Entschlüsselung räumlicher intratumoraler Heterogenität im Glioblastom

• Antragsteller: Dr. Rouven Höfflin
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie ; Hämatologie, Onkologie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495418889

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Glioblastom (GBM) ist der häufigste und aggressivste primäre Hirntumor. Die Intra- Tumor-Heterogenität (ITH) ist charakteristisch für das GBM und beeinflusst wichtige biologische Eigenschaften wie Progression, Therapieresistenz und Rezidivierung. Das GBM wurde ausgiebig durch Einzelzell-RNA-Sequenzierung charakterisiert. Dabei wurden vier rekurrierende „cancer cell states“ identifiziert. Diese sind in allen GBMs vorhanden und weisen einen hohen Grad an Plastizität auf. Diese steht in engem Zusammenhang mit dem Tumormikromilieu (TME). Ungeklärt blieb jedoch, wie die malignen „cell states“ gemeinsam mit den nicht-maligne Zellen des TME räumlich organisiert sind. Das Ziel meines Postdocs im Labor von Prof. Itay Tirosh am Weizmann Institut bestand darin, neue räumliche Einzelzell-Technologien zu etablieren und mithilfe fortschrittlicher bioinformatischer Methoden ein quantitatives Rahmenwerk zu schaffen, um so die räumliche Architektur des GBM zu entschlüsseln. Zu Beginn meines Aufenthaltes etablierten wir zwei neue räumliche Einzelzell-Technologien: i) räumliche Transkriptomik (10X Visium) und ii) räumliche Proteomik (Co-detection by Indexing, CODEX) und charakterisierten damit 25 GBMs. Anschließend entwarfen wir neue bioinformatische Methoden, um ein räumliches Modell des GBM zu definieren. Unsere Auswertung ergab, dass spezifische Tumorareale entweder organisiert oder desorganisiert sind. Dabei sind Hypoxie und Nekrose die Treiber dieser Organisation und induzieren, dass sich GBM-Zellen in fünf räumlichen Schichten anordnen. Von Hypoxie weit entfernte Tumorregionen hingegen sind chaotisch und weisen keine großflächige Strukturierung auf. Wichtig ist, dass die durch Hypoxie bedingte Organisation weit über die Hypoxie-assoziierten, klassischen histopathologischen Merkmale (Nekrose oder Pseudopalisaden) hinausgeht und daher in routinemäßigen H&E-Färbungen nicht sichtbar ist. Zusammenfassend bietet diese Arbeit ein ganzheitliches Modell der räumlichen GBM- Architektur und charakterisiert die essenzielle Rolle der Hypoxie bei der räumlichen Organisation. Dies fügt unserem wachsenden Verständnis des Gliom-Ökosystems eine räumliche Dimension hinzu und wird bei der Entwicklung neuer Therapien helfen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Hallmarks of transcriptional intratumour heterogeneity across a thousand tumours. Nature, 618(7965), 598-606.
  Gavish, Avishai; Tyler, Michael; Greenwald, Alissa C.; Hoefflin, Rouven; Simkin, Dor; Tschernichovsky, Roi; Galili, Darnell Noam; Somech, Einav; Barbolin, Chaya; Antman, Tomer; Kovarsky, Daniel; Barrett, Thomas; Gonzalez, Castro L. Nicolas; Halder, Debdatta; Chanoch-Myers, Rony; Laffy, Julie; Mints, Michael; Wider, Adi; Tal, Rotem ... & Tirosh, Itay
  
• Integrative spatial analysis reveals a multi-layered organization of glioblastoma. openRxiv.
  Greenwald, Alissa C.; Darnell, Noam Galili; Hoefflin, Rouven; Simkin, Dor; Gonzalez-Castro, L. Nicolas; Mount, Christopher; Hirsch, Dana; Nomura, Masashi; Talpir, Tom; Kedmi, Merav; Goliand, Inna; Medici, Gioele; Li, Baoguo; Keren-Shaul, Hadas; Weller, Michael; Addadi, Yoseph; Neidert, Marian C.; Suvá, Mario L. & Tirosh, Itay