INSM1 governs a neuronal progenitor state that drives glioblastoma in a human stemcell model.

1. 논문 제목: INSM1 governs a neuronal progenitor state that drives glioblastoma in a human stem cell model.

2. 저자명: Patrick A. DeSouza, Matthew Ishahak, Xuan Qu, Colin McCornack, Devi Annamalai,

Diane D.Mao, Rajanikanth Vangipurapu, Yiwei Fu, Alexandre T. Vessoni, Ryan T. Cleary, Rowland H. Han, Punn Augsornworawat, Timothy Woodiwiss, Darby Agovino, Braxton Sizemore, Jessica Kline, Maryam Borhani-Haghighi, Hao Chen, Sangami Pugazenthi, Hiroko Yano, TingWang, Luis F. Z. Batista, Jeffrey R. Millman & Albert H. Kim

3. 출처 및 게재 (발행일): Nature communications, 07 December 2025

4. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-66371-x

5. Abstract:

Glioblastoma is a lethal brain cancer marked by functional plasticity driven by tumor cell-intrinsic mutations and their interplay with developmental programs. To investigate how canonical glioblastoma mutations promote functional plasticity, we have developed an isogenic human neural stem cell (NSC) model of glioblastoma by sequential addition of TERT promoter, TP53, and PDGFRA point mutations. TP53 loss-of-function increases TERT expression during serial mutagenesis, but only triple mutant NSCs reliably form lethal brain tumors in vivo that recapitulate glioblastoma. Tumor cell evolution triggers stress-related metabolic changes and transitions toward a neuronal progenitor network driven by transcription factor INSM1. INSM1 is highly expressed in human glioblastoma tumors and, during cortical development, in intermediate progenitor cells, which give rise to neurons. Remarkably, INSM1 Knockdown in triple mutant NSCs and primary glioblastoma cells disrupts oncogenic gene expression and function and inhibits the in vivo tumorigenicity of triple mutant NSCs, highlighting the functional importance of an intermediate progenitor cell-like cell state in glioblastoma pathogenesis.

6. 한글 초록 요약본:

교모세포종은 극심한 세포 이질성과 가소성을 특징으로 하는 치명적인 뇌종양으로, 기존의 유전자 변이 중심 치료 전략은 임상적 성과가 제한적이었음. 본 연구는 GBM에서 관찰되는 발달 프로그램의 재활성화가 종양의 악성 진화에 어떤 역할을 하는지를 규명하기 위해 인간 배아줄기세포 (hESC) 유래 신경줄기세포 (NSC)에 TERT promoter, TP53, PDGFRA 변이를 단계적으로 도입한 isogenic 모델을 구축함. 그 결과, 세 가지 변이를 모두 가진 세포 (triple mutant)만이 생체 내에서 치명적인 GBM을 안정적으로 형성하였으며, 종양 진화 과정에서 대사 스트레스 상태를 거쳐 신경 전구세포 (neuronal progenitor) 유사 상태로 전이됨을 확인함. 단일세포 전사체 및 후성유전체 분석을 통해 이 과정의 핵심 전사 조절자로 INSM1을 규명하였고, INSM1 억제는 종양성 유전자 발현, 대사 재프로그래밍 및 종양 형성을 유의하게 감소시킴. 본 연구는 GBM에서 중간 신경 전구세포 상태가 종양 유지와 악성화에 기능적으로 중요함을 제시함.

7. 한글 논문 요약본 (Intro, Methods, Results)

1) Introduction: GBM은 거의 모든 환자에서 재발하며 종양 내∙종양 간 이질성이 매우 높은 암임. 기존 연구들은 proneural, classical, mesenchymal과 같은 전사체 아형을 정의했으나 단일세포 분석 결과 하나의 종양 안에서도 여러 아형이 공존함이 밝혀짐. 특히 proneural (PRO)아형은 신경 발달 프로그램과 밀접하게 연관되어 있으며, 종양 침윤 및 신경세포와의 기능적 상호작용과 관련이 있음. TERT promoter, TP53, PDGFRA 변이는 PRO 아형과 강하게 연관된 대표적인 GBM driver mutation이지만 이 변이들이 어떻게 발달 상태 전이와 세포 가소성을 유도하는지에 대한 후성유전학적 연결고리는 명확하지 않았음. 저자들은 “유전자 변이 → 발달 프로그램 → 종양 기능”을 직접적으로 연결할 수 있는 정의된 인간 세포 모델의 필요성을 제기하며 단계적 돌연변이 도입 모델을 통해 GBM 진화의 궤적을 추적하고자 함.

2) Methods:

2-1) 인간 NSC 기반 isogenic GBM 모델 구축: 인간 배아줄기세포 (hESC)에 CRISPR/Cas9을 이용해 TERT promoter C228T, TP53 R248Q (dominant negative) 변이를 순차적으로 도입함. 이후 PDGFRA D842V 활성 변이를 렌티바이러스로 발현함. 동일한 유전적 배경에서 WT → TERTp → TERTp + TP53

→ triple mutant (PRO) 4가지 NSC 라인을 확립함.

2-2) In vitro 종양성 평가: Extreme limiting dilution assay로 self-renewal 능력 평가, Soft agar colony formation으로 anchorage-independent growth 측정, Seahorse XF 분석으로 해당과 산화적 인사화 기반 대사 특성 평가

2-3) In vivo 종양 형성: Athymic nude mouse 뇌 실질 내 orthotopic 이식, MRI로 종양 형성 추적 및

생존분석, H&E, 면역형광 염색으로 GBM 병리학적 특징 평가

2-4) 단일세포 및 다중오믹스 분석: scRNA-seq (hashtag oligo를 이용한 multiplexing), RNA velocity (Dynamo) 및 CytoTRACE로 진화 궤적 분석, scATAC-seq + scRNA-seq 통합 분석으로 전사인자 활성 추정

2-5) 기능적 검증: INSM1, TCF4, SOX4에 대해 RNAi knockdown 수행, 전사체 변화, 대사 변화, self-

renewal, 종양 형성 능력 평가

3) Results

3-1) Triple mutant NSC만이 치명적인 GBM 형성: 단일 또는 이중 변이 NSC는 제한적인 증식 또는 비종양성, Triple mutant (PRO)만이 생체 내에서 광범위한 침윤, 가성 울타리 (pseudopalisading necrosis), 혈관 증식 등 전형적인 GBM 병리 재현.

3-2) TP53 손실은 TERT 활성 증가를 증폭: TERT promoter 변이는 H3K4me3 증가 및 GABP 결합을통해 TERT 발현 상승, TP53 기능 소실 시 TERT 발현과 telomerase 활성 추가 증가, TCGA 분석에도 TP53 mutant GBM에서 TERT 발현 증가 확인.

3-3) 종양 진화는 ‘대사 스트레스 → 신경 전구세포 상태’ 전이: scRNA-seq 분석에서 WT 및 단일∙이중 변이 NSC는 스트레스 및 대사 적응 관련 유전자 발현이 우세한 반면, triple mutant (PRO) 세포에서는 neural progenitor 관련 신경 발생 프로그램과 glycosis 경로가 강화됨. CytoTRACE 및 RNA velocity 분석 결과, 이러한 neural progenitor-like 상태는 일시적인 전이 단계가 아니라 안정적으로 유지되는 세포 상태로 확인됨.

3-4) INSM1은 핵심 전사 조절자 및 INSM1 억제는 종양성 표현형을 역전함: 다중오믹스 분석에서 PRO 세포 특이적으로 INSM1 motif 활성 증가, INSM1은 인간 GBM 샘플과 피질 발달 중 intermediate progenitor cell에서도 고발현. INSM1 knockdown: 신경 전구세포 유전자 네트워크 붕괴, Glycolysis 감소, self-renewal 및 종양 형성 능력 현저히 저하, PRO세포의 전사체가 WT NSC 상태로 부분적 회귀.

8. 대표 Figure

   Fig1. Engineered NSCs form tumors in mice that recapitulate GBM.