Accurate pathological diagnosis is crucial for optimal management of patients with cancer. For the approximately 100 known tumour types of the central nervous system, standardization of the diagnostic process has been shown to be particularly challenging-with substantial inter-observer variability in the histopathological diagnosis of many tumour types. Here we present a comprehensive approach for the DNA methylation-based classification of central nervous system tumours across all entities and age groups, and demonstrate its application in a routine diagnostic setting. We show that the availability of this method may have a substantial impact on diagnostic precision compared to standard methods, resulting in a change of diagnosis in up to 12% of prospective cases. For broader accessibility, we have designed a free online classifier tool, the use of which does not require any additional onsite data processing. Our results provide a blueprint for the generation of machine-learning-based tumour classifiers across other cancer entities, with the potential to fundamentally transform tumour pathology.

SUMMARY Glioblastoma, isocitrate dehydrogenase (IDH)-wildtype (hereafter, GB), is an aggressive brain malignancy associated with a dismal prognosis and poor quality of life. Single-cell RNA sequencing has helped to grasp the complexity of the cell states and dynamic changes in GB. Large-scale data integration can help to uncover unexplored tumor pathobiology. Here, we resolved the composition of the tumor milieu and created a cellular map of GB (‘GBmap’), a curated resource that harmonizes 26 datasets gathering 240 patients and spanning over 1.1 million cells. We showcase the applications of our resource for reference mapping, transfer learning, and biological discoveries. Our results uncover the sources of pro-angiogenic signaling and the multifaceted role of mesenchymal-like cancer cells. Reconstructing the tumor architecture using spatially resolved transcriptomics unveiled a high level of well-structured neoplastic niches. The GBmap represents a framework that allows the streamlined integration and interpretation of new data and provides a platform for exploratory analysis, hypothesis generation and testing.

Abstract Background Homozygous loss of CDKN2A/B is a genetic alteration found in many cancer types including meningiomas, where it is associated with poor clinical outcome. It is now also a diagnostic criterion for grade 3 meningiomas in the 2021 WHO classification for central nervous system tumors. However, as in other cancers, the relationship between copy number loss of CDKN2A/B and expression of its gene product is unclear and may be either commensurate or paradoxical in nature. Therefore, we aimed to investigate the association of CDKN2A mRNA expression with clinical prognosis, WHO grade, and other molecular biomarkers in meningiomas such as DNA methylation, molecular group, and proteomics. Methods We used multidimensional molecular data of 490 meningioma samples from 4 independent cohorts to examine the relationship between mRNA expression of CDKN2A and copy number status, its correlation to clinical outcome, the transcriptomic pathways altered in differential CDKN2A expression, and its relationship with DNA methylation, and proteomics using an integrated molecular approach. Results Meningiomas without any copy number loss were dichotomized into high (CDKN2A high ) and low (CDKN2A low ) CDKN2A mRNA expression groups. Patients with CDKN2A high meningiomas had poorer progression free survival (PFS) compared to those with CDKN2A low meningiomas. CDKN2A mRNA expression was increased in more aggressive molecular groups, and in higher WHO grade meningiomas across all cohorts. CDKN2A high meningiomas and meningiomas with CDKN2A copy number loss shared common up-regulated cell cycling pathways. CDK4 mRNA expression was increased in CDKN2A high meningiomas and both p16 and CDK4 protein were more abundant in CDKN2A high meningiomas. CDKN2A high meningiomas were frequently hypermethylated at the gene body and UTR compared to CDKN2A low meningiomas and found be more commonly Rb-deficient. Conclusions An intermediate level of CDKN2A mRNA expression appears to be optimal as significantly low (CDKN2A deleted) or high expression (CDKN2A high ) are associated with poorer outcomes clinically. Though CDK4 is elevated in CDKN2A high meningiomas, Rb-deficiency may be more common in this group, leading to lack of response to CDK inhibitors.

Abstract Aims Epigenetic clocks are widely applied as surrogates for biological age in different tissues and/or diseases, including several neurodegenerative diseases. Despite white matter (WM) changes often being observed in neurodegenerative diseases, no study has investigated epigenetic ageing in white matter. Methods We analysed the performances of two DNA methylation-based clocks, DNAmClock Multi and DNAmClock Cortical , in post-mortem WM tissue from multiple subcortical regions and the cerebellum, and in oligodendrocyte-enriched nuclei. We also examined epigenetic ageing in control and multiple system atrophy (MSA) (WM and mixed WM and grey matter), as MSA is a neurodegenerative disease comprising pronounced WM changes and α-synuclein aggregates in oligodendrocytes. Results Estimated DNA methylation (DNAm) ages showed strong correlations with chronological ages, even in WM (e.g., DNAmClock Cortical , r = [0.80-0.97], p<0.05). However, performances and DNAm age estimates differed between clocks and brain regions. DNAmClock Multi significantly underestimated ages in all cohorts except in the MSA prefrontal cortex mixed tissue, whereas DNAmClock Cortica tended towards age overestimations. Pronounced age overestimations in the oligodendrocyte-enriched cohorts (e.g., oligodendrocyte-enriched nuclei, p=6.1×10 -5 ) suggested that this cell-type ages faster. Indeed, significant positive correlations were observed between estimated oligodendrocyte proportions and DNAm age acceleration estimated by DNAmClock Cortica (r>0.31, p<0.05), and similar trends with DNAmClock Multi . Although increased age acceleration was observed in MSA compared to controls, no significant differences were observed upon adjustment for possible confounders (e.g., cell-type proportions). Conclusions Our findings show that oligodendrocyte proportions positively influence epigenetic age acceleration across brain regions and highlight the need to further investigate this in ageing and neurodegeneration.

Abstract Sporadic Creutzfeldt-Jakob disease (sCJD), the most common human prion disease, is thought to occur when the cellular prion protein (PrP C ) spontaneously misfolds and assembles into prion fibrils, culminating in fatal neurodegeneration. In a genome-wide association study of sCJD, we recently identified risk variants in and around the gene STX6 , with evidence to suggest a causal increase of STX6 expression in disease-relevant brain regions. STX6 encodes syntaxin-6, a SNARE protein primarily involved in early endosome to trans -Golgi network retrograde transport. Here we developed and characterised a mouse model with genetic depletion of Stx6 and investigated a causal role of Stx6 expression in mouse prion disease through a classical prion transmission study, assessing the impact of homozygous and heterozygous syntaxin-6 knockout on disease incubation periods and prion-related neuropathology. Following inoculation with RML prions, incubation periods in Stx6 -/- and Stx6 +/- mice differed by 12 days relative to wildtype. Similarly, in Stx6 -/- mice, disease incubation periods following inoculation with ME7 prions also differed by 12 days. Histopathological analysis revealed a modest increase in astrogliosis in ME7-inoculated Stx6 -/- animals and a variable effect of Stx6 expression on microglia activation, however no differences in neuronal loss, spongiform change or PrP deposition were observed at endpoint. Importantly, Stx6 -/- mice are viable and fertile with no gross impairments on a range of neurological, biochemical, histological and skeletal structure tests. Our results provide some support for a pathological role of Stx6 expression in prion disease, which warrants further investigation in the context of prion disease but also other neurodegenerative diseases considering syntaxin-6 appears to have pleiotropic risk effects in progressive supranuclear palsy and Alzheimer’s disease. Author Summary Sporadic Creutzfeldt-Jakob disease (sCJD), the most common human prion disease, is an invariably fatal disease with no established disease-modifying treatments. The identification of STX6 as a proposed risk gene for sCJD motivated the generation of a new mouse knockout model, in which we found no grossly deleterious phenotypes. A transmission study in Stx6 -/- , Stx6 +/- and Stx6 +/+ mice challenged with two prion strains showed reduced syntaxin-6 expression is associated with a modest prolongation of prion disease incubation periods, supporting a pathological role of Stx6 expression in prion disease pathogenesis. Syntaxin-6 appears to have pleiotropic risk effects across multiple neurodegenerative diseases including progressive supranuclear palsy and Alzheimer’s disease. Thus, this work supports further exploration of the STX6 susceptibility mechanism, which likely has relevance across multiple neurodegenerative diseases.

ABSTRACT Mammalian prion diseases are fatal and transmissible neurological conditions caused by the propagation of prions, self-replicating multimeric assemblies of misfolded forms of host cellular prion protein (PrP). The most common human form of the disease, sporadic Creutzfeldt-Jakob disease (sCJD), typically presents as a rapidly progressive dementia and has no effective treatments. Prion diseases are transmissible to laboratory rodents affording unprecedented opportunities to understand neurodegeneration in its evolving stages. Murine models are especially useful in prion research as they develop bona fide prion disease and recapitulate all biochemical and neuropathological hallmarks of human prion disease. Despite extensive studies investigating the changes in transcriptional profiles in prion diseases the mechanisms by which prion diseases induce cellular toxicity, including changes in gene expression profiles are yet to be fully characterized. This is at least in part because confounding effects related to brain cellular heterogeneity have not been resolved. Here, we took advantage of the recent developments in single-cell technologies and performed an unbiased whole-transcriptome single-nucleus transcriptomic analysis in prion disease.

Abstract We describe a new molecular subgroup of glioblastoma, the most prevalent malignant adult brain tumour, harbouring a bias towards hypomethylation at defined differentially methylated regions. This epigenetic signature correlates with an enrichment for an astrocytic gene signature, which together with the identification of enriched predicted binding sites of transcription factors known to cause demethylation and to be involved in astrocytic/glial lineage specification, point to a shared ontogeny between this glioblastoma subgroup and astroglial progenitors. At functional level, increased invasiveness, at least in part mediated by SRPX2, and macrophage infiltration characterise this glioblastoma subgroup.

Vascular compromise occurs early in Alzheimer's disease (AD) and other dementias. Amyloid β (Aβ) reduces cerebral blood flow and, as most of the cerebral vasculature resistance is in capillaries, Aβ might mainly act on contractile pericytes on capillary walls. Employing human tissue to establish disease-relevance, and rodent experiments to define mechanism, we now show that Aβ constricts brain capillaries at pericyte locations in human subjects with cognitive decline. Applying soluble Aβ1-42 oligomers to live human cortical tissue constricted capillaries. Using rat cortical slices, this was shown to reflect Aβ evoking capillary pericyte contraction, with an EC50 of 4.7 nM, via the generation of reactive oxygen species and activation of endothelin ET-A receptors. In freshly-fixed diagnostic biopsies from human patients investigated for cognitive decline, mean capillary diameters were less in subjects showing Aβ deposition than in subjects without Aβ deposition. For patients with Aβ deposition, the capillary diameter was 31% less at pericyte somata than away from somata, predicting approximately a halving of blood flow. Constriction of capillaries by Aβ will contribute to the energy lack occurring in AD, which promotes further Aβ generation. This mechanism reconciles the amyloid hypothesis with the earliest events in AD being vascular.

Summary Glioblastomas are hierarchically organised tumours driven by glioma stem cells that retain partial differentiation potential. Glioma stem cells are maintained in specialised microenvironments, but how they undergo lineage progression outside of these niches remains unclear. Here we identify the white matter as a differentiative niche for glioblastomas with oligodendrocyte lineage competency. Tumour cells in contact with white matter acquire pre-oligodendrocyte-like fate, resulting in decreased proliferation and invasion. Differentiation is a response to white matter injury, which is caused by tumour infiltration itself in a tumoursuppressive feedback loop. Mechanistically, tumour cell differentiation is driven by selective white matter upregulation of SOX10, a master regulator of normal oligodendrogenesis. SOX10 overexpression or treatment with myelination-promoting agents that upregulate endogenous SOX10, mimic this response, leading to white matter-independent pre-oligodendrocyte-like differentiation and tumour suppression in vivo . Thus, glioblastoma recapitulates an injury response and exploiting this latent programme may offer treatment opportunities for a subset of patients.