Accurate pathological diagnosis is crucial for optimal management of patients with cancer. For the approximately 100 known tumour types of the central nervous system, standardization of the diagnostic process has been shown to be particularly challenging-with substantial inter-observer variability in the histopathological diagnosis of many tumour types. Here we present a comprehensive approach for the DNA methylation-based classification of central nervous system tumours across all entities and age groups, and demonstrate its application in a routine diagnostic setting. We show that the availability of this method may have a substantial impact on diagnostic precision compared to standard methods, resulting in a change of diagnosis in up to 12% of prospective cases. For broader accessibility, we have designed a free online classifier tool, the use of which does not require any additional onsite data processing. Our results provide a blueprint for the generation of machine-learning-based tumour classifiers across other cancer entities, with the potential to fundamentally transform tumour pathology.

Somatic mutations in the IDH1 gene encoding cytosolic NADP+-dependent isocitrate dehydrogenase have been shown in the majority of astrocytomas, oligodendrogliomas and oligoastrocytomas of WHO grades II and III. IDH2 encoding mitochondrial NADP+-dependent isocitrate dehydrogenase is also mutated in these tumors, albeit at much lower frequencies. Preliminary data suggest an importance of IDH1 mutation for prognosis showing that patients with anaplastic astrocytomas, oligodendrogliomas and oligoastrocytomas harboring IDH1 mutations seem to fare much better than patients without this mutation in their tumors. To determine mutation types and their frequencies, we examined 1,010 diffuse gliomas. We detected 716 IDH1 mutations and 31 IDH2 mutations. We found 165 IDH1 (72.7%) and 2 IDH2 mutations (0.9%) in 227 diffuse astrocytomas WHO grade II, 146 IDH1 (64.0%) and 2 IDH2 mutations (0.9%) in 228 anaplastic astrocytomas WHO grade III, 105 IDH1 (82.0%) and 6 IDH2 mutations (4.7%) in 128 oligodendrogliomas WHO grade II, 121 IDH1 (69.5%) and 9 IDH2 mutations (5.2%) in 174 anaplastic oligodendrogliomas WHO grade III, 62 IDH1 (81.6%) and 1 IDH2 mutations (1.3%) in 76 oligoastrocytomas WHO grade II and 117 IDH1 (66.1%) and 11 IDH2 mutations (6.2%) in 177 anaplastic oligoastrocytomas WHO grade III. We report on an inverse association of IDH1 and IDH2 mutations in these gliomas and a non-random distribution of the mutation types within the tumor entities. IDH1 mutations of the R132C type are strongly associated with astrocytoma, while IDH2 mutations predominantly occur in oligodendroglial tumors. In addition, patients with anaplastic glioma harboring IDH1 mutations were on average 6 years younger than those without these alterations.

Primitive neuroectodermal tumors of the central nervous system (CNS-PNETs) are highly aggressive, poorly differentiated embryonal tumors occurring predominantly in young children but also affecting adolescents and adults. Herein, we demonstrate that a significant proportion of institutionally diagnosed CNS-PNETs display molecular profiles indistinguishable from those of various other well-defined CNS tumor entities, facilitating diagnosis and appropriate therapy for patients with these tumors. From the remaining fraction of CNS-PNETs, we identify four new CNS tumor entities, each associated with a recurrent genetic alteration and distinct histopathological and clinical features. These new molecular entities, designated “CNS neuroblastoma with FOXR2 activation (CNS NB-FOXR2),” “CNS Ewing sarcoma family tumor with CIC alteration (CNS EFT-CIC),” “CNS high-grade neuroepithelial tumor with MN1 alteration (CNS HGNET-MN1),” and “CNS high-grade neuroepithelial tumor with BCOR alteration (CNS HGNET-BCOR),” will enable meaningful clinical trials and the development of therapeutic strategies for patients affected by poorly differentiated CNS tumors.

Suicide has a high prevalence in patients with schizophrenia and affective disorder. Our recent postmortem study [Steiner J, Mawrin C, Ziegeler A, Bielau H, Ullrich O, Bernstein HG, Bogerts B. Distribution of HLA-DR-positive microglia in schizophrenia reflects impaired cerebral lateralization. Acta Neuropathologica (Berl) 2006;112:305–16.] revealed increased microglial densities in two schizophrenic patients who had committed suicide. Therefore, the hypothesis of microglial activation during acute psychosis was proposed. Alternatively, “suicide” could be a diagnosis-independent factor leading to microgliosis. To clarify this question, microglial HLA-DR expression was analyzed by immunohistochemistry in the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC), anterior cingulate cortex (ACC), mediodorsal thalamus (MD) and hippocampus of 16 schizophrenics, 14 depressed patients with affective disorder and 10 matched controls. A subgroup of six schizophrenics and seven patients with affective disorder who committed suicide was included. ANOVA revealed no effect of diagnosis on microglial density (DLPFC: P = 0.469; ACC: P = 0.349; MD: P = 0.569; hippocampus: P = 0.497). However, significant microgliosis was observed in the DLPFC (P = 0.004), ACC (P = 0.012) and MD (P = 0.004) of suicide patients. A similar trend was seen in the hippocampus (P = 0.057). In conclusion, immunological factors may play a hitherto underestimated role in suicide. First, microglial activation might be interpreted as a consequence of presuicidal stress. Second, one might speculate a causal link between microglial activation and suicidal behaviour, such as neuroendocrine factors, cytokines, and nitric oxide, which are released from microglial cells and are known to modulate noradrenergic or serotonergic neurotransmission and thus may trigger suicidality.

Background The WHO classification of brain tumours describes 15 subtypes of meningioma. Nine of these subtypes are allotted to WHO grade I, and three each to grade II and grade III. Grading is based solely on histology, with an absence of molecular markers. Although the existing classification and grading approach is of prognostic value, it harbours shortcomings such as ill-defined parameters for subtypes and grading criteria prone to arbitrary judgment. In this study, we aimed for a comprehensive characterisation of the entire molecular genetic landscape of meningioma to identify biologically and clinically relevant subgroups. Methods In this multicentre, retrospective analysis, we investigated genome-wide DNA methylation patterns of meningiomas from ten European academic neuro-oncology centres to identify distinct methylation classes of meningiomas. The methylation classes were further characterised by DNA copy number analysis, mutational profiling, and RNA sequencing. Methylation classes were analysed for progression-free survival outcomes by the Kaplan-Meier method. The DNA methylation-based and WHO classification schema were compared using the Brier prediction score, analysed in an independent cohort with WHO grading, progression-free survival, and disease-specific survival data available, collected at the Medical University Vienna (Vienna, Austria), assessing methylation patterns with an alternative methylation chip. Findings We retrospectively collected 497 meningiomas along with 309 samples of other extra-axial skull tumours that might histologically mimic meningioma variants. Unsupervised clustering of DNA methylation data clearly segregated all meningiomas from other skull tumours. We generated genome-wide DNA methylation profiles from all 497 meningioma samples. DNA methylation profiling distinguished six distinct clinically relevant methylation classes associated with typical mutational, cytogenetic, and gene expression patterns. Compared with WHO grading, classification by individual and combined methylation classes more accurately identifies patients at high risk of disease progression in tumours with WHO grade I histology, and patients at lower risk of recurrence among WHO grade II tumours (p=0·0096) from the Brier prediction test). We validated this finding in our independent cohort of 140 patients with meningioma. Interpretation DNA methylation-based meningioma classification captures clinically more homogenous groups and has a higher power for predicting tumour recurrence and prognosis than the WHO classification. The approach presented here is potentially very useful for stratifying meningioma patients to observation-only or adjuvant treatment groups. We consider methylation-based tumour classification highly relevant for the future diagnosis and treatment of meningioma. Funding German Cancer Aid, Else Kröner-Fresenius Foundation, and DKFZ/Heidelberg Institute of Personalized Oncology/Precision Oncology Program.

Immune dysfunction, including monocytosis and increased blood levels of interleukin-1, interleukin-6 and tumour necrosis factor α has been observed during acute episodes of major depression. These peripheral immune processes may be accompanied by microglial activation in subregions of the anterior cingulate cortex where depression-associated alterations of glutamatergic neurotransmission have been described. Microglial immunoreactivity of the N-methyl-D-aspartate (NMDA) glutamate receptor agonist quinolinic acid (QUIN) in the subgenual anterior cingulate cortex (sACC), anterior midcingulate cortex (aMCC) and pregenual anterior cingulate cortex (pACC) of 12 acutely depressed suicidal patients (major depressive disorder/MDD, n = 7; bipolar disorder/BD, n = 5) was analyzed using immunohistochemistry and compared with its expression in 10 healthy control subjects. Depressed patients had a significantly increased density of QUIN-positive cells in the sACC (P = 0.003) and the aMCC (P = 0.015) compared to controls. In contrast, counts of QUIN-positive cells in the pACC did not differ between the groups (P = 0.558). Post-hoc tests showed that significant findings were attributed to MDD and were absent in BD. These results add a novel link to the immune hypothesis of depression by providing evidence for an upregulation of microglial QUIN in brain regions known to be responsive to infusion of NMDA antagonists such as ketamine. Further work in this area could lead to a greater understanding of the pathophysiology of depressive disorders and pave the way for novel NMDA receptor therapies or immune-modulating strategies.

Summary

 Endocannabinoids are released after brain injury and believed to attenuate neuronal damage by binding to CB₁ receptors and protecting against excitotoxicity. Such excitotoxic brain lesions initially result in primary destruction of brain parenchyma, which attracts macrophages and microglia. These inflammatory cells release toxic cytokines and free radicals, resulting in secondary neuronal damage. In this study, we show that the endocannabinoid system is highly activated during CNS inflammation and that the endocannabinoid anandamide (AEA) protects neurons from inflammatory damage by CB_1/2 receptor-mediated rapid induction of mitogen-activated protein kinase phosphatase-1 (MKP-1) in microglial cells associated with histone H3 phoshorylation of the mkp-1 gene sequence. As a result, AEA-induced rapid MKP-1 expression switches off MAPK signal transduction in microglial cells activated by stimulation of pattern recognition receptors. The release of AEA in injured CNS tissue might therefore represent a new mechanism of neuro-immune communication during CNS injury, which controls and limits immune response after primary CNS damage.

Abstract Meningiomas are the most common intracranial tumors. Yet, only few controlled clinical trials have been conducted to guide clinical decision making, resulting in variations of management approaches across countries and centers. However, recent advances in molecular genetics and clinical trial results help to refine the diagnostic and therapeutic approach to meningioma. Accordingly, the European Association of Neuro-Oncology (EANO) updated its recommendations for the diagnosis and treatment of meningiomas. A provisional diagnosis of meningioma is typically made by neuroimaging, mostly magnetic resonance imaging. Such provisional diagnoses may be made incidentally. Accordingly, a significant proportion of meningiomas, notably in patients that are asymptomatic or elderly or both, may be managed by a watch-and-scan strategy. A surgical intervention with tissue, commonly with the goal of gross total resection, is required for the definitive diagnosis according to the WHO classification. A role for molecular profiling including gene panel sequencing and genomic methylation profiling is emerging. A gross total surgical resection including the involved dura is often curative. Inoperable or recurrent tumors requiring treatment can be treated with radiosurgery, if the size or the vicinity of critical structures allows that, or with fractionated radiotherapy (RT). Treatment concepts combining surgery and radiosurgery or fractionated RT are increasingly used, although there remain controversies regard timing, type, and dosing of the various RT approaches. Radionuclide therapy targeting somatostatin receptors is an experimental approach, as are all approaches of systemic pharmacotherapy. The best albeit modest results with pharmacotherapy have been obtained with bevacizumab or multikinase inhibitors targeting vascular endothelial growth factor receptor, but no standard of care systemic treatment has been yet defined.