A single sentence summarizing your paper (websum), which will appear online on the table of contents and in e-alerts, has been provided below. Please check this sentence for accuracy and appropriate emphasis. Itay Tirosh et al. use single-cell RNA-seq to show that human oligodendrogliomas contain cancer cells specialized into two types of glia, as well as a rare subpopulation of cells that are undifferentiated and display a gene expression program that is characteristic of neural stem cells. By coupling this analysis with functional assessment of oligodendroglioma cell lines, the authors provide support for a cancer stem cell model of tumour development in this particular context. Although human tumours are shaped by the genetic evolution of cancer cells, evidence also suggests that they display hierarchies related to developmental pathways and epigenetic programs in which cancer stem cells (CSCs) can drive tumour growth and give rise to differentiated progeny1. Yet, unbiased evidence for CSCs in solid human malignancies remains elusive. Here we profile 4,347 single cells from six IDH1 or IDH2 mutant human oligodendrogliomas by RNA sequencing (RNA-seq) and reconstruct their developmental programs from genome-wide expression signatures. We infer that most cancer cells are differentiated along two specialized glial programs, whereas a rare subpopulation of cells is undifferentiated and associated with a neural stem cell expression program. Cells with expression signatures for proliferation are highly enriched in this rare subpopulation, consistent with a model in which CSCs are primarily responsible for fuelling the growth of oligodendroglioma in humans. Analysis of copy number variation (CNV) shows that distinct CNV sub-clones within tumours display similar cellular hierarchies, suggesting that the architecture of oligodendroglioma is primarily dictated by developmental programs. Subclonal point mutation analysis supports a similar model, although a full phylogenetic tree would be required to definitively determine the effect of genetic evolution on the inferred hierarchies. Our single-cell analyses provide insight into the cellular architecture of oligodendrogliomas at single-cell resolution and support the cancer stem cell model, with substantial implications for disease management.

Tumor subclasses differ according to the genotypes and phenotypes of malignant cells as well as the composition of the tumor microenvironment (TME). We dissected these influences in isocitrate dehydrogenase (IDH)–mutant gliomas by combining 14,226 single-cell RNA sequencing (RNA-seq) profiles from 16 patient samples with bulk RNA-seq profiles from 165 patient samples. Differences in bulk profiles between IDH-mutant astrocytoma and oligodendroglioma can be primarily explained by distinct TME and signature genetic events, whereas both tumor types share similar developmental hierarchies and lineages of glial differentiation. As tumor grade increases, we find enhanced proliferation of malignant cells, larger pools of undifferentiated glioma cells, and an increase in macrophage over microglia expression programs in TME. Our work provides a unifying model for IDH-mutant gliomas and a general framework for dissecting the differences among human tumor subclasses.

The cellular composition of H3K27M gliomas Diffuse midline gliomas with histone H3 lysine27-to-methionine mutations (H3K27M-glioma) are an aggressive type of childhood cancer with few options for treatment. Filbin et al. used a single-cell sequencing approach to study the oncogenic programs, genetics, and cellular hierarchies of H3K27M-glioma. Tumors were mainly composed of cells resembling oligodendrocyte precursor cells, whereas differentiated malignant cells were a smaller fraction. In comparison with other gliomas, these cancers had distinct oncogenic programs and stem cell–like profiles that contributed to their stable tumor-propagating potential. The analysis also identified a lineage-specific marker that may be useful in developing therapies. Science , this issue p. 331

ABSTRACT From bacteria to humans, individual cells within isogenic populations can show significant variation in stress tolerance, but the nature of this heterogeneity is not clear. To investigate this, we used single-cell RNA sequencing to quantify transcript heterogeneity in single S. cerevisiae cells treated with and without salt stress, to explore population variation and identify cellular covariates that influence the stress-responsive transcriptome. Leveraging the extensive knowledge of yeast transcriptional regulation, we uncovered significant regulatory variation in individual yeast cells, both before and after stress. We also discovered that a subset of cells decouple expression of ribosomal protein genes from the environmental stress response, in a manner partly correlated with the cell cycle but unrelated to the yeast ultradian metabolic cycle. Live-cell imaging of cells expressing pairs of fluorescent regulators, including the transcription factor Msn2 with Dot6, Sfp1, or MAP kinase Hog1, revealed both coordinated and decoupled nucleocytoplasmic shuttling. Together with transcriptomic analysis, our results reveal that cells maintain a cellular filter against decoupled bursts of transcription-factor activation but mount a stress response upon coordinated regulation, even in a subset of unstressed cells.

ABSTRACT Premature aging is a hallmark of Down syndrome, caused by trisomy of human chromosome 21, but the reason is unclear and difficult to study in humans. We used an aneuploid model in wild yeast to show that chromosome amplification disrupts nutrient-induced cell-cycle arrest, quiescence entry, and healthy aging, across genetic backgrounds and amplified chromosomes. We discovered that these defects are due in part to aneuploidy-induced dysfunction in Ribosome Quality Control (RQC). Compared to euploids, aneuploids entering quiescence display aberrant ribosome profiles, accumulate RQC intermediates, and harbor an increased load of protein aggregates. Although they have normal proteasome capacity, aneuploids show signs of ubiquitin dysregulation, which impacts cyclin abundance to disrupt arrest. Remarkably, inducing ribosome stalling in euploids produces similar aberrations, while up-regulating limiting RQC subunits or proteins in ubiquitin metabolism alleviates many of the aneuploid defects. Our results provide implications for other aneuploidy disorders including Down syndrome.