Abstract Infant high-grade gliomas appear clinically distinct from their counterparts in older children, indicating that histopathologic grading may not accurately reflect the biology of these tumors. We have collected 241 cases under 4 years of age, and carried out histologic review, methylation profiling, and custom panel, genome, or exome sequencing. After excluding tumors representing other established entities or subgroups, we identified 130 cases to be part of an “intrinsic” spectrum of disease specific to the infant population. These included those with targetable MAPK alterations, and a large proportion of remaining cases harboring gene fusions targeting ALK (n = 31), NTRK1/2/3 (n = 21), ROS1 (n = 9), and MET (n = 4) as their driving alterations, with evidence of efficacy of targeted agents in the clinic. These data strongly support the concept that infant gliomas require a change in diagnostic practice and management. Significance: Infant high-grade gliomas in the cerebral hemispheres comprise novel subgroups, with a prevalence of ALK, NTRK1/2/3, ROS1, or MET gene fusions. Kinase fusion–positive tumors have better outcome and respond to targeted therapy clinically. Other subgroups have poor outcome, with fusion-negative cases possibly representing an epigenetically driven pluripotent stem cell phenotype. See related video: https://vimeo.com/438254885 See related commentary by Szulzewsky and Cimino, p. 904. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 890

ABSTRACT Paediatric high grade glioma and diffuse midline glioma (including DIPG) are comprised of multiple biological and clinical subgroups, the majority of which urgently require novel therapies. Patient-derived in vitro primary cell cultures represent potentially useful tools for mechanistic and preclinical investigation based upon their retention of key features of tumour subgroups under experimental conditions amenable to high-throughput approaches. We present 17 novel primary cultures derived from patients in London, Dublin and Belfast, and together with cultures established or shared from Barcelona, Brisbane, Rome and Stanford, assembled a panel of 52 models under 2D (laminin matrix) and/or 3D (neurospheres) conditions, fully credentialed by phenotypic and molecular comparison to the original tumour sample (methylation BeadArray, panel/exome sequencing, RNAseq). In screening a subset of these against a panel of ~400 approved chemotherapeutics and small molecules, we identified specific dependencies associated with tumour subgroups and/or specific molecular markers. These included MYCN -amplified cells and ATM/DNA-PK inhibitors, and DIPGs with PPM1D activating truncating mutations and inhibitors of MDM2 or PARP1. Specific mutations in PDGFRA were found to confer sensitivity to a range of RTK inhibitors, though not all such mutations conferred sensitivity to targeted agents. Notably, dual PDGFRA/FGFR and downstream pathway MEK inhibitors showed profound effects against both PDGFRA-sensitising mutant and FGFR1-dependent non-brainstem pHGG and DIPG. In total, 85% cells were found to have at least one drug screening hit in short term assays linked to the underlying biology of the patient’s tumour, providing a rational approach for individualised clinical translation.

Abstract BACKGROUND Histone mutations (H3 K27M, H3 G34R/V) define subtypes of paediatric-type diffuse high-grade gliomas (HGG) (diffuse midline glioma (DMG), H3 K27-altered, diffuse hemispheric glioma (DHG), H3 G34-mutant). The WHO classification recognises exceptional cases where these mutations co-occur. We report one such case of a 2-year-old female presenting with neurological symptoms and lethargy. METHODS MRI imaging identified a brainstem lesion; a stereotactic needle biopsy was undertaken, followed by standard diagnostic neuropathology workflows including histology review, panel immunohistochemistry, DNA methylation profiling (Illumina EPIC BeadArrays, brain tumour classifier (MNP v12.5 R package)) and WES/WGS. Patient-derived in vitro cell cultures were established allowing further characterisation using RNAseq and chromatin immunoprecipitation assays with sequencing (ChIP-seq). RESULTS Histology showed diffusely infiltrating pleomorphic astrocytes, multinucleated cells, and conspicuous mitotic activity; the diagnosis was DMG, H3 K27-altered (immunohistochemistry: H3K27me3 loss, H3K27M positivity). DNA methylation profiling classified the tumour as ‘DMG, H3 K27-altered’ (calibrated score=0.99). WES/WGS revealed concurrent H3.1 K27M and G34R mutations (clonal, in the same reads) of HIST1H3C (H3C3), somatic variants in FGF11 and PIK3CA, and a pathogenic germline NBN variant. The RNAseq profile of the primary tumour and cell cultures clustered with H3 K27M-mutant tumours. Unbiased in vitro drug screening showed no selective sensitivities. ChIP-seq (H3K27ac, H3K27me3, H3K36me3, RNApol2 marks) showed features in keeping with DMG H3 K27M-mutant tumours (H3K27ac loci including OLIG2, IRX1/2, PKDCC). The patient was treated with adjuvant radiotherapy and everolimus, but progressed and passed away 13 months post-diagnosis. CONCLUSION This case is an exceptionally rare, complex variant of histone-mutant paediatric HGG, and the first reported occurrence in HIST1H3C (H3C3). It illustrates that in cis, the H3.1 K27M mutation demonstrates a dominance over molecular and clinical profiles compared to G34R, and highlights the importance of broad molecular profiling to identify such examples for further study.