Despite extensive study, few therapeutic targets have been identified for glioblastoma (GBM). Here we show that patient-derived glioma sphere cultures (GSCs) that resemble either the proneural (PN) or mesenchymal (MES) transcriptomal subtypes differ significantly in their biological characteristics. Moreover, we found that a subset of the PN GSCs undergoes differentiation to a MES state in a TNF-α/NF-κB-dependent manner with an associated enrichment of CD44 subpopulations and radioresistant phenotypes. We present data to suggest that the tumor microenvironment cell types such as macrophages/microglia may play an integral role in this process. We further show that the MES signature, CD44 expression, and NF-κB activation correlate with poor radiation response and shorter survival in patients with GBM.

The ability to isolate oligodendroglial precursor cells (OPCs) provides a powerful means to characterize their differentiation, properties and potential for myelin repair. Although much knowledge is available for isolation of OPCs from the rat central nervous system, preparation and maintenance of mouse OPCs has been until recently a challenge owing to difficulties in obtaining a sufficient quantity of purified OPCs. Here, we describe protocols to prepare highly enriched rat OPCs and nearly homogenous mouse OPCs. The mouse method generates predominantly OPCs from cortical neural progenitor cells as clonal aggregates called “oligospheres” by taking advantage of molecular genetic tools. Isolated OPCs can be further differentiated into oligodendrocytes. Collectively, we describe simple and efficient methods for the preparation and in vitro maintenance of enriched OPCs from rats and mice. Isolation and culture of a large, homogenous population of rodent OPCs should significantly facilitate studies on OPC lineage progression and their utility in myelin repair after injury.

Recent molecular classification of glioblastoma (GBM) has shown that patients with a mesenchymal (MES) gene expression signature exhibit poor overall survival and treatment resistance. Using regulatory network analysis of available expression microarray data sets of GBM, including The Cancer Genome Atlas (TCGA), we identified the transcriptional coactivator with PDZ-binding motif (TAZ), to be highly associated with the MES network. TAZ expression was lower in proneural (PN) GBMs and lower-grade gliomas, which correlated with CpG island hypermethylation of the TAZ promoter compared with MES GBMs. Silencing of TAZ in MES glioma stem cells (GSCs) decreased expression of MES markers, invasion, self-renewal, and tumor formation. Conversely, overexpression of TAZ in PN GSCs as well as murine neural stem cells (NSCs) induced MES marker expression and aberrant osteoblastic and chondrocytic differentiation in a TEAD-dependent fashion. Using chromatin immunoprecipitation (ChIP), we show that TAZ is directly recruited to a majority of MES gene promoters in a complex with TEAD2. The coexpression of TAZ, but not a mutated form of TAZ that lacks TEAD binding, with platelet-derived growth factor-B (PDGF-B) resulted in high-grade tumors with MES features in a murine model of glioma. Our studies uncover a direct role for TAZ and TEAD in driving the MES differentiation of malignant glioma.

Glioblastoma (GBM) is the most common brain tumor in adults and the mesenchymal GBM subtype was reported to be the most malignant, presenting severe hypoxia and necrosis. Here, we investigated the possible role of a hypoxic microenvironment for inducing a mesenchymal and invasive phenotype. The exposure of non-mesenchymal SNB75 and U87 cells to hypoxia induced a strong change in cell morphology that was accompanied by enhanced invasive capacity and the acquisition of mesenchymal marker expression. Further analyses showed the induction of HIF1α and HIF2α by hypoxia and exposure to digoxin, a cardiac glycoside known to inhibit HIF1/2 expression, was able to prevent hypoxia-induced mesenchymal transition. ShRNA-mediated knockdown of HIF1α, and not HIF2α, prevented this transition, as well as the knockdown of the EMT transcription factor ZEB1. We provide further evidence for a hypoxia-induced mesenchymal shift in GBM primary material by showing co-localization of GLUT1, ZEB1 and the mesenchymal marker YKL40 in hypoxic regions of the tumor. Collectively, our results identify a HIF1α-ZEB1 signaling axis that promotes hypoxia induced mesenchymal shift and invasion in GBM in a cell line dependent fashion.