Human cancers are complex ecosystems composed of cells with distinct phenotypes, genotypes, and epigenetic states, but current models do not adequately reflect tumor composition in patients. We used single-cell RNA sequencing (RNA-seq) to profile 430 cells from five primary glioblastomas, which we found to be inherently variable in their expression of diverse transcriptional programs related to oncogenic signaling, proliferation, complement/immune response, and hypoxia. We also observed a continuum of stemness-related expression states that enabled us to identify putative regulators of stemness in vivo. Finally, we show that established glioblastoma subtype classifiers are variably expressed across individual cells within a tumor and demonstrate the potential prognostic implications of such intratumoral heterogeneity. Thus, we reveal previously unappreciated heterogeneity in diverse regulatory programs central to glioblastoma biology, prognosis, and therapy.

The rates of survival, tumor recurrence, and tumor progression were analyzed in 225 patients with meningioma who underwent surgery as the only treatment modality between 1962 and 1980. Patients were considered to have a recurrence if their studies verified a mass effect in spite of a complete surgical removal, whereas they were defined as having progression if, after a subtotal excision, there was clear radiological documentation of an increase in the size of their tumor. There were 168 females and 57 males (a ratio of 2.9:1), with a peak incidence of tumor occurrence in the fifth (23%), sixth (29%), and seventh (23%) decades of life. Anatomical locations were the convexity (21%), parasagittal area (17%), sphenoid ridge (16%), posterior fossa (14%), parasellar region (12%), olfactory groove (10%), spine (8%), and orbit (2%). The absolute 5-, 10-, and 15-year survival rates were 83%, 77%, and 69%, respectively. Following a total resection, the recurrence-free rate at 5, 10, and 15 years was 93%, 80%, and 68%, respectively, at all sites. In contrast, after a subtotal resection, the progression-free rate was only 63%, 45%, and 9% during the same period (p less than 0.0001). The probability of having a second operation following a total excision after 5, 10, and 15 years was 6%, 15%, and 20%, whereas after a subtotal excision the probability was 25%, 44%, and 84%, respectively (p less than 0.0001). Tumor sites associated with a high percentage of total excisions had a low recurrence/progression rate. For example, 96% of convexity meningiomas were removed in toto, and the recurrence/progression rate at 5 years was only 3%. Parasellar meningiomas, with a 57% total excision rate, had a 5-year probability of recurrence/progression of 19%. Only 28% of sphenoid ridge meningiomas a second resection, the probability of a third operation at 5 and 10 years was 42% and 56%, respectively. There was no difference in the recurrence/progression rates according to the patients' age or sex, or the duration of symptoms. Implications for the potential role of adjunctive medical therapy or radiation therapy for meningiomas are discussed.

A single sentence summarizing your paper (websum), which will appear online on the table of contents and in e-alerts, has been provided below. Please check this sentence for accuracy and appropriate emphasis. Itay Tirosh et al. use single-cell RNA-seq to show that human oligodendrogliomas contain cancer cells specialized into two types of glia, as well as a rare subpopulation of cells that are undifferentiated and display a gene expression program that is characteristic of neural stem cells. By coupling this analysis with functional assessment of oligodendroglioma cell lines, the authors provide support for a cancer stem cell model of tumour development in this particular context. Although human tumours are shaped by the genetic evolution of cancer cells, evidence also suggests that they display hierarchies related to developmental pathways and epigenetic programs in which cancer stem cells (CSCs) can drive tumour growth and give rise to differentiated progeny1. Yet, unbiased evidence for CSCs in solid human malignancies remains elusive. Here we profile 4,347 single cells from six IDH1 or IDH2 mutant human oligodendrogliomas by RNA sequencing (RNA-seq) and reconstruct their developmental programs from genome-wide expression signatures. We infer that most cancer cells are differentiated along two specialized glial programs, whereas a rare subpopulation of cells is undifferentiated and associated with a neural stem cell expression program. Cells with expression signatures for proliferation are highly enriched in this rare subpopulation, consistent with a model in which CSCs are primarily responsible for fuelling the growth of oligodendroglioma in humans. Analysis of copy number variation (CNV) shows that distinct CNV sub-clones within tumours display similar cellular hierarchies, suggesting that the architecture of oligodendroglioma is primarily dictated by developmental programs. Subclonal point mutation analysis supports a similar model, although a full phylogenetic tree would be required to definitively determine the effect of genetic evolution on the inferred hierarchies. Our single-cell analyses provide insight into the cellular architecture of oligodendrogliomas at single-cell resolution and support the cancer stem cell model, with substantial implications for disease management.

Malignant gliomas are the most common malignant brain tumors and are almost always fatal. A thymidine kinase-negative mutant of herpes simplex virus-1 ( dl sptk) that is attenuated for neurovirulence was tested as a possible treatment for gliomas. In cell culture, dl sptk killed two long-term human glioma lines and three short-term human glioma cell populations. In nude mice with implanted subcutaneous and subrenal U87 human gliomas, intraneoplastic inoculation of dl sptk caused growth inhibition. In nude mice with intracranial U87 gliomas, intraneoplastic inoculation of dl sptk prolonged survival. Genetically engineered viruses such as dl sptk merit further evaluation as novel antineoplastic agents.

G207 is a conditionally replicating derivative of herpes simplex virus (HSV) type-1 strain F engineered with deletions of both γ134.5 loci and a lacZ insertion disabling the UL39 gene. We have demonstrated the efficacy of G207 in treating malignant glial tumors in athymic mice, as well as the safety of intracerebral G207 inoculation in mice and in Aotus nancymai. We sought to determine the safety of G207 inoculation into cerebral malignant glial tumors in humans. Criteria for inclusion into this dose-escalation study were the diagnosis of histologically proven malignant glioma, Karnofsky score ⩾70, recurrence despite surgery and radiation therapy, and an enhancing lesion greater than 1 cm in diameter. Serial magnetic resonance images were obtained for volumetric analysis. The trial commenced at a dose of 106 plaque forming units (p.f.u.) inoculated at a single enhancing site and was completed when the 21st patient was inoculated with 3 × 109 p.f.u. at five sites. While adverse events were noted in some patients, no toxicity or serious adverse events could unequivocally be ascribed to G207. No patient developed HSV encephalitis. We found radiographic and neuropathologic evidence suggestive of anti-tumor activity and long-term presence of viral DNA in some cases.

Developmental fate decisions are dictated by master transcription factors (TFs) that interact with cis-regulatory elements to direct transcriptional programs. Certain malignant tumors may also depend on cellular hierarchies reminiscent of normal development but superimposed on underlying genetic aberrations. In glioblastoma (GBM), a subset of stem-like tumor-propagating cells (TPCs) appears to drive tumor progression and underlie therapeutic resistance yet remain poorly understood. Here, we identify a core set of neurodevelopmental TFs (POU3F2, SOX2, SALL2, and OLIG2) essential for GBM propagation. These TFs coordinately bind and activate TPC-specific regulatory elements and are sufficient to fully reprogram differentiated GBM cells to “induced” TPCs, recapitulating the epigenetic landscape and phenotype of native TPCs. We reconstruct a network model that highlights critical interactions and identifies candidate therapeutic targets for eliminating TPCs. Our study establishes the epigenetic basis of a developmental hierarchy in GBM, provides detailed insight into underlying gene regulatory programs, and suggests attendant therapeutic strategies.PaperClip/cms/asset/ef7bac5e-8e52-428e-8396-d46dd6e61d5d/mmc6.mp3Loading ...(mp3, 3.11 MB) Download audio

T cell dysfunction contributes to tumor immune escape in patients with cancer and is particularly severe amidst glioblastoma (GBM). Among other defects, T cell lymphopenia is characteristic, yet often attributed to treatment. We reveal that even treatment-naïve subjects and mice with GBM can harbor AIDS-level CD4 counts, as well as contracted, T cell–deficient lymphoid organs. Missing naïve T cells are instead found sequestered in large numbers in the bone marrow. This phenomenon characterizes not only GBM but a variety of other cancers, although only when tumors are introduced into the intracranial compartment. T cell sequestration is accompanied by tumor-imposed loss of S1P1 from the T cell surface and is reversible upon precluding S1P1 internalization. In murine models of GBM, hindering S1P1 internalization and reversing sequestration licenses T cell–activating therapies that were previously ineffective. Sequestration of T cells in bone marrow is therefore a tumor-adaptive mode of T cell dysfunction, whose reversal may constitute a promising immunotherapeutic adjunct. Patients with glioblastoma experience lymphopenia and sequestration of T cells in the bone marrow, which is recapitulated in mice with brain tumors, where the reversible nature of this effect is demonstrated by an approach that enables the efficacy of other immunotherapeutics.