Head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) is a common, morbid, and frequently lethal malignancy. To uncover its mutational spectrum, we analyzed whole-exome sequencing data from 74 tumor-normal pairs. The majority exhibited a mutational profile consistent with tobacco exposure; human papillomavirus was detectable by sequencing DNA from infected tumors. In addition to identifying previously known HNSCC genes (TP53, CDKN2A, PTEN, PIK3CA, and HRAS), our analysis revealed many genes not previously implicated in this malignancy. At least 30% of cases harbored mutations in genes that regulate squamous differentiation (for example, NOTCH1, IRF6, and TP63), implicating its dysregulation as a major driver of HNSCC carcinogenesis. More generally, the results indicate the ability of large-scale sequencing to reveal fundamental tumorigenic mechanisms.

Although tumor-propagating cells can be derived from glioblastomas (GBM) of the proneural and mesenchymal subtypes, a glioma stem-like cell (GSC) of the classic subtype has not been identified. It is unclear whether mesenchymal GSCs (mGSC) and/or proneural GSCs (pGSC) alone are sufficient to generate the heterogeneity observed in GBM. We performed single-cell/single-nucleus RNA sequencing of 28 gliomas, and single-cell ATAC sequencing for 8 cases. We found that GBM GSCs reside on a single axis of variation, ranging from proneural to mesenchymal. In silico lineage tracing using both transcriptomics and genetics supports mGSCs as the progenitors of pGSCs. Dual inhibition of pGSC-enriched and mGSC-enriched growth and survival pathways provides a more complete treatment than combinations targeting one GSC phenotype alone. This study sheds light on a long-standing debate regarding lineage relationships among GSCs and presents a paradigm by which personalized combination therapies can be derived from single-cell RNA signatures, to overcome intratumor heterogeneity. SIGNIFICANCE: Tumor-propagating cells can be derived from mesenchymal and proneural glioblastomas. However, a stem cell of the classic subtype has yet to be demonstrated. We show that classic-subtype gliomas are comprised of proneural and mesenchymal cells. This study sheds light on a long-standing debate regarding lineage relationships between glioma cell types.See related commentary by Fine, p. 1650.This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1631.

Significance The human genome contains many thousands of genes that produce a large diversity of long noncoding RNAs (lncRNAs). Some lncRNA genes produce microRNAs (miRNAs), which are regulators of protein expression. It has been unclear whether lncRNA genes that produce miRNAs, termed lnc-pri-miRNAs, have important function independent of their miRNAs. We find multiple lnc-pri-miRNA genes that regulate cell proliferation even when miRNA production machinery is knocked down. lnc-pri-miRNA LOC646329 produces miR-29a/b1, and the function of LOC646329 in cell proliferation can be genetically and phenotypically separated from its cognate miRNAs. The miRNA-independent function of LOC646329 and other lnc-pri-miRNAs relates to their activation of genes in physical proximity. These results shed light on the function and intermingled complexity of the noncoding genome.

ABSTRACT Despite their identification in some cancers, pro-tumoral cancer-associated fibroblasts (CAFs) were presumed absent in glioblastoma given the lack of brain fibroblasts. Serial trypsinization of primary glioblastoma cultures yielded cells with CAF morphology, CAF transcriptomic profile, and mesenchymal lineage in single-cell RNA-seq. Glioblastoma CAFs were attracted to glioblastoma stem cells (GSCs) and CAFs enriched GSCs. We created a resource of inferred crosstalk by mapping expression of receptors to their cognate ligands, identifying PDGF-β and TGF-β as mediators of GSC effects on CAFs, and osteopontin and hepatocyte growth factor as mediators of CAF-induced GSC enrichment. Glioblastoma CAFs also induced M2 macrophage polarization by producing the EDA fibronectin variant. Glioblastoma CAFs were enriched in the subventricular zone which houses neural stem cells that produce GSCs. Including CAFs in GSC-derived xenografts induced in vivo growth. These findings are among the first to identify glioblastoma CAFs and their GSC interactions, making them an intriguing target.

Abstract Background Despite advancements in cancer immunotherapy, solid tumors remain formidable challenges. In glioma, profound inter-and intra-tumoral heterogeneity of antigen landscape hampers therapeutic development. Therefore, it is critical to consider alternative sources to expand the repertoire of targetable (neo-)antigens and improve therapeutic outcomes. Accumulating evidence suggests that tumor-specific alternative splicing (AS) could be an untapped reservoir of neoantigens. Results In this study, we investigated tumor-specific AS events in glioma, focusing on those predicted to generate major histocompatibility complex (MHC)-presentation-independent, cell-surface neoantigens that could be targeted by antibodies and chimeric antigen receptor (CAR)-T cells. We systematically analyzed bulk RNA-sequencing datasets comparing 429 tumor samples (from The Cancer Genome Atlas [TCGA]) and 9,166 normal tissue samples (from the Genotype-Tissue Expression project [GTEx]), and identified 13 AS events in 7 genes predicted to be expressed in more than 10% of the patients, including PTPRZ1 and BCAN , which were corroborated by an external RNA-sequencing dataset. Subsequently, we validated our predictions and elucidated the complexity of the isoforms using full-length transcript amplicon sequencing on patient-derived glioblastoma cells. However, analyses of the RNA-sequencing datasets of spatially mapped and longitudinally collected clinical tumor samples unveiled remarkable spatiotemporal heterogeneity of the candidate AS events. Furthermore, proteomics analysis did not reveal any peptide spectra matching the putative neoantigens. Conclusions Our investigation illustrated the diverse characteristics of the tumor-specific AS events and the challenges of antigen exploration due to their notable spatiotemporal heterogeneity and elusive nature at the protein levels. Redirecting future efforts toward intracellular, MHC-presented antigens could offer a more viable avenue.

Abstract Hmong-Mien-speaking (HM) populations, widely distributed in South China, North of Thailand, Laos and Vietnam, have experienced different settlement environments, dietary habits and pathogen exposure. However, their specific biological adaptation also remained largely uncharacterized, which is important in the population evolutionary genetics and Trans-Omics for regional Precision Medicine. Besides, the origin and genetic diversity of HM people and their phylogenetic relationship with surrounding modern and ancient populations are unknown. Here, we reported genome-wide SNPs in 52 representative Miao people and combined them with 144 HM people from 13 geographically representative populations to characterize the full genetic admixture and adaptive landscape of HM speakers. We found that obvious genetic substructures existed in geographically different HM populations and also identified one new ancestral lineage specifically exited in HM people, which spatially distributed from Sichuan and Guizhou in the North to Thailand in the South and temporally dated to at least 500 years. The sharing patterns of the newly-identified homogeneous ancestry component combined the estimated admixture times via the decay of Linkage Disequilibrium and haplotype sharing in GLOBETROTTER suggested that the modern HM-speaking populations originated from Southwest China and migrated southward recently, which is consistent with the reconstructed phenomena of linguistic and archeological documents. Additionally, we identified specific adaptive signatures associated with several important human nervous system biological functions. Our pilot work emphasized the importance of anthropologically-informed sampling and deeply genetic structure reconstruction via whole-genome sequencing in the next step in the deep Chinese population genomic diversity project (CPGDP), especially in the ethnolinguistic regions.

Periodontitis involves hyperactivated stromal cells that recruit immune cells, exacerbating inflammation. This study presents an ATP-responsive metal-organic framework (Mg/Zn-MOF) designed for periodontitis treatment, utilizing ion interference to modulate immune responses and prevent tissue destruction. Addressing the challenges of synergistic ion effects and targeted delivery faced by traditional immunomodulatory nanomaterials, the Mg/Zn-MOF system is activated by extracellular ATP-a pivotal molecule in periodontitis pathology-ensuring targeted ion release. Magnesium and zinc ions released from the framework synergistically inhibit membrane pore formation by attenuating Gasdermin D (GSDMD) expression and activation. This action curtails pyroptosis, lactate dehydrogenase and IL-1β release, thwarting the onset of inflammatory cascades. Mechanistically, Mg/Zn-MOF intervenes in both the NLRP3/Caspase-1/GSDMD and Caspase-11/GSDMD pathways to mitigate pyroptosis.

Abstract Background Triple‐negative breast cancer (TNBC), which is so called because of the lack of estrogen receptors (ER), progesterone receptors (PR), and human epidermal growth factor receptor 2 (HER2) receptors on the cancer cells, accounts for 10%–15% of all breast cancers. The heterogeneity of the tumor microenvironment is high. However, the role of plasma cells controlling the tumor migration progression in TNBC is still not fully understood. Methods We analyzed single‐cell RNA sequencing data from five HER2 positive, 12 ER positive/PR positive, and nine TNBC samples. The potential targets were validated by immunohistochemistry. Results Plasma cells were enriched in TNBC samples, which was consistent with validation using data from The Cancer Genome Atlas. Cell communication analysis revealed that plasma cells interact with T cells through the intercellular adhesion molecule 2–integrin–aLb2 complex, and then release interleukin 1 beta (IL1B), as verified by immunohistochemistry, ultimately promoting tumor growth. Conclusion Our results revealed the role of plasma cells in TNBC and identified IL1B as a new prognostic marker for TNBC.

Epigenetic alterations are a key hallmark of aging but have been limitedly explored in tissues. Here, using naturally aged murine liver as a model and extending to other quiescent tissues, we find that aging is driven by temporal chromatin alterations that promote a refractory cellular state and compromise cellular identity. Using an integrated multi-omics approach, and the first direct visualization of aged chromatin we find that globally, old cells show H3K27me3-driven broad heterochromatinization and transcription suppression. At the local level, site-specific loss of H3K27me3 over promoters of genes encoding developmental transcription factors leads to expression of otherwise non-hepatocyte markers. Interestingly, liver regeneration reverses H3K27me3 patterns and rejuvenates multiple molecular and physiological aspects of the aged liver.

DNA hydroxymethylation (5hmC), the most abundant oxidative derivative of DNA methylation, is typically enriched at enhancers and gene bodies of transcriptionally active and tissue-specific genes. Although aberrant genomic 5hmC has been implicated in age-related diseases, its functional role in aging remains unknown. Here, using mouse liver and cerebellum as model organs, we show that 5hmC accumulates in gene bodies associated with tissue-specific function and restricts the magnitude of gene expression changes with age. Mechanistically, 5hmC decreases the binding of splicing associated factors and correlates with age-related alternative splicing events. We found that various age-related contexts, such as prolonged quiescence and senescence, drive the accumulation of 5hmC with age. We provide evidence that this age-related transcriptionally restrictive function is conserved in mouse and human tissues. Our findings reveal that 5hmC regulates tissue-specific function and may play a role in longevity.