ABSTRACT Glioblastoma multiforme (GBM) is the most common primary malignant brain tumor in adults, with a median survival of just over one year. The failure of available treatments to achieve remission in patients with GBM has been attributed to the presence of cancer stem cells (CSCs), which are thought to play a central role in tumor development and progression and serve as a treatment-resistant cell repository capable of driving tumor recurrence; in fact, the property of “stemness” itself may be responsible for treatment resistance. In this study, we identify a novel lncRNA, Cancer stem cell associated distal enhancer of SOX2 ( CASCADES ) that functions as an epigenetic regulator in glioma CSCs (GSCs). CASCADES is expressed in IDH-wild type GBM and significantly enriched in GSCs. Knockdown of CASCADES in GSCs results in differentiation towards a neuronal lineage in a cell- and cancer-specific manner. Bioinformatics analysis reveals that CASCADES functions as a super-enhancer associated lncRNA epigenetic regulator of SOX2 . Our findings identify CASCADES as a critical regulator of stemness in GSCs and represent a novel epigenetic and therapeutic target for disrupting the cancer stem cell compartment in GBM.

ABSTRACT Antisense oligonucleotides (ASOs) are emerging as a promising class of therapeutics for neurological diseases. When injected directly into the cerebrospinal fluid, ASOs distribute broadly across brain regions and exert long-lasting therapeutic effects. However, many phosphorothioate (PS)-modified gapmer ASOs show transient motor phenotypes when injected into the cerebrospinal fluid, ranging from reduced motor activity to ataxia or acute seizure-like phenotypes. The effect of sugar and phosphate modifications on these phenotypes has not previously been systematically studied. Using a behavioral scoring assay customized to reflect the timing and nature of these effects, we show that both sugar and phosphate modifications influence acute motor phenotypes. Among sugar analogues, PS-DNA induces the strongest motor phenotype while 2’-substituted RNA modifications improve the tolerability of PS-ASOs. This helps explain why gapmer ASOs have been more challenging to develop clinically relative to steric blocker ASOs, which have a reduced tendency to induce these effects. Reducing the PS content of gapmer ASOs, which contain a stretch of PS-DNA, improves their toxicity profile, but in some cases also reduces their efficacy or duration of effect. Reducing PS content improved the acute tolerability of ASOs in both mice and sheep. We show that this acute toxicity is not mediated by the major nucleic acid sensing innate immune pathways. Formulating ASOs with calcium ions before injecting into the CNS further improved their tolerability, but through a mechanism at least partially distinct from the reduction of PS content. Overall, our work identifies and quantifies an understudied aspect of oligonucleotide toxicology in the CNS, explores its mechanism, and presents platform-level medicinal chemistry approaches that improve tolerability of this class of compounds.

Accurate chromosome segregation requires chromosome compaction with concordant disentanglement of the two sister chromatids. This process has been studied extensively by microscopy but has remained a challenge for genomic methods, such as Hi-C, because sister chromatids have identical DNA sequences. Here we describe SisterC, a chromosome conformation capture assay that can distinguish interactions between and within sister chromatids. The assay is based on BrdU incorporation during S-phase, which labels the newly replicated strands of the sister chromatids. This is followed by Hi-C, e.g. during different stages of mitosis, and the selective destruction of BrdU containing strands by UV/Hoechst treatment. After PCR amplification and sequencing of the remaining intact strands, this allows for the assignment of Hi-C products as inter- and intra-sister interactions by read orientation. We performed SisterC on mitotically arrested S. cerevisiae cells. As expected, we find prominent interactions and alignment of sister chromatids at their centromeres. Along the arms, sister chromatids are less precisely aligned with inter-sister connections every ~35kb. In many instances, inter-sister interactions do not involve the interaction of two identical loci but occur between cohesin binding sites that can be offset by 5 to 25kb. Along sister chromatids, extruding cohesin forms loops up to 50kb. Combined, SisterC allows the observation of the complex interplay between sister chromatid compaction and sister chromatid segregation as the cell transitions from late S-phase to mitosis. SisterC should be applicable to study mitotic events in a wide range of organisms and cell types.

Abstract Reliable detection and quantification of antisense oligonucleotides (ASOs) in experimental and clinical specimens is essential to understand the biological function of novel oligonucleotide-based therapeutics. In this study, we describe a method to detect and quantify ASOs in biological samples, whereby the ASO acts as a splint to direct the ligation of complementary probes and quantitative real-time PCR was used to monitor ligation products. Low levels of 2′- O -MOE gapmer ASO in serum, liver, kidney, lung, heart, muscle, and brain tissues can be detected over a 6-log linear range for detection using this method. This method allows quantification of various types of chemically modified ASOs, including PS linkage, 2′-OMe, 2′- O -MOE, locked nucleic acid (LNA), and siRNA. This method does not require probe modifications, and can be performed using standard laboratory equipment; making it a fast, sensitive, and reliable technique that can be widely applied. This detection method may find potential applications in detection of therapeutic oligonucleotides in biological samples.