Human microglia expression profile and its alterations related to glioma

A micróglia é essencial para a homeostase do Sistema Nervoso Central (SNC), função neuro-imune inata, e exerce papel importante na neurodegeneração, envelhecimento cerebral e tumorigênese. Gliomas difusos são tumores cerebrais primários caracterizados por crescimento infiltrativo e altas taxas de heterogeneidade, o que torna a doença praticamente incurável. Avanços em análises genéticas caracterizaram alterações moleculares relacionadas ao tempo de sobrevida e à resposta clínica desses pacientes, especialmente em glioblastomas (GBM). No entanto, a tumorigenicidade dos gliomas não é controlada unicamente por suas alterações genéticas. As interações entre as células tumorais, a micróglia residente e os macrófagos/monócitos infiltrados desempenham um papel crucial na modulação do crescimento e agressividade do glioma. Neste estudo, analisamos o fenótipo de ativação da micróglia/macrófagos em gliomas, incluindo astrocitomas e oligodendroglimas de diferentes graus de malignidade, apresentamos o perfil de expressão gênica da população pura de micróglia cortical e do tecido cerebral total correspondente. Usando sequenciamento de DNA de alta performance, classificamos as amostras de GBM em Proneural, Clássico e Mesenquimal. Em seguida, avaliamos os status de ativação da micróglia/macrófagos dessas amostras. Apesar do alto grau de heterogeneidade, pudemos observar níveis mais altos dos marcadores mielóides (IBA1, CD11b and CD68) em tumores astrocíticos comparados a tumores de origem oligodendrocítica e ao tecido não-neoplásico. Marcadores de anti-inflamação, como CD163, foram mais abundantes em astrocitomas, bem como em GBMs do subtipo Mesenquimal e Clássico; enquanto que marcadores de pró-inflamação, como IL1-beta, mostraram uma expressão mais heterogênea entre as amostras. Em seguida, micróglia foi isolada de 25 amostras de córtex parietal provenientes de autópsia de indivíduos cognitivamente preservados e foi feito o RNA-seq. Os resultados foram comparados à micróglia de camundongo e a outras células mielóides. Boa parte dos genes expressos pela micróglia humana foram similares àqueles expressos pela micróglia murina, como CX3CR1, P2YR12 e ITGAM. Porém, foram identificados genes de característica imune, abundantemente expressos na micróglia humana e não identificados na micróglia de camundongos, como TLR, Fcy, receptores do tipo SIGLEC, e fatores de transcrição NLRC5 e CIITA. A comparação dos dados de expressão gênica da micróglia com monócitos e macrófagos identificou novos marcadores que distinguem a micróglia humana de outras células mielóides. Nossos dados sobre a micróglia em gliomas sugerem características de imunossupressão e de pró-crescimento em tumores de pior prognóstico, ligado a um fenótipo específico de ativação das células mielóides. Este é o primeiro estudo a identificar o transcriptoma da micróglia humana pura, demonstrando que ela é claramente diferente da micróglia murina e de outras células mielóides. Esses resultados abrem portas para estudos de populações específicas de células mielóides em gliomasMicroglia are essential for central nervous system (CNS) homeostasis and innate neuroimmune function, and play important roles in neurodegeneration, brain aging and tumorigenesis. Diffuse gliomas are primary brain tumors characterized by infiltrative growth and high heterogeneity, which renders the disease mostly incurable. Advances in genetic analysis have characterized molecular alterations leading to impact on patients\' overall survival and clinical outcome, particularly in glioblastoma (GBM). However, glioma tumorigenicity is not controlled uniquely by its genetic alterations. The crosstalk between tumor cells, resident microglia and infiltrating monocytes/macrophages plays a crucial role in modulating glioma growth and aggressiveness. Here, we assess the activation status of microglia/macrophages in gliomas,including astrocytomas and oligodendrogliomas of different grades of malignancy, and present the gene expression profile of pure cortical human microglia and corresponding unsorted brain tissue. Using high-throughput DNA sequencing, we have classified GBM samples in Proneural, classical and mesenchymal. Next, we evaluated the activation status of microglia/macrophages within these samples. Despite the great heterogeneity, we observed higher levels of myeloid markers (IBA1, CD11b and CD68) in astrocytic tumors compared to oligodendrocytic ones and to non-neoplastic (NN) tissue. Anti-inflammation markers, such as CD163, are also more abundant in astrocytomas, as well as in the mesenchymal and classical GBM subtypes, while pro-inflammation markers, such as IL1-beta, show a more widespread expression throughout samples. Next, microglia were isolated from the parietal cortex of 25 autopsy samples of cognitively preserved humans and RNA sequenced. Overall, genes expressed by human microglia are similar to mouse microglia, such as CX3CR1, P2YR12, and ITGAM. Interestingly, a number of immune genes, not identified as mouse microglia signature genes, were abundantly expressed in human microglia, such as TLR, Fcy and SIGLEC receptors and NLRC5 and CIITA transcription factors. Comparison of microglia to monocyte and macrophage expression data underscored the CNS-specific functions of microglia and new markers were identified that distinguish human microglia from other myeloid cells. Our glioma-related data suggests an immune-suppressive and growth supportive characteristic for tumors with worse clinical outcome, linked to an activation profile of myeloid cells. This data is the first comprehensive pure human microglia gene expression profile; human microglia clearly differ from mouse microglia and other myeloid cells. These results will help further studies focusing on pure myeloid cells populations in gliom