Reprogramming somatic cells to induced pluripotent stem cells (iPSCs) resets their identity back to an embryonic age and, thus, presents a significant hurdle for modeling late-onset disorders. In this study, we describe a strategy for inducing aging-related features in human iPSC-derived lineages and apply it to the modeling of Parkinson’s disease (PD). Our approach involves expression of progerin, a truncated form of lamin A associated with premature aging. We found that expression of progerin in iPSC-derived fibroblasts and neurons induces multiple aging-related markers and characteristics, including dopamine-specific phenotypes such as neuromelanin accumulation. Induced aging in PD iPSC-derived dopamine neurons revealed disease phenotypes that require both aging and genetic susceptibility, such as pronounced dendrite degeneration, progressive loss of tyrosine hydroxylase (TH) expression, and enlarged mitochondria or Lewy-body-precursor inclusions. Thus, our study suggests that progerin-induced aging can be used to reveal late-onset age-related disease features in hiPSC-based disease models.

Brain malignancies encompass a range of primary and metastatic cancers, including low-grade and high-grade gliomas and brain metastases (BrMs) originating from diverse extracranial tumors. Our understanding of the brain tumor microenvironment (TME) remains limited, and it is unknown whether it is sculpted differentially by primary versus metastatic disease. We therefore comprehensively analyzed the brain TME landscape via flow cytometry, RNA sequencing, protein arrays, culture assays, and spatial tissue characterization. This revealed disease-specific enrichment of immune cells with pronounced differences in proportional abundance of tissue-resident microglia, infiltrating monocyte-derived macrophages, neutrophils, and T cells. These integrated analyses also uncovered multifaceted immune cell activation within brain malignancies entailing converging transcriptional trajectories while maintaining disease- and cell-type-specific programs. Given the interest in developing TME-targeted therapies for brain malignancies, this comprehensive resource of the immune landscape offers insights into possible strategies to overcome tumor-supporting TME properties and instead harness the TME to fight cancer.

Another pathway to cancer resistance Therapies targeting the tumor microenvironment show promise for treating cancer. For example, antibodies targeting colony-stimulating factor-1 receptor (CSF-1R) inhibit protumorigenic macrophages and regress tumors in mouse models of glioblastoma multiforme (GBM), a deadly form of brain cancer. Quail et al. found that although CSR-1R blockade prolonged survival in mouse models of GBM, more than 50% of tumors eventually recurred. Recurrence was correlated with elevated PI3-K activity in tumors, driven by macrophage-secreted IGF-1. Blocking PI3-K and IGF-1 signaling in rebounding tumors prolonged survival. Thus, tumors can acquire resistance to therapy through intrinsic changes and through changes in their microenvironment. Science , this issue p. 10.1126/science.aad3018

Extensive transcriptional and ontogenetic diversity exists among normal tissue-resident macrophages, with unique transcriptional profiles endowing the cells with tissue-specific functions. However, it is unknown whether the origins of different macrophage populations affect their roles in malignancy. Given potential artifacts associated with irradiation-based lineage tracing, it remains unclear if bone-marrow-derived macrophages (BMDMs) are present in tumors of the brain, a tissue with no homeostatic involvement of BMDMs. Here, we employed multiple models of murine brain malignancy and genetic lineage tracing to demonstrate that BMDMs are abundant in primary and metastatic brain tumors. Our data indicate that distinct transcriptional networks in brain-resident microglia and recruited BMDMs are associated with tumor-mediated education yet are also influenced by chromatin landscapes established before tumor initiation. Furthermore, we demonstrate that microglia specifically repress Itga4 (CD49D), enabling its utility as a discriminatory marker between microglia and BMDMs in primary and metastatic disease in mouse and human.

Laser light scattered from tissue in vivo is broadened in line width as a result of the Doppler shift produced by moving red cells in the microcirculation. A feasibility study was carried out to demonstrate use of this effect to measure and monitor tissue blood flow. Light from a helium-neon laser illuminated a 1-mm area of tissue (human skin or rat renal cortex), and the backscattered light was detected with a photomultiplier. The spectrum of the Doppler beat notes was analyzed directly with a digital spectrum analyzer, or processed by analog circuitry to yield a flow parameter based on the root-mean-square Doppler line width. This parameter was compared with 133Xe washout in the skin of volunteers subjected to UV-induced erythema and the skin of volunteers subjected to UV-induced erythema and was found to vary in an approximately linear manner with skin blood flow. The laser instrument provided continuous monitoring of blood flow fluctuations, including the pulsatile component. The instrument was used to monitor flow in the outer cortex of the rat kidney during administration of norepinephrine, angiotensin, hydralazine, dextran, dopamine, nitroprusside, and angiotensin blocked by saralasin. Dynamic and steady-state responses were consistent with known pharmacology and renal physiology, and with the assumption that vasoconstrictor angiotensin II receptors in the kidney are accessible to blood-borne inhibitors. The laser-Doppler method is a promising tool for rapid monitoring of dynamic changes in tissue perfusion.

Ultraviolet-polarizing filters with large apertures facilitate the use of spectrophotofluorometers for measuring fluorescence polarization. Such filters (i) allow the use of polarized exciting light even in the ultraviolet region, (ii) make it possible to correct for grating anomalies which influence the observed polarization, and (iii) because of good transmission properties allow the entrance of sufficient light so that small slits and dilute solutions can be used. Under optimum conditions, polarization can be measured with a precision of +/-0.002. Results obtained are in excellent agreement with values cited elsewhere and indicate that standard spectrophotofluorometers can easily be adapted for accurate measurement of polarization.

Myeloid malignancies, including acute myeloid leukaemia (AML), arise from the expansion of haematopoietic stem and progenitor cells that acquire somatic mutations. Bulk molecular profiling has suggested that mutations are acquired in a stepwise fashion: mutant genes with high variant allele frequencies appear early in leukaemogenesis, and mutations with lower variant allele frequencies are thought to be acquired later1–3. Although bulk sequencing can provide information about leukaemia biology and prognosis, it cannot distinguish which mutations occur in the same clone(s), accurately measure clonal complexity, or definitively elucidate the order of mutations. To delineate the clonal framework of myeloid malignancies, we performed single-cell mutational profiling on 146 samples from 123 patients. Here we show that AML is dominated by a small number of clones, which frequently harbour co-occurring mutations in epigenetic regulators. Conversely, mutations in signalling genes often occur more than once in distinct subclones, consistent with increasing clonal diversity. We mapped clonal trajectories for each sample and uncovered combinations of mutations that synergized to promote clonal expansion and dominance. Finally, we combined protein expression with mutational analysis to map somatic genotype and clonal architecture with immunophenotype. Our findings provide insights into the pathogenesis of myeloid transformation and how clonal complexity evolves with disease progression. The evolution of myeloid malignancies is investigated using combined single-cell sequencing and immunophenotypic analysis.

Metastasis remains the most common cause of death in most cancers, with limited therapies for combating disseminated disease. While the primary tumour microenvironment is an important regulator of cancer progression, it is less well understood how different tissue environments influence metastasis. We analysed tumour-stroma interactions that modulate organ tropism of brain, bone and lung metastasis in xenograft models. We identified a number of potential modulators of site-specific metastasis, including cathepsin S as a regulator of breast-to-brain metastasis. High cathepsin S expression at the primary site correlated with decreased brain metastasis-free survival in breast cancer patients. Both macrophages and tumour cells produce cathepsin S, and only the combined depletion significantly reduced brain metastasis in vivo. Cathepsin S specifically mediates blood-brain barrier transmigration through proteolytic processing of the junctional adhesion molecule, JAM-B. Pharmacological inhibition of cathepsin S significantly reduced experimental brain metastasis, supporting its consideration as a therapeutic target for this disease.

Advanced, metastatic melanomas frequently grow in subcutaneous tissues and portend a poor prognosis. Though subcutaneous tissues are largely composed of adipocytes, the mechanisms by which adipocytes influence melanoma are poorly understood. Using in vitro and in vivo models, we find that adipocytes increase proliferation and invasion of adjacent melanoma cells. Additionally, adipocytes directly transfer lipids to melanoma cells, which alters tumor cell metabolism. Adipocyte-derived lipids are transferred to melanoma cells through the FATP/SLC27A family of lipid transporters expressed on the tumor cell surface. Among the six FATP/SLC27A family members, melanomas significantly overexpress FATP1/SLC27A1. Melanocyte-specific FATP1 expression cooperates with BRAFV600E in transgenic zebrafish to accelerate melanoma development, an effect that is similarly seen in mouse xenograft studies. Pharmacologic blockade of FATPs with the small-molecule inhibitor Lipofermata abrogates lipid transport into melanoma cells and reduces melanoma growth and invasion. These data demonstrate that stromal adipocytes can drive melanoma progression through FATP lipid transporters and represent a new target aimed at interrupting adipocyte-melanoma cross-talk.Significance: We demonstrate that stromal adipocytes are donors of lipids that mediate melanoma progression. Adipocyte-derived lipids are taken up by FATP proteins that are aberrantly expressed in melanoma. Inhibition of FATPs decreases melanoma lipid uptake, invasion, and growth. We provide a mechanism for how stromal adipocytes drive tumor progression and demonstrate a novel microenvironmental therapeutic target. Cancer Discov; 8(8); 1006-25. ©2018 AACR.This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 899.