Judith Bovée and colleagues report the identification of somatic mosaic mutations in IDH1 and IDH2 in tumors from individuals with Ollier disease and Maffucci syndrome, which are non-hereditary skeletal disorders characterized by multiple enchondromas. Ollier disease and Maffucci syndrome are non-hereditary skeletal disorders characterized by multiple enchondromas (Ollier disease) combined with spindle cell hemangiomas (Maffucci syndrome). We report somatic heterozygous mutations in IDH1 (c.394C>T encoding an R132C substitution and c.395G>A encoding an R132H substitution) or IDH2 (c.516G>C encoding R172S) in 87% of enchondromas (benign cartilage tumors) and in 70% of spindle cell hemangiomas (benign vascular lesions). In total, 35 of 43 (81%) subjects with Ollier disease and 10 of 13 (77%) with Maffucci syndrome carried IDH1 (98%) or IDH2 (2%) mutations in their tumors. Fourteen of 16 subjects had identical mutations in separate lesions. Immunohistochemistry to detect mutant IDH1 R132H protein suggested intraneoplastic and somatic mosaicism. IDH1 mutations in cartilage tumors were associated with hypermethylation and downregulated expression of several genes. Mutations were also found in 40% of solitary central cartilaginous tumors and in four chondrosarcoma cell lines, which will enable functional studies to assess the role of IDH1 and IDH2 mutations in tumor formation.

Mikka Vikkula and colleagues report somatic mutations in the gene encoding the receptor tyrosine kinase TIE2 in inherited and common sporadic venous malformations. These mutations alter localization of the receptor and its response to ligand. Germline substitutions in the endothelial cell tyrosine kinase receptor TIE2 (encoded by TEK) cause a rare, inherited form of venous anomaly known as a mucocutaneous venous malformation (VMCM; refs. 1, 2, 3 and V.W., N.L., M.U., A. Irrthum, L.M.B. et al., unpublished data). We identified a somatic 'second hit' causing loss of function of TIE2 in a resected VMCM and assessed whether such localized, tissue-specific events have a role in the etiology of sporadic venous malformations, which are far more common. We identified eight somatic TEK mutations in lesions from 28 of 57 individuals (49.1%) with sporadic venous malformations; the mutations were absent from the individuals' blood and control tissues. The somatic mutations included one causing a frequent L914F substitution and several double mutations in cis, all of which resulted in ligand-independent TIE2 hyperphosphorylation in vitro. When overexpressed in human umbilical vein endothelial cells, the L914F mutant was abnormally localized and responded to ligand, in contrast to wild-type TIE2 and the common, inherited R849W mutant, suggesting that the mutations have distinct effects. The presence of the same mutations in multifocal sporadic venous malformations in two individuals suggests a common origin for the abnormal endothelial cells at the distant sites. These data show that a sporadic disease may be explained by somatic changes in a gene causing rare, inherited forms and pinpoint TIE2 pathways as potential therapeutic targets for venous malformations.

Bjorn Olsen and his coworkers shed light on the molecular mechanisms underpinning the proangiogenic properties of endothelial cells in hemangiomas, tracing these properties to decreased activity of a signaling pathway involving NFAT transcription factor regulation of VEGFR1 receptor expression. They also identify germline mutations in genes encoding elements of this signaling pathway in a subset of individuals with hemangioma and suggest that interventions in this pathway could have therapeutic effects ( pages 1147–1148 ). Infantile hemangiomas are localized and rapidly growing regions of disorganized angiogenesis. We show that expression of vascular endothelial growth factor receptor-1 (VEGFR1) in hemangioma endothelial cells (hemECs) and hemangioma tissue is markedly reduced compared to controls. Low VEGFR1 expression in hemECs results in VEGF-dependent activation of VEGFR2 and downstream signaling pathways. In hemECs, transcription of the gene encoding VEGFR1 (FLT1) is dependent on nuclear factor of activated T cells (NFAT). Low VEGFR1 expression in hemECs is caused by reduced activity of a pathway involving β1 integrin, the integrin-like receptor tumor endothelial marker-8 (TEM8), VEGFR2 and NFAT. In a subset of individuals with hemangioma, we found missense mutations in the genes encoding VEGFR2 (KDR) and TEM8 (ANTXR1). These mutations result in increased interactions among VEGFR2, TEM8 and β1 integrin proteins and in inhibition of integrin activity. Normalization of the constitutive VEGFR2 signaling in hemECs with soluble VEGFR1 or antibodies that neutralize VEGF or stimulate β1 integrin suggests that local administration of these or similar agents may be effective in hemangioma treatment.

Venous malformations (VMs) are composed of ectatic veins with scarce smooth muscle cell coverage. Activating mutations in the endothelial cell tyrosine kinase receptor TIE2 are a common cause of these lesions. VMs cause deformity, pain, and local intravascular coagulopathy, and they expand with time. Targeted pharmacological therapies are not available for this condition. Here, we generated a model of VMs by injecting HUVECs expressing the most frequent VM-causing TIE2 mutation, TIE2-L914F, into immune-deficient mice. TIE2-L914F-expressing HUVECs formed VMs with ectatic blood-filled channels that enlarged over time. We tested both rapamycin and a TIE2 tyrosine kinase inhibitor (TIE2-TKI) for their effects on murine VM expansion and for their ability to inhibit mutant TIE2 signaling. Rapamycin prevented VM growth, while TIE2-TKI had no effect. In cultured TIE2-L914F-expressing HUVECs, rapamycin effectively reduced mutant TIE2-induced AKT signaling and, though TIE2-TKI did target the WT receptor, it only weakly suppressed mutant-induced AKT signaling. In a prospective clinical pilot study, we analyzed the effects of rapamycin in 6 patients with difficult-to-treat venous anomalies. Rapamycin reduced pain, bleeding, lesion size, functional and esthetic impairment, and intravascular coagulopathy. This study provides a VM model that allows evaluation of potential therapeutic strategies and demonstrates that rapamycin provides clinical improvement in patients with venous malformation.

Abstract Background Most studies on tumour progression from precursor lesion toward gallbladder adenocarcinoma investigate lesions sampled from distinct patients, providing an overarching view of pathogenic cascades. Whether this reflects the tumourigenic process in individual patients remains insufficiently explored. Genomic and epigenomic studies suggest that a subset of gallbladder cancers originate from biliary intraepithelial neoplasia (BilIN) precursor lesions, whereas others form independently from BilINs. Spatial transcriptomic data supporting these conclusions are missing. Moreover, multiple areas with precursor or adenocarcinoma lesions can be detected within the same pathological sample. Yet, knowledge about intra-patient variability of such lesions is lacking. Methods To characterise the spatial transcriptomics of gallbladder cancer tumourigenesis in individual patients, we selected two patients with distinct cancer aetiology and whose samples simultaneously displayed multiple areas of normal epithelium, BilINs and adenocarcinoma. Using GeoMx digital spatial profiling, we characterised the whole transcriptome of a high number of regions of interest (ROIs) per sample in the two patients (24 and 32 ROIs respectively), with each ROI covering approximately 200 cells of normal epithelium, low-grade BilIN, high-grade BilIN or adenocarcinoma. Human gallbladder organoids and cell-ine derived tumours were used to investigate the tumour-promoting role of genes. Results Spatial transcriptomics revealed that each type of lesion displayed limited intra-patient transcriptomic variability. Our data further suggest that adenocarcinoma derived from high-grade BilIN in one patient and from low-grade BilIN in the other patient, with co-existing high-grade BilIN evolving via a distinct process in the latter case. The two patients displayed distinct sequences of signalling pathway activation during tumour progression, but Semaphorin 4A ( SEMA4A ) expression was repressed in both patients. Using human gallbladder-derived organoids and cell line-derived tumours, we provide evidence that repression of SEMA4A promotes pseudostratification of the epithelium and enhances cell migration and survival. Conclusion Gallbladder adenocarcinoma can develop according to patient-specific processes, and limited intra-patient variability of precursor and cancer lesions was noticed. Our data suggest that repression of SEMA4A can promote tumour progression. They also highlight the need to gain gene expression data in addition to histological information to avoid understimating the risk of low-grade preneoplastic lesions.