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.

Parkinson's disease, the most common age-related movement disorder, is a progressive neurodegenerative disease with unclear etiology. Key neuropathological hallmarks are Lewy bodies and Lewy neurites: neuronal inclusions immunopositive for the protein α-synuclein. In-depth ultrastructural analysis of Lewy pathology is crucial to understanding pathogenesis of this disease. Using correlative light and electron microscopy and tomography on postmortem human brain tissue from Parkinson's disease brain donors, we identified α-synuclein immunopositive Lewy pathology and show a crowded environment of membranes therein, including vesicular structures and dysmorphic organelles. Filaments interspersed between the membranes and organelles were identifiable in many but not all α-synuclein inclusions. Crowding of organellar components was confirmed by stimulated emission depletion (STED)-based super-resolution microscopy, and high lipid content within α-synuclein immunopositive inclusions was corroborated by confocal imaging, Fourier-transform coherent anti-Stokes Raman scattering infrared imaging and lipidomics. Applying such correlative high-resolution imaging and biophysical approaches, we discovered an aggregated protein-lipid compartmentalization not previously described in the Parkinsons' disease brain.

Filamentous inclusions made of hyperphosphorylated tau are characteristic of numerous human neurodegenerative diseases, including Alzheimer’s disease, tangle-only dementia, Pick disease, argyrophilic grain disease (AGD), progressive supranuclear palsy, and corticobasal degeneration. In Alzheimer’s disease and AGD, it has been shown that filamentous tau appears to spread in a stereotypic manner as the disease progresses. We previously demonstrated that the injection of brain extracts from human mutant P301S tau-expressing transgenic mice into the brains of mice transgenic for wild-type human tau (line ALZ17) resulted in the assembly of wild-type human tau into filaments and the spreading of tau inclusions from the injection sites to anatomically connected brain regions. Here we injected brain extracts from humans who had died with various tauopathies into the hippocampus and cerebral cortex of ALZ17 mice. Argyrophilic tau inclusions formed in all cases and following the injection of the corresponding brain extracts, we recapitulated the hallmark lesions of AGD, PSP and CBD. Similar inclusions also formed after intracerebral injection of brain homogenates from human tauopathies into nontransgenic mice. Moreover, the induced formation of tau aggregates could be propagated between mouse brains. These findings suggest that once tau aggregates have formed in discrete brain areas, they become self-propagating and spread in a prion-like manner.

C. elegans insulin-like signaling regulates metabolism, development, and life span. This signaling pathway negatively regulates the activity of the forkhead transcription factor DAF-16. daf-16 encodes multiple isoforms that are expressed in distinct tissue types and are probable orthologs of human FKHRL1, FKHR, and AFX. We show that human FKHRL1 can partially replace DAF-16, proving the orthology. In mammalian cells, insulin and insulin-like growth factor signaling activate AKT/PKB kinase to negatively regulate the nuclear localization of DAF-16 homologs (reviewed in [1Kops G.J. Burgering B.M. Forkhead transcription factors are targets of signalling by the proto-oncogene PKB (C-AKT).J Anat. 2000; 197: 571-574Crossref PubMed Google Scholar]). We show that the absence of AKT consensus sites on DAF-16 is sufficient to cause dauer arrest in daf-2(+) animals, proving that daf-16 is the major output of insulin signaling in C. elegans. FKHR, FKRHL1, and AFX may similarly be the major outputs of mammalian insulin signaling. daf-2 insulin signaling, via AKT kinases, negatively regulates DAF-16 by controlling its nuclear localization. Surprisingly, we find that daf-7 TGF-β signaling also regulates DAF-16 nuclear localization specifically at the time when the animal makes the commitment between diapause and reproductive development. daf-16 function is supported by the combined action of two distinct promoter/enhancer elements, whereas the coding sequences of two major DAF-16 isoforms are interchangeable. Together, these observations suggest that the combined effects of transcriptional and posttranslational regulation of daf-16 transduce insulin-like signals in C. elegans and perhaps more generally.

Parkinson's disease, the most common age-related movement disorder, is a progressive neurodegenerative disease with unclear etiology. Key neuropathological hallmarks are Lewy bodies and Lewy neurites, which are neuronal inclusions that are immunopositive for the protein alpha-synuclein. In-depth ultrastructural analysis of this Lewy pathology is crucial to understanding pathogenesis and progression of the disease. Using correlative light and electron microscopy/tomography on brain tissue from five Parkinson's disease brain donors, we identified alpha-synuclein immunopositive Lewy pathology and could show that the majority of these features including Lewy bodies and Lewy neurites primarily consists of a crowded membranous medley of vesicular structures and dysmorphic organelles. Only a small fraction of observed Lewy bodies contained predominant proteinaceous filaments, as previously described. The crowding of organellar components was confirmed by STED-based super-resolution microscopy, and high lipid content within the alpha-synuclein immunopositive inclusions was corroborated by confocal imaging, CARS/FTIR imaging and lipidomics. Applying this correlative high-resolution imaging and biophysical approach, we discovered in the postmortem brain of Parkinson's patients a subcellular protein-lipid compartmentalization not previously described in Lewy pathology.

Abstract Background Malignant astrocytic gliomas in children show a remarkable biological and clinical diversity. Small in-frame insertions or missense mutations in the EGFR gene have recently been identified in a distinct subset of pediatric bithalamic gliomas with a unique DNA methylation pattern. Methods Here, we investigated an epigenetically homogeneous cohort of malignant gliomas (n=58) distinct from other subtypes and enriched for pediatric cases and thalamic location, in order to elucidate the overlap with this recently identified subtype of pediatric bithalamic gliomas. Results EGFR gene amplification was detected in 16/58 (27%) tumors, and missense mutations or small in-frame insertions in EGFR were found in 20/30 tumors with available sequencing data (67%; five of them co-occurring with EGFR amplification). Additionally, eight of the 30 tumors (27%) harbored an H3.1 or H3.3 K27M mutation (six of them with a concomitant EGFR alteration). All tumors tested showed loss of H3K27me3 staining, with evidence of EZHIP overexpression in the H3 wildtype cases. Although some tumors indeed showed a bithalamic growth pattern, a significant proportion of tumors occurred in the unilateral thalamus or in other (predominantly midline) locations. Conclusions Our findings present a distinct molecular class of pediatric malignant gliomas largely overlapping with the recently reported bithalamic gliomas characterized by EGFR alteration, but additionally showing a broader spectrum of EGFR alterations and tumor localization. Global H3K27me3 loss in this group appears to be mediated by either H3 K27 mutation or EZHIP overexpression. EGFR inhibition may represent a potential therapeutic strategy in these highly aggressive gliomas. Key points This study confirms a distinct new subset of pediatric diffuse midline glioma with H3K27me3 loss, with or without H3 K27 mutation The poor outcome of these tumors is in line with the broader family of pediatric diffuse midline gliomas with H3 K27 mutation or EZHIP overexpression Frequent EGFR alterations in these tumors may represent a therapeutic target in this subset Importance of the Study Malignant astrocytic gliomas in children show a remarkable biological and clinical diversity. Here, we highlight a distinct molecular class of pediatric malignant gliomas characterized by EGFR alteration and global H3K27me3 loss that appears to be mediated by either H3 K27 mutation or EZHIP overexpression. EGFR inhibition may represent a potential therapeutic strategy in these highly aggressive gliomas.

Atypical teratoid/rhabdoid tumor (AT/RT) is a rare, highly aggressive central nervous system tumor of childhood with variable morphologic features, which is characterized by alterations in SWI/SNF complex, such as SMARCB1/INI1 or SMARCA4/BRG1 loss. Poorly differentiated chordoma is the differential diagnosis, particularly in the infratentorial region of older children and the use of brachyury in such conditions is under debate. We investigated the brachyury expression in 44 samples of AT/RT from 40 patients. All AT/RTs except 2 infratentorial tumors were negative for brachyury (2 clones: A-4 and EPR18113). Both brachyury-positive tumors (one diffuse and one patchy expression) involved the clivus of children younger than 2 years old. The DNA methylation profile of one of these tumors showed epigenetic similarity to reference examples of chordoma in 2 public unsupervised and one supervised analysis systems. The second tumor exhibited a classical epigenetic microarray pattern found in samples with degraded DNA. We revised 2 initial AT/RT diagnoses as poorly differentiated chordoma based on the morphology, brachyury expression, topographical features, and methylation profile. Differentiating poorly differentiated chordoma from AT/RT could be challenging; brachyury expression can be useful in diagnosing poorly differentiated chordoma over AT/RT in suitable clinical and radiological settings.