Abstract Noncoding small RNAs, such as microRNAs, are becoming the biomarkers of choice for multiple diseases in clinical diagnostics. A dysregulation of these microRNAs can be associated with many different diseases, such as cancer, dementia, and cardiovascular conditions. The key for effective treatment is an accurate initial diagnosis at an early stage, improving the patient's survival chances. In this work, the first clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/Cas13a‐powered microfluidic, integrated electrochemical biosensor for the on‐site detection of microRNAs is introduced. Through this unique combination, the quantification of the potential tumor markers microRNA miR‐19b and miR‐20a is realized without any nucleic acid amplification. With a readout time of 9 min and an overall process time of less than 4 h, a limit of detection of 10 p m is achieved, using a measuring volume of less than 0.6 µL. Furthermore, the feasibility of the biosensor platform to detect miR‐19b in serum samples of children, suffering from brain cancer, is demonstrated. The validation of the obtained results with a standard quantitative real‐time polymerase chain reaction method shows the ability of the electrochemical CRISPR‐powered system to be a low‐cost, easily scalable, and target amplification‐free tool for nucleic acid based diagnostics.

Microvesicles (MVs) play an important role in intercellular communication by carrying mRNAs, microRNAs (miRNAs), non-coding RNAs, proteins, and DNA from cell to cell. To our knowledge, this is the first report of delivery of a therapeutic mRNA/protein via MVs for treatment of cancer. We first generated genetically engineered MVs by expressing high levels of the suicide gene mRNA and protein-cytosine deaminase (CD) fused to uracil phosphoribosyltransferase (UPRT) in MV donor cells. MVs were isolated from these cells and used to treat pre-established nerve sheath tumors (schwannomas) in an orthotopic mouse model. We demonstrated that MV-mediated delivery of CD-UPRT mRNA/protein by direct injection into schwannomas led to regression of these tumors upon systemic treatment with the prodrug (5-fluorocytosine (5-FC)), which is converted within tumor cells to 5-fluorouracil (5-FU)-an anticancer agent. Taken together, these studies suggest that MVs can serve as novel cell-derived "liposomes" to effectively deliver therapeutic mRNA/proteins to treatment of diseases.

Despite intensive studies, the molecular mechanisms by which the genetic materials are uploaded into microvesicles (MVs) are still unknown. This is the first study describing a zipcode-like 25 nucleotide (nt) sequence in the 3'-untranslated region (3'UTR) of mRNAs, with variants of this sequence present in many mRNAs enriched in MVs, as compared to their glioblastoma cells of origin. When this sequence was incorporated into the 3'UTR of a reporter message and expressed in a different cell type, it led to enrichment of the reporter mRNA in MVs. Critical features of this sequence are both a CUGCC core presented on a stem-loop structure and a miRNA-binding site, with increased levels of the corresponding miRNA in cells further increasing levels of mRNAs in MVs.

Non-coding small RNAs, such as microRNAs, are becoming the biomarkers of choice for multiple diseases in clinical diagnostics. A dysregulation of these microRNAs can be associated to many different diseases, such as cancer, dementia or cardiovascular conditions. The key for an effective treatment is an accurate initial diagnosis at an early stage, improving the patient’s survival chances. Here, we introduce a CRISPR/Cas13a powered microfluidic, integrated electrochemical biosensor for the on-site detection of microRNAs. Through this unique combination, the quantification of the potential tumor markers microRNA miR-19b and miR-20a has been realized without any nucleic acid amplification. With a readout time of 9 minutes and an overall process time of less than 4 hours, a limit of detection of 10 pM was achieved, using a measuring volume of less than 0.6 µl. Furthermore, we demonstrate the feasibility of our versatile sensor platform to detect miR-19b in serum samples of children, suffering from brain cancer. The validation of our results with a standard qRT-PCR method shows the ability of our system to be a low-cost and target amplification-free tool for nucleic acid based diagnostics.

Diffuse hemispheric gliomas, H3G34R/V-mutant (DHG-H3G34), are lethal brain tumors lacking targeted therapies. They originate from interneuronal precursors; however, leveraging this origin for therapeutic insights remains unexplored. Here, we delineate a cellular hierarchy along the interneuron lineage development continuum, revealing that DHG-H3G34 mirror spatial patterns of progenitor streams surrounding interneuron nests, as seen during human brain development. Integrating these findings with genome-wide CRISPR-Cas9 screens identifies genes upregulated in interneuron lineage progenitors as major dependencies. Among these, CDK6 emerges as a targetable vulnerability: DHG-H3G34 tumor cells show enhanced sensitivity to CDK4/6 inhibitors and a CDK6-specific degrader, promoting a shift toward more mature interneuron-like states, reducing tumor growth, and prolonging xenograft survival. Notably, a patient with progressive DHG-H3G34 treated with a CDK4/6 inhibitor achieved 17 months of stable disease. This study underscores interneuronal progenitor-like states, organized in characteristic niches, as a distinct vulnerability in DHG-H3G34, highlighting CDK6 as a promising clinically actionable target.

Abstract BACKGROUND Ependymomas (EPN) constitute 10% of pediatric brain tumors. WHO classification identified 10 molecular subtypes, with ZFTA fusion-driven supratentorial tumors (ST-ZFTA) and posterior fossa group A (PFA) being amongst the most aggressive ones. Current therapeutic success relies on local treatments, emphasizing the urgent need for novel targets. Epigenetic dysregulation is a major contributor to EPN aggressiveness. Bromodomain and extra-terminal domain (BET) proteins are transcriptional mediators involved in proto-oncogene transcription, thereby representing promising targets in cancer therapy. As the BET protein BRD4 co-regulates ZFTA-RELA fusion-mediated aberrant transcription, BET inhibitors emerge as novel targeted therapy approach in ST-ZFTA. METHODS Initial assessments encompassed primary, patient-derived (n=9) cell models representing ST-ZFTA and PFA EPN. RNA sequencing of two ZFTA-RELA models was performed, using DGE and GSEA analyses to discern altered pathways following BET-inhibition. On functional level, we investigated sensitivity towards BET-inhibition using cell viability, clone- and sphere formation assays, as well as Western blot and qPCR after treatment. Additionally, anti-tumor effects in genetically engineered cerebral organoids were assessed. RESULTS First investigations showed elevated BRD2 and BRD4 levels in ST-ZFTA compared to PFA models. Accordingly, treatment with BET inhibitors resulted in reduced survival and cell cycle arrest, evidenced by cell viability and clone formation assays, along with increased p21 and cleaved PARP levels in Western blot analyses. RNA sequencing revealed altered pathways associated with cell-cycle regulation and senescence following BET inhibition, supported by downregulation of the telomerase subunit TERT and genes of the senescence-associated secretory phenotype. Additionally, BET inhibitors exhibited synergistic effects with EZH2- and PARP inhibitors primarily in ZFTA-RELA cell lines, as well as decreased tumor volumes in ZFTA-RELA-driven cerebral organoids. CONCLUSIONS Summarizing, we show drastic effects of BET-inhibition in ZFTA-RELA EPN. Subsequently, the influence of Bromodomain inhibition on stemness and senescence, particularly combined with radio- and chemotherapy will be investigated.

Abstract BACKGROUND Central nervous system (CNS) tumors with BCOR internal tandem duplication (ITD) or BCOR/L1 fusions are recently described tumor types with distinct molecular characteristics and poor clinical outcome. BCOR and its homologue BCORL1 are essential components of the non-canonical polycomb repressor complex (PRC) 1.1 thereby acting as epigenetic regulators exerting a profound impact on central cellular mechanisms. However, the influence of BCOR/L1-alterations on the functionality of PRC1.1 in pediatric CNS tumors remains understudied. METHODS We performed bulk as well as single-cell/nucleus RNA sequencing (scRNA-Seq) and chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-Seq) of CNS tumor tissue harboring BCOR-ITD or BCOR/L1 fusions. Additionally, BCOR/L1-altered, patient-derived cell models were used for downstream in vitro analyses. RESULTS ChIP-Seq analysis demonstrated binding of both KDM2B and mutant BCOR/L1 at PRC1.1 target genes whereas PRC1/2-mediated histone modifications H3K27me3 and H2AK119ub were absent. In addition, PRC1.1 target gene loci were characterized by high H3K27ac levels indicating increased transcriptional activity in BCOR/L1 mutant samples. Indeed, PRC1.1 targets such as FGFR1, GATA6, and ERBB3 were found to be upregulated in bulk transcriptome (n=37) analyses. Using scRNA-seq (n=10), we resolved a transcriptionally distinct cell population, specific for BCOR/L1-driven CNS tumors, which expressed high levels of PRC1.1 target genes. Besides PRC1.1 target genes, the targetable receptor tyrosine kinases PDGFR/FGFR(1/3), and IGF1R were found to be upregulated in pediatric BCOR/L1-altered CNS cancers. Accordingly, drug screens of patient-derived cell models revealed sensitivity towards small molecule inhibitors targeting the respective pathways. This translated well in anti-tumor effects of the FGFR/PDGFRA inhibitor nintedanib in BCORL1::NUTM2HP-fused patient-derived xenograft bearing mice. CONCLUSIONS Our data demonstrate for the first time that BCOR/L1-altered CNS tumors are driven by dysfunction of PRC1.1 histone modifications inducing profound transcriptomic changes ultimately activating oncogenic pathways. We further identified first feasible therapeutic targets including FGFR and PDGFR which may be leveraged for improved therapy of patients suffering from this aggressive tumor type.