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.

In healthy cells, fusion and fission events participate in regulating mitochondrial morphology. Disintegration of the mitochondrial reticulum into multiple punctiform organelles during apoptosis led us to examine the role of Drp1, a dynamin-related protein that mediates outer mitochondrial membrane fission. Upon induction of apoptosis, Drp1 translocates from the cytosol to mitochondria, where it preferentially localizes to potential sites of organelle division. Inhibition of Drp1 by overexpression of a dominant-negative mutant counteracts the conversion to a punctiform mitochondrial phenotype, prevents the loss of the mitochondrial membrane potential and the release of cytochrome c, and reveals a reproducible swelling of the organelles. Remarkably, inhibition of Drp1 blocks cell death, implicating mitochondrial fission as an important step in apoptosis.

Intracellular tau inclusions, a hallmark of several neurodegenerative diseases, propagate in the brain in an unknown fashion. Brain extracts prepared from mice expressing mutated human tau injected into mice expressing wild-type human tau induce the formation and spread of wild-type human tau inclusions. Hyperphosphorylated tau makes up the filamentous intracellular inclusions of several neurodegenerative diseases, including Alzheimer's disease1. In the disease process, neuronal tau inclusions first appear in the transentorhinal cortex from where they seem to spread to the hippocampal formation and neocortex2. Cognitive impairment becomes manifest when inclusions reach the hippocampus, with abundant neocortical tau inclusions and extracellular β-amyloid deposits being the defining pathological hallmarks of Alzheimer's disease. An abundance of tau inclusions, in the absence of β-amyloid deposits, defines Pick's disease, progressive supranuclear palsy, corticobasal degeneration and other diseases1. Tau mutations cause familial forms of frontotemporal dementia, establishing that tau protein dysfunction is sufficient to cause neurodegeneration and dementia3,4,5. Thus, transgenic mice expressing mutant (for example, P301S) human tau in nerve cells show the essential features of tauopathies, including neurodegeneration and abundant filaments made of hyperphosphorylated tau protein6,8. By contrast, mouse lines expressing single isoforms of wild-type human tau do not produce tau filaments or show neurodegeneration7,8. Here we have used tau-expressing lines to investigate whether experimental tauopathy can be transmitted. We show that injection of brain extract from mutant P301S tau-expressing mice into the brain of transgenic wild-type tau-expressing animals induces assembly of wild-type human tau into filaments and spreading of pathology from the site of injection to neighbouring brain regions.

Coronavirus disease 2019 (COVID-19), caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has rapidly evolved into a sweeping pandemic. Its major manifestation is in the respiratory tract, and the general extent of organ involvement and the microscopic changes in the lungs remain insufficiently characterised. Autopsies are essential to elucidate COVID-19-associated organ alterations.This article reports the autopsy findings of 21 COVID-19 patients hospitalised at the University Hospital Basel and at the Cantonal Hospital Baselland, Switzerland. An in-corpore technique was performed to ensure optimal staff safety. The primary cause of death was respiratory failure with exudative diffuse alveolar damage and massive capillary congestion, often accompanied by microthrombi despite anticoagulation. Ten cases showed superimposed bronchopneumonia. Further findings included pulmonary embolism (n = 4), alveolar haemorrhage (n = 3), and vasculitis (n = 1). Pathologies in other organ systems were predominantly attributable to shock; three patients showed signs of generalised and five of pulmonary thrombotic microangiopathy. Six patients were diagnosed with senile cardiac amyloidosis upon autopsy. Most patients suffered from one or more comorbidities (hypertension, obesity, cardiovascular diseases, and diabetes mellitus). Additionally, there was an overall predominance of males and individuals with blood group A (81% and 65%, respectively). All relevant histological slides are linked as open-source scans in supplementary files.This study provides an overview of postmortem findings in COVID-19 cases, implying that hypertensive, elderly, obese, male individuals with severe cardiovascular comorbidities as well as those with blood group A may have a lower threshold of tolerance for COVID-19. This provides a pathophysiological explanation for higher mortality rates among these patients.

Primitive neuroectodermal tumors of the central nervous system (CNS-PNETs) are highly aggressive, poorly differentiated embryonal tumors occurring predominantly in young children but also affecting adolescents and adults. Herein, we demonstrate that a significant proportion of institutionally diagnosed CNS-PNETs display molecular profiles indistinguishable from those of various other well-defined CNS tumor entities, facilitating diagnosis and appropriate therapy for patients with these tumors. From the remaining fraction of CNS-PNETs, we identify four new CNS tumor entities, each associated with a recurrent genetic alteration and distinct histopathological and clinical features. These new molecular entities, designated “CNS neuroblastoma with FOXR2 activation (CNS NB-FOXR2),” “CNS Ewing sarcoma family tumor with CIC alteration (CNS EFT-CIC),” “CNS high-grade neuroepithelial tumor with MN1 alteration (CNS HGNET-MN1),” and “CNS high-grade neuroepithelial tumor with BCOR alteration (CNS HGNET-BCOR),” will enable meaningful clinical trials and the development of therapeutic strategies for patients affected by poorly differentiated CNS tumors.

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.

Trophic factor deprivation (TFD) activates c-Jun N-terminal kinases (JNKs), culminating in coordinate AP1-dependent transactivation of the BH3-only BCL-2 proteins BIMEL and HRK, which in turn are critical for BAX-dependent cytochrome c release, caspase activation, and apoptosis. Here, we report that TFD caused not only induction but also phosphorylation of BIMEL. Mitochondrially localized JNKs but not upstream activators, like mixed-lineage kinases (MLKs) or mitogen-activated protein kinase kinases (MKKs), specifically phosphorylated BIMEL at Ser65, potentiating its proapoptotic activity. Inhibition of the JNK pathway attenuated BIMEL expression, prevented BIMEL phosphorylation, and abrogated TFD-induced apoptosis. Conversely, activation of this pathway promoted BIMEL expression and phosphorylation, causing BIM- and BAX-dependent cell death. Thus, JNKs regulate the proapoptotic activity of BIMEL during TFD, both transcriptionally and posttranslationally.

Mitochondrial fusion may regulate mitochondrial morphogenesis and underlie complementation between mitochondrial genomes in mammalian cells. The nuclear encoded mitochondrial proteins Mfn1 and Mfn2 are human homologues of the only known protein mediators of mitochondrial fusion, the Drosophila Fzo GTPase and Saccharomyces cerevisiae yFzo1p. Although the Mfn1 and Mfn2 genes were broadly expressed, the two genes showed different levels of mRNA expression in different tissues. Two Mfn1 transcripts were detected at similar levels in a variety of human tissues and were dramatically elevated in heart, while Mfn2 mRNA was abundantly expressed in heart and muscle tissue but present only at low levels in many other tissues. Human Mfn1 protein localized to mitochondria and participated in a high molecular weight, detergent extractable protein complex. Forced expression of Mfn1 in cultured cells caused formation of characteristic networks of mitochondria. Introduction of a point mutation in the conserved G1 region of the predicted GTPase domain(Mfn1K88T) dramatically decreased formation of mitochondrial networks upon Mfn1 overexpression, suggesting that network formation required completion of the Mfn1 GTPase cycle. Conversely, a protein variant carrying a point mutation in the G2 motif of the Mfn1 GTPase domain acted as a dominant negative: overexpression of Mfn1T109A resulted in fragmentation of mitochondria. We propose that Mfn1T109A interferes with fusion activity of endogenous Mfn1 protein, possibly by binding necessary cofactors,so to allow unopposed mitochondrial fission. Thus, Mfn1 appears to be a key player in mediating mitochondrial fusion and morphology in mammalian cells.

Abstract Sarcomas are malignant soft tissue and bone tumours affecting adults, adolescents and children. They represent a morphologically heterogeneous class of tumours and some entities lack defining histopathological features. Therefore, the diagnosis of sarcomas is burdened with a high inter-observer variability and misclassification rate. Here, we demonstrate classification of soft tissue and bone tumours using a machine learning classifier algorithm based on array-generated DNA methylation data. This sarcoma classifier is trained using a dataset of 1077 methylation profiles from comprehensively pre-characterized cases comprising 62 tumour methylation classes constituting a broad range of soft tissue and bone sarcoma subtypes across the entire age spectrum. The performance is validated in a cohort of 428 sarcomatous tumours, of which 322 cases were classified by the sarcoma classifier. Our results demonstrate the potential of the DNA methylation-based sarcoma classification for research and future diagnostic applications.