Aneuploidy, whole chromosome or chromosome arm imbalance, is a near-universal characteristic of human cancers. In 10,522 cancer genomes from The Cancer Genome Atlas, aneuploidy was correlated with TP53 mutation, somatic mutation rate, and expression of proliferation genes. Aneuploidy was anti-correlated with expression of immune signaling genes, due to decreased leukocyte infiltrates in high-aneuploidy samples. Chromosome arm-level alterations show cancer-specific patterns, including loss of chromosome arm 3p in squamous cancers. We applied genome engineering to delete 3p in lung cells, causing decreased proliferation rescued in part by chromosome 3 duplication. This study defines genomic and phenotypic correlates of cancer aneuploidy and provides an experimental approach to study chromosome arm aneuploidy.

Summary

 DNA damage repair (DDR) pathways modulate cancer risk, progression, and therapeutic response. We systematically analyzed somatic alterations to provide a comprehensive view of DDR deficiency across 33 cancer types. Mutations with accompanying loss of heterozygosity were observed in over 1/3 of DDR genes, including TP53 and BRCA1/2. Other prevalent alterations included epigenetic silencing of the direct repair genes EXO5, MGMT, and ALKBH3 in ∼20% of samples. Homologous recombination deficiency (HRD) was present at varying frequency in many cancer types, most notably ovarian cancer. However, in contrast to ovarian cancer, HRD was associated with worse outcomes in several other cancers. Protein structure-based analyses allowed us to predict functional consequences of rare, recurrent DDR mutations. A new machine-learning-based classifier developed from gene expression data allowed us to identify alterations that phenocopy deleterious TP53 mutations. These frequent DDR gene alterations in many human cancers have functional consequences that may determine cancer progression and guide therapy.

We conducted the largest investigation of predisposition variants in cancer to date, discovering 853 pathogenic or likely pathogenic variants in 8% of 10,389 cases from 33 cancer types. Twenty-one genes showed single or cross-cancer associations, including novel associations of SDHA in melanoma and PALB2 in stomach adenocarcinoma. The 659 predisposition variants and 18 additional large deletions in tumor suppressors, including ATM, BRCA1, and NF1, showed low gene expression and frequent (43%) loss of heterozygosity or biallelic two-hit events. We also discovered 33 such variants in oncogenes, including missenses in MET, RET, and PTPN11 associated with high gene expression. We nominated 47 additional predisposition variants from prioritized VUSs supported by multiple evidences involving case-control frequency, loss of heterozygosity, expression effect, and co-localization with mutations and modified residues. Our integrative approach links rare predisposition variants to functional consequences, informing future guidelines of variant classification and germline genetic testing in cancer.

We analyzed molecular data on 2,579 tumors from The Cancer Genome Atlas (TCGA) of four gynecological types plus breast. Our aims were to identify shared and unique molecular features, clinically significant subtypes, and potential therapeutic targets. We found 61 somatic copy-number alterations (SCNAs) and 46 significantly mutated genes (SMGs). Eleven SCNAs and 11 SMGs had not been identified in previous TCGA studies of the individual tumor types. We found functionally significant estrogen receptor-regulated long non-coding RNAs (lncRNAs) and gene/lncRNA interaction networks. Pathway analysis identified subtypes with high leukocyte infiltration, raising potential implications for immunotherapy. Using 16 key molecular features, we identified five prognostic subtypes and developed a decision tree that classified patients into the subtypes based on just six features that are assessable in clinical laboratories.

This integrated, multiplatform PanCancer Atlas study co-mapped and identified distinguishing molecular features of squamous cell carcinomas (SCCs) from five sites associated with smoking and/or human papillomavirus (HPV). SCCs harbor 3q, 5p, and other recurrent chromosomal copy-number alterations (CNAs), DNA mutations, and/or aberrant methylation of genes and microRNAs, which are correlated with the expression of multi-gene programs linked to squamous cell stemness, epithelial-to-mesenchymal differentiation, growth, genomic integrity, oxidative damage, death, and inflammation. Low-CNA SCCs tended to be HPV(+) and display hypermethylation with repression of TET1 demethylase and FANCF, previously linked to predisposition to SCC, or harbor mutations affecting CASP8, RAS-MAPK pathways, chromatin modifiers, and immunoregulatory molecules. We uncovered hypomethylation of the alternative promoter that drives expression of the ΔNp63 oncogene and embedded miR944. Co-expression of immune checkpoint, T-regulatory, and Myeloid suppressor cells signatures may explain reduced efficacy of immune therapy. These findings support possibilities for molecular classification and therapeutic approaches.

Abstract Background Malignant astrocytic gliomas in children show a remarkable biological and clinical diversity. Small in-frame insertions or missense mutations in the EGFR gene have recently been identified in a distinct subset of pediatric bithalamic gliomas with a unique DNA methylation pattern. Methods Here, we investigated an epigenetically homogeneous cohort of malignant gliomas (n=58) distinct from other subtypes and enriched for pediatric cases and thalamic location, in order to elucidate the overlap with this recently identified subtype of pediatric bithalamic gliomas. Results EGFR gene amplification was detected in 16/58 (27%) tumors, and missense mutations or small in-frame insertions in EGFR were found in 20/30 tumors with available sequencing data (67%; five of them co-occurring with EGFR amplification). Additionally, eight of the 30 tumors (27%) harbored an H3.1 or H3.3 K27M mutation (six of them with a concomitant EGFR alteration). All tumors tested showed loss of H3K27me3 staining, with evidence of EZHIP overexpression in the H3 wildtype cases. Although some tumors indeed showed a bithalamic growth pattern, a significant proportion of tumors occurred in the unilateral thalamus or in other (predominantly midline) locations. Conclusions Our findings present a distinct molecular class of pediatric malignant gliomas largely overlapping with the recently reported bithalamic gliomas characterized by EGFR alteration, but additionally showing a broader spectrum of EGFR alterations and tumor localization. Global H3K27me3 loss in this group appears to be mediated by either H3 K27 mutation or EZHIP overexpression. EGFR inhibition may represent a potential therapeutic strategy in these highly aggressive gliomas. Key points This study confirms a distinct new subset of pediatric diffuse midline glioma with H3K27me3 loss, with or without H3 K27 mutation The poor outcome of these tumors is in line with the broader family of pediatric diffuse midline gliomas with H3 K27 mutation or EZHIP overexpression Frequent EGFR alterations in these tumors may represent a therapeutic target in this subset Importance of the Study Malignant astrocytic gliomas in children show a remarkable biological and clinical diversity. Here, we highlight a distinct molecular class of pediatric malignant gliomas characterized by EGFR alteration and global H3K27me3 loss that appears to be mediated by either H3 K27 mutation or EZHIP overexpression. EGFR inhibition may represent a potential therapeutic strategy in these highly aggressive gliomas.

Abstract Ependymomas encompass a heterogeneous group of central nervous system (CNS) neoplasms that occur along the entire neuroaxis. In recent years, extensive (epi-)genomic profiling efforts have identified several molecular groups of ependymoma that are characterized by distinct molecular alterations and/or patterns. Based on unsupervised visualization of a large cohort of genome-wide DNA methylation data, we identified a highly distinct group of pediatric-type tumors (n = 40) forming a cluster separate from all established CNS tumor types, of which a high proportion were histopathologically diagnosed as ependymoma. RNA sequencing revealed recurrent fusions involving the pleomorphic adenoma gene-like 1 ( PLAGL1 ) gene in 19 of 20 of the samples analyzed, with the most common fusion being EWSR1:PLAGL1 (n = 13). Five tumors showed a PLAGL1:FOXO1 fusion and one a PLAGL1:EP300 fusion. High transcript levels of PLAGL1 were noted in these tumors, with concurrent overexpression of the imprinted genes H19 and IGF2 , which are regulated by PLAGL1. Histopathological review of cases with sufficient material (n = 16) demonstrated a broad morphological spectrum of largely ependymoma-like tumors. Immunohistochemically, tumors were GFAP-positive and OLIG2- and SOX10-negative. In 3/16 of the cases, a dot-like positivity for EMA was detected. Consistent with other fusion-positive ependymal groups, all tumors in our series were located in the supratentorial compartment. Median age of the patients at the time of diagnosis was 6.2 years. Analysis of time to progression or recurrence revealed survival times comparable to those of patients with ZFTA:RELA -fused ependymoma. In summary, our findings suggest the existence of a novel group of supratentorial ependymomas that are characterized by recurrent PLAGL1 fusions and enriched for pediatric patients.

Abstract BACKGROUND Late events after radiation therapy for primary brain tumors consist of secondary malignant neoplasms (SMN) and tumor recurrences. The incidence and biology of late events are not very well described. Therefore, we aimed to identify late events in our institutional cohort and describe their biology. METHODS A retrospective chart review of all irradiated pediatric brain tumor patients treated between 2000 and 2015 at our institution was performed to obtain demographics and clinical data of late events. Late events were defined as intracranial intraaxial SMN or tumor recurrence occurring later than 3 years after radiation therapy. A whole-genome methylation array was employed to identify the methylation class of the late event. RESULTS In the observed period, 267 patients received some form of cranial radiotherapy for primary brain tumor; high-grade glioma (HGG, n=66), medulloblastoma (n=74), ependymoma (n=50), germ-cell tumors (GCT, n=22), low-grade glioma (LGG, n=24), and other diagnoses (n=31). Out of the 174 patients who were alive and without an event after 3 years from the radiation therapy, 30 developed late events (16.8%), and 27 of them were histologically verified. Verified late events consisted of 8 SMNs (29.6%) and 19 primary tumor recurrences. SMNs were mainly radiation-induced gliomas (RIG, n=7) and one atypical teratoid/rhabdoid tumor (ATRT) after craniopharyngioma. All RIG tumors clustered with the “pediatricHGG_RTK1” methylation class. Tumor recurrences consisted of medulloblastomas (Group 4 and Wnt), ependymomas (PFA and ST_ZFTA), GCTs, gliomas (one NF1-associated HGG, one H3-altered thalamic glioma, one diffuse astrocytoma with BRAF-V600E mutation), and craniopharyngiomas. The overall survival rate 5 years after a late event was 39.7%, with a worse survival rate for SMN patients (14.3%) compared to those with recurrences (44.9%) (p=0.05). CONCLUSIONS Late events affected 16.8% of long-term survivors. Strikingly, SMNs represented almost 30% of late events and were associated with a very poor prognosis.

Abstract BACKGROUND The etiology of pediatric cancer remains largely unclear, with only a small proportion of patients (8-10%) harboring cancer predisposition syndromes (CPS). However, prospective studies evaluating CPS in pediatric neuro-oncology patients are scarce. We aimed to investigate the incidence and spectrum of CPS in this patient population. METHODS Newly diagnosed pediatric brain tumor patients from 2020 to 2023 were consented, and their germline DNA was sequenced using a DNA panel for next-generation sequencing (NGS) or whole-exome sequencing. Patients with previously known NF1, NF2, or TSC were excluded from the study. RESULTS A total of 164 consecutive patients from our center were enrolled over four years. Pathogenic germline variants (UV4 or UV5) were detected in 24 cases (14.6%). Half of these mutated genes are known to be associated with pediatric tumors. Examples include variants in TP53 (two patients with high-grade glioma), biallelic FANCD1 (medulloblastoma), SMARCE1 (meningioma), NF1 (high-grade glioma), NF2 (meningioma), MSH2 (medulloblastoma), and others. The second group of patients harbored pathogenic variants without confirmed associations with pediatric cancer, including heterozygous variants in MUTYH (n=3), FANC genes (n=2), NBN (n=2), PALB2, XPC, and pathogenic variants in WRN or CHEK2 (n=3). In addition to pathogenic variants in CHEK2, variants of uncertain significance, such as c.470T>C, were also identified (total n=8). The majority of patients with a CHEK2 variant were diagnosed with glial tumors. Notably, 8.3% of patients with pediatric low-grade gliomas (LGG) from our cohort harbored a CHEK2 germline variant. CONCLUSIONS The incidence of CPS in our cohort (14.6%) is higher than what is reported in studies evaluating all pediatric cancer patients. This percentage might be underestimated due to the exclusion of known phacomatoses. The role of some variants, including those in CHEK2, warrants further investigation. This study was supported by the Ministry of Health of the Czech Republic, grant number NU21-07-00419.

In the clinical management of pediatric solid tumors, histological examination of tumor tissue obtained by a biopsy remains the gold standard to establish a conclusive pathological diagnosis. The DNA methylation pattern of a tumor is known to correlate with the histopathological diagnosis across cancer types and is showing promise in the diagnostic workup of tumor samples. This methylation pattern can be detected in the cell-free DNA. Here, we provide proof-of-concept of histopathologic classification of pediatric tumors using cell-free reduced representation bisulfite sequencing (cf-RRBS) from retrospectively collected plasma and cerebrospinal fluid samples. We determined the correct tumor type in 49 out of 60 (81.6%) samples starting from minute amounts (less than 10 ng) of cell-free DNA. We demonstrate that the majority of misclassifications were associated with sample quality and not with the extent of disease. Our approach has the potential to help tackle some of the remaining diagnostic challenges in pediatric oncology in a cost-effective and minimally invasive manner.Translational relevance Obtaining a correct diagnosis in pediatric oncology can be challenging in some tumor types, especially in renal tumors or central nervous system tumors. Furthermore, the diagnostic odyssey can result in anxiety and discomfort for these children. By applying a novel technique, reduced representation bisulfite sequencing on cell-free DNA (cf-RRBS), we show the feasibility of obtaining the histopathological diagnosis with a minimally invasive test on either plasma or cerebrospinal fluid. Furthermore, we were able to derive the copy number profile or tumor subtype from the same assay. Given that primary tumor material might be difficult to obtain, in particular in critically ill children or depending on the tumor location, and might be limited in terms of quantity or quality, our assay could become complementary to the classical tissue biopsy in difficult cases.