique, nonoverlapping subclonal alterations from archived frozen clinical specimens. Using GBM as an example, we validated our method to successfully define tumor cell subpopulations containing distinct genetic and treatment resistance profiles and potentially mutually cooperative combinations of alterations in EGFR and other genes. Cancer Discov; 4(8); 956–71. ©2014 AACR. See related commentary by Gini and Mischel, p. 876 This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 855

Extracellular vesicles (EVs) are naturally occurring nano-sized carriers that are secreted by cells and facilitate cell-to-cell communication by their unique ability to transfer biologically active cargo. Despite the pronounced increase in our understanding of EVs over the last decade, from disease pathophysiology to therapeutic drug delivery, improved molecular tools to track their therapeutic delivery are still needed. Unfortunately, the present catalogue of tools utilised for EV labelling lacks sensitivity or are not sufficiently specific. Here, we have explored the bioluminescent labelling of EVs using different luciferase enzymes tethered to CD63 to achieve a highly sensitive system for in vitro and in vivo tracking of EVs. Using tetraspanin fusions to either NanoLuc or ThermoLuc permits performing highly sensitive in vivo quantification of EVs or real-time imaging, respectively, at low cost and in a semi-high throughput manner. We find that the in vivo distribution pattern of EVs is determined by the route of injection, but that different EV subpopulations display differences in biodistribution patterns. By applying this technology for real-time non-invasive in vivo imaging of EVs, we show that their distribution to different internal organs occurs just minutes after administration.

ABSTRACT Cells release heterogeneous nano‐sized vesicles either as exosomes, being derived from endosomal compartments, or through budding from the plasma membrane as so‐called microvesicles, commonly referred to as extracellular vesicles (EVs). EVs are known for their important roles in mammalian physiology and disease pathogenesis and provide a potential biomarker source in cancer patients. EVs are generally often analysed in bulk using Western blotting or by bead‐based flow‐cytometry or, with limited parameters, through nanoparticle tracking analysis. Due to their small size, single EV analysis is technically highly challenging. Here we demonstrate imaging flow cytometry (IFCM) to be a robust, multiparametric technique that allows analysis of single EVs and the discrimination of distinct EV subpopulations. We used IFCM to analyse the tetraspanin (CD9, CD63, CD81) surface profiles on EVs from human and murine cell cultures as well as plasma samples. The presence of EV subpopulations with specific tetraspanin profiles suggests that EV‐mediated cellular responses are tightly regulated and dependent on cell environment. We further demonstrate that EVs with double positive tetraspanin expression (CD63 + /CD81 + ) are enriched in cancer cell lines and patient plasma samples. In addition, we used IFCM to detect tumour‐specific GFP‐labelled EVs in the blood of mice bearing syngeneic intracerebral gliomas, indicating that this technique allows unprecedented disease modelling. In summary, our study highlights the heterogeneous and adaptable nature of EVs according to their marker profile and demonstrates that IFCM facilitates multiparametric phenotyping of EVs not only in vitro but also in patient plasma at a single EV level, with the potential for future functional studies and clinically relevant applications. Abbreviation: EDTA = ethylenediamine tetraacetic acid

Genome-wide DNA methylation profiling has recently been developed into a tool that allows tumor classification in central nervous system tumors. Extracellular vesicles (EVs) are released by tumor cells and contain high molecular weight DNA, rendering EVs a potential biomarker source to identify tumor subgroups, stratify patients and monitor therapy by liquid biopsy. We investigated whether the DNA in glioblastoma cell-derived EVs reflects genome-wide tumor methylation and mutational profiles and allows noninvasive tumor subtype classification.DNA was isolated from EVs secreted by glioblastoma cells as well as from matching cultured cells and tumors. EV-DNA was localized and quantified by direct stochastic optical reconstruction microscopy. Methylation and copy number profiling was performed using 850k arrays. Mutations were identified by targeted gene panel sequencing. Proteins were differentially quantified by mass spectrometric proteomics.Genome-wide methylation profiling of glioblastoma-derived EVs correctly identified the methylation class of the parental cells and original tumors, including the MGMT promoter methylation status. Tumor-specific mutations and copy number variations (CNV) were detected in EV-DNA with high accuracy. Different EV isolation techniques did not affect the methylation profiling and CNV results. DNA was present inside EVs and on the EV surface. Proteome analysis did not allow specific tumor identification or classification but identified tumor-associated proteins that could potentially be useful for enriching tumor-derived circulating EVs from biofluids.This study provides proof of principle that EV-DNA reflects the genome-wide methylation, CNV, and mutational status of glioblastoma cells and enables their molecular classification.

Abstract Extracellular vesicles (EVs) are released from basically all cells. Over the last decade, small EVs (sEVs; 50–150 nm) have gained enormous attention in diagnostics and therapy. However, methodological limitations coupled to the lack of EV standards leave many questions in this quickly evolving field unresolved. Recently, by using enhanced green fluorescent protein (eGFP)‐labeled sEVs as biological reference material, we systematically optimized imaging flow cytometry for single sEV analysis. Furthermore, we showed that sEVs stained with different fluorescent antibodies can be analyzed in a multiparametric manner. However, many parameters potentially affecting the sEV staining procedure still require further evaluation and optimization. Here, we present a concise, systematic evaluation of the impact of the incubation temperature (4°C, room temperature and 37°C) during sEV antibody staining on the outcome of experiments involving the staining of EVs with fluorescence‐conjugated antibodies. We provide evidence that both the staining intensity and the sample recovery can vary depending on the incubation temperature applied, and that observed differences are less pronounced following prolonged incubation times. In addition, this study can serve as an application‐specific example of parameter evaluation in EV flow cytometry. © 2020 The Authors. Cytometry Part A published by Wiley Periodicals, Inc. on behalf of International Society for Advancement of Cytometry.

Extracellular vesicles (EVs) of various types are released or shed from all cells. EVs carry proteins and contain additional protein and nucleic acid cargo that relates to their biogenesis and cell of origin. EV cargo in liquid biopsies is of widespread interest owing to its ability to provide a retrospective snapshot of cell state at the time of EV release. For the purposes of EV cargo analysis and repertoire profiling, multiplex assays are an essential tool in multiparametric analyte studies but are still being developed for high-parameter EV protein detection. Although bead-based EV multiplex analyses offer EV profiling capabilities with conventional flow cytometers, the utilization of EV multiplex assays has been limited by the lack of software analysis tools for such assays. To facilitate robust EV repertoire studies, we developed multiplex analysis post-acquisition analysis (MPAPASS) open-source software for stitched multiplex analysis, EV database-compatible reporting, and visualization of EV repertoires.

Neural-tumor interactions drive glioma growth as evidenced in preclinical models, but clinical validation is nascent. We present an epigenetically defined neural signature of glioblastoma that independently affects patients' survival. We use reference signatures of neural cells to deconvolve tumor DNA and classify samples into low- or high-neural tumors. High-neural glioblastomas exhibit hypomethylated CpG sites and upregulation of genes associated with synaptic integration. Single-cell transcriptomic analysis reveals high abundance of stem cell-like malignant cells classified as oligodendrocyte precursor and neural precursor cell-like in high-neural glioblastoma. High-neural glioblastoma cells engender neuron-to-glioma synapse formation in vitro and in vivo and show an unfavorable survival after xenografting. In patients, a high-neural signature associates with decreased survival as well as increased functional connectivity and can be detected via DNA analytes and brain-derived neurotrophic factor in plasma. Our study presents an epigenetically defined malignant neural signature in high-grade gliomas that is prognostically relevant.

Abstract Background Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths worldwide, with brain metastasis (BM) occurring in 40% of advanced non-small cell lung cancer (NSCLC) patients. In 15% of these patients, the brain is the only affected organ (oligo-metastasis), corresponding to improved prognosis compared to widespread disease. Thus far, it is unknown if the metastatic dissemination to the brain without systemic metastases is a consequence of the immune system’s ability to control systemic tumor outgrowth. Methods Here, we investigated the local and peripheral immune cell composition in NSCLC BM patients, and identified new immune patterns related to the occurrence of brain metastases either as oligo- or poly-metastatic disease. Results The multi-parametric immune phenotyping of peripheral blood revealed a downregulation of KLRG1 in CD8 + T-cells and an increase in CD4 + T H 17 cells and elevated IL-17 levels in the blood of all NSCLC BM patients compared to healthy individuals. In addition, BM patients CD4 + T cells showed less CD73 expression with reduced effector memory differentiation. Furthermore, we observed less intra-tumoral infiltration in tumor tissues and a distinctive CD4+ T-cell profile in oligo-synchronous BM, both in the tumor microenvironment and peripheral blood compared to poly-metastatic BM patients. Moreover, 5′-ectonucleotidase CD73 was significantly upregulated in CD4 and T-regulatory cells of oligo-synchronous BM. Conclusions These results indicate that oligo-synchronous BM exhibits a more pronounced alteration in the CD4 T-cell immune profile both locally at the tumor site and systemically. Key Points BM patients exhibit a skewed systemic immune profile, characterized by downregulation of KLRG1 in CD8 + and induction of T H 17/IL-17 axis and CD73 in CD4 + T-cells. Oligo-synchronous BM displayed a distinct CD4 + T-cell profile in both TME and peripheral blood. Importance of the Study This study presents a novel insight into immune profiles of brain metastasis types in NSCLC patients. Examining tissues and PBMCs sheds light on the disease and uncovers unique immune responses within distinct brain metastasis patterns. This research offers valuable knowledge for improved understanding and identifying potential prognosis markers.