Medulloblastoma, the most common malignant paediatric brain tumour, is currently treated with nonspecific cytotoxic therapies including surgery, whole-brain radiation, and aggressive chemotherapy. As medulloblastoma exhibits marked intertumoural heterogeneity, with at least four distinct molecular variants, previous attempts to identify targets for therapy have been underpowered because of small samples sizes. Here we report somatic copy number aberrations (SCNAs) in 1,087 unique medulloblastomas. SCNAs are common in medulloblastoma, and are predominantly subgroup-enriched. The most common region of focal copy number gain is a tandem duplication of SNCAIP, a gene associated with Parkinson’s disease, which is exquisitely restricted to Group 4α. Recurrent translocations of PVT1, including PVT1-MYC and PVT1-NDRG1, that arise through chromothripsis are restricted to Group 3. Numerous targetable SCNAs, including recurrent events targeting TGF-β signalling in Group 3, and NF-κB signalling in Group 4, suggest future avenues for rational, targeted therapy. Medulloblastoma is the most common malignant brain tumour in children; having assembled over 1,000 samples the authors report that somatic copy number aberrations are common in medulloblastoma, in particular a tandem duplication of SNCAIP, a gene associated with Parkinson’s disease, which is restricted to subgroup 4α, and translocations of PVT1, which are restricted to Group 3. 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.

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.

Medulloblastoma is a highly malignant paediatric brain tumour currently treated with a combination of surgery, radiation and chemotherapy, posing a considerable burden of toxicity to the developing child. Genomics has illuminated the extensive intertumoral heterogeneity of medulloblastoma, identifying four distinct molecular subgroups. Group 3 and group 4 subgroup medulloblastomas account for most paediatric cases; yet, oncogenic drivers for these subtypes remain largely unidentified. Here we describe a series of prevalent, highly disparate genomic structural variants, restricted to groups 3 and 4, resulting in specific and mutually exclusive activation of the growth factor independent 1 family proto-oncogenes, GFI1 and GFI1B. Somatic structural variants juxtapose GFI1 or GFI1B coding sequences proximal to active enhancer elements, including super-enhancers, instigating oncogenic activity. Our results, supported by evidence from mouse models, identify GFI1 and GFI1B as prominent medulloblastoma oncogenes and implicate ‘enhancer hijacking’ as an efficient mechanism driving oncogene activation in a childhood cancer. Focusing on two ill-characterized subtypes of medulloblastoma (group 3 and group 4), this study identifies prevalent genomic structural variants that are restricted to these two subtypes and independently bring together coding regions of GFI1 family proto-oncogenes with active enhancer elements, leading to their mutually exclusive oncogenic activation. Medulloblastoma is a highly malignant paediatric brain tumour. Here the authors focus on two ill-characterized subtypes — group 3 and group 4 — which account for the majority of paediatric cases. They identify prevalent genomic structural variants, which are restricted to these two subtypes, and bring together coding regions of proto-oncogenes, GFI1 and GFI1B, and active enhancer elements leading to oncogene activation. This work identifies 'enhancer hijacking' as an efficient mechanism driving oncogene activation in a childhood cancer.

Medulloblastoma is a highly malignant paediatric brain tumour, often inflicting devastating consequences on the developing child. Genomic studies have revealed four distinct molecular subgroups with divergent biology and clinical behaviour. An understanding of the regulatory circuitry governing the transcriptional landscapes of medulloblastoma subgroups, and how this relates to their respective developmental origins, is lacking. Here, using H3K27ac and BRD4 chromatin immunoprecipitation followed by sequencing (ChIP-seq) coupled with tissue-matched DNA methylation and transcriptome data, we describe the active cis-regulatory landscape across 28 primary medulloblastoma specimens. Analysis of differentially regulated enhancers and super-enhancers reinforced inter-subgroup heterogeneity and revealed novel, clinically relevant insights into medulloblastoma biology. Computational reconstruction of core regulatory circuitry identified a master set of transcription factors, validated by ChIP-seq, that is responsible for subgroup divergence, and implicates candidate cells of origin for Group 4. Our integrated analysis of enhancer elements in a large series of primary tumour samples reveals insights into cis-regulatory architecture, unrecognized dependencies, and cellular origins.

Medulloblastomas that display a large cell/anaplastic morphology and overexpress the cellular c-MYC gene are highly aggressive and carry a very poor prognosis. This so-called MYC-subgroup differs in its histopathology, gene expression profile, and clinical behavior from other forms of medulloblastoma. We generated a mouse model of MYC-subgroup medulloblastoma by transducing Trp53-null cerebellar progenitor cells with Myc. The cardinal features of these mouse medulloblastomas closely mimic those of human MYC-subgroup tumors and significantly differ from mouse models of the Sonic-Hedgehog- and WNT-disease subgroups. This mouse model should significantly accelerate understanding and treatment of the most aggressive form of medulloblastoma and infers distinct roles for MYC and MYCN in tumorigenesis.

Abstract In vivo functional investigation of oncogenes using somatic gene transfer has been successfully exploited to validate their role in tumorigenesis. For tumour suppressor genes this has proven more challenging due to technical aspects. To provide a flexible and effective method for investigating somatic loss-of-function alterations and their influence on tumorigenesis, we have established CRISPR/Cas9-mediated somatic gene disruption, allowing for in vivo targeting of TSGs. Here we demonstrate the utility of this approach by deleting single ( Ptch1 ) or multiple genes ( Trp53, Pten, Nf1 ) in the mouse brain, resulting in the development of medulloblastoma and glioblastoma, respectively. Using whole-genome sequencing (WGS) we characterized the medulloblastoma-driving Ptch1 deletions in detail and show that no off-targets were detected in these tumours. This method provides a fast and convenient system for validating the emerging wealth of novel candidate tumour suppressor genes and the generation of faithful animal models of human cancer.

Cancer can involve non-resolving, persistent inflammation where varying numbers of tumor-associated macrophages (TAMs) infiltrate and adopt different activation states between anti-tumor M1 and pro-tumor M2 phenotypes. Here, we resolve a cascade causing differential macrophage phenotypes in the tumor microenvironment. Reduction in TNF mRNA production or loss of type I TNF receptor signaling resulted in a striking pattern of enhanced M2 mRNA expression. M2 gene expression was driven in part by IL-13 from eosinophils co-recruited with inflammatory monocytes, a pathway that was suppressed by TNF. Our data define regulatory nodes within the tumor microenvironment that balance M1 and M2 populations. Our results show macrophage polarization in cancer is dynamic and dependent on the balance between TNF and IL-13, thus providing a strategy for manipulating TAMs.

Abstract Medulloblastoma with extensive nodularity (MBEN) are cerebellar tumors with two histologically distinct compartments and varying disease course. In some children MBEN progresses, while others show spontaneous differentiation into more benign tumors. However, the mechanisms that control the tug-of-war between proliferation and differentiation are not well understood. Here, we dissected this process with a multi-modal single cell transcriptome analysis. We found that the internodular MBEN compartment comprised proliferating early cerebellar granular neuronal precursors (CGNP)-like tumor cells as well as stromal, vascular, and immune cells. In contrast, the nodular compartment consisted of postmitotic, neuronally differentiated MBEN cells. Both compartments were connected through an intermediate cell stage of actively migrating CGNPs. Furthermore, astrocyte-like tumor cells were identified that had branched off the main CGNP developmental trajectory. Cells with an astroglial phenotype were found in close proximity to migrating, late CGNP-like and postmitotic neuronally differentiated cells. Our study reveals how the spatial tissue organization is linked to the developmental trajectory of proliferating tumor cells through a migrating precursor stage into differentiated tumor cells with a more benign phenotype. We anticipate that our framework for integrating single nucleus RNA-sequencing and spatial transcriptomics will help to uncover intercompartmental interactions also in other cancers with varying histology.

Understanding the cellular origins of childhood brain tumors is key for discovering novel tumor-specific therapeutic targets. Previous strategies mapping cellular origins typically involved comparing human tumors to murine embryonal tissues 1,2 , a potentially imperfect approach due to spatio-temporal gene expression differences between species 3 . Here we use an unprecedented single-nucleus atlas of the developing human cerebellum (Sepp, Leiss, et al) and extensive bulk and single-cell transcriptome tumor data to map their cellular origins with focus on three most common pediatric brain tumors – pilocytic astrocytoma, ependymoma, and medulloblastoma. Using custom bioinformatics approaches, we postulate the astroglial and glial lineages as the origins for posterior fossa ependymomas and radiation-induced gliomas (secondary tumors after medulloblastoma treatment), respectively. Moreover, we confirm that SHH, Group3 and Group4 medulloblastomas stem from granule cell/unipolar brush cell lineages, whereas we propose pilocytic astrocytoma to originate from the oligodendrocyte lineage. We also identify genes shared between the cerebellar lineage of origin and corresponding tumors, and genes that are tumor specific; both gene sets represent promising therapeutic targets. As a common feature among most cerebellar tumors, we observed compositional heterogeneity in terms of similarity to normal cells, suggesting that tumors arise from or differentiate into multiple points along the cerebellar “lineage of origin”.

Normal cells coordinate proliferation and differentiation by precise tuning of gene expression based on the dynamic shifts of the epigenome throughout the developmental timeline. Although non-mutational epigenetic reprogramming is an emerging hallmark of cancer, the epigenomic shifts that occur during the transition from normal to malignant cells remain elusive. Here, we capture the epigenomic changes that occur during tumorigenesis in a prototypic embryonal brain tumor, medulloblastoma. By comparing the epigenomes of the different stages of transforming cells in mice, we identify nuclear factor I family of transcription factors, known to be cell fate determinants in development, as oncogenic regulators in the epigenomes of precancerous and cancerous cells. Furthermore, genetic and pharmacological inhibition of NFIB validated a crucial role of this transcription factor by disrupting the cancer epigenome in medulloblastoma. Thus, this study exemplifies how epigenomic changes contribute to tumorigenesis via non-mutational mechanisms involving developmental transcription factors.