Controversy remains over whether the cancer stem cell (CSC) theory applies to all tumors. To determine whether cells within a highly aggressive solid tumor are stochastically or hierarchically organized, we combined a reporter system where the nucleostemin (NS) promoter drives GFP expression (termed NS-GFP) with a mouse brain tumor model induced by retroviral Ras expression on a p16(Ink4a)/p19(Arf)-deficient background. The NS-GFP system allowed us to monitor the differentiation process of normal neural stem/precursor cells by analyzing GFP fluorescence intensity. In tumor-bearing mice, despite the very high frequency of tumorigenic cells, we successfully identified the NS-GFP(+) cells as tumor-initiating cells (T-ICs). The clonal studies conclusively established that phenotypical heterogeneity can exist among the cells comprising a genetically homogeneous tumor, suggesting that this aggressive brain tumor follows the CSC model. Detailed analyses of the NS-GFP(+) brain tumor cells revealed that T-ICs showed activation of the receptor tyrosine kinase c-Met, which functions in tumor invasiveness. Thus, the NS-GFP system provides a powerful tool to elucidate stem cell biology in normal and malignant tissues.

Glioblastoma (GBM) is the most aggressive and destructive form of brain cancer. Animal models that can unravel the mechanisms underlying its progression are needed to develop rational and effective molecular therapeutic approaches. In this study, we report the development of mouse models for spontaneous gliomas representing distinct progressive stages of disease that are governed by defined genetic alterations. Neural stem/progenitor cell (NPC)-specific constitutive Ras activation in vivo plus p53 deficiency led to development of primarily anaplastic astrocytoma (grade III), whereas combined loss of p53 plus p16(Ink4a)/p19(Arf) led to development of GBM (grade IV) at 100% penetrance within 6 weeks. These glioma models showed enhanced stem cell properties (stemness) accompanied by malignant progression. Notably, we determined that, in our models and in human specimens, downregulation of the homeodomain transcription factor NKX2.2, which is essential for oligodendroglial differentiation, was correlated with increased tumor malignancy. NKX2.2 overexpression by GBM-derived glioma-initiating cells (GIC) induced oligodendroglial differentiation and suppressed self-renewal capacity. By contrast, Nkx2.2 downregulation in mouse NPCs accelerated GBM formation. Importantly, the inhibitory effects of NXK2.2 on GIC self-renewal were conserved in human cells. Thus, our mouse models offer pathobiologically significant advantages to investigate the nature of brain tumors, with improved opportunities to develop novel mechanism-based therapeutic approaches.

Meningioma is the most common primary intracranial tumor in adults, with up to 10% manifesting as multiple tumors. Data on the genomic and molecular changes in sporadic multiple meningiomas are scarce, leading to ongoing debates regarding their evolutionary processes. A comprehensive genetic analysis of a large number of lesions, including precursor lesions, is necessary to explore these two possible origins: clonal and independent. In the present study, we performed whole-exome sequencing and analyzed somatic single-nucleotide variants (SNVs), insertions/deletions (INDELs), and copy number alterations (CNAs) in a patient with sporadic multiple meningiomas. These meningiomas included two mass-forming lesions of different histological subtypes (transitional and chordoid) and two small meningothelial nests. Genetic analysis revealed CNAs on chromosomes 22q and Y as common abnormalities in the two largest tumors. Furthermore, we identified SNV/INDELs unique to each focus, with NF2 mutation prevalent in the transitional meningioma and CREBBP mutation in the chordoid meningioma. Loss of chromosome 22 was detected in two small meningothelial nests. Overall, we elucidated the clonal origin and subtype-specific evolution of multiple meningiomas in this case. CNAs may serve as the initial driving event in meningioma development.

Abstract INTRODUCTION In IDH-mutant gliomas, the T2-FLAIR mismatch sign is a characteristic imaging marker suggestive of astrocytoma. Recently, it has been reported that IDH-mutant astrocytoma showing this feature have a good prognosis; however, the reason for this is still unclear. In this study, we investigated factors associated with gross-total resection of IDH-mutant gliomas in which awake surgery was performed, and validated the characteristics obtained from T2-FLAIR mismatch sign with results of functional mapping. METHODS From 2014 to 2023, 60 patients who underwent awake surgery and were diagnosed with IDH-mutant gliomas (WHO grade 2-3; 22 astrocytoma and 38 oligodendroglioma) were included in this study. T2-FLAIR mismatch sign, gross-total resection (GTR), and the following background factors that might have effects on the extent of resection in previous reports were extracted; primary or recurrent tumor, existence of positive functional mapping on the resection boundary of white matter, laterality and localization of the lesion, histopathological diagnosis, and WHO grading. First, statistical analysis of the relationship between GTR, T2-FLAIR mismatch sign, and background factors was performed using stepwise regression analysis. Second, neuroimaging analysis was performed to determine the spatial relationship between lesions and white matter mapping in cases with T2-FLAIR mismatch sign. RESULTS Twenty-six cases had no residual lesion after surgery, nine of which had T2-FLAIR mismatch sign and were diagnosed with astrocytoma. Analysis of GTR and background factors showed that T2-FLAIR mismatch sign (p=0.0043), no positive white matter mapping (p=0.0059), and WHO grade 2 (p=0.0182) were statistically significant factors that contributed to GTR. Furthermore, in 7 of the 9 cases with T2-FLAIR mismatch sign, GTR on postoperative neuroimaging was obtained with positive mappings on the normal white matter as the resection boundary. CONCLUSION IDH-mutant gliomas with T2-FLAIR mismatch sign may achieve GTR by awake surgery due to the absence of functional regions within the tumor.