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.

Background The WHO classification of brain tumours describes 15 subtypes of meningioma. Nine of these subtypes are allotted to WHO grade I, and three each to grade II and grade III. Grading is based solely on histology, with an absence of molecular markers. Although the existing classification and grading approach is of prognostic value, it harbours shortcomings such as ill-defined parameters for subtypes and grading criteria prone to arbitrary judgment. In this study, we aimed for a comprehensive characterisation of the entire molecular genetic landscape of meningioma to identify biologically and clinically relevant subgroups. Methods In this multicentre, retrospective analysis, we investigated genome-wide DNA methylation patterns of meningiomas from ten European academic neuro-oncology centres to identify distinct methylation classes of meningiomas. The methylation classes were further characterised by DNA copy number analysis, mutational profiling, and RNA sequencing. Methylation classes were analysed for progression-free survival outcomes by the Kaplan-Meier method. The DNA methylation-based and WHO classification schema were compared using the Brier prediction score, analysed in an independent cohort with WHO grading, progression-free survival, and disease-specific survival data available, collected at the Medical University Vienna (Vienna, Austria), assessing methylation patterns with an alternative methylation chip. Findings We retrospectively collected 497 meningiomas along with 309 samples of other extra-axial skull tumours that might histologically mimic meningioma variants. Unsupervised clustering of DNA methylation data clearly segregated all meningiomas from other skull tumours. We generated genome-wide DNA methylation profiles from all 497 meningioma samples. DNA methylation profiling distinguished six distinct clinically relevant methylation classes associated with typical mutational, cytogenetic, and gene expression patterns. Compared with WHO grading, classification by individual and combined methylation classes more accurately identifies patients at high risk of disease progression in tumours with WHO grade I histology, and patients at lower risk of recurrence among WHO grade II tumours (p=0·0096) from the Brier prediction test). We validated this finding in our independent cohort of 140 patients with meningioma. Interpretation DNA methylation-based meningioma classification captures clinically more homogenous groups and has a higher power for predicting tumour recurrence and prognosis than the WHO classification. The approach presented here is potentially very useful for stratifying meningioma patients to observation-only or adjuvant treatment groups. We consider methylation-based tumour classification highly relevant for the future diagnosis and treatment of meningioma. Funding German Cancer Aid, Else Kröner-Fresenius Foundation, and DKFZ/Heidelberg Institute of Personalized Oncology/Precision Oncology Program.

Background— Ecto-5′-nucleotidase (CD73)–dependent adenosine generation has been implicated in tissue protection during acute injury. Once generated, adenosine can activate cell-surface adenosine receptors (A 1 AR, A 2A AR, A 2B AR, A 3 AR). In the present study, we define the contribution of adenosine to cardioprotection by ischemic preconditioning. Methods and Results— On the basis of observations of CD73 induction by ischemic preconditioning, we found that inhibition or targeted gene deletion of cd73 abolished infarct size-limiting effects. Moreover, 5′-nucleotidase treatment reconstituted cd73 −/− mice and attenuated infarct sizes in wild-type mice. Transcriptional profiling of adenosine receptors suggested a contribution of A 2B AR because it was selectively induced by ischemic preconditioning. Specifically, in situ ischemic preconditioning conferred cardioprotection in A 1 AR −/− , A 2A AR −/− , or A 3 AR −/− mice but not in A 2B AR −/− mice or in wild-type mice after inhibition of the A 2B AR. Moreover, A 2B AR agonist treatment significantly reduced infarct sizes after ischemia. Conclusions— Taken together, pharmacological and genetic evidence demonstrate the importance of CD73-dependent adenosine generation and signaling through A 2B AR for cardioprotection by ischemic preconditioning and suggests 5′-nucleotidase or A 2B AR agonists as therapy for myocardial ischemia.

Diffuse gliomas are represented in the 2007 WHO classification as astrocytomas, oligoastrocytomas and oligodendrogliomas of grades II and III and glioblastomas WHO grade IV. Molecular data on these tumors have a major impact on prognosis and therapy of the patients. Consequently, the inclusion of molecular parameters in the WHO definition of brain tumors is being planned and has been forwarded as the "ISN-Haarlem" consensus. We, here, analyze markers of special interest including ATRX, IDH and 1p/19q codeletion in a series of 405 adult patients. Among the WHO 2007 classified tumors were 152 astrocytomas, 61 oligodendrogliomas, 63 oligoastrocytomas and 129 glioblastomas. Following the concepts of the "ISN-Haarlem", we rediagnosed the series to obtain "integrated" diagnoses with 155 tumors being astrocytomas, 100 oligodendrogliomas and 150 glioblastomas. In a subset of 100 diffuse gliomas from the NOA-04 trial with long-term follow-up data available, the "integrated" diagnosis had a significantly greater prognostic power for overall and progression-free survival compared to WHO 2007. Based on the "integrated" diagnoses, loss of ATRX expression was close to being mutually exclusive to 1p/19q codeletion, with only 2 of 167 ATRX-negative tumors exhibiting 1p/19q codeletion. All but 4 of 141 patients with loss of ATRX expression and diffuse glioma carried either IDH1 or IDH2 mutations. Interestingly, the majority of glioblastoma patients with loss of ATRX expression but no IDH mutations exhibited an H3F3A mutation. Further, all patients with 1p/19 codeletion carried a mutation in IDH1 or IDH2. We present an algorithm based on stepwise analysis with initial immunohistochemistry for ATRX and IDH1-R132H followed by 1p/19q analysis followed by IDH sequencing which reduces the number of molecular analyses and which has a far better association with patient outcome than WHO 2007.

Glioblastoma (GBM) is the most common and malignant intracranial tumor in adults and currently incurable. To specifically target natural killer (NK) cell activity to GBM, we employed NK-92/5.28.z cells that are continuously expanding human NK cells expressing an ErbB2-specific chimeric antigen receptor (CAR).ErbB2 expression in 56 primary tumors, four primary cell cultures, and seven established cell lines was assessed by immunohistochemistry and flow cytometry. Cell killing activity of NK-92/5.28.z cells was analyzed in in vitro cytotoxicity assays. In vivo antitumor activity was evaluated in NOD-SCID IL2Rγ(null) (NSG) mice carrying orthotopic human GBM xenografts (6 to 11 mice per group) and C57BL/6 mice carrying subcutaneous and orthotopic ErbB2-expressing murine GBM tumors (5 to 8 mice per group). Statistical tests were two-sided.We found elevated ErbB2 protein expression in 41% of primary GBM samples and in the majority of GBM cell lines investigated. In in vitro assays, NK-92/5.28.z in contrast to untargeted NK-92 cells lysed all ErbB2-positive established and primary GBM cells analyzed. Potent in vivo antitumor activity of NK-92/5.28.z was observed in orthotopic GBM xenograft models in NSG mice, leading to a marked extension of symptom-free survival upon repeated stereotactic injection of CAR NK cells into the tumor area (median survival of 200.5 days upon treatment with NK-92/5.28.z vs 73 days upon treatment with parental NK-92 cells, P < .001). In immunocompetent mice, local therapy with NK-92/5.28.z cells resulted in cures of transplanted syngeneic GBM in four of five mice carrying subcutaneous tumors and five of eight mice carrying intracranial tumors, induction of endogenous antitumor immunity, and long-term protection against tumor rechallenge at distant sites.Our data demonstrate the potential of ErbB2-specific NK-92/5.28.z cells for adoptive immunotherapy of glioblastoma, justifying evaluation of this approach for the treatment of ErbB2-positive GBM in clinical studies.

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.

Tobias Eckle et al. describe a new regulatory circuit in the heart by which adenosine receptor signaling controls expression of the circadian protein Per2, which stabilizes the transcription factor Hif-1α, promotes glycolytic metabolism and has cardioprotective effects. Exposing mice to intense light was able to stabilize Per2 in the heart and reduce cardiac injury after myocardial ischemia. Adenosine signaling has been implicated in cardiac adaptation to limited oxygen availability. In a wide search for adenosine receptor A2b (Adora2b)-elicited cardioadaptive responses, we identified the circadian rhythm protein period 2 (Per2) as an Adora2b target. Adora2b signaling led to Per2 stabilization during myocardial ischemia, and in this setting, Per2−/− mice had larger infarct sizes compared to wild-type mice and loss of the cardioprotection conferred by ischemic preconditioning. Metabolic studies uncovered a limited ability of ischemic hearts in Per2−/− mice to use carbohydrates for oxygen-efficient glycolysis. This impairment was caused by a failure to stabilize hypoxia-inducible factor-1α (Hif-1α). Moreover, stabilization of Per2 in the heart by exposing mice to intense light resulted in the transcriptional induction of glycolytic enzymes and Per2-dependent cardioprotection from ischemia. Together, these studies identify adenosine-elicited stabilization of Per2 in the control of HIF-dependent cardiac metabolism and ischemia tolerance and implicate Per2 stabilization as a potential new strategy for treating myocardial ischemia.

Hot spot mutations in the promoter region of telomerase reverse transcriptase (TERT) have recently been described in several human tumor entities. These mutations result in an upregulation of the telomerase complex activity and thus constitute a relevant mechanism for immortalization of tumor cells. Knowledge of the TERT promoter status in tumors is likely to be of interest for molecular classification and as a potential target for therapy. We, therefore, performed a systematic analysis of TERT promoter mutations in 1,515 tumors of the human nervous system and its coverings including 373 pediatric and 1,142 adult patients. We detected a total of 327 mutations. TERT promoter mutations were exceedingly rare in tumors typically encountered in pediatric patients. In entities typically encountered in adult patients TERT promoter mutations were strongly associated with older age (p < 0.0001). Highest mutation frequencies were detected in gliosarcomas (81 %), oligodendrogliomas (78 %), oligoastrocytomas (58 %), primary glioblastomas (54 %), and solitary fibrous tumors (50 %). Related to other molecular alterations, TERT promoter mutations were strongly associated with 1p/19q loss (p < 0.0001), but inversely associated with loss of ATRX expression (p < 0.0001) and IDH1/IDH2 mutations (p < 0.0001). TERT promoter mutations are typically found in adult patients and occur in a highly tumor type-associated distribution.

IDH wild type (IDHwt) anaplastic astrocytomas WHO grade III (AA III) are associated with poor outcome. To address the possibilities of molecular subsets among astrocytoma or of diagnostic reclassification, we analyzed a series of 160 adult IDHwt tumors comprising 120 AA III and 40 diffuse astrocytomas WHO grade II (A II) for molecular hallmark alterations and established methylation and copy number profiles. Based on molecular profiles and hallmark alterations the tumors could be grouped into four major sets. 124/160 (78 %) tumors were diagnosed as the molecular equivalent of conventional glioblastoma (GBM), and 15/160 (9 %) as GBM-H3F3A mutated (GBM-H3). 13/160 (8 %) exhibited a distinct methylation profile that was most similar to GBM-H3-K27, however, lacked the H3F3A mutation. This group was enriched for tumors of infratentorial and midline localization and showed a trend towards a more favorable prognosis. All but one of the 120 IDHwt AA III could be assigned to these three groups. 7 tumors recruited from the 40 A II, comprised a variety of molecular signatures and all but one were reclassified into distinct WHO entities of lower grades. Interestingly, TERT mutations were exclusively restricted to the molecular GBM (78 %) and associated with poor clinical outcome. However, the GBM-H3 group lacking TERT mutations appeared to fare even worse. Our data demonstrate that most of the tumors diagnosed as IDHwt astrocytomas can be allocated to other tumor entities on a molecular basis. The diagnosis of IDHwt diffuse astrocytoma or anaplastic astrocytoma should be used with caution.