Study of the origin and development of cerebellar tumours has been hampered by the complexity and heterogeneity of cerebellar cells that change over the course of development. Here we use single-cell transcriptomics to study more than 60,000 cells from the developing mouse cerebellum and show that different molecular subgroups of childhood cerebellar tumours mirror the transcription of cells from distinct, temporally restricted cerebellar lineages. The Sonic Hedgehog medulloblastoma subgroup transcriptionally mirrors the granule cell hierarchy as expected, while group 3 medulloblastoma resembles Nestin+ stem cells, group 4 medulloblastoma resembles unipolar brush cells, and PFA/PFB ependymoma and cerebellar pilocytic astrocytoma resemble the prenatal gliogenic progenitor cells. Furthermore, single-cell transcriptomics of human childhood cerebellar tumours demonstrates that many bulk tumours contain a mixed population of cells with divergent differentiation. Our data highlight cerebellar tumours as a disorder of early brain development and provide a proximate explanation for the peak incidence of cerebellar tumours in early childhood.

Abstract Lys-27-Met mutations in histone 3 genes (H3K27M) characterize a subgroup of deadly gliomas and decrease genome-wide H3K27 trimethylation. Here we use primary H3K27M tumor lines and isogenic CRISPR-edited controls to assess H3K27M effects in vitro and in vivo. We find that whereas H3K27me3 and H3K27me2 are normally deposited by PRC2 across broad regions, their deposition is severely reduced in H3.3K27M cells. H3K27me3 is unable to spread from large unmethylated CpG islands, while H3K27me2 can be deposited outside these PRC2 high-affinity sites but to levels corresponding to H3K27me3 deposition in wild-type cells. Our findings indicate that PRC2 recruitment and propagation on chromatin are seemingly unaffected by K27M, which mostly impairs spread of the repressive marks it catalyzes, especially H3K27me3. Genome-wide loss of H3K27me3 and me2 deposition has limited transcriptomic consequences, preferentially affecting lowly-expressed genes regulating neurogenesis. Removal of H3K27M restores H3K27me2/me3 spread, impairs cell proliferation, and completely abolishes their capacity to form tumors in mice.

Posterior fossa group A (PFA) ependymoma is a lethal brain cancer diagnosed in infants and young children. The lack of driver events in the PFA linear genome led us to search its 3D genome for characteristic features. Here, we reconstructed 3D genomes from diverse childhood tumor types and uncovered a global topology in PFA that is highly reminiscent of stem and progenitor cells in a variety of human tissues. A remarkable feature exclusively present in PFA are type B ultra long-range interactions in PFAs (TULIPs), regions separated by great distances along the linear genome that interact with each other in the 3D nuclear space with surprising strength. TULIPs occur in all PFA samples and recur at predictable genomic coordinates, and their formation is induced by expression of EZHIP. The universality of TULIPs across PFA samples suggests a conservation of molecular principles that could be exploited therapeutically.

Halting breast cancer metastatic relapses following primary tumor removal and the clinical dormant phase, remains challenging, due to a lack of specific vulnerabilities to target during dormancy. To address this, we conducted genome-wide CRISPR screens on two breast cancer cell lines with distinct dormancy properties: 4T1 (short-term dormancy) and 4T07 (prolonged dormancy). We discovered that loss of class-III PI3K, Pik3c3, revealed a unique vulnerability in 4T07 cells. Surprisingly, dormancy-prone 4T07 cells exhibited higher mTORC1 activity than 4T1 cells, due to lysosome-dependent signaling occurring at the cell periphery. Pharmacological inhibition of Pik3c3 counteracted this phenotype in 4T07 cells, and selectively reduced metastasis burden only in the 4T07 dormancy-prone model. This mechanism was also detected in human breast cancer cell lines in addition to a breast cancer patient-derived xenograft supporting that it may be relevant in humans. Our findings suggest dormant cancer cell-initiated metastasis may be prevented in patients carrying tumor cells that display PIK3C3-peripheral lysosomal signaling to mTORC1.

Abstract Translational control of gene expression is an important regulator of adult stem cell quiescence, activation and self-renewal. In skeletal muscle, quiescent satellite cells maintain low levels of protein synthesis, mediated in part through the phosphorylation of eIF2α (P-eIF2α). Pharmacological inhibition of the eIF2α phosphatase with the small molecule sal003 maintains P-eIF2α and permits the expansion of satellite cells ex vivo . Paradoxically, P-eIF2α also increases the translation of specific mRNAs, which is mediated by P-eIF2α dependent readthrough of inhibitory upstream open reading frames (uORFs). Here, we ask whether P-eIF2α dependent mRNA translation enables expansion of satellite cells. Using transcriptomic and proteomic analyses, we show a number of genes associated with the assembly of the spindle pole to be upregulated at the level of protein, without corresponding change in mRNA levels, in satellite cells expanded in the presence of sal003. We show that uORFs in the 5’UTR of mRNA for the mitotic spindle stability gene Tacc3 direct P-eIF2α dependent translation. Satellite cells deficient for TACC3 exhibit defects in expansion, self-renewal and regeneration of skeletal muscle. Significance Translational control of gene expression has emerged as an important regulator of adult stem cell populations, which maintain low levels of protein synthesis. In adult muscle stem cells, or satellite cells, a portrait of translational control has emerged whereby multiple repression mechanisms prevent the translation of specific mRNAs. It remains unclear how other mRNAs escape repression and are efficiently translated. We show that within the context of low global rates of protein synthesis, satellite cell expansion occurs through the selective translation of Tacc3 mRNA. Tacc3 deficient satellite cells expand poorly, leading to defects in skeletal muscle regeneration. Our study provides a more complete picture of translational control of gene expression in adult stem cell populations.

Alterations in Fibroblast growth factor receptor (FGFR)- family proteins frequently occur as oncogenes in many cancers, including a subset of pediatric gliomas. Here, we performed a genomic analysis of 11,635 gliomas across ages and found that 4.5% of all gliomas harbor FGFR alterations including structural variants (SV) and single nucleotide variants (SNV), with an incidence of almost 10% in pediatric gliomas. FGFR family members are differentially enriched by age, tumor grade, and histological subtype, with FGFR1-alterations associated with glioneuronal histologies and pediatric low-grade gliomas. Across development, we find FGFR1 expression in both neuronal and glial precursors, while FGFR3 expression is largely restricted to astrocytic lineages. Leveraging novel isogenic model systems, we confirm FGFR1 alterations to be sufficient to activate MAPK and mTOR signaling, drive gliomagenesis, activate neuronal transcriptional programs and exhibit sensitivity to MAPK pathway inhibitors, including pan-FGFR inhibitors. Models driven by FGFR1 SVs exhibited different patterns of sensitivity compared to those driven by SNVs. Finally, we performed a retrospective analysis of clinical responses in children diagnosed with FGFR-driven gliomas and found that targeted MAPK or FGFR-inhibition with currently available inhibitors is largely associated with stability of disease. This study provides key insights into the biology of FGFR1-altered gliomas, therapeutic strategies to target them and associated challenges that still need to be overcome.

Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2)-mediated histone H3K27 tri-methylation (H3K27me3) recruits canonical PRC1 (cPRC1) to maintain heterochromatin. In early development, polycomb-regulated genes are connected through long-range 3D interactions which resolve upon differentiation. Here, we report that polycomb looping is controlled by H3K27me3 spreading and regulates target gene silencing and cell fate specification. Using glioma-derived H3 Lys-27-Met (H3K27M) mutations as tools to restrict H3K27me3 deposition, we show that H3K27me3 confinement concentrates the chromatin pool of cPRC1, resulting in heightened 3D interactions mirroring chromatin architecture of pluripotency, and stringent gene repression that maintains cells in progenitor states to facilitate tumor development. Conversely, H3K27me3 spread in pluripotent stem cells, following neural differentiation or loss of the H3K36 methyltransferase NSD1, dilutes cPRC1 concentration and dissolves polycomb loops. These results identify the regulatory principles and disease implications of polycomb looping and nominate histone modification-guided distribution of reader complexes as an important mechanism for nuclear compartment organization.The confinement of H3K27me3 at PRC2 nucleation sites without its spreading correlates with increased 3D chromatin interactions.The H3K27M oncohistone concentrates canonical PRC1 that anchors chromatin loop interactions in gliomas, silencing developmental programs.Stem and progenitor cells require factors promoting H3K27me3 confinement, including H3K36me2, to maintain cPRC1 loop architecture.The cPRC1-H3K27me3 interaction is a targetable driver of aberrant self-renewal in tumor cells.

Summary Platelet derived growth factor receptor α (PDGFRα) signaling is required for proliferation, commitment and maintenance of oligodendrocyte (OL) precursor cells (OPCs). PDGFRα signaling promotes OPC homeostasis and its attenuation signals OPC differentiation and maturation triggering the onset of myelination of the central nervous system (CNS). The initial steps of how PDGFRα signaling is attenuated are still poorly understood. Herein we show that decreased Protein Arginine MethylTransferase5 (PRMT5) expression, as occurs during OPC differentiation, is involved in the down-regulation of PDGFRα by modulating its cell surface bioavailability leading to its degradation in a Cbldependent manner. Mechanistically, loss of arginine methylation at R554 of the PDGFRα intracellular domain reveals a masked Cbl binding site at Y555. Physiologically, depletion of PRMT5 in OPCs results in severe CNS myelination defects. We propose that decreased PRMT5 activity initiates PDGFRα degradation to promote OL differentiation. More broadly, inhibition of PRMT5 may be used therapeutically to manipulate PDGFRα bioavailability.