Transcriptome analysis reveals tumor microenvironment changes in glioblastoma
- 차혜욱
- 4일 전
- 3분 분량
Hoogstrate et al
Cancer Cell, 2023
Summary
A better understanding of transcriptional evolution of IDH-wild-type glioblastoma may be crucial for treatment optimization. Here, we perform RNA sequencing (RNA-seq) (n = 322 test, n = 245 validation) on paired primary-recurrent glioblastoma resections of patients treated with the current standard of care. Transcriptional subtypes form an interconnected continuum in a two-dimensional space. Recurrent tumors show preferential mesenchymal progression. Over time, hallmark glioblastoma genes are not significantly altered. Instead, tumor purity decreases over time and is accompanied by co-increases in neuron and oligodendrocyte marker genes and, independently, tumor-associated macrophages. A decrease is observed in endothelial marker genes. These composition changes are confirmed by single-cell RNA-seq and immunohistochemistry. An extracellular matrix-associated gene set increases at recurrence and bulk, single-cell RNA, and immunohistochemistry indicate it is expressed mainly by pericytes. This signature is associated with significantly worse survival at recurrence. Our data demonstrate that glioblastomas evolve mainly by microenvironment (re-)organization rather than molecular evolution of tumor cells.
국문 초록 요약
IDH-wild-type 교모세포종의 전사체 진화를 보다 깊이 이해하는 것은 치료 최적화에 있어 매우 중요하다. 본 연구에서는 표준 치료(수술, 방사선, 테모졸로마이드)를 받은 환자들의 초발(primary) 및 재발(recurrent) 교모세포종 절제 표본을 대상으로 RNA 시퀀싱(RNA-seq)을 수행하였다 (테스트군 n = 322, 검증군 n = 245).
분석 결과, 교모세포종의 전사체 아형들은 이차원 공간에서 상호 연결된 연속체(interconnected continuum)를 형성하였다. 재발 종양은 mesenchymal(간엽형) 방향으로의 진행이 우세하게 나타났다.시간이 지남에 따라 주요 교모세포종 관련 유전자들의 발현에는 유의한 변화가 없었지만, 종양 순도(tumor purity)는 감소하였고, 이에 따라 신경세포(neuron) 및 희소돌기아세포(oligodendrocyte) 마커 유전자의 발현이 동반 증가하였다. 또한 이와 독립적으로 종양 연관 대식세포(tumor-associated macrophage, TAM)가 증가하였다. 반면, 내피세포(endothelial cell) 마커 유전자의 발현은 감소하였다.
이러한 세포 구성의 변화는 단일세포 RNA 시퀀싱(single-cell RNA-seq)과 면역조직화학(immunohistochemistry) 분석을 통해 확인되었다.특히 세포외기질(ECM, extracellular matrix) 관련 유전자군이 재발 시 증가하였으며, 이들은 주로 pericyte(혈관 주위세포)에서 발현되는 것으로 나타났다. 이 ECM 관련 시그니처는 재발 시 유의하게 불량한 생존율과 연관되었다.
종합하면, 본 연구의 결과는 교모세포종이 종양세포의 분자적 진화(molecular evolution)보다는 종양 미세환경의 재조직화(microenvironmental re-organization)에 의해 주로 진화함을 보여준다.
논문 배경
IDH-wildtype glioblastoma (GBM)는 표준치료(수술, 방사선, TMZ) 이후 대부분 재발함.
하지만 재발 시 종양세포 자체의 유전자 진화보다, 종양미세환경(TME)의 변화가 생존율에 더 큰 영향을 준다는 점이 잘 알려지지 않았음.
연구 목적
재발 GBM의 변화를 환자 내 페어 샘플(초발 vs 재발)로 분석하여,종양세포 진화와 TME 재구성 중 어떤 요소가 주요 결정인자인지를 규명하고자 함.
연구 개요 및 데이터
대상: 총 567개 시료
G-SAM cohort: 322 samples
GLASS cohort: 245 samples
대상 환자: 표준 치료(방사선 + 테모졸로마이드) 후 재수술된 IDH-wt GBM 환자
분석 기법:
Bulk RNA-seq
Single-cell/nucleus RNA-seq (snRNA-seq)
면역형광(IF), RNA in situ hybridization (RNA-ISH)
GITS (Glioblastoma Intrinsic Transcriptional Subtype) space 분석
주요 결과 요약
1. 전사체적(subtype) 변화
기존 3개 전사체 아형: Classical (CL), Mesenchymal (MES), Proneural (PN)
아형 간 경계는 연속적(continuum)이며, discrete한 구분보다 연속형 표현이 적절함.
재발 시 MES 아형으로의 전환이 우세함 → MES가 진화적 경로(preferred progression path) 역할.
2. 종양 순도(tumor purity) 변화
재발 종양은 순도가 낮아짐(p < 0.001) -> 비종양세포의 비율이 증가함.
낮은 순도는 면역세포(TAM, macrophages) 및 신경세포/희소돌기아세포 증가를 반영함.
hallmark GBM 유전자(EGFR, MGMT, CDKN2A/B 등)는 유의한 발현 변화 없음.
3. 미세환경 세포 조성 변화
증가:
Tumor-associated macrophages (TAMs)
Neurons, oligodendrocytes
감소:
Endothelial cells (-> 혈관 구조 붕괴 및 ECM 재편성을 시사함)
→ 종양 재발은 “세포 내 변화”보다는 조직 구성(cell composition)의 재편성(re-organization)에 의해 결정됨.
4. Pericyte 특이적 ECM 유전자 발현
C1 cluster (ECM-related genes): COL1A1, COL1A2, MMP11 등이 증가함.
주로 pericyte에서 발현되며, IF/RNA-ISH로 혈관 주위 영역에서 강하게 관찰됨.
ECM signature가 높은 종양은 재발 후 생존율이 유의하게 낮음
HR ≈ 2.0 (95% CI: 1.27–3.4, p < 0.005)
결론
GBM은 유전자 변이의 추가 축적보다는 미세환경의 재조직화를 통해 진화함.
재발 시 MES 아형으로의 전이 + pericyte-ECM 시그니처 증가는 불량한 예후를 의미.
따라서 GBM 치료에서 microenvironment targeting(예: TAMs, pericyte-ECM signaling) 전략이 중요함.
연구의 한계
모든 환자가 방사선 및 TMZ 치료를 받아 치료 효과와 자연 진화의 구분이 어려움.
후향적 연구로, 임상적 적용 시 주의 필요.
요약
교모세포종의 재발은 종양세포의 분자 진화보다 미세환경의 재편성이 주요 동력이며, 특히 pericyte-ECM 신호의 증가는 불량한 예후를 예측한다.
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