Summary Human-mouse differences are a major barrier in translational research. Astrocytes play important roles in neurological disorders such as stroke, injury, and neurodegeneration. However, the similarities and differences between human and mouse astrocytes are largely unknown. Combining analyses of acutely purified astrocytes, experiments using serum-free cultures of primary astrocytes, and xenografted chimeric mice, we found extensive conservation in astrocytic gene expression between human and mouse. However, genes involved in defense response and metabolism showed species differences. Human astrocytes exhibited greater susceptibility to oxidative stress than mouse astrocytes, due to differences in mitochondria physiology and detoxification pathways. Mouse astrocytes, but not human astrocytes, activate a molecular program for neural repair under hypoxia. Human astrocytes, but not mouse astrocytes, activate the antigen presentation pathway under inflammatory conditions. These species-dependent properties of astrocytes may contribute to differences between mouse models and human neurological and psychiatric disorders.

Human glial progenitor cells (hGPCs) can completely myelinate the brains of congenitally hypomyelinated shiverer mice, rescuing the phenotype and extending or normalizing the lifespan of these mice. We asked if implanted hGPCs might be similarly able to broadly disperse and remyelinate the diffusely and/or multicentrically-demyelinated adult CNS. In particular, we asked if fetal hGPCs could effectively remyelinate both congenitally hypomyelinated adult axons, and axons acutely demyelinated in adulthood, using adult shiverer mice and cuprizone-demyelinated mice, respectively. We found that hGPCs broadly infiltrate the adult CNS after callosal injection, and robustly myelinate congenitally-unmyelinated axons in adult shiverer. Moreover, implanted hGPCs similarly remyelinated denuded axons after cuprizone demyelination, whether they were delivered prior to or after initial cuprizone demyelination. Extraction and FACS of hGPCs from cuprizone-demyelinated brains in which they had been resident, followed by RNA-seq of the isolated human hGPCs, revealed their activation of transcriptional programs indicating their initiation of oligodendrocyte differentiation and myelination. These data indicate the ability of transplanted hGPCs to disperse throughout the adult CNS, to myelinate dysmyelinated regions encountered during their parenchymal colonization, and to also be recruited as myelinating oligodendrocytes at later points in life, upon demyelination-associated demand.

Abstract Targeting glioblastoma (GBM) based on molecular subtyping have not yet translated into successful therapies. Here, we used gene set enrichment analysis (GSEA) to conduct an unsupervised clustering analysis to condense the gene expression data from bulk patient samples and patient-derived gliomasphere lines into new gene lists. We then identified key molecular pathways differentially regulated between tumors. These gene lists associated not only with cell cycle and stemness signatures, but also with cell-type specific markers and different cellular states of GBM. We identified the transcription factor E2F1 as a key regulator of tumor cell proliferation and self-renewal in only the subset of proliferating gliomasphere cultures predicted to be E2F1-activated and validated its functional significance in tumor formation capacity. E2F1 inhibition also sensitized E2F1-activated gliomasphere cultures to radiation treatment. Our findings indicate that a pathway-based approach can be leveraged to deconstruct inter-tumoral heterogeneity and uncover key therapeutic vulnerabilities for targeting GBM.

Summary Glioblastoma (GBM) is characterized by extensive microvascular hyperproliferation. In addition to supplying blood to the tumor, GBM vessels also provide trophic support to glioma cells and serve as conduits for migration into the surrounding brain promoting recurrence. Here, we enriched CD31-expressing glioma vascular cells (GVC) and A2B5-expressing glioma tumor cells (GTC) from primary GBM and utilized RNA sequencing to create a comprehensive interaction map of the secreted and extracellular factors elaborated by GVC that can interact with receptors and membrane molecules on GTC. To validate our findings, we utilized functional assays, including a novel hydrogel-based migration assay and in vivo mouse models to demonstrate that one identified factor, the little-studied integrin binding sialoprotein (IBSP) enhances tumor growth and promotes the migration of GTC along the vasculature. This perivascular niche interactome will serve a resource to the research community in defining the potential functions of the GBM vasculature.

Abstract Treatment-refractory glioma stem and tumor cells exhibit phenotypic plasticity driving recurrence, but the underlying molecular mechanisms remain to be elucidated. Here, we employed single-cell and whole transcriptomic analyses to discover that radiation induces a dynamic shift in functional states of glioma cells allowing for acquisition of vascular endothelial-like and pericyte-like cell phenotypes. These vascular-like cells provide a trophic niche to promote proliferation of irradiated glioma cells, and their selective depletion results in reduced tumor growth post-treatment in vivo . Mechanistically, the acquisition of vascular-like phenotype is driven by increased chromatin accessibility and H3K27 acetylation in specific vascular gene regions post-treatment. Blocking P300 histone acetyltransferase activity reverses the epigenetic changes induced by radiation, and inhibits the phenotypic transition and tumor growth. Our findings highlight an important role for P300 histone acetyltransferase in treatment-induced plasticity and opens a new therapeutic avenue for preventing glioma recurrence. Significance Our study demonstrates that radiation therapy promotes glioma resistance by inducing vascular-like phenotypes in GSC that, in turn, aid in proliferation of the remaining tumor cells. This phenotype switch is mediated by P300 HAT, and inhibition of this enzyme is a potential therapeutic target for preventing glioma recurrence following radiation.