Corticotropin-independent Cushing's syndrome is caused by tumors or hyperplasia of the adrenal cortex. The molecular pathogenesis of cortisol-producing adrenal adenomas is not well understood.

Abstract The human adrenal gland is a complex endocrine tissue. Developmental studies on this tissue have been limited to animal models or human foetus. Here, we present a cell atlas analysis of the adult human normal adrenal gland, combining single-nuclei RNA sequencing and spatial transcriptome data to reconstruct adrenal gland development and tumourigenesis. We identified two populations of potential progenitor cells resident within the adrenal cortex: adrenocortical progenitors NR2F2 + -ID1 + cells, located within and underneath the capsule, and medullary progenitors SYT1 + -CHGA − cells, located in islets in the subcapsular region. Using pseudotime analyses, we provided evidence of the centripetal nature of adrenocortical cell development and of the essential role played by the Wnt/β-catenin pathway in the adrenocortical self-renewal. By comparing transcriptional profiles of cells of normal adrenal glands and adrenocortical adenomas we revealed a high heterogeneity with six adenoma-specific clusters. Overall, our results give insights into adrenal plasticity and mechanisms underlying adrenocortical tumourigenesis.

Abstract Disruption of processes involved in tissue development and homeostatic self-renewal is increasingly implicated in cancer initiation, progression, and recurrence. The adrenal cortex is a dynamic tissue that undergoes life-long turnover. Here, using genetic fate mapping and murine adrenocortical carcinoma (ACC) models, we have identified a population of adrenocortical stem cells that express delta-like non-canonical Notch ligand 1 (DLK1). These cells are active during development, near dormant postnatally but are re-expressed in ACC. In a study of over 200 human ACC samples, we have shown DLK1 expression is ubiquitous and is an independent prognostic marker of recurrence-free survival. Paradoxically, despite its progenitor role, spatial transcriptomic analysis has identified DLK1 expressing cell populations to have increased steroidogenic potential in human ACC, a finding also observed in four human and one murine ACC cell lines. Finally, the cleavable DLK1 ectodomain is measurable in patients’ serum and can discriminate between ACC and other adrenal pathologies with high sensitivity and specificity to aid in diagnosis and follow-up of ACC patients. These data demonstrate a prognostic role for DLK1 in ACC, detail its hierarchical expression in homeostasis and oncogenic transformation and propose a role for its use as a biomarker in this malignancy. Graphical abstract Statement of significance This study presents DLK1 as a novel biomarker in ACC with opportunities for use in the diagnosis, prognosis and longitudinal follow up of patients. DLK1, a marker of adrenocortical stem cells, is re-expressed in ACC, is measurable in patients’ serum and is associated with increased malignancy.

Abstract The human adrenal gland is a complex endocrine tissue. Studies on adrenal renewal have been limited to animal models or human foetuses. Enhancing our understanding of adult human adrenal homeostasis is crucial for gaining insights into the pathogenesis of adrenal diseases, such as adrenocortical tumours. Here, we present a comprehensive cellular genomics analysis of the adult human normal adrenal gland, combining single‐nuclei RNA sequencing and spatial transcriptome data to reconstruct adrenal gland homeostasis. As expected, we identified primary cells of the various zones of the adrenal cortex and medulla, but we also uncovered additional cell types. They constitute the adrenal microenvironment, including immune cells, mostly composed of a large population of M2 macrophages, and new cell populations, including different subpopulations of vascular‐endothelial cells and cortical‐neuroendocrine cells. Utilizing spatial transcriptome and pseudotime trajectory analysis, we support evidence of the centripetal dynamics of adrenocortical cell maintenance and the essential role played by Wnt/β‐catenin, sonic hedgehog, and fibroblast growth factor pathways in the adult adrenocortical homeostasis. Furthermore, we compared single‐nuclei transcriptional profiles obtained from six healthy adrenal glands and twelve adrenocortical adenomas. This analysis unveiled a notable heterogeneity in cell populations within the adenoma samples. In addition, we identified six distinct adenoma‐specific clusters, each with varying distributions based on steroid profiles and tumour mutational status. Overall, our results provide novel insights into adrenal homeostasis and molecular mechanisms potentially underlying early adrenocortical tumorigenesis and/or autonomous steroid secretion. Our cell atlas represents a powerful resource to investigate other adrenal‐related pathologies.

Abstract Adrenocortical carcinoma (ACC) is a rare yet devastating tumour of the adrenal gland with a molecular pathology that remain incompletely understood. To gain novel insights into the cellular landscape of ACC, we generated single-nuclei RNA sequencing (snRNA-seq) data sets from twelve ACC tumour samples and analysed these alongside a previously published snRNA-seq data set from normal adrenal glands (NAGs). We find the ACC tumour microenvironment to be relatively devoid of immune cells compared to NAG tissues, consistent with known high tumour purity values for ACC as an immunologically “cold” tumour. Our analysis identifies three separate groups of ACC samples that are characterised by different relative compositions of adrenocortical cell types, including two populations (ACC 1 and ACC 2) that are specifically enriched in the most aggressive tumours and display hallmarks of the epithelial to mesenchymal transition (EMT) and dysregulated steroidogenesis, respectively. In addition to cell types associated with hypoxic and metabolic signatures (ACC 3 and ACC 4) prevalent among less-aggressive tumours, we also identified and validated a population of mitotically active adrenocortical cells (ACC M) strongly overexpressing genes POLQ and DIAPH3 that possibly supports the expansion of malignant cell lineages. The smallest identified ACC specific cell type, ACC 5, displays characteristics of increased proliferation and growth factor signalling, and is therefore a potential progenitor-like or cell-of-origin candidate for the different lineages involved in adrenocortical carcinogenesis. Intriguingly, linage tracing suggests the fate adopted by malignant adrenocortical cells upon differentiation appears to be at least partly associated with the copy number or allelic balance state of the imprinted DLK1 / MEG3 genomic locus, which we verified by assessing DNA methylation status among samples from the three groups of tumours defined by their different cell type compositions. Our results therefore provide new insights into the cellular heterogeneity of ACC, indicating that genetic perturbations to a hierarchical cellular differentiation mechanism underlying healthy adrenocortical renewal and zonation may explain the molecular basis for disease pathogenesis.