Summary

 Ependymal tumors across age groups are currently classified and graded solely by histopathology. It is, however, commonly accepted that this classification scheme has limited clinical utility based on its lack of reproducibility in predicting patients' outcome. We aimed at establishing a uniform molecular classification using DNA methylation profiling. Nine molecular subgroups were identified in a large cohort of 500 tumors, 3 in each anatomical compartment of the CNS, spine, posterior fossa, supratentorial. Two supratentorial subgroups are characterized by prototypic fusion genes involving RELA and YAP1, respectively. Regarding clinical associations, the molecular classification proposed herein outperforms the current histopathological classification and thus might serve as a basis for the next World Health Organization classification of CNS tumors.

David Ellison and colleagues report whole-genome sequencing of pediatric low-grade gliomas, the most common pediatric brain tumor. They identify a range of genomic alterations, including recurrent and mutually exclusive duplications of the FGFR1 region encoding the tyrosine kinase domain and rearrangements of MYB. The most common pediatric brain tumors are low-grade gliomas (LGGs). We used whole-genome sequencing to identify multiple new genetic alterations involving BRAF, RAF1, FGFR1, MYB, MYBL1 and genes with histone-related functions, including H3F3A and ATRX, in 39 LGGs and low-grade glioneuronal tumors (LGGNTs). Only a single non-silent somatic alteration was detected in 24 of 39 (62%) tumors. Intragenic duplications of the portion of FGFR1 encoding the tyrosine kinase domain (TKD) and rearrangements of MYB were recurrent and mutually exclusive in 53% of grade II diffuse LGGs. Transplantation of Trp53-null neonatal astrocytes expressing FGFR1 with the duplication involving the TKD into the brains of nude mice generated high-grade astrocytomas with short latency and 100% penetrance. FGFR1 with the duplication induced FGFR1 autophosphorylation and upregulation of the MAPK/ERK and PI3K pathways, which could be blocked by specific inhibitors. Focusing on the therapeutically challenging diffuse LGGs, our study of 151 tumors has discovered genetic alterations and potential therapeutic targets across the entire range of pediatric LGGs and LGGNTs.

Members of the nuclear factor-κB (NF-κB) family of transcriptional regulators are central mediators of the cellular inflammatory response. Although constitutive NF-κB signalling is present in most human tumours, mutations in pathway members are rare, complicating efforts to understand and block aberrant NF-κB activity in cancer. Here we show that more than two-thirds of supratentorial ependymomas contain oncogenic fusions between RELA, the principal effector of canonical NF-κB signalling, and an uncharacterized gene, C11orf95. In each case, C11orf95–RELA fusions resulted from chromothripsis involving chromosome 11q13.1. C11orf95–RELA fusion proteins translocated spontaneously to the nucleus to activate NF-κB target genes, and rapidly transformed neural stem cells—the cell of origin of ependymoma—to form these tumours in mice. Our data identify a highly recurrent genetic alteration of RELA in human cancer, and the C11orf95–RELA fusion protein as a potential therapeutic target in supratentorial ependymoma. At least two-thirds of supratentorial ependymomas contain oncogenic fusions between RELA, the principal effector of nuclear factor-κB (NF-κB) signalling, and uncharacterized gene C11orf95; C11orf95–RELA fusion proteins translocate spontaneously to the nucleus to activate NF-κB target genes, and rapidly transform neural stem cells to form tumours in mice In this issue of Nature two groups present independent genomic analyses on ependymomas, a type of tumour that occurs throughout the nervous system, but most commonly in the hindbrain in children. Mack et al. found a low overall mutation rate and no significant recurrent mutations in 47 hindbrain ependymomas. But posterior fossa group B tumours, a subgroup found predominantly in infants and associated with poor prognosis, were distinguished by a CpG island methylator phenotype. This subgroup is shown to be susceptible to various compounds that target epigenetic modifications, including an EZH2 inhibitor that showed efficacy in a mouse xenograft model. Parker et al. found the C11orf95–RELA fusion gene in about 70% of supratentorial tumours, but not in other ependymoma subgroups. The gene fusions arise through chromothripsis and lead to the expression of a fusion protein that constitutively activates NF-κB signalling. In a mouse model, expression of C11orf95–RELA in neural stem cells leads to the formation of brain tumours. These findings identify NF-κB signalling as a possible therapeutic target in patients with this type of ependymoma.

Low-grade neuroepithelial tumors (LGNTs) are diverse CNS tumors presenting in children and young adults, often with a history of epilepsy. While the genetic profiles of common LGNTs, such as the pilocytic astrocytoma and 'adult-type' diffuse gliomas, are largely established, those of uncommon LGNTs remain to be defined. In this study, we have used massively parallel sequencing and various targeted molecular genetic approaches to study alterations in 91 LGNTs, mostly from children but including young adult patients. These tumors comprise dysembryoplastic neuroepithelial tumors (DNETs; n = 22), diffuse oligodendroglial tumors (d-OTs; n = 20), diffuse astrocytomas (DAs; n = 17), angiocentric gliomas (n = 15), and gangliogliomas (n = 17). Most LGNTs (84 %) analyzed by whole-genome sequencing (WGS) were characterized by a single driver genetic alteration. Alterations of FGFR1 occurred frequently in LGNTs composed of oligodendrocyte-like cells, being present in 82 % of DNETs and 40 % of d-OTs. In contrast, a MYB-QKI fusion characterized almost all angiocentric gliomas (87 %), and MYB fusion genes were the most common genetic alteration in DAs (41 %). A BRAF:p.V600E mutation was present in 35 % of gangliogliomas and 18 % of DAs. Pathogenic alterations in FGFR1/2/3, BRAF, or MYB/MYBL1 occurred in 78 % of the series. Adult-type d-OTs with an IDH1/2 mutation occurred in four adolescents, the youngest aged 15 years at biopsy. Despite a detailed analysis, novel genetic alterations were limited to two fusion genes, EWSR1-PATZ1 and SLMAP-NTRK2, both in gangliogliomas. Alterations in BRAF, FGFR1, or MYB account for most pathogenic alterations in LGNTs, including pilocytic astrocytomas, and alignment of these genetic alterations and cytologic features across LGNTs has diagnostic implications. Additionally, therapeutic options based upon targeting the effects of these alterations are already in clinical trials.

Pediatric low-grade gliomas (pLGG) are frequently driven by genetic alterations in the RAS-mitogen-activated protein kinase (RAS/MAPK) pathway yet show unexplained variability in their clinical outcome. To address this, we characterized a cohort of >1,000 clinically annotated pLGG. Eighty-four percent of cases harbored a driver alteration, while those without an identified alteration also often exhibited upregulation of the RAS/MAPK pathway. pLGG could be broadly classified based on their alteration type. Rearrangement-driven tumors were diagnosed at a younger age, enriched for WHO grade I histology, infrequently progressed, and rarely resulted in death as compared with SNV-driven tumors. Further sub-classification of clinical-molecular correlates stratified pLGG into risk categories. These data highlight the biological and clinical differences between pLGG subtypes and opens avenues for future treatment refinement.

Purpose Long-term survival for children with diffuse intrinsic pontine glioma (DIPG) is less than 10%, and new therapeutic targets are urgently required. We evaluated a large cohort of DIPGs to identify recurrent genomic abnormalities and gene expression signatures underlying DIPG. Patients and Methods Single-nucleotide polymorphism arrays were used to compare the frequencies of genomic copy number abnormalities in 43 DIPGs and eight low-grade brainstem gliomas with data from adult and pediatric (non-DIPG) glioblastomas, and expression profiles were evaluated using gene expression arrays for 27 DIPGs, six low-grade brainstem gliomas, and 66 nonbrainstem low-grade gliomas. Results Frequencies of specific large-scale and focal imbalances varied significantly between DIPGs and nonbrainstem pediatric glioblastomas. Focal amplifications of genes within the receptor tyrosine kinase–Ras–phosphoinositide 3-kinase signaling pathway were found in 47% of DIPGs, the most common of which involved PDGFRA and MET. Thirty percent of DIPGs contained focal amplifications of cell-cycle regulatory genes controlling retinoblastoma protein (RB) phosphorylation, and 21% had concurrent amplification of genes from both pathways. Some tumors showed heterogeneity in amplification patterns. DIPGs showed distinct gene expression signatures related to developmental processes compared with nonbrainstem pediatric high-grade gliomas, whereas expression signatures of low-grade brainstem and nonbrainstem gliomas were similar. Conclusion DIPGs comprise a molecularly related but distinct subgroup of pediatric gliomas. Genomic studies suggest that targeted inhibition of receptor tyrosine kinases and RB regulatory proteins may be useful therapies for DIPG.

Abstract We report genetic aberrations that activate the ERK/MAP kinase pathway in 100% of posterior fossa pilocytic astrocytomas, with a high frequency of gene fusions between KIAA1549 and BRAF among these tumours. These fusions were identified from analysis of focal copy number gains at 7q34, detected using Affymetrix 250K and 6.0 SNP arrays. PCR and sequencing confirmed the presence of five KIAA1549–BRAF fusion variants, along with a single fusion between SRGAP3 and RAF1 . The resulting fusion genes lack the auto‐inhibitory domains of BRAF and RAF1 , which are replaced in‐frame by the beginning of KIAA1549 and SRGAP3 , respectively, conferring constitutive kinase activity. An activating mutation of KRAS was identified in the single pilocytic astrocytoma without a BRAF or RAF1 fusion. Further fusions and activating mutations in BRAF were identified in 28% of grade II astrocytomas, highlighting the importance of the ERK/MAP kinase pathway in the development of paediatric low‐grade gliomas. Copyright © 2009 Pathological Society of Great Britain and Ireland. Published by John Wiley & Sons, Ltd.

Purpose BRAF V600E is a potentially highly targetable mutation detected in a subset of pediatric low-grade gliomas (PLGGs). Its biologic and clinical effect within this diverse group of tumors remains unknown. Patients and Methods A combined clinical and genetic institutional study of patients with PLGGs with long-term follow-up was performed (N = 510). Clinical and treatment data of patients with BRAF V600E mutated PLGG (n = 99) were compared with a large international independent cohort of patients with BRAF V600E mutated-PLGG (n = 180). Results BRAF V600E mutation was detected in 69 of 405 patients (17%) with PLGG across a broad spectrum of histologies and sites, including midline locations, which are not often routinely biopsied in clinical practice. Patients with BRAF V600E PLGG exhibited poor outcomes after chemotherapy and radiation therapies that resulted in a 10-year progression-free survival of 27% (95% CI, 12.1% to 41.9%) and 60.2% (95% CI, 53.3% to 67.1%) for BRAF V600E and wild-type PLGG, respectively ( P < .001). Additional multivariable clinical and molecular stratification revealed that the extent of resection and CDKN2A deletion contributed independently to poor outcome in BRAF V600E PLGG. A similar independent role for CDKN2A and resection on outcome were observed in the independent cohort. Quantitative imaging analysis revealed progressive disease and a lack of response to conventional chemotherapy in most patients with BRAF V600E PLGG. Conclusion BRAF V600E PLGG constitutes a distinct entity with poor prognosis when treated with current adjuvant therapy.

SUMMARY Neuroblastoma is a pediatric cancer arising from the developing sympathoadrenal lineage with complex inter- and intra-tumoral heterogeneity. To chart this complexity, we generated a comprehensive cell atlas of 55 neuroblastoma patient tumors, collected from two pediatric cancer institutions, spanning a range of clinical, genetic, and histologic features. Our atlas combines single-cell/nucleus RNA-seq (sc/scRNA-seq), bulk RNA-seq, whole exome sequencing, DNA methylation profiling, spatial transcriptomics, and two spatial proteomic methods. Sc/snRNA-seq revealed three malignant cell states with features of sympathoadrenal lineage development. All of the neuroblastomas had malignant cells that resembled sympathoblasts and the more differentiated adrenergic cells. A subset of tumors had malignant cells in a mesenchymal cell state with molecular features of Schwann cell precursors. DNA methylation profiles defined four groupings of patients, which differ in the degree of malignant cell heterogeneity and clinical outcomes. Using spatial proteomics, we found that neuroblastomas are spatially compartmentalized, with malignant tumor cells sequestered away from immune cells. Finally, we identify spatially restricted signaling patterns in immune cells from spatial transcriptomics. To facilitate the visualization and analysis of our atlas as a resource for further research in neuroblastoma, single cell, and spatial-omics, all data are shared through the Human Tumor Atlas Network Data Commons at www.humantumoratlas.org .

Abstract Background Survival data for recurrent pediatric atypical teratoid rhabdoid tumor (ATRT) and its association to molecular groups are extremely limited. Methods Single‐institution retrospective study of 64 children less than 21 years old with recurrent or treatment‐refractory (progressive disease [PD]) ATRT treated at St. Jude Hospital from January 2000 to December 2020. Demographic, clinicopathologic, treatment, molecular grouping (SHH, TYR, and MYC) and germline data were collected. Progression‐free survival (PFS2: time from PD to subsequent first progression) and overall survival (OSpostPD: time from PD to death/last follow‐up) were estimated by Kaplan–Meier analysis. Results Median age at and time from initial diagnosis to PD were 2.1 years (range: 0.5–17.9 years) and 5.4 months (range: 0.5–125.6 months), respectively. Only five of 64 children (7.8%) are alive at median follow‐up of 10.9 (range: 4.2–18.1) years from PD. The 2/5‐year PFS2 and OSpostPD were 3.1% (±1.8%)/1.6% (±1.1%) and 20.3% (±4.8%)/7.3% (±3.5%), respectively. Children with TYR group ( n = 10) had a better OSpostPD compared to those with MYC ( n = 11) (2‐year survival estimates: 60.0% ± 14.3% vs. 18.2% ± 9.5%; p = .019), or those with SHH ( n = 21; 4.8% ± 3.3%; p = .014). In univariate analyses, OSpostPD was better with older age at diagnosis ( p = .037), female gender ( p = .008), and metastatic site of PD compared to local or combined sites of PD ( p < .001). Two‐year OSpostPD for patients receiving any salvage therapy ( n = 39) post PD was 33.3% ± 7.3%. Conclusions Children with recurrent/refractory ATRT have dismal outcomes. Older age at diagnosis, female gender, TYR group, and metastatic site of PD were associated with relatively longer survival in our study.