Abstract A major rate-limiting step in developing more effective immunotherapies for GBM is our inadequate understanding of the cellular complexity and the molecular heterogeneity of immune infiltrates in gliomas. Here, we report an integrated analysis of 201,986 human glioma, immune, and other stromal cells at the single cell level. In doing so, we discover extensive spatial and molecular heterogeneity in immune infiltrates. We identify molecular signatures for nine distinct myeloid cell subtypes, of which five are independent prognostic indicators of glioma patient survival. Furthermore, we identify S100A4 as a regulator of immune suppressive T and myeloid cells in GBM and demonstrate that deleting S100a4 in non-cancer cells is sufficient to reprogram the immune landscape and significantly improve survival. This study provides insights into spatial, molecular, and functional heterogeneity of glioma and glioma-associated immune cells and demonstrates the utility of this dataset for discovering therapeutic targets for this poorly immunogenic cancer.

MicroRNAs (miRs) are promising new therapeutics for glioblastoma. However, which miRs are most effective against glioblastomas and how these miRs should be delivered are major unanswered problems. To identify potent antiglioma miRs, we selected 8 miRs based on a literature search and screened them against a panel of glioma stem cell (GSC) lines, representing all of the glioblastoma subtypes defined by The Cancer Genome Atlas. To address delivery, we tested the hypothesis that ex vivo cultured bone marrow–derived mesenchymal stem cells (MSCs) can package miRs into exosomes and that these engineered exosomes can systemically deliver antiglioma miRs to glioblastomas. Of the screened miRs, we identified miR-124a as the most effective antiglioma agent against GSCs. We then transduced MSCs with lentivirus vectors containing miR-124a and isolated vesicles from the medium. Electron microscopy, western blotting, and Nanosight proved that the isolated vesicles were exosomes. Quantitative PCR documented that these exosomes contained high levels of miR-124a, which was not present in control exosomes. In vitro treatment of GSCs with exosomes containing miR-124a (Exo-miR124) resulted in a significant reduction in viability and clonogenicity of GSCs compared with controls. In vivo treatment of mice harboring intracranial GSC267 with systemically delivered Exo-miR124 resulted in 50% of animals living long term. No evidence of tumor was present on histological analysis of the survivors. Mechanistic studies showed that miR-124a acts by silencing Forkhead box (FOX)A2, resulting in aberrant intracellular lipid accumulation. MSCs can be used as natural biofactories to produce Exo-miR124, which is an effective antiglioma agent worthy of further clinical evaluation.

Human gliomas are classified using isocitrate dehydrogenase (IDH) status as a prognosticator; however, the influence of genetic differences and treatment effects on ensuing immunity remains unclear.

Abstract Glioblastoma (GBM) tumors are enriched in immune-suppressive myeloid cells and are refractory to immune checkpoint therapy (ICT). Targeting epigenetic pathways to reprogram the functional phenotype of immune-suppressive myeloid cells to overcome resistance to ICT remains unexplored. Single-cell and spatial transcriptomic analyses of human GBM tumors demonstrated high expression of an epigenetic enzyme - histone 3 lysine 27 demethylase (KDM6B) in intra- tumoral immune-suppressive myeloid cell subsets. Importantly, myeloid-cell specific Kdm6b deletion enhanced pro-inflammatory pathways and improved survival in GBM tumor-bearing mice. Mechanistic studies elucidated that the absence of Kdm6b enhances antigen-presentation, interferon response and phagocytosis in myeloid cells by inhibiting mediators of immune suppression including Mafb, Socs3 and Sirpa . Further, pharmacological inhibition of KDM6B mirrored the functional phenotype of Kdm6b deleted myeloid cells and enhanced anti-PD1 efficacy. Thus, this study identified KDM6B as an epigenetic regulator of the functional phenotype of myeloid cell subsets and a potential therapeutic target to improve response to ICT.

Abstract The most prevalent malignant tumors of the central nervous system are adult-type diffuse gliomas. Isocitrate dehydrogenase (IDH) mutations are identified in a subset of diffuse gliomas, leading to two distinct subtypes of gliomas: IDH-wildtype and IDH-mutant. In comparison to IDH-mutant gliomas, IDH-wildtype gliomas tend to be associated with a more rapid progression and lower overall survival rates. The analysis of differentially expressed microRNAs (DE-miRNAs) in cerebrospinal fluid (CSF) of IDH-wildtype diffuse gliomas could provide an effective and non-invasive approach to assist in the early diagnosis, classification, and management of the disease. Extracellular vesicle (EV)-derived miRNAs obtained from the CSF of 11 patients with IDH-wildtype diffuse gliomas and 8 controls were analyzed by microRNA sequencing (miRNA-seq). DE-miRNAs were defined using p-value≤0.05 and absolute log2 fold change (log2FC) ≥1. Candidate DE-miRNAs were validated by qRT-PCR in 24 samples (15 IDH-wildtype vs. 9 control) using the 2-ΔΔCT method, followed by receiver operating characteristic (ROC) curve analysis. Hsa-miR-24-3p was used as the internal control. miRNA-seq analysis identified hsa-miR-484, hsa-miR-223-3p, hsa-miR-1246, hsa-miR-323a-3p, hsa-miR-106b-3p, hsa-miR-21-5p, hsa-miR-15a-5p, has-miR-15b-5p, and hsa-miR-92a-3p among the top 20 upregulated miRNAs in the CSF of patients with IDH-wildtype diffuse gliomas. Further analysis by qPCR showed that patients with IDH-wildtype diffuse gliomas had significantly higher levels of has-miR-21-5p (2.28 ± 2.33) compared to control subjects (-2.22e-007 ± 1.08, p=0.012). The ROC curve analysis revealed an area under the curve (AUC) of 0.84 (95% CI, 0.68-1.0) for has-miR-21-5p CSF levels in distinguishing IDH-wildtype diffuse gliomas from control subjects. EV-derived miRNAs in CSF, including has-miR-21-5p, have the potential to distinguish IDH-wildtype diffuse gliomas from control individuals in a minimally-invasive manner and serve as diagnostic biomarkers.