Von Einzelzell- zu räumlicher Transkriptomik: Entschlüsselung der Gliom-Stammzellnische und ihrer klinischen Implikationen

Hintergrund Gliome sind aggressive Hirntumoren, die mit einer schlechten Prognose verbunden sind. Krebsstammzellen (CSCs) spielen eine bedeutende Rolle bei der Tumorrezidiv und der Resistenz gegen Therapien. Ziel dieser Studie war es, Gliom-Stammzellen (GSCs) zu identifizieren und zu charakterisieren, ihre Interaktionen mit verschiedenen Zelltypen zu analysieren und eine prognostische Signatur zu entwickeln. Methoden Die Einzelzell-RNA-Sequenzierungsdaten von 44 primären Gliomproben wurden analysiert, um GSC-Populationen zu identifizieren. Es wurden räumliche Transkriptomik- und Genregulationsnetzwerkanalysen durchgeführt, um die Lokalisation von GSCs und die Aktivität von Transkriptionsfaktoren zu untersuchen. Eine CellChat-Analyse wurde durchgeführt, um Muster der Zell-Zell-Kommunikation abzuleiten. Eine GSC-Signatur (GSCS) wurde unter Verwendung von Machine-Learning-Algorithmen entwickelt, die auf Daten der Bulk-RNA-Sequenzierung aus mehreren Kohorten angewendet wurden. In vitro- und in vivo-Experimente wurden durchgeführt, um die Rolle von TUBA1C, einem Schlüsselgen innerhalb der Signatur, zu validieren. Ergebnisse Eine ausgeprägte GSC-Population wurde identifiziert, gekennzeichnet durch ein hohes proliferatives Potenzial und eine Anreicherung von E2F1, E2F2, E2F7 und BRCA1-Regulons. GSCs wiesen eine räumliche Nähe zu myeloid-abgeleiteten Suppressorzellen (MDSCs) auf. Die CellChat-Analyse zeigte einen aktiven MIF-Signalweg zwischen GSCs und MDSCs. Eine 26-Gen-GSCS zeigte eine überlegene Leistung im Vergleich zu bestehenden prognostischen Modellen. Der Knockdown von TUBA1C hemmte signifikant die Migration und Invasion von Gliomzellen in vitro und reduzierte das Tumorwachstum in vivo. Schlussfolgerung Diese Studie bietet eine umfassende Charakterisierung von GSCs und deren Interaktionen mit MDSCs sowie eine robuste GSCS. Die Ergebnisse bieten neue Einblicke in die Gliombiologie und identifizieren potenzielle therapeutische Ziele, insbesondere TUBA1C, um die Patientenergebnisse zu verbessern.