Neural network learning defines glioblastoma features to be of neural crest perivascular or radial glia lineages
- PMID: 35675414
- PMCID: PMC9177076
- DOI: 10.1126/sciadv.abm6340
Neural network learning defines glioblastoma features to be of neural crest perivascular or radial glia lineages
Abstract
Glioblastoma is believed to originate from nervous system cells; however, a putative origin from vessel-associated progenitor cells has not been considered. We deeply single-cell RNA-sequenced glioblastoma progenitor cells of 18 patients and integrated 710 bulk tumors and 73,495 glioma single cells of 100 patients to determine the relation of glioblastoma cells to normal brain cell types. A novel neural network-based projection of the developmental trajectory of normal brain cells uncovered two principal cell-lineage features of glioblastoma, neural crest perivascular and radial glia, carrying defining methylation patterns and survival differences. Consistently, introducing tumorigenic alterations in naïve human brain perivascular cells resulted in brain tumors. Thus, our results suggest that glioblastoma can arise from the brains' vasculature, and patients with such glioblastoma have a significantly poorer outcome.
Figures





References
-
- Dunn G. P., Rinne M. L., Wykosky J., Genovese G., Quayle S. N., Dunn I. F., Agarwalla P. K., Chheda M. G., Campos B., Wang A., Brennan C., Ligon K. L., Furnari F., Cavenee W. K., Depinho R. A., Chin L., Hahn W. C., Emerging insights into the molecular and cellular basis of glioblastoma. Genes Dev. 26, 756–784 (2012). - PMC - PubMed
-
- Brennan C. W., Verhaak R. G. W., McKenna A., Campos B., Noushmehr H., Salama S. R., Zheng S., Chakravarty D., Sanborn J. Z., Berman S. H., Beroukhim R., Bernard B., Wu C. J., Genovese G., Shmulevich I., Barnholtz-Sloan J., Zou L., Vegesna R., Shukla S. A., Ciriello G., Yung W. K., Zhang W., Sougnez C., Mikkelsen T., Aldape K., Bigner D. D., van Meir E. G., Prados M., Sloan A., Black K. L., Eschbacher J., Finocchiaro G., Friedman W., Andrews D. W., Guha A., Iacocca M., O’Neill B. P., Foltz G., Myers J., Weisenberger D. J., Penny R., Kucherlapati R., Perou C. M., Hayes D. N., Gibbs R., Marra M., Mills G. B., Lander E., Spellman P., Wilson R., Sander C., Weinstein J., Meyerson M., Gabriel S., Laird P. W., Haussler D., Getz G., Chin L., Benz C., Barnholtz-Sloan J., Barrett W., Ostrom Q., Wolinsky Y., Black K. L., Bose B., Boulos P. T., Boulos M., Brown J., Czerinski C., Eppley M., Iacocca M., Kempista T., Kitko T., Koyfman Y., Rabeno B., Rastogi P., Sugarman M., Swanson P., Yalamanchii K., Otey I. P., Liu Y. S., Xiao Y., Auman J. T., Chen P. C., Hadjipanayis A., Lee E., Lee S., Park P. J., Seidman J., Yang L., Kucherlapati R., Kalkanis S., Mikkelsen T., Poisson L. M., Raghunathan A., Scarpace L., Bernard B., Bressler R., Eakin A., Iype L., Kreisberg R. B., Leinonen K., Reynolds S., Rovira H., Thorsson V., Shmulevich I., Annala M. J., Penny R., Paulauskis J., Curley E., Hatfield M., Mallery D., Morris S., Shelton T., Shelton C., Sherman M., Yena P., Cuppini L., DiMeco F., Eoli M., Finocchiaro G., Maderna E., Pollo B., Saini M., Balu S., Hoadley K. A., Li L., Miller C. R., Shi Y., Topal M. D., Wu J., Dunn G., Giannini C., O’Neill B. P., Aksoy B. A., Antipin Y., Borsu L., Berman S. H., Brennan C. W., Cerami E., Chakravarty D., Ciriello G., Gao J., Gross B., Jacobsen A., Ladanyi M., Lash A., Liang Y., Reva B., Sander C., Schultz N., Shen R., Socci N. D., Viale A., Ferguson M. L., Chen Q. R., Demchok J. A., Dillon L. A. L., Shaw K. R. M., Sheth M., Tarnuzzer R., Wang Z., Yang L., Davidsen T., Guyer M. S., Ozenberger B. A., Sofia H. J., Bergsten J., Eckman J., Harr J., Myers J., Smith C., Tucker K., Winemiller C., Zach L. A., Ljubimova J. Y., Eley G., Ayala B., Jensen M. A., Kahn A., Pihl T. D., Pot D. A., Wan Y., Eschbacher J., Foltz G., Hansen N., Hothi P., Lin B., Shah N., Yoon J. G., Lau C., Berens M., Ardlie K., Beroukhim R., Carter S. L., Cherniack A. D., Noble M., Cho J., Cibulskis K., DiCara D., Frazer S., Gabriel S. B., Gehlenborg N., Gentry J., Heiman D., Kim J., Jing R., Lander E. S., Lawrence M., Lin P., Mallard W., Meyerson M., Onofrio R. C., Saksena G., Schumacher S., Sougnez C., Stojanov P., Tabak B., Voet D., Zhang H., Zou L., Getz G., Dees N. N., Ding L., Fulton L. L., Fulton R. S., Kanchi K. L., Mardis E. R., Wilson R. K., Baylin S. B., Andrews D. W., Harshyne L., Cohen M. L., Devine K., Sloan A. E., VandenBerg S. R., Berger M. S., Prados M., Carlin D., Craft B., Ellrott K., Goldman M., Goldstein T., Grifford M., Haussler D., Ma S., Ng S., Salama S. R., Sanborn J. Z., Stuart J., Swatloski T., Waltman P., Zhu J., Foss R., Frentzen B., Friedman W., McTiernan R., Yachnis A., Hayes D. N., Perou C. M., Zheng S., Vegesna R., Mao Y., Akbani R., Aldape K., Bogler O., Fuller G. N., Liu W., Liu Y., Lu Y., Mills G., Protopopov A., Ren X., Sun Y., Wu C. J., Yung W. K. A., Zhang W., Zhang J., Chen K., Weinstein J. N., Chin L., Verhaak R. G. W., Noushmehr H., Weisenberger D. J., Bootwalla M. S., Lai P. H., Triche T. J. Jr., van den Berg D. J., Laird P. W., Gutmann D. H., Lehman N. L., VanMeir E. G., Brat D., Olson J. J., Mastrogianakis G. M., Devi N. S., Zhang Z., Bigner D., Lipp E., McLendon R., The somatic genomic landscape of glioblastoma. Cell 155, 462–477 (2013). - PMC - PubMed
-
- Sturm D., Witt H., Hovestadt V., Khuong-Quang D. A., Jones D. T. W., Konermann C., Pfaff E., Tönjes M., Sill M., Bender S., Kool M., Zapatka M., Becker N., Zucknick M., Hielscher T., Liu X. Y., Fontebasso A. M., Ryzhova M., Albrecht S., Jacob K., Wolter M., Ebinger M., Schuhmann M. U., van Meter T., Frühwald M. C., Hauch H., Pekrun A., Radlwimmer B., Niehues T., von Komorowski G., Dürken M., Kulozik A. E., Madden J., Donson A., Foreman N. K., Drissi R., Fouladi M., Scheurlen W., von Deimling A., Monoranu C., Roggendorf W., Herold-Mende C., Unterberg A., Kramm C. M., Felsberg J., Hartmann C., Wiestler B., Wick W., Milde T., Witt O., Lindroth A. M., Schwartzentruber J., Faury D., Fleming A., Zakrzewska M., Liberski P. P., Zakrzewski K., Hauser P., Garami M., Klekner A., Bognar L., Morrissy S., Cavalli F., Taylor M. D., van Sluis P., Koster J., Versteeg R., Volckmann R., Mikkelsen T., Aldape K., Reifenberger G., Collins V. P., Majewski J., Korshunov A., Lichter P., Plass C., Jabado N., Pfister S. M., Hotspot mutations in H3F3A and IDH1 define distinct epigenetic and biological subgroups of glioblastoma. Cancer Cell 22, 425–437 (2012). - PubMed
-
- Wang Q., Hu B., Hu X., Kim H., Squatrito M., Scarpace L., deCarvalho A. C., Lyu S., Li P., Li Y., Barthel F., Cho H. J., Lin Y.-H., Satani N., Martinez-Ledesma E., Zheng S., Chang E., Sauvé C.-E. G., Olar A., Lan Z. D., Finocchiaro G., Phillips J. J., Berger M. S., Gabrusiewicz K. R., Wang G., Eskilsson E., Hu J., Mikkelsen T., De Pinho R. A., Muller F., Heimberger A. B., Sulman E. P., Nam D.-H., Verhaak R. G. W., Tumor evolution of glioma-intrinsic gene expression subtypes associates with immunological changes in the microenvironment. Cancer Cell 32, 42–56.e6 (2017). - PMC - PubMed
-
- Neftel C., Laffy J., Filbin M. G., Hara T., Shore M. E., Rahme G. J., Richman A. R., Silverbush D., Shaw M. L., Hebert C. M., Dewitt J., Gritsch S., Perez E. M., Castro L. N. G., Lan X., Druck N., Rodman C., Dionne D., Kaplan A., Bertalan M. S., Small J., Pelton K., Becker S., Bonal D., Nguyen Q.-D., Servis R. L., Fung J. M., Mylvaganam R., Mayr L., Gojo J., Haberler C., Geyeregger R., Czech T., Slavc I., Nahed B. V., Curry W. T., Carter B. S., Wakimoto H., Brastianos P. K., Batchelor T. T., Stemmer-Rachamimov A., Martinez-Lage M., Frosch M. P., Stamenkovic I., Riggi N., Rheinbay E., Monje M., Rozenblatt-Rosen O., Cahill D. P., Patel A. P., Hunter T., Verma I. M., Ligon K. L., Louis D. N., Regev A., Bernstein B. E., Tirosh I., Suvà M. L., An integrative model of cellular states, plasticity, and genetics for glioblastoma. Cell 178, 835–849.e821 (2019). - PMC - PubMed
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