Previous studies have demonstrated that allelic deletions of the short arm of chromosome 17 occur in over 75% of colorectal carcinomas. Twenty chromosome 17p markers were used to localize the common region of deletion in these tumors to a region contained within bands 17p12 to 17p13.3. This region contains the gene for the transformation-associated protein p53. Southern and Northern blot hybridization experiments provided no evidence for gross alterations of the p53 gene or surrounding sequences. As a more rigorous test of the possibility that p53 was a target of the deletions, the p53 coding regions from two tumors were analyzed; these two tumors, like most colorectal carcinomas, had allelic deletions of chromosome 17p and expressed considerable amounts of p53 messenger RNA from the remaining allele. The remaining p53 allele was mutated in both tumors, with an alanine substituted for valine at codon 143 of one tumor and a histidine substituted for arginine at codon 175 of the second tumor. Both mutations occurred in a highly conserved region of the p53 gene that was previously found to be mutated in murine p53 oncogenes. The data suggest that p53 gene mutations may be involved in colorectal neoplasia, perhaps through inactivation of a tumor suppressor function of the wild-type p53 gene.

Mutations of the p53 gene occur commonly in colorectal carcinomas and the wild-type p53 allele is often concomitantly deleted. These findings suggest that the wild-type gene may act as a suppressor of colorectal carcinoma cell growth. To test this hypothesis, wild-type or mutant human p53 genes were transfected into human colorectal carcinoma cell lines. Cells transfected with the wild-type gene formed colonies five- to tenfold less efficiently than those transfected with a mutant p53 gene. In those colonies that did form after wild-type gene transfection, the p53 sequences were found to be deleted or rearranged, or both, and no exogenous p53 messenger RNA expression was observed. In contrast, transfection with the wild-type gene had no apparent effect on the growth of epithelial cells derived from a benign colorectal tumor that had only wild-type p53 alleles. Immunocytochemical techniques demonstrated that carcinoma cells expressing the wild-type gene did not progress through the cell cycle, as evidenced by their failure to incorporate thymidine into DNA. These studies show that the wild-type gene can specifically suppress the growth of human colorectal carcinoma cells in vitro and that an in vivo-derived mutation resulting in a single conservative amino acid substitution in the p53 gene product abrogates this suppressive ability.

Suzanne Baker and colleagues sequenced the whole genomes of seven pediatric brainstem glioblastomas and matched normal tissue. They found that 78% of diffuse intrinsic pontine gliomas and 22% of non-brainstem pediatric glioblastomas contained a mutation in H3F3A, encoding histone H3.3, or in the related HIST1H3B, encoding histone H3.1, causing a p.Lys27Met amino acid substitution in each protein. To identify somatic mutations in pediatric diffuse intrinsic pontine glioma (DIPG), we performed whole-genome sequencing of DNA from seven DIPGs and matched germline tissue and targeted sequencing of an additional 43 DIPGs and 36 non-brainstem pediatric glioblastomas (non-BS-PGs). We found that 78% of DIPGs and 22% of non-BS-PGs contained a mutation in H3F3A, encoding histone H3.3, or in the related HIST1H3B, encoding histone H3.1, that caused a p.Lys27Met amino acid substitution in each protein. An additional 14% of non-BS-PGs had somatic mutations in H3F3A causing a p.Gly34Arg alteration.

Suzanne Baker, Jinghui Zhang and colleagues report the identification of recurrent somatic mutations in the bone morphogenetic protein (BMP) receptor ACVR1 in 32% of diffuse intrinsic pontine gliomas. Pediatric high-grade glioma (HGG) is a devastating disease with a less than 20% survival rate 2 years after diagnosis1. We analyzed 127 pediatric HGGs, including diffuse intrinsic pontine gliomas (DIPGs) and non-brainstem HGGs (NBS-HGGs), by whole-genome, whole-exome and/or transcriptome sequencing. We identified recurrent somatic mutations in ACVR1 exclusively in DIPGs (32%), in addition to previously reported frequent somatic mutations in histone H3 genes, TP53 and ATRX, in both DIPGs and NBS-HGGs2,3,4,5. Structural variants generating fusion genes were found in 47% of DIPGs and NBS-HGGs, with recurrent fusions involving the neurotrophin receptor genes NTRK1, NTRK2 and NTRK3 in 40% of NBS-HGGs in infants. Mutations targeting receptor tyrosine kinase–RAS-PI3K signaling, histone modification or chromatin remodeling, and cell cycle regulation were found in 68%, 73% and 59% of pediatric HGGs, respectively, including in DIPGs and NBS-HGGs. This comprehensive analysis provides insights into the unique and shared pathways driving pediatric HGG within and outside the brainstem.

CNS deletion of Pten in the mouse has revealed its roles in controlling cell size and number, thus providing compelling etiology for macrocephaly and Lhermitte-Duclos disease. PTEN mutations in individuals with autism spectrum disorders (ASD) have also been reported, although a causal link between PTEN and ASD remains unclear. In the present study, we deleted Pten in limited differentiated neuronal populations in the cerebral cortex and hippocampus of mice. Resulting mutant mice showed abnormal social interaction and exaggerated responses to sensory stimuli. We observed macrocephaly and neuronal hypertrophy, including hypertrophic and ectopic dendrites and axonal tracts with increased synapses. This abnormal morphology was associated with activation of the Akt/mTor/S6k pathway and inactivation of Gsk3β. Thus, our data suggest that abnormal activation of the PI3K/AKT pathway in specific neuronal populations can underlie macrocephaly and behavioral abnormalities reminiscent of certain features of human ASD.

Medulloblastoma is a malignant childhood brain tumour comprising four discrete subgroups. Here, to identify mutations that drive medulloblastoma, we sequenced the entire genomes of 37 tumours and matched normal blood. One-hundred and thirty-six genes harbouring somatic mutations in this discovery set were sequenced in an additional 56 medulloblastomas. Recurrent mutations were detected in 41 genes not yet implicated in medulloblastoma; several target distinct components of the epigenetic machinery in different disease subgroups, such as regulators of H3K27 and H3K4 trimethylation in subgroups 3 and 4 (for example, KDM6A and ZMYM3), and CTNNB1-associated chromatin re-modellers in WNT-subgroup tumours (for example, SMARCA4 and CREBBP). Modelling of mutations in mouse lower rhombic lip progenitors that generate WNT-subgroup tumours identified genes that maintain this cell lineage (DDX3X), as well as mutated genes that initiate (CDH1) or cooperate (PIK3CA) in tumorigenesis. These data provide important new insights into the pathogenesis of medulloblastoma subgroups and highlight targets for therapeutic development. Whole-genome sequencing of medulloblastoma samples reveals several recurrent mutations in genes not previously implicated in the disease, many of which affect components of the epigenetic machinery in different disease subgroups. Medulloblastoma is the most common malignant brain tumour in children. Four papers published in the 2 August 2012 issue of Nature use whole-genome and other sequencing techniques to produce a detailed picture of the genetics and genomics of this condition. Notable findings include the identification of recurrent mutations in genes not previously implicated in medulloblastoma, with significant genetic differences associated with the four biologically distinct subgroups and clinical outcomes in each. Potential avenues for therapy are suggested by the identification of targetable somatic copy-number alterations, including recurrent events targeting TGFβ signalling in Group 3, and NF-κB signalling in Group 4 medulloblastomas.

Mutations in the p53 gene have been associated with a wide range of human tumors, including osteosarcomas. Although it has been shown that wild-type p53 can block the ability of E1a and ras to cotransform primary rodent cells, it is poorly understood why inactivation of the p53 gene is important for tumor formation. We show that overexpression of the gene encoding wild-type p53 blocks the growth of osteosarcoma cells. The growth arrest was determined to be due to an inability of the transfected cells to progress into S phase. This suggests that the role of the p53 gene as an antioncogene may be in controlling the cell cycle in a fashion analogous to the check-point control genes in Saccharomyces cerevisiae.

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.