Abstract The role of autophagy in cancer onset and progression appears still controversial. On one hand, autophagy allows cancer cell to survive in unfavorable environmental conditions, on the other hand, once internal energy resources are exhausted, it leads to cell death. In addition, autophagy interpheres with cell cycle progression, de facto exerting a cytostatic activity. Hence, it represents an important target for anticancer therapy. For example, temozolomide (TMZ), of use for glioblastoma (GBM) treatment, appears as capable of inducing autophagy partially inhibiting cancer cell proliferation. However, GBM, a very aggressive brain tumor with poor prognosis even after surgery and radio-chemotherapy, invariably recurs and leads to patient death. Since cancer stem cells have been hypothesized to play a role in refractory/relapsing cancers, in the present work we investigated if autophagy could represent a constitutive cytoprotection mechanism for glioblastoma stem-like cells (GSCs) and if the modulation of autophagic process could affect GBM growth and survival. Thus, in the present study we first evaluated the relevance of autophagy in GBM tumor specimens, then its occurrence in GSCs and, finally, if modulation of autophagy could influence GSC response to TMZ. Our results suggested that, in vitro, the impairing autophagic process with quinacrine, a compound able to cross the blood-brain barrier, increased GSC susceptibility to TMZ. Death of GSCs was apparently due to the iron dependent form of programmed cell death characterized by the accumulation of lipid peroxides called ferroptosis. These results underscore the relevance of the modulation of autophagy in the GSC survival and death and suggest that triggering of ferroptosis in GSCs could represent a novel and important target for the management of glioblastoma.

Abstract Glioblastoma multiforme (GBM) encompasses brain malignancies marked by phenotypic and transcriptional heterogeneity thought to render these tumors aggressive, resistant to therapy, and inevitably recurrent. However, little is known about how the spatial organization of GBM genomes underlies this heterogeneity and its effects. Here, we compiled a cohort of 28 patient-derived glioblastoma stem cell-like lines (GSCs) known to reflect the properties of their tumor-of-origin; six of these were primary-relapse tumor pairs from the same patient. We generated and analyzed kbp-resolution chromosome conformation capture (Hi-C) data from all GSCs to systematically map >3,100 standalone and complex structural variants (SVs) and the >6,300 neoloops arising as a result. By combining Hi-C, histone modification, and gene expression data with chromatin folding simulations, we explain how the pervasive, uneven, and idiosyncratic occurrence of neoloops sustains tumor-specific transcriptional programs via the formation of new enhancer-promoter contacts. We also show how even moderately recurrent neoloops can help us infer patient-specific vulnerabilities. Together, our data provide a resource for dissecting GBM biology and heterogeneity, as well as for informing therapeutic approaches.

Cancer stem cells (CSC) are essential for tumorigenesis. The transcription factor Sox2 is overexpressed in brain tumors. In gliomas, Sox2 is essential to maintain CSC. In mouse high-grade glioma pHGG, Sox2 deletion causes cell proliferation arrest and inability to reform tumors in vivo; 134 genes are significantly derepressed. To identify genes mediating the effects of Sox2 deletion, we overexpressed into pHGG cells nine among the most derepressed genes, and identified four genes, Cdkn2b, Ebf1, Zfp423 and Hey2, that strongly reduced cell proliferation in vitro and brain tumorigenesis in vivo. CRISPR/Cas9 mutagenesis, or pharmacological inactivation, of each of these genes, individually, showed that their activity is essential for the proliferation arrest caused by Sox2 deletion. These Sox2-inhibited antioncogenes also inhibited clonogenicity in primary human glioblastoma-derived cancer stem-like cell lines. These experiments identify critical anti-oncogenic factors whose inhibition by Sox2 is involved in CSC maintenance, defining new potential therapeutic targets for gliomas.