Neuroblastoma is a childhood cancer that can be inherited, but the genetic aetiology is largely unknown. Here we show that germline mutations in the anaplastic lymphoma kinase (ALK) gene explain most hereditary neuroblastomas, and that activating mutations can also be somatically acquired. We first identified a significant linkage signal at chromosome bands 2p23–24 using a whole-genome scan in neuroblastoma pedigrees. Resequencing of regional candidate genes identified three separate germline missense mutations in the tyrosine kinase domain of ALK that segregated with the disease in eight separate families. Resequencing in 194 high-risk neuroblastoma samples showed somatically acquired mutations in the tyrosine kinase domain in 12.4% of samples. Nine of the ten mutations map to critical regions of the kinase domain and were predicted, with high probability, to be oncogenic drivers. Mutations resulted in constitutive phosphorylation, and targeted knockdown of ALK messenger RNA resulted in profound inhibition of growth in all cell lines harbouring mutant or amplified ALK, as well as in two out of six wild-type cell lines for ALK. Our results demonstrate that heritable mutations of ALK are the main cause of familial neuroblastoma, and that germline or acquired activation of this cell-surface kinase is a tractable therapeutic target for this lethal paediatric malignancy. Neuroblastoma is the most common childhood cancer. There is a strong familial association and it was predicted over 30 years ago that there was a genetic element to the disease. Four groups now report the identification of mutations in the tyrosine kinase receptor ALK (anaplastic lymphoma kinase) in neuroblastoma patients. ALK acts as a neuroblastoma predisposition gene, and somatic point mutations occur in sporadic neuroblastoma cases. These mutations promote ALK's kinase activity and can transform cells and display tumorigenic activity in vivo. ALK inhibitors decrease neuroblastoma cell proliferation, so have potential as anticancer drugs. ALK is identified as a neuroblastoma predisposition gene. Germline mutations were found in ALK, a tryrosine kinase receptor, in affected families. In addition, somatic point mutations in ALK were found in sporadic cases of neuroblastomas. ALK mutations seem to lead to constitutive activation of its kinase activity and promote cell proliferation.

John Maris, Matthew Meyerson, Marco Marra and colleagues report results of a large-scale sequencing study of neuroblastoma. They observe a low median exonic mutation frequency and strikingly few recurrently mutated genes in these tumors, highlighting challenges for developing targeted therapeutic strategies based on frequently mutated oncogenic drivers. Neuroblastoma is a malignancy of the developing sympathetic nervous system that often presents with widespread metastatic disease, resulting in survival rates of less than 50%. To determine the spectrum of somatic mutation in high-risk neuroblastoma, we studied 240 affected individuals (cases) using a combination of whole-exome, genome and transcriptome sequencing as part of the Therapeutically Applicable Research to Generate Effective Treatments (TARGET) initiative. Here we report a low median exonic mutation frequency of 0.60 per Mb (0.48 nonsilent) and notably few recurrently mutated genes in these tumors. Genes with significant somatic mutation frequencies included ALK (9.2% of cases), PTPN11 (2.9%), ATRX (2.5%, and an additional 7.1% had focal deletions), MYCN (1.7%, causing a recurrent p.Pro44Leu alteration) and NRAS (0.83%). Rare, potentially pathogenic germline variants were significantly enriched in ALK, CHEK2, PINK1 and BARD1. The relative paucity of recurrent somatic mutations in neuroblastoma challenges current therapeutic strategies that rely on frequently altered oncogenic drivers.

Using the URL at the end of this item, readers can immediately offer feedback and suggestions on this topic. A s the list of expressed human genes expands, a major scientific and medical challenge is to understand the molecular events that drive normal tissue morphogenesis and the progression of

We present an extensive assessment of mutation burden through sequencing analysis of >81,000 tumors from pediatric and adult patients, including tumors with hypermutation caused by chemotherapy, carcinogens, or germline alterations. Hypermutation was detected in tumor types not previously associated with high mutation burden. Replication repair deficiency was a major contributing factor. We uncovered new driver mutations in the replication-repair-associated DNA polymerases and a distinct impact of microsatellite instability and replication repair deficiency on the scale of mutation load. Unbiased clustering, based on mutational context, revealed clinically relevant subgroups regardless of the tumors' tissue of origin, highlighting similarities in evolutionary dynamics leading to hypermutation. Mutagens, such as UV light, were implicated in unexpected cancers, including sarcomas and lung tumors. The order of mutational signatures identified previous treatment and germline replication repair deficiency, which improved management of patients and families. These data will inform tumor classification, genetic testing, and clinical trial design.

Microdissection of routinely stained or unstained frozen sections has been used successfully to obtain purified cell populations for the analysis of cell-specific gene expression patterns in primary tissues with a complex mixture of cell types. However, the precision and usefulness of microdissection is frequently limited by the difficulty to identify different cell types and structures by morphology alone. We therefore developed a rapid immunostaining procedure for frozen sections followed by laser capture microdissection (LCM) and RNA extraction, which allows targeted mRNA analysis of immunophenotypically defined cell populations. After fixation, frozen sections are immunostained under RNAse-free conditions using a rapid three-step streptavidin-biotin technique, dehydrated and immediately subjected to LCM. RNA is extracted from captured tissue, DNAse I treated, and reverse transcribed. Acetone-, methanol-, or ethanol/acetone-fixed sections give excellent immunostaining after 12 to 25 minutes total processing time. Specificity, precision, and speed of microdissection is markedly increased due to improved identification of desired (or undesired) cell types. The mRNA recovered from immunostained tissue is of high quality. Single-step PCR is able to amplify fragments of more than 600 bp from both housekeeping genes such as beta-actin as well as cell-specific messages such as CD4 or CD19, using cDNA derived from less than 500 immunostained, microdissected cells. Immuno-LCM allows specific mRNA analysis of cell populations isolated according to their immunophenotype or expression of function-related antigens and significantly expands our ability to investigate gene expression in heterogeneous tissues.

Copy number variations (CNVs) and single nucleotide polymorphisms (SNPs) are two important potential sources of phenotypic variation in humans. Until now, only SNPs have been associated with cancer, but the increasing recognition that germline DNA dosage is a critical component of human diversity raises the possibility that CNVs might also influence susceptibility to this cancer. Diskin et al. now report that a common CNV at chromosome 1q21.1 is associated with the childhood cancer neuroblastoma, and that a transcript within this CNV, the previously unknown neuroblastoma breakpoint family gene NBPF23, is involved in the early stages of tumorigenesis. Copy number variations (CNVs) and single nucleotide polymorphisms (SNPs) are two important potential sources of phenotypic variation in humans; however, only SNPs have been associated with cancer. Here, a CNV at 1q21.1 is shown to be associated with neuroblastoma, and a transcript within this CNV, NBPF23, is implicated in early tumorigenesis of the disease. Common copy number variations (CNVs) represent a significant source of genetic diversity, yet their influence on phenotypic variability, including disease susceptibility, remains poorly understood. To address this problem in human cancer, we performed a genome-wide association study of CNVs in the childhood cancer neuroblastoma, a disease in which single nucleotide polymorphism variations are known to influence susceptibility1,2. We first genotyped 846 Caucasian neuroblastoma patients and 803 healthy Caucasian controls at ∼550,000 single nucleotide polymorphisms, and performed a CNV-based test for association. We then replicated significant observations in two independent sample sets comprised of a total of 595 cases and 3,357 controls. Here we describe the identification of a common CNV at chromosome 1q21.1 associated with neuroblastoma in the discovery set, which was confirmed in both replication sets. This CNV was validated by quantitative polymerase chain reaction, fluorescent in situ hybridization and analysis of matched tumour specimens, and was shown to be heritable in an independent set of 713 cancer-free parent–offspring trios. We identified a previously unknown transcript within the CNV that showed high sequence similarity to several neuroblastoma breakpoint family (NBPF) genes3,4 and represents a new member of this gene family (NBPF23). This transcript was preferentially expressed in fetal brain and fetal sympathetic nervous tissues, and the expression level was strictly correlated with CNV state in neuroblastoma cells. These data demonstrate that inherited copy number variation at 1q21.1 is associated with neuroblastoma and implicate a previously unknown neuroblastoma breakpoint family gene in early tumorigenesis of this childhood cancer.

Abstract Purpose: Neuroblastoma is a pediatric cancer that continues to exact significant morbidity and mortality. Recently, a number of cell-cycle proteins, particularly those within the Cyclin D/CDK4/CDK6/RB network, have been shown to exert oncogenic roles in neuroblastoma, suggesting that their therapeutic exploitation might improve patient outcomes. Experimental Procedures: We evaluated the effect of dual CDK4/CDK6 inhibition on neuroblastoma viability using LEE011 (Novartis Oncology), a highly specific CDK4/6 inhibitor. Results: Treatment with LEE011 significantly reduced proliferation in 12 of 17 human neuroblastoma-derived cell lines by inducing cytostasis at nanomolar concentrations (mean IC50 = 307 ± 68 nmol/L in sensitive lines). LEE011 caused cell-cycle arrest and cellular senescence that was attributed to dose-dependent decreases in phosphorylated RB and FOXM1, respectively. In addition, responsiveness of neuroblastoma xenografts to LEE011 translated to the in vivo setting in that there was a direct correlation of in vitro IC50 values with degree of subcutaneous xenograft growth delay. Although our data indicate that neuroblastomas sensitive to LEE011 were more likely to contain genomic amplification of MYCN (P = 0.01), the identification of additional clinically accessible biomarkers is of high importance. Conclusions: Taken together, our data show that LEE011 is active in a large subset of neuroblastoma cell line and xenograft models, and supports the clinical development of this CDK4/6 inhibitor as a therapy for patients with this disease. Clin Cancer Res; 19(22); 6173–82. ©2013 AACR.

MicroRNAs are small noncoding RNAs that have critical roles in regulating a number of cellular functions through transcriptional silencing. They have been implicated as oncogenes and tumor suppressor genes (oncomirs) in several human neoplasms. We used an integrated genomics and functional screening strategy to identify potential oncomirs in the pediatric neoplasm neuroblastoma. We first identified microRNAs that map within chromosomal regions that we and others have defined as frequently deleted (1p36, 3p22, and 11q23-24) or gained (17q23) in high-risk neuroblastoma. We then transiently transfected microRNA precursor mimics or inhibitors into a panel of six neuroblastoma cell lines that we characterized for these genomic aberrations. The majority of transfections showed no phenotypic effect, but the miR-34a (1p36) and miR-34c (11q23) mimics showed dramatic growth inhibition in cell lines with 1p36 hemizygous deletion. In contrast, there was no growth inhibition by these mimics in cell lines without 1p36 deletions. Quantitative reverse transcription-PCR showed a perfect correlation of absent miR-34a expression in cell lines with a 1p36 aberration and phenotypic effect after mimetic add-back. Expression of miR-34a was also decreased in primary tumors (n = 54) with 1p36 deletion (P = 0.009), but no mutations were discovered in resequencing of the miR-34a locus in 30 neuroblastoma cell lines. Flow cytometric time series analyses showed that the likely mechanism of miR-34a growth inhibition is through cell cycle arrest followed by apoptosis. BCL2 and MYCN were identified as miR-34a targets and likely mediators of the tumor suppressor phenotypic effect. These data support miR-34a as a tumor suppressor gene in human neuroblastoma.

Neuroblastoma is a malignant condition of the developing sympathetic nervous system that most commonly affects young children and is often lethal. Its cause is not known.

A genome-wide association study (GWAS) has shown that single nucleotide variants within the LMO1 locus are associated with inherited susceptibility to neuroblastoma, a childhood cancer of the sympathetic nervous system. LMO1 encodes a transcriptional regulator previously linked to cancers. Acquired structural variation in the same locus is common in patients with neuroblastoma, suggesting that loci identified through GWAS approaches might also be prone to somatic alterations that influence tumour progression. Such studies could help to identify potential therapy targets and/or biomarkers of cancer aggressiveness. Here, single nucleotide variants within the LMO1 locus are shown to be associated with inherited susceptibility to neuroblastoma, a childhood cancer of the sympathetic nervous system. Acquired structural variation in the same locus was also frequently found in neuroblastoma patients, leading to the suggestion that loci identified through genome-wide association studies might be also prone to somatic alterations and therefore identify potential therapy targets and/or biomarkers of tumour aggressiveness. Neuroblastoma is a childhood cancer of the sympathetic nervous system that accounts for approximately 10% of all paediatric oncology deaths1,2. To identify genetic risk factors for neuroblastoma, we performed a genome-wide association study (GWAS) on 2,251 patients and 6,097 control subjects of European ancestry from four case series. Here we report a significant association within LIM domain only 1 (LMO1) at 11p15.4 (rs110419, combined P = 5.2 × 10−16, odds ratio of risk allele = 1.34 (95% confidence interval 1.25–1.44)). The signal was enriched in the subset of patients with the most aggressive form of the disease. LMO1 encodes a cysteine-rich transcriptional regulator, and its paralogues (LMO2, LMO3 and LMO4) have each been previously implicated in cancer. In parallel, we analysed genome-wide DNA copy number alterations in 701 primary tumours. We found that the LMO1 locus was aberrant in 12.4% through a duplication event, and that this event was associated with more advanced disease (P < 0.0001) and survival (P = 0.041). The germline single nucleotide polymorphism (SNP) risk alleles and somatic copy number gains were associated with increased LMO1 expression in neuroblastoma cell lines and primary tumours, consistent with a gain-of-function role in tumorigenesis. Short hairpin RNA (shRNA)-mediated depletion of LMO1 inhibited growth of neuroblastoma cells with high LMO1 expression, whereas forced expression of LMO1 in neuroblastoma cells with low LMO1 expression enhanced proliferation. These data show that common polymorphisms at the LMO1 locus are strongly associated with susceptibility to developing neuroblastoma, but also may influence the likelihood of further somatic alterations at this locus, leading to malignant progression.