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.

Abstract Microbial organisms have key roles in numerous physiological processes in the human body and have recently been shown to modify the response to immune checkpoint inhibitors 1,2 . Here we aim to address the role of microbial organisms and their potential role in immune reactivity against glioblastoma. We demonstrate that HLA molecules of both glioblastoma tissues and tumour cell lines present bacteria-specific peptides. This finding prompted us to examine whether tumour-infiltrating lymphocytes (TILs) recognize tumour-derived bacterial peptides. Bacterial peptides eluted from HLA class II molecules are recognized by TILs, albeit very weakly. Using an unbiased antigen discovery approach to probe the specificity of a TIL CD4 + T cell clone, we show that it recognizes a broad spectrum of peptides from pathogenic bacteria, commensal gut microbiota and also glioblastoma-related tumour antigens. These peptides were also strongly stimulatory for bulk TILs and peripheral blood memory cells, which then respond to tumour-derived target peptides. Our data hint at how bacterial pathogens and bacterial gut microbiota can be involved in specific immune recognition of tumour antigens. The unbiased identification of microbial target antigens for TILs holds promise for future personalized tumour vaccination approaches.

Summary To interrogate the factors driving therapy resistance in diffuse glioma, we collected and analyzed RNA and/or DNA sequencing data from temporally separated tumor pairs of 292 adult patients with IDH-wild-type or IDH-mutant glioma. Tumors recurred in distinct manners that were dependent on IDH mutation status and attributable to changes in histological feature composition, somatic alterations, and microenvironment interactions. Hypermutation and acquired CDKN2A deletions associated with an increase in proliferating stem-like malignant cells at recurrence in both glioma subtypes, reflecting active tumor growth. IDH-wild-type tumors were more invasive at recurrence, and their malignant cells exhibited increased expression of neuronal signaling programs that reflected a possible role for neuronal interactions in promoting glioma progression. Mesenchymal transition was associated with the presence of a specific myeloid cell state defined by unique ligand-receptor interactions with malignant cells. Collectively, our results uncover recurrence-associated changes that could be targetable to shape disease progression following initial diagnosis.

ABSTRACT Meningiomas are the most frequent primary intracranial tumors. They can follow a wide clinical spectrum from benign to highly aggressive clinical course. No specific therapy exists for refractory cases or cases not amenable to resection and radiotherapy. Identification of risk of recurrence and malignant transformation for the individual patients is challenging. However, promising molecular markers and prognostic subgrouping by DNA methylation are emerging. Still, the biological underpinnings of these diagnostic subgroups are elusive, and, consequently, no novel therapeutic options arise thereof. Here we establish robust subgroups across the full landscape of meningiomas, consistent through DNA methylation, mutations, the transcriptomic, proteomic and phospho-proteomic level. Pronounced proliferative stress and DNA damage repair signals in malignant cells and in clusters exclusive to recurrent tumors are in line with their higher mitotic activity, but also provide an explanation for the accumulation of genomic instability in anaplastic meningiomas. Although homozygous deletion of CDKN2A/B is a diagnostic marker of high-grade meningioma, the expression of its gene product increased from low to non-deleted high-grade cases. Differences between subgroups in lymphocyte and myeloid cell infiltration, representing a majority of tumor mass in low-grade NF2 tumors, could be assigned to cluster-specific interaction with tumor cells. Activation to a more proinflammatory phenotype and decreased infiltration of myeloid cells in high-grade cases correlated with lower expression of CSF1 , located on chromosome arm 1p, whose deletion is known as prognostic marker, with no proposed mechanism before. Our results demonstrate a robust molecular subclassification of a tumor type across multiple layers, provide insight into heterogeneous growth dynamics despite shared pathognomonic mutations, and highlight immune infiltration modulation as a novel target for meningioma therapy.

Abstract Exclusion of brain metastases from clinical trials is a major cause of the limited therapeutic options for this growing population of cancer patients. Here, we report a medium-throughput drug-screening platform (METPlatform) based on organotypic cultures that allows to evaluate inhibitors against metastases growing in situ . By applying this approach to brain metastasis, we identified several hits from a library of FDA approved inhibitors and others being tested in clinical trials. A blood-brain barrier permeable HSP90 inhibitor showed high potency against mouse and human brain metastases at clinically relevant stages of the disease, including a novel model of local relapse after neurosurgery. Furthermore, in situ proteomic analysis applied to organotypic cultures with metastases treated with the chaperone inhibitor revealed novel biomarkers in human brain metastasis and actionable mechanisms of resistance. Our work validates METPlatform as a potent resource for metastasis research integrating drug-screening and unbiased omic approaches that is fully compatible with human samples. We envision that METPlatform could be established as a clinically relevant strategy to personalize the management of metastatic disease in the brain and elsewhere. Summary Systemic spread of cancer continues to be the key aspect associated with lethality. In this publication, Zhu et al. describes a drug-screening platform specifically designed to study vulnerabilities of metastasis when colonizing secondary organs and demonstrates its value in difficult-to-treat brain metastasis using new models and patient-derived samples.

Abstract Purpose To provide practice guideline/procedure standards for diagnostics and therapy (theranostics) of meningiomas using radiolabeled somatostatin receptor (SSTR) ligands. Methods This joint practice guideline/procedure standard was collaboratively developed by the European Association of Nuclear Medicine (EANM), the Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging (SNMMI), the European Association of Neurooncology (EANO), and the PET task force of the Response Assessment in Neurooncology Working Group (PET/RANO). Results Positron emission tomography (PET) using somatostatin receptor (SSTR) ligands can detect meningioma tissue with high sensitivity and specificity and may provide clinically relevant information beyond that obtained from structural magnetic resonance imaging (MRI) or computed tomography (CT) imaging alone. SSTR-directed PET imaging can be particularly useful for differential diagnosis, delineation of meningioma extent, detection of osseous involvement, and the differentiation between posttherapeutic scar tissue and tumour recurrence. Moreover, SSTR-peptide receptor radionuclide therapy (PRRT) is an emerging investigational treatment approach for meningioma. Conclusion These practice guidelines will define procedure standards for the application of PET imaging in patients with meningiomas and related SSTR-targeted PRRTs in routine practice and clinical trials and will help to harmonize data acquisition and interpretation across centers, facilitate comparability of studies, and to collect larger databases. The current document provides additional information to the evidence-based recommendations from the PET/RANO Working Group regarding the utilization of PET imaging in meningiomas Galldiks (Neuro Oncol. 2017;19(12):1576–87). The information provided should be considered in the context of local conditions and regulations.

Summary Tumor adaptation or selection is thought to underlie therapy resistance of gliomas. To investigate the longitudinal epigenetic evolution of gliomas in response to therapeutic pressure, we performed an epigenomic analysis of 143 matched initial and recurrent patients with IDH-wildtype (IDHwt) and IDH-mutant (IDHmut) gliomas. IDHwt gliomas showed a longitudinally stable epigenome with relatively low levels of global methylation, whereas the epigenome of IDHmut gliomas showed initial high levels genome-wide of DNA methylation that was progressively reduced to levels similar to those of IDHwt tumors. By integrating DNA methylation and gene expression data, adaptive changes of putative master regulators of the cell cycle and of differentiation were seen in IDHmut recurrent tumors. Furthermore, relapses of IDHmut tumors were accompanied by histological progression which in turn influenced survival, as validated in an independent cohort. Finally, the initial cell composition of the tumor microenvironment differed between IDHwt and IDHmut tumors and changed differentially following treatment, suggesting increased neo-angiogenesis and T-cell infiltration upon treatment for IDHmut gliomas. Our study provides one of the largest cohorts of paired glioma samples profiled with epigenomics, transcriptomics and genomics; and our results demonstrate that the treatment of IDHmut gliomas reshapes the epigenome towards an IDHwt-like phenotype. Accordingly, the prevalent practice of early genotoxic treatment in this patient population may need to be revisited.

SUMMARY Molecular heterogeneities are a key feature of glioblastoma (GBM) pathology impeding patient’s stratification and leading to high discrepancies between patients mean survivals. Here, we established a molecular classification of GBM tumors using a pan-proteomic analysis. Then, we identified, from our proteomic data, 2 clusters of biomarkers associated with good or bad patient survival from 46 IDH wild-type GBMs. Three molecular groups have been identified and associated with systemic biology analyses. Group A tumors exhibit neurogenesis characteristics and tumorigenesis. Group B shows a strong immune cell signature and express poor prognosis markers while group C tumors are characterized by an anti-viral signature and tumor growth proteins. 124 proteins were found statistically different based on patient’s survival times, of which 10 are issued from alternative AltORF or non-coding RNA. After statistical analysis, a panel of markers associated to higher survival (PPP1R12A, RPS14, HSPD1 and LASP1) and another panel associated to lower survival (ALCAM, ANXA11, MAOB, IP_652563 and IGHM) has been validated by immunofluorescence. Taken together, our data will guide GBM prognosis and help to improve the current GBM classification by stratifying the patients and may open new opportunities for therapeutic development. Significance Glioblastoma are very heterogeneous tumors with median survivals usually inferior to 20 months. We conducted a pan-proteomics analysis of glioblastoma (GBM) in order to stratify GBM based on the molecular contained. Forty-six GBM cases were classified into three groups where proteins are involved in specific pathways i.e. the first group has a neurogenesis signature and is associated with a better prognosis while the second group of patients has an immune profile with a bad prognosis. The third group is more associated to tumorigenesis. We correlated these results with the TCGA data. Finally, we have identified 28 new prognostic markers of GBM and from these 28, a panel of 4 higher and 5 lower survival markers were validated. With these 9 markers in hand, now pathologist can stratify GBM patients and can guide the therapeutic decision. Highlights A novel stratification of glioblastoma based on mass spectrometry was established. Three groups with different molecular features and survival were identified. This new classification could improve prognostication and may help therapeutic options. 8 prognosis markers for oncologist therapeutic decision have been validated.

The treatment of elderly/ frail patients with glioblastoma is a balance between avoiding undue toxicity, while not withholding effective treatment. It remains debated, whether these patients should receive combined chemo-radiotherapy with temozolomide (RT/TMZ➜TMZ) regardless of the O6-methylguanine DNA methyltransferase gene promoter (MGMTp) methylation status. MGMT is a well-known resistance factor blunting the treatment effect of TMZ, by repairing the most genotoxic lesion. Epigenetic silencing of the MGMTp sensitizes glioblastoma to TMZ. For risk adapted treatment, it is of utmost importance to accurately identify patients, who will not benefit from TMZ treatment.

Abstract Glioblastoma is the most common yet deadliest primary brain cancer 1 . The neural behavior of glioblastoma, including the formation of synaptic circuitry and tumour microtubes, is increasingly understood to be pivotal for disease manifestation 2–9 . Nonetheless, the few approved treatments for glioblastoma target its oncological nature, while its neural vulnerabilities remain incompletely mapped and clinically unexploited. Here, we systematically survey the neural molecular dependencies and cellular heterogeneity across glioblastoma patients and diverse model systems. In 27 surgical patient samples, we identify cancer cell morphologies indicative of poor prognosis, and discover repurposable neuroactive drugs with anti-glioblastoma efficacy by image-based drug screening. Glioblastoma cells exhibit functional dependencies on highly expressed neuroactive drug targets, while interpretable molecular machine learning (COSTAR) reveals their downstream convergence on AP-1-driven tumour suppression. This drug-target connectivity signature is confirmed by accurate in silico drug screening on >1 million compounds, as well as by multi-omic profiling of glioblastoma drug responses. Thus, Ca 2+ -driven AP-1 pathway induction represents a tumour-intrinsic vulnerability at the intersection of oncogenesis and neural activity-dependent signaling. Opportunities for clinical translation of this neural vulnerability are epitomized by the antidepressant Vortioxetine synergizing with current standard of care treatments in vivo . Together, the results presented here provide a mechanistic foundation and conceptual framework for the treatment of glioblastoma based on its neural origins.