Diffuse low-grade and intermediate-grade gliomas (which together make up the lower-grade gliomas, World Health Organization grades II and III) have highly variable clinical behavior that is not adequately predicted on the basis of histologic class. Some are indolent; others quickly progress to glioblastoma. The uncertainty is compounded by interobserver variability in histologic diagnosis. Mutations in IDH, TP53, and ATRX and codeletion of chromosome arms 1p and 19q (1p/19q codeletion) have been implicated as clinically relevant markers of lower-grade gliomas.

Therapy development for adult diffuse glioma is hindered by incomplete knowledge of somatic glioma driving alterations and suboptimal disease classification. We defined the complete set of genes associated with 1,122 diffuse grade II-III-IV gliomas from The Cancer Genome Atlas and used molecular profiles to improve disease classification, identify molecular correlations, and provide insights into the progression from low- to high-grade disease. Whole-genome sequencing data analysis determined that ATRX but not TERT promoter mutations are associated with increased telomere length. Recent advances in glioma classification based on IDH mutation and 1p/19q co-deletion status were recapitulated through analysis of DNA methylation profiles, which identified clinically relevant molecular subsets. A subtype of IDH mutant glioma was associated with DNA demethylation and poor outcome; a group of IDH-wild-type diffuse glioma showed molecular similarity to pilocytic astrocytoma and relatively favorable survival. Understanding of cohesive disease groups may aid improved clinical outcomes.

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.

We describe a comprehensive genomic characterization of adrenocortical carcinoma (ACC). Using this dataset, we expand the catalogue of known ACC driver genes to include PRKAR1A, RPL22, TERF2, CCNE1, and NF1. Genome wide DNA copy-number analysis revealed frequent occurrence of massive DNA loss followed by whole-genome doubling (WGD), which was associated with aggressive clinical course, suggesting WGD is a hallmark of disease progression. Corroborating this hypothesis were increased TERT expression, decreased telomere length, and activation of cell-cycle programs. Integrated subtype analysis identified three ACC subtypes with distinct clinical outcome and molecular alterations which could be captured by a 68-CpG probe DNA-methylation signature, proposing a strategy for clinical stratification of patients based on molecular markers.

Chris Jones, Jacques Grill and colleagues report the identification of recurrent activating mutations in ACVR1 in diffuse intrinsic pontine gliomas. Diffuse intrinsic pontine gliomas (DIPGs) are highly infiltrative malignant glial neoplasms of the ventral pons that, due to their location within the brain, are unsuitable for surgical resection and consequently have a universally dismal clinical outcome. The median survival time is 9–12 months, with neither chemotherapeutic nor targeted agents showing substantial survival benefit in clinical trials in children with these tumors1. We report the identification of recurrent activating mutations in the ACVR1 gene, which encodes a type I activin receptor serine/threonine kinase, in 21% of DIPG samples. Strikingly, these somatic mutations (encoding p.Arg206His, p.Arg258Gly, p.Gly328Glu, p.Gly328Val, p.Gly328Trp and p.Gly356Asp substitutions) have not been reported previously in cancer but are identical to mutations found in the germ line of individuals with the congenital childhood developmental disorder fibrodysplasia ossificans progressiva (FOP)2 and have been shown to constitutively activate the BMP–TGF-β signaling pathway. These mutations represent new targets for therapeutic intervention in this otherwise incurable disease.

We report a SARS-CoV-2 lineage that shares N501Y, P681H, and other mutations with known variants of concern, such as B.1.1.7. This lineage, which we refer to as B.1.x (COG-UK sometimes references similar samples as B.1.324.1), is present in at least 20 states across the USA and in at least six countries. However, a large deletion causes the sequence to be automatically rejected from repositories, suggesting that the frequency of this new lineage is underestimated using public data. Recent dynamics based on 339 samples obtained in Santa Cruz County, CA, USA suggest that B.1.x may be increasing in frequency at a rate similar to that of B.1.1.7 in Southern California. At present the functional differences between this variant B.1.x and other circulating SARS-CoV-2 variants are unknown, and further studies on secondary attack rates, viral loads, immune evasion and/or disease severity are needed to determine if it poses a public health concern. Nonetheless, given what is known from well-studied circulating variants of concern, it seems unlikely that the lineage could pose larger concerns for human health than many already globally distributed lineages. Our work highlights a need for rapid turnaround time from sequence generation to submission and improved sequence quality control that removes submission bias. We identify promising paths toward this goal.

Abstract Pediatric brain tumors are the leading cause of cancer-related death in children in the United States and contribute a disproportionate number of potential years of life lost compared to adult cancers. Moreover, survivors frequently suffer long-term side effects, including secondary cancers. The Children’s Brain Tumor Network (CBTN) is a multi-institutional international clinical research consortium created to advance therapeutic development through the collection and rapid distribution of biospecimens and data via open-science research platforms for real-time access and use by the global research community. The CBTN’s 32 member institutions utilize a shared regulatory governance architecture at the Children’s Hospital of Philadelphia to accelerate and maximize the use of biospecimens and data. As of August 2022, CBTN has enrolled over 4,700 subjects, over 1,500 parents, and collected over 65,000 biospecimen aliquots for research. Additionally, over 80 preclinical models have been developed from collected tumors. Multi-omic data for over 1,000 tumors and germline material is currently available with data generation for > 5,000 samples underway. To our knowledge, CBTN provides the largest open-access pediatric brain tumor multi-omic dataset annotated with longitudinal clinical and outcome data, imaging, associated biospecimens, child-parent genomic pedigrees, and in vivo and in vitro preclinical models. Empowered by NIH-supported platforms such as the Kids First Data Resource and the Childhood Cancer Data Initiative, the CBTN continues to expand the resources needed for scientists to accelerate translational impact for improved outcomes and quality of life for children with brain and spinal cord tumors.

Abstract Novel treatment approaches are urgently needed for pediatric central nervous system (CNS) tumors as they are the leading cause of cancer-related deaths in children. A lack of research materials impedes progress towards developing such therapies. Although various brain cancer biobanks exist, these rarely store viable patient-derived tissue and cells for live cell analyses, including cell fate assays and testing for drug sensitivities. We propose that a biorepository of viable cell dissociates and tissue broadly representing CNS tumor entities overcomes these limitations. From a combination of molecular diagnoses and histopathologic assessment of over 120 samples collected, we generated a biorepository of roughly 35 distinct entities of pediatric CNS tumors in our Stanford neuro-bioprocessing cohort. Based on the Central Brain Tumor Registry of the United States, the proportion of subtypes represented in our cohort match that of the general population with exceptions. We established a standardized bioprocessing pipeline that can be used as a template for tissue collection and model development in the broader disease context and for multiple downstream applications. Our emphasis on cryostorage of viable cells and tissue facilitates ad hoc live cell analyses. In addition to gaining a better understanding of tumor pathophysiology, we attempted a rapid bed-to-bench-to-bedside approach using comparative RNA expression profile analyses in an individual patient’s pilocytic astrocytoma. Novel drug targets were identified by analyzing RNA transcripts that are highly expressed (outliers) compared with a compendium of 12,747 brain and non-brain tumor samples. We validated outliers as drug targets using acute cell isolates, and identified a novel target in recurrent low-grade glioma. These studies illustrate that biobanking of viable patient-derived material enables developing personalized therapies with the goal of improving patient outcomes. As demonstrated here, patient-derived acute cell isolates facilitate identifying drug vulnerability, creating an opportunity for more personalized treatment of patients with CNS tumors.

Histomorphology and current grading schemes are unable to predict glioma relapse and malignant tumor progression. We reported that the IDH-mutant associated Glioma-CpG Island Methylator Phenotype (G-CIMP) can be further divided into two clinically distinct subtypes independent of histopathological grading (G-CIMP-high and -low) with evidence of correlation with tumor progression. Here we performed a comprehensive epigenomic analysis of 74 longitudinally collected glioma samples (grade II-IV) to understand malignant recurrence from G-CIMP-high to G-CIMP-low. G-CIMP-low recurrence appeared in 12% of all gliomas and resemble IDH-wildtype primary glioblastoma. G-CIMP-low recurrence can be characterized by distinct epigenetic changes at candidate functional tissue enhancers with AP-1/SOX binding elements, stem cell-like epigenomic phenotype, and genomic instability. Finally, we defined a set of candidate biomarker signatures that predict recurrence of G-CIMP-low with clinically relevance on patient outcomes. Our study provides opportunity for refined clinical trial designs and therapeutic targets that limit progression to more aggressive G-CIMP-low phenotype.

Accelerating cures for children with cancer remains an immediate challenge due to extensive oncogenic heterogeneity between and within histologies, distinct molecular mechanisms evolving between diagnosis and relapsed disease, and limited therapeutic options. To systematically prioritize and rationally test novel agents in preclinical murine models, researchers within the Pediatric Preclinical Testing Consortium are continuously developing patient-derived xenografts (PDXs) from high-risk childhood cancers, many refractory to current standard-of-care treatments. Here, we genomically characterize 261 PDX models from 29 unique pediatric cancer malignancies and demonstrate faithful recapitulation of histologies, subtypes, and refine our understanding of relapsed disease. Expression and mutational signatures are used to classify tumors for TP53 and NF1 inactivation, as well as impaired DNA repair. We anticipate that these data will serve as a resource for pediatric oncology drug development and guide rational clinical trial design for children with cancer.Highlights