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.

Breast cancers in BRCA1 mutation carriers frequently have a distinctive basal-like phenotype. It has been suggested that this results from an origin in basal breast epithelial stem cells. Here, we demonstrate that deleting Brca1 in mouse mammary epithelial luminal progenitors produces tumors that phenocopy human BRCA1 breast cancers. They also resemble the majority of sporadic basal-like breast tumors. However, directing Brca1 deficiency to basal cells generates tumors that express molecular markers of basal breast cancers but do not histologically resemble either human BRCA1 or the majority of sporadic basal-like breast tumors. These findings support a derivation of the majority of human BRCA1-associated and sporadic basal-like tumors from luminal progenitors rather than from basal stem cells. They also demonstrate that when target cells for transformation have the potential for phenotypic plasticity, tumor phenotypes may not directly reflect histogenesis. This has important implications for cancer prevention strategies.

Amplification of fibroblast growth factor receptor 1 (FGFR1) occurs in approximately 10% of breast cancers and is associated with poor prognosis. However, it is uncertain whether overexpression of FGFR1 is causally linked to the poor prognosis of amplified cancers. Here, we show that FGFR1 overexpression is robustly associated with FGFR1 amplification in two independent series of breast cancers. Breast cancer cell lines with FGFR1 overexpression and amplification show enhanced ligand-dependent signaling, with increased activation of the mitogen-activated protein kinase and phosphoinositide 3-kinase-AKT signaling pathways in response to FGF2, but also show basal ligand-independent signaling, and are dependent on FGFR signaling for anchorage-independent growth. FGFR1-amplified cell lines show resistance to 4-hydroxytamoxifen, which is reversed by small interfering RNA silencing of FGFR1, suggesting that FGFR1 overexpression also promotes endocrine therapy resistance. FGFR1 signaling suppresses progesterone receptor (PR) expression in vitro, and likewise, amplified cancers are frequently PR negative, identifying a potential biomarker for FGFR1 activity. Furthermore, we show that amplified cancers have a high proliferative rate assessed by Ki67 staining and that FGFR1 amplification is found in 16% to 27% of luminal B-type breast cancers. Our data suggest that amplification and overexpression of FGFR1 may be a major contributor to poor prognosis in luminal-type breast cancers, driving anchorage-independent proliferation and endocrine therapy resistance.

Cynthia Hawkins, Oren Becher and colleagues report the identification of recurrent mutations in ACVR1 in 20% of diffuse intrinsic pontine gliomas. Diffuse intrinsic pontine glioma (DIPG) is a fatal brain cancer that arises in the brainstem of children, with no effective treatment and near 100% fatality. The failure of most therapies can be attributed to the delicate location of these tumors and to the selection of therapies on the basis of assumptions that DIPGs are molecularly similar to adult disease. Recent studies have unraveled the unique genetic makeup of this brain cancer, with nearly 80% found to harbor a p.Lys27Met histone H3.3 or p.Lys27Met histone H3.1 alteration. However, DIPGs are still thought of as one disease, with limited understanding of the genetic drivers of these tumors. To understand what drives DIPGs, we integrated whole-genome sequencing with methylation, expression and copy number profiling, discovering that DIPGs comprise three molecularly distinct subgroups (H3-K27M, silent and MYCN) and uncovering a new recurrent activating mutation affecting the activin receptor gene ACVR1 in 20% of DIPGs. Mutations in ACVR1 were constitutively activating, leading to SMAD phosphorylation and increased expression of the downstream activin signaling targets ID1 and ID2. Our results highlight distinct molecular subgroups and novel therapeutic targets for this incurable pediatric cancer.

Diffuse intrinsic pontine glioma (DIPG) is the most severe paediatric solid tumour, with no significant therapeutic progress made in the past 50 years. Recent studies suggest that diffuse midline glioma, H3-K27M mutant, may comprise more than one biological entity. The aim of the study was to determine the clinical and biological variables that most impact their prognosis. Ninety-one patients with classically defined DIPG underwent a systematic stereotactic biopsy and were included in this observational retrospective study. Histone H3 genes mutations were assessed by immunochemistry and direct sequencing, whilst global gene expression profiling and chromosomal imbalances were determined by microarrays. A full description of the MRI findings at diagnosis and at relapse was integrated with the molecular profiling data and clinical outcome. All DIPG but one were found to harbour either a somatic H3-K27M mutation and/or loss of H3K27 trimethylation. We also discovered a novel K27M mutation in HIST2H3C, and a lysine-to-isoleucine substitution (K27I) in H3F3A, also creating a loss of trimethylation. Patients with tumours harbouring a K27M mutation in H3.3 (H3F3A) did not respond clinically to radiotherapy as well, relapsed significantly earlier and exhibited more metastatic recurrences than those in H3.1 (HIST1H3B/C). H3.3-K27M-mutated DIPG have a proneural/oligodendroglial phenotype and a pro-metastatic gene expression signature with PDGFRA activation, while H3.1-K27M-mutated tumours exhibit a mesenchymal/astrocytic phenotype and a pro-angiogenic/hypoxic signature supported by expression profiling and radiological findings. H3K27 alterations appear as the founding event in DIPG and the mutations in the two main histone H3 variants drive two distinct oncogenic programmes with potential specific therapeutic targets.

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.

Triple negative breast cancers (TNBCs) have a relatively poor prognosis and cannot be effectively treated with current targeted therapies. We searched for genes that have the potential to be therapeutic targets by identifying genes consistently overexpressed when amplified. Fifty-six TNBCs were subjected to high-resolution microarray-based comparative genomic hybridization (aCGH), of which 24 were subjected to genome-wide gene expression analysis. TNBCs were genetically heterogeneous; no individual focal amplification was present at high frequency, although 78.6% of TNBCs harboured at least one focal amplification. Integration of aCGH and expression data revealed 40 genes significantly overexpressed when amplified, including the known oncogenes and potential therapeutic targets, FGFR2 (10q26.3), BUB3 (10q26.3), RAB20 (13q34), PKN1 (19p13.12) and NOTCH3 (19p13.12). We identified two TNBC cell lines with FGFR2 amplification, which both had constitutive activation of FGFR2. Amplified cell lines were highly sensitive to FGFR inhibitor PD173074, and to RNAi silencing of FGFR2. Treatment with PD173074 induced apoptosis resulting partly from inhibition of PI3K-AKT signalling. Independent validation using publicly available aCGH data sets revealed FGFR2 gene was amplified in 4% (6/165) of TNBC, but not in other subtypes (0/214, P=0.0065). Our analysis demonstrates that TNBCs are heterogeneous tumours with amplifications of FGFR2 in a subgroup of tumours.

We have established by differential display polymerase chain reaction of mRNA that interleukin (IL)-18 is expressed by osteoblastic stromal cells. The stromal cell populations used for comparison differed in their ability to promote osteoclast-like multinucleated cell (OCL) formation. mRNA for IL-18 was found to be expressed in greater abundance in lines that were unable to support OCL formation than in supportive cells. Recombinant IL-18 was found to inhibit OCL formation in cocultures of osteoblasts and hemopoietic cells of spleen or bone marrow origin. IL-18 inhibited OCL formation in the presence of osteoclastogenic agents including 1α,25-dihydroxyvitamin D3, prostaglandin E2, parathyroid hormone, IL-1, and IL-11. The inhibitory effect of IL-18 was limited to the early phase of the cocultures, which coincides with proliferation of hemopoietic precursors. IL-18 has been reported to induce interferon-γ (IFN-γ) and granulocyte/macrophage colony-stimulating factor (GM–CSF) production in T cells, and both agents also inhibit OCL formation in vitro. Neutralizing antibodies to GM–CSF were able to rescue IL-18 inhibition of OCL formation, whereas neutralizing antibodies to IFN-γ did not. In cocultures with osteoblasts and spleen cells from IFN-γ receptor type II–deficient mice, IL-18 was found to inhibit OCL formation, indicating that IL-18 acted independently of IFN-γ production: IFN-γ had no effect in these cocultures. Additionally, in cocultures in which spleen cells were derived from receptor-deficient mice and osteoblasts were from wild-type mice and vice versa, we identified that the target cells for IFN-γ inhibition of OCL formation were the hemopoietic cells. The work provides evidence that IL-18 is expressed by osteoblasts and inhibits OCL formation via GM–CSF production and not via IFN-γ production.

BackgroundMicroarray expression profiling classifies breast cancer into five molecular subtypes: luminal A, luminal B, basal-like, HER2, and normal breast-like. Three microarray-based single sample predictors (SSPs) have been used to define molecular classification of individual samples. We aimed to establish agreement between these SSPs for identification of breast cancer molecular subtypes.MethodsPreviously described microarray-based SSPs were applied to one in-house (n=53) and three publicly available (n=779) breast cancer datasets. Agreement was analysed between SSPs for the whole classification system and for the five molecular subtypes individually in each cohort.FindingsFair-to-substantial agreement between every pair of SSPs in each cohort was recorded (κ=0·238–0·740). Of the five molecular subtypes, only basal-like cancers consistently showed almost-perfect agreement (κ>0·812). The proportion of cases classified as basal-like in each cohort was consistent irrespective of the SSP used; however, the proportion of each remaining molecular subtype varied substantially. Assignment of individual cases to luminal A, luminal B, HER2, and normal breast-like subtypes was dependent on the SSP used. The significance of associations with outcome of each molecular subtype, other than basal-like and luminal A, varied depending on SSP used. However, different SSPs produced broadly similar survival curves.InterpretationAlthough every SSP identifies molecular subtypes with similar survival, they do not reliably assign the same patients to the same molecular subtypes. For molecular subtype classification to be incorporated into routine clinical practice and treatment decision making, stringent standardisation of methodologies and definitions for identification of breast cancer molecular subtypes is needed.FundingBreakthrough Breast Cancer, Cancer Research UK.

Aberrant β-catenin expression as determined by assessment of its subcellular localization constitutes a surrogate marker of Wnt signalling pathway activation and has been reported in a subset of breast cancers. The association of β-catenin/Wnt pathway activation with clinical outcome and the mechanisms leading to its activation in breast cancers still remain a matter of controversy. The aims of this study were to address the distribution of β-catenin expression in invasive breast cancers, the correlations between β-catenin expression and clinicopathological features and survival of breast cancer patients, and to determine whether aberrant β-catenin expression is driven by CTNNB1 (β-catenin encoding gene) activating mutations. Immunohistochemistry was performed on a tissue microarray containing 245 invasive breast carcinomas from uniformly treated patients, using two anti-β-catenin monoclonal antibodies. Selected samples were subjected to CTNNB1 exon 3 mutation analysis by direct gene sequencing. A good correlation between the two β-catenin antibodies was observed (Spearman's r >0.62, P<0.001). Respectively, 31 and 11% of the cases displayed lack/reduction of β-catenin membranous expression and nuclear accumulation. Complete lack of β-catenin expression was significantly associated with invasive lobular carcinoma histological type. Subgroup analysis of non-lobular cancers or non-lobular grade 3 carcinomas revealed that lack/reduction of β-catenin membranous expression and/or nuclear accumulation were significantly associated with oestrogen receptor negativity, absence of HER2 gene amplification and overexpression, lack/reduction of E-cadherin expression and tumours of triple-negative and basal-like phenotype. Univariate survival analysis revealed a significant association between β-catenin nuclear expression and shorter metastasis-free and overall survival in the whole cohort; however, β-catenin nuclear expression was not an independent predictor of outcome in multivariate analysis. No CTNNB1 mutations were identified in the 28 selected breast carcinomas analysed. In conclusion, β-catenin/Wnt pathway activation is preferentially found in triple-negative/basal-like breast carcinomas, is associated with poor clinical outcome and is unlikely to be driven by CTNNB1 mutations in breast cancer.