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.

The importance of the tumor microenvironment in breast cancer has been increasingly recognized. Critical molecular changes in the tumor stroma accompanying cancer progression, however, remain largely unknown. We conducted a comparative analysis of global gene expression changes in the stromal and epithelial compartments during breast cancer progression from normal to preinvasive to invasive ductal carcinoma. We combined laser capture microdissection and gene expression microarrays to analyze 14 patient-matched normal epithelium, normal stroma, tumor epithelium and tumor-associated stroma specimens. Differential gene expression and gene ontology analyses were performed. Tumor-associated stroma undergoes extensive gene expression changes during cancer progression, to a similar extent as that seen in the malignant epithelium. Highly upregulated genes in the tumor-associated stroma include constituents of the extracellular matrix and matrix metalloproteases, and cell-cycle-related genes. Decreased expression of cytoplasmic ribosomal proteins and increased expression of mitochondrial ribosomal proteins were observed in both the tumor epithelium and the stroma. The transition from preinvasive to invasive growth was accompanied by increased expression of several matrix metalloproteases (MMP2, MMP11 and MMP14). Furthermore, as observed in malignant epithelium, a gene expression signature of histological tumor grade also exists in the stroma, with high-grade tumors associated with increased expression of genes involved in immune response. Our results suggest that the tumor microenvironment participates in tumorigenesis even before tumor cells invade into stroma, and that it may play important roles in the transition from preinvasive to invasive growth. The immune cells in the tumor stroma may be exploited by the malignant epithelial cells in high-grade tumors for aggressive invasive growth.

Low-grade neuroepithelial tumors (LGNTs) are diverse CNS tumors presenting in children and young adults, often with a history of epilepsy. While the genetic profiles of common LGNTs, such as the pilocytic astrocytoma and 'adult-type' diffuse gliomas, are largely established, those of uncommon LGNTs remain to be defined. In this study, we have used massively parallel sequencing and various targeted molecular genetic approaches to study alterations in 91 LGNTs, mostly from children but including young adult patients. These tumors comprise dysembryoplastic neuroepithelial tumors (DNETs; n = 22), diffuse oligodendroglial tumors (d-OTs; n = 20), diffuse astrocytomas (DAs; n = 17), angiocentric gliomas (n = 15), and gangliogliomas (n = 17). Most LGNTs (84 %) analyzed by whole-genome sequencing (WGS) were characterized by a single driver genetic alteration. Alterations of FGFR1 occurred frequently in LGNTs composed of oligodendrocyte-like cells, being present in 82 % of DNETs and 40 % of d-OTs. In contrast, a MYB-QKI fusion characterized almost all angiocentric gliomas (87 %), and MYB fusion genes were the most common genetic alteration in DAs (41 %). A BRAF:p.V600E mutation was present in 35 % of gangliogliomas and 18 % of DAs. Pathogenic alterations in FGFR1/2/3, BRAF, or MYB/MYBL1 occurred in 78 % of the series. Adult-type d-OTs with an IDH1/2 mutation occurred in four adolescents, the youngest aged 15 years at biopsy. Despite a detailed analysis, novel genetic alterations were limited to two fusion genes, EWSR1-PATZ1 and SLMAP-NTRK2, both in gangliogliomas. Alterations in BRAF, FGFR1, or MYB account for most pathogenic alterations in LGNTs, including pilocytic astrocytomas, and alignment of these genetic alterations and cytologic features across LGNTs has diagnostic implications. Additionally, therapeutic options based upon targeting the effects of these alterations are already in clinical trials.

Histologic tumor grade is a well-established prognostic factor for breast cancer, and tumor grade-associated genes are the common denominator of many prognostic gene signatures. The objectives of this study are as follows: (a) to develop a simple gene expression index for tumor grade (molecular grade index or MGI), and (b) to determine whether MGI and our previously described HOXB13:IL17BR index together provide improved prognostic information.From our previously published list of genes whose expression correlates with both tumor grade and tumor stage progression, we selected five cell cycle-related genes to build MGI and evaluated MGI in two publicly available microarray data sets totaling 410 patients. Using two additional cohorts (n = 323), we developed a real-time reverse transcription PCR assay for MGI, validated its prognostic utility, and examined its interaction with HOXB13:IL17BR.MGI performed consistently as a strong prognostic factor and was comparable with a more complex 97-gene genomic grade index in multiple data sets. In patients treated with endocrine therapy, MGI and HOXB13:IL17BR modified each other's prognostic performance. High MGI was associated with significantly worse outcome only in combination with high HOXB13:IL17BR, and likewise, high HOXB13:IL17BR was significantly associated with poor outcome only in combination with high MGI.We developed and validated a five-gene reverse transcription PCR assay for MGI suitable for analyzing routine formalin-fixed paraffin-embedded clinical samples. The combination of MGI and HOXB13:IL17BR outperforms either alone and identifies a subgroup ( approximately 30%) of early stage estrogen receptor-positive breast cancer patients with very poor outcome despite endocrine therapy.

Background Changes in gene expression in pancreatic beta-cells from type 2 diabetes (T2D) should provide insights into their abnormal insulin secretion and turnover. Methodology/Principal Findings Frozen sections were obtained from cadaver pancreases of 10 control and 10 T2D human subjects. Beta-cell enriched samples were obtained by laser capture microdissection (LCM). RNA was extracted, amplified and subjected to microarray analysis. Further analysis was performed with DNA-Chip Analyzer (dChip) and Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) software. There were changes in expression of genes linked to glucotoxicity. Evidence of oxidative stress was provided by upregulation of several metallothionein genes. There were few changes in the major genes associated with cell cycle, apoptosis or endoplasmic reticulum stress. There was differential expression of genes associated with pancreatic regeneration, most notably upregulation of members of the regenerating islet gene (REG) family and metalloproteinase 7 (MMP7). Some of the genes found in GWAS studies to be related to T2D were also found to be differentially expressed. IGF2BP2, TSPAN8, and HNF1B (TCF2) were upregulated while JAZF1 and SLC30A8 were downregulated. Conclusions/Significance This study made possible by LCM has identified many novel changes in gene expression that enhance understanding of the pathogenesis of T2D.

Abstract We present the case of a patient with a left frontal glioblastoma with primitive neuroectodermal tumor features and hypermutated genotype in the setting of a POLE germline alteration. During standard-of-care chemoradiation, the patient developed a cervical spine metastasis and was subsequently treated with pembrolizumab. Shortly thereafter, the patient developed an additional metastatic spinal lesion. Using whole-exome DNA sequencing and clonal analysis, we report changes in the subclonal architecture throughout treatment. Furthermore, a persistently high neoantigen load was observed within all tumors. Interestingly, following initiation of pembrolizumab, brisk lymphocyte infiltration was observed in the subsequently resected metastatic spinal lesion and an objective radiographic response was noted in a progressive intracranial lesion, suggestive of active central nervous system (CNS) immunosurveillance following checkpoint blockade therapy. Significance: It is unclear whether hypermutated glioblastomas are susceptible to checkpoint blockade in adults. Herein, we provide proof of principle that glioblastomas with DNA-repair defects treated with checkpoint blockade may result in CNS immune activation, leading to clinically and immunologically significant responses. These patients may represent a genomically stratified group for whom immunotherapy could be considered. Cancer Discov; 6(11); 1230–6. ©2016 AACR. See related commentary by Snyder and Wolchok, p. 1210. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1197

Abstract Purpose Glioblastoma (GBM) is one of the deadliest cancers with no cure. While conventional MRI has been widely adopted for examining GBM clinically, accurate neuroimaging assessment of tumor histopathology for improved diagnosis, surgical planning, and treatment evaluation, remains an unmet need in the clinical management of GBMs. Experimental Design We employ a novel Diffusion Histology Imaging (DHI) approach, combining diffusion basis spectrum imaging (DBSI) and machine learning, to detect, differentiate, and quantify areas of high cellularity, tumor necrosis, and tumor infiltration in GBM. Results Gd-enhanced T1W or hyper-intense FLAIR failed to reflect the morphological complexity underlying tumor in GBM patients. Contrary to the conventional wisdom that apparent diffusion coefficient (ADC) negatively correlates with increased tumor cellularity, we demonstrate disagreement between ADC and histologically confirmed tumor cellularity in glioblastoma specimens, whereas DBSI-derived restricted isotropic diffusion fraction positively correlated with tumor cellularity in the same specimens. By incorporating DBSI metrics as classifiers for a supervised machine learning algorithm, we accurately predicted high tumor cellularity, tumor necrosis, and tumor infiltration with 87.5%, 89.0% and 93.4% accuracy, respectively. Conclusion Our results suggest that DHI could serve as a favorable alternative to current neuroimaging techniques for guiding biopsy or surgery as well as monitoring therapeutic response in the treatment of glioblastoma. Translational Relevance Current clinical diagnosis, surgical planning, and assessment of treatment response for GBM patients relies heavily on gadolinium-enhanced T1-weighted MRI, which is non-specific for tumor growth and merely reflects a disrupted blood-brain barrier. The complex tumor microenvironment and spatial heterogeneity make GBM difficult to characterize using current clinical imaging modalities. In this study, we developed a novel imaging technique to characterize and accurately predict key histological features of GBM - high tumor cellularity, tumor necrosis, and tumor infiltration. While further validation in a larger cohort of patients is needed, the current proof-of-concept approach could provide a solution to resolve important clinical questions such as the identification of true tumor progression vs. pseudoprogression or radiation necrosis.

Abstract Papillary tumor of the pineal region (PTPR) is an uncommon tumor of the pineal region with distinctive histopathologic and molecular characteristics. Experience is limited with respect to its molecular heterogeneity and clinical characteristics. Here, we describe 39 new cases and combine these with 37 previously published cases for a cohort of 76 PTPR’s, all confirmed by methylation profiling. As previously reported, two main methylation groups were identified (PTPR-A and PTPR-B). In our analysis we extended the subtyping into three subtypes: PTPR-A, PTPR-B1 and PTPR-B2 supported by DNA methylation profile and genomic copy number variations. Frequent loss of chromosome 3 or 14 was found in PTPR-B1 tumors but not in PTPR-B2. Examination of clinical outcome showed that nearly half (14/30, 47%) of examined patients experienced tumor progression with significant difference among the subtypes ( p value = 0.046). Our analysis extends the understanding of this uncommon but distinct neuroepithelial tumor by describing its molecular heterogeneity and clinical outcomes, including its tendency towards tumor recurrence.

Background: Multiple recurrences after complete resection and irradiation of supratentorial ependymoma are common and frequently result in patient death. However, the molecular basis for treatment resistance, the impact that radiation and other adjuvant therapies have in promoting recurrence, and the use of this information to rationally design effective approaches to treat recurrent ependymoma are unknown. Due to the rarity of these tumors and the even less likely banking of multiple recurrent samples from the same patient, we initiated a study to characterize the evolution of a single patient's ependymoma in response to therapy. Methods and Findings: A combination of high depth, whole genome and exome-based DNA sequencing of germline and tumor specimens, RNA sequencing of tumor specimens, and advanced computational analyses were employed to reconstruct the natural history of a supratentorial ependymoma case in which there were four local recurrences. The findings reveal the extent to which treatment with radiation and chemotherapies resulted in the diversification of the tumor subclonal architecture and shaped the neo-antigen landscape, and provide new insights into possible molecular mechanisms of oncogenesis, treatment response and recurrence. Conclusions: Although the recurrent tumors we studied were clearly shaped by therapy, the founding clone was never eradicated by any treatment. We conclude that DNA and RNA sequencing may provide critical prognostic indicators to identify ependymoma patients that should be observed, rather than irradiated, post gross total resection.