While molecular subgrouping has revolutionized medulloblastoma classification, the extent of heterogeneity within subgroups is unknown. Similarity network fusion (SNF) applied to genome-wide DNA methylation and gene expression data across 763 primary samples identifies very homogeneous clusters of patients, supporting the presence of medulloblastoma subtypes. After integration of somatic copy-number alterations, and clinical features specific to each cluster, we identify 12 different subtypes of medulloblastoma. Integrative analysis using SNF further delineates group 3 from group 4 medulloblastoma, which is not as readily apparent through analyses of individual data types. Two clear subtypes of infants with Sonic Hedgehog medulloblastoma with disparate outcomes and biology are identified. Medulloblastoma subtypes identified through integrative clustering have important implications for stratification of future clinical trials.

Medulloblastoma, the most common malignant paediatric brain tumour, is currently treated with nonspecific cytotoxic therapies including surgery, whole-brain radiation, and aggressive chemotherapy. As medulloblastoma exhibits marked intertumoural heterogeneity, with at least four distinct molecular variants, previous attempts to identify targets for therapy have been underpowered because of small samples sizes. Here we report somatic copy number aberrations (SCNAs) in 1,087 unique medulloblastomas. SCNAs are common in medulloblastoma, and are predominantly subgroup-enriched. The most common region of focal copy number gain is a tandem duplication of SNCAIP, a gene associated with Parkinson’s disease, which is exquisitely restricted to Group 4α. Recurrent translocations of PVT1, including PVT1-MYC and PVT1-NDRG1, that arise through chromothripsis are restricted to Group 3. Numerous targetable SCNAs, including recurrent events targeting TGF-β signalling in Group 3, and NF-κB signalling in Group 4, suggest future avenues for rational, targeted therapy. Medulloblastoma is the most common malignant brain tumour in children; having assembled over 1,000 samples the authors report that somatic copy number aberrations are common in medulloblastoma, in particular a tandem duplication of SNCAIP, a gene associated with Parkinson’s disease, which is restricted to subgroup 4α, and translocations of PVT1, which are restricted to Group 3. Medulloblastoma is the most common malignant brain tumour in children. Four papers published in the 2 August 2012 issue of Nature use whole-genome and other sequencing techniques to produce a detailed picture of the genetics and genomics of this condition. Notable findings include the identification of recurrent mutations in genes not previously implicated in medulloblastoma, with significant genetic differences associated with the four biologically distinct subgroups and clinical outcomes in each. Potential avenues for therapy are suggested by the identification of targetable somatic copy-number alterations, including recurrent events targeting TGFβ signalling in Group 3, and NF-κB signalling in Group 4 medulloblastomas.

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.

Background Medulloblastoma is the most common malignant brain tumor in children. Despite recent improvements in cure rates, prediction of disease outcome remains a major challenge and survivors suffer from serious therapy-related side-effects. Recent data showed that patients with WNT-activated tumors have a favorable prognosis, suggesting that these patients could be treated less intensively, thereby reducing the side-effects. This illustrates the potential benefits of a robust classification of medulloblastoma patients and a detailed knowledge of associated biological mechanisms. Methods and Findings To get a better insight into the molecular biology of medulloblastoma we established mRNA expression profiles of 62 medulloblastomas and analyzed 52 of them also by comparative genomic hybridization (CGH) arrays. Five molecular subtypes were identified, characterized by WNT signaling (A; 9 cases), SHH signaling (B; 15 cases), expression of neuronal differentiation genes (C and D; 16 and 11 cases, respectively) or photoreceptor genes (D and E; both 11 cases). Mutations in β-catenin were identified in all 9 type A tumors, but not in any other tumor. PTCH1 mutations were exclusively identified in type B tumors. CGH analysis identified several fully or partly subtype-specific chromosomal aberrations. Monosomy of chromosome 6 occurred only in type A tumors, loss of 9q mostly occurred in type B tumors, whereas chromosome 17 aberrations, most common in medulloblastoma, were strongly associated with type C or D tumors. Loss of the inactivated X-chromosome was highly specific for female cases of type C, D and E tumors. Gene expression levels faithfully reflected the chromosomal copy number changes. Clinicopathological features significantly different between the 5 subtypes included metastatic disease and age at diagnosis and histology. Metastatic disease at diagnosis was significantly associated with subtypes C and D and most strongly with subtype E. Patients below 3 yrs of age had type B, D, or E tumors. Type B included most desmoplastic cases. We validated and confirmed the molecular subtypes and their associated clinicopathological features with expression data from a second independent series of 46 medulloblastomas. Conclusions The new medulloblastoma classification presented in this study will greatly enhance the understanding of this heterogeneous disease. It will enable a better selection and evaluation of patients in clinical trials, and it will support the development of new molecular targeted therapies. Ultimately, our results may lead to more individualized therapies with improved cure rates and a better quality of life.

Ependymomas are common childhood brain tumours that occur throughout the nervous system, but are most common in the paediatric hindbrain. Current standard therapy comprises surgery and radiation, but not cytotoxic chemotherapy as it does not further increase survival. Whole-genome and whole-exome sequencing of 47 hindbrain ependymomas reveals an extremely low mutation rate, and zero significant recurrent somatic single nucleotide variants. Although devoid of recurrent single nucleotide variants and focal copy number aberrations, poor-prognosis hindbrain ependymomas exhibit a CpG island methylator phenotype. Transcriptional silencing driven by CpG methylation converges exclusively on targets of the Polycomb repressive complex 2 which represses expression of differentiation genes through trimethylation of H3K27. CpG island methylator phenotype-positive hindbrain ependymomas are responsive to clinical drugs that target either DNA or H3K27 methylation both in vitro and in vivo. We conclude that epigenetic modifiers are the first rational therapeutic candidates for this deadly malignancy, which is epigenetically deregulated but genetically bland. Although genetically bland, the posterior fossa group A subgroup of ependymomas, found often in infants and associated with poor prognosis, exhibit widespread epigenetic alterations, namely a CpG island methylator phenotype; these tumours are shown to be susceptible both in vitro and in vivo to various compounds that target epigenetic modifications, such as DNA methylation and H3K27 tri-methylation. In this issue of Nature two groups present independent genomic analyses on ependymomas, a type of tumour that occurs throughout the nervous system, but most commonly in the hindbrain in children. Mack et al. found a low overall mutation rate and no significant recurrent mutations in 47 hindbrain ependymomas. But posterior fossa group B tumours, a subgroup found predominantly in infants and associated with poor prognosis, were distinguished by a CpG island methylator phenotype. This subgroup is shown to be susceptible to various compounds that target epigenetic modifications, including an EZH2 inhibitor that showed efficacy in a mouse xenograft model. Parker et al. found the C11orf95–RELA fusion gene in about 70% of supratentorial tumours, but not in other ependymoma subgroups. The gene fusions arise through chromothripsis and lead to the expression of a fusion protein that constitutively activates NF-κB signalling. In a mouse model, expression of C11orf95–RELA in neural stem cells leads to the formation of brain tumours. These findings identify NF-κB signalling as a possible therapeutic target in patients with this type of ependymoma.

Despite the histological similarity of ependymomas from throughout the neuroaxis, the disease likely comprises multiple independent entities, each with a distinct molecular pathogenesis. Transcriptional profiling of two large independent cohorts of ependymoma reveals the existence of two demographically, transcriptionally, genetically, and clinically distinct groups of posterior fossa (PF) ependymomas. Group A patients are younger, have laterally located tumors with a balanced genome, and are much more likely to exhibit recurrence, metastasis at recurrence, and death compared with Group B patients. Identification and optimization of immunohistochemical (IHC) markers for PF ependymoma subgroups allowed validation of our findings on a third independent cohort, using a human ependymoma tissue microarray, and provides a tool for prospective prognostication and stratification of PF ependymoma patients.

We used high-resolution SNP genotyping to identify regions of genomic gain and loss in the genomes of 212 medulloblastomas, malignant pediatric brain tumors. We found focal amplifications of 15 known oncogenes and focal deletions of 20 known tumor suppressor genes (TSG), most not previously implicated in medulloblastoma. Notably, we identified previously unknown amplifications and homozygous deletions, including recurrent, mutually exclusive, highly focal genetic events in genes targeting histone lysine methylation, particularly that of histone 3, lysine 9 (H3K9). Post-translational modification of histone proteins is critical for regulation of gene expression, can participate in determination of stem cell fates and has been implicated in carcinogenesis. Consistent with our genetic data, restoration of expression of genes controlling H3K9 methylation greatly diminishes proliferation of medulloblastoma in vitro. Copy number aberrations of genes with critical roles in writing, reading, removing and blocking the state of histone lysine methylation, particularly at H3K9, suggest that defective control of the histone code contributes to the pathogenesis of medulloblastoma.

Purpose Reports detailing the prognostic impact of TP53 mutations in medulloblastoma offer conflicting conclusions. We resolve this issue through the inclusion of molecular subgroup profiles. Patients and Methods We determined subgroup affiliation, TP53 mutation status, and clinical outcome in a discovery cohort of 397 medulloblastomas. We subsequently validated our results on an independent cohort of 156 medulloblastomas. Results TP53 mutations are enriched in wingless (WNT; 16%) and sonic hedgehog (SHH; 21%) medulloblastomas and are virtually absent in subgroups 3 and 4 tumors (P < .001). Patients with SHH/TP53 mutant tumors are almost exclusively between ages 5 and 18 years, dramatically different from the general SHH distribution (P < .001). Children with SHH/TP53 mutant tumors harbor 56% germline TP53 mutations, which are not observed in children with WNT/TP53 mutant tumors. Five-year overall survival (OS; ± SE) was 41% ± 9% and 81% ± 5% for patients with SHH medulloblastomas with and without TP53 mutations, respectively (P < .001). Furthermore, TP53 mutations accounted for 72% of deaths in children older than 5 years with SHH medulloblastomas. In contrast, 5-year OS rates were 90% ± 9% and 97% ± 3% for patients with WNT tumors with and without TP53 mutations (P = .21). Multivariate analysis revealed that TP53 status was the most important risk factor for SHH medulloblastoma. Survival rates in the validation cohort mimicked the discovery results, revealing that poor survival of TP53 mutations is restricted to patients with SHH medulloblastomas (P = .012) and not WNT tumors. Conclusion Subgroup-specific analysis reconciles prior conflicting publications and confirms that TP53 mutations are enriched among SHH medulloblastomas, in which they portend poor outcome and account for a large proportion of treatment failures in these patients.

BackgroundMedulloblastoma is associated with rare hereditary cancer predisposition syndromes; however, consensus medulloblastoma predisposition genes have not been defined and screening guidelines for genetic counselling and testing for paediatric patients are not available. We aimed to assess and define these genes to provide evidence for future screening guidelines.MethodsIn this international, multicentre study, we analysed patients with medulloblastoma from retrospective cohorts (International Cancer Genome Consortium [ICGC] PedBrain, Medulloblastoma Advanced Genomics International Consortium [MAGIC], and the CEFALO series) and from prospective cohorts from four clinical studies (SJMB03, SJMB12, SJYC07, and I-HIT-MED). Whole-genome sequences and exome sequences from blood and tumour samples were analysed for rare damaging germline mutations in cancer predisposition genes. DNA methylation profiling was done to determine consensus molecular subgroups: WNT (MBWNT), SHH (MBSHH), group 3 (MBGroup3), and group 4 (MBGroup4). Medulloblastoma predisposition genes were predicted on the basis of rare variant burden tests against controls without a cancer diagnosis from the Exome Aggregation Consortium (ExAC). Previously defined somatic mutational signatures were used to further classify medulloblastoma genomes into two groups, a clock-like group (signatures 1 and 5) and a homologous recombination repair deficiency-like group (signatures 3 and 8), and chromothripsis was investigated using previously established criteria. Progression-free survival and overall survival were modelled for patients with a genetic predisposition to medulloblastoma.FindingsWe included a total of 1022 patients with medulloblastoma from the retrospective cohorts (n=673) and the four prospective studies (n=349), from whom blood samples (n=1022) and tumour samples (n=800) were analysed for germline mutations in 110 cancer predisposition genes. In our rare variant burden analysis, we compared these against 53 105 sequenced controls from ExAC and identified APC, BRCA2, PALB2, PTCH1, SUFU, and TP53 as consensus medulloblastoma predisposition genes according to our rare variant burden analysis and estimated that germline mutations accounted for 6% of medulloblastoma diagnoses in the retrospective cohort. The prevalence of genetic predispositions differed between molecular subgroups in the retrospective cohort and was highest for patients in the MBSHH subgroup (20% in the retrospective cohort). These estimates were replicated in the prospective clinical cohort (germline mutations accounted for 5% of medulloblastoma diagnoses, with the highest prevalence [14%] in the MBSHH subgroup). Patients with germline APC mutations developed MBWNT and accounted for most (five [71%] of seven) cases of MBWNT that had no somatic CTNNB1 exon 3 mutations. Patients with germline mutations in SUFU and PTCH1 mostly developed infant MBSHH. Germline TP53 mutations presented only in childhood patients in the MBSHH subgroup and explained more than half (eight [57%] of 14) of all chromothripsis events in this subgroup. Germline mutations in PALB2 and BRCA2 were observed across the MBSHH, MBGroup3, and MBGroup4 molecular subgroups and were associated with mutational signatures typical of homologous recombination repair deficiency. In patients with a genetic predisposition to medulloblastoma, 5-year progression-free survival was 52% (95% CI 40–69) and 5-year overall survival was 65% (95% CI 52–81); these survival estimates differed significantly across patients with germline mutations in different medulloblastoma predisposition genes.InterpretationGenetic counselling and testing should be used as a standard-of-care procedure in patients with MBWNT and MBSHH because these patients have the highest prevalence of damaging germline mutations in known cancer predisposition genes. We propose criteria for routine genetic screening for patients with medulloblastoma based on clinical and molecular tumour characteristics.FundingGerman Cancer Aid; German Federal Ministry of Education and Research; German Childhood Cancer Foundation (Deutsche Kinderkrebsstiftung); European Research Council; National Institutes of Health; Canadian Institutes for Health Research; German Cancer Research Center; St Jude Comprehensive Cancer Center; American Lebanese Syrian Associated Charities; Swiss National Science Foundation; European Molecular Biology Organization; Cancer Research UK; Hertie Foundation; Alexander and Margaret Stewart Trust; V Foundation for Cancer Research; Sontag Foundation; Musicians Against Childhood Cancer; BC Cancer Foundation; Swedish Council for Health, Working Life and Welfare; Swedish Research Council; Swedish Cancer Society; the Swedish Radiation Protection Authority; Danish Strategic Research Council; Swiss Federal Office of Public Health; Swiss Research Foundation on Mobile Communication; Masaryk University; Ministry of Health of the Czech Republic; Research Council of Norway; Genome Canada; Genome BC; Terry Fox Research Institute; Ontario Institute for Cancer Research; Pediatric Oncology Group of Ontario; The Family of Kathleen Lorette and the Clark H Smith Brain Tumour Centre; Montreal Children's Hospital Foundation; The Hospital for Sick Children: Sonia and Arthur Labatt Brain Tumour Research Centre, Chief of Research Fund, Cancer Genetics Program, Garron Family Cancer Centre, MDT's Garron Family Endowment; BC Childhood Cancer Parents Association; Cure Search Foundation; Pediatric Brain Tumor Foundation; Brainchild; and the Government of Ontario.