Abstract Pediatric high-grade glioma (pHGG) is a major contributor to cancer-related death in children. In vitro and in vivo disease models reflecting the intimate connection between developmental context and pathogenesis of pHGG are essential to advance understanding and identify therapeutic vulnerabilities. We established 21 patient-derived pHGG orthotopic xenograft (PDOX) models and eight matched cell lines from diverse groups of pHGG. These models recapitulated histopathology, DNA methylation signatures, mutations and gene expression patterns of the patient tumors from which they were derived, and included rare subgroups not well-represented by existing models. We deployed 16 new and existing cell lines for high-throughput screening (HTS). In vitro HTS results predicted variable in vivo response to inhibitors of PI3K/mTOR and MEK signaling pathways. These unique new models and an online interactive data portal to enable exploration of associated detailed molecular characterization and HTS chemical sensitivity data provide a rich resource for pediatric brain tumor research.

ABSTRACT SNCAIP duplication may promote Group 4 medulloblastoma via induction of PRDM6, a poorly characterized member of the PRDF1 and RIZ1 homology domain-containing (PRDM) family of transcription factors. Here, we investigated the function of PRDM6 in human hindbrain neuroepithelial stem cells and tested PRDM6 as a driver of Group 4 medulloblastoma. We report that human PRDM6 localizes predominantly to the nucleus, where it causes widespread repression of chromatin accessibility and complex alterations of gene expression patterns. Genome-wide mapping of PRDM6 binding reveals that PRDM6 binds to chromatin regions marked by histone H3 lysine 27 trimethylation that are located within, or proximal to, genes. Moreover, we show that PRDM6 expression in neuroepithelial stem cells promotes medulloblastoma. Surprisingly, medulloblastomas derived from PRDM6-expressing neuroepithelial stem cells match human Group 3, but not Group 4, medulloblastoma. We conclude that PRDM6 expression has oncogenic potential but is insufficient to drive Group 4 medulloblastoma from neuroepithelial stem cells. We propose that both PRDM6 and additional factors, such as specific cell-of-origin features, are required for Group 4 medulloblastoma. Given the lack of PRDM6 expression in normal tissues and its oncogenic potential shown here, we suggest that PRDM6 inhibition may have therapeutic value in PRDM6-expressing medulloblastomas.

Abstract Mouse models serve as invaluable tools for improving the understanding and treatment of pediatric brain tumors. We recently published a highly aggressive MYC-driven brain tumor model (GMYC), which exhibits approximately 70% penetrance. Our transcription profiling indicates that GMYC tumors accurately resemble human Group 3 medulloblastoma (MB-G3). Interestingly, a strong photoreceptor program was activated in the tumor model. This is commonly upregulated in MB-G3 but also in pineoblastoma (PB), another malignant pediatric brain tumor. CRX, a transcription factor critical for pineal cell development is also a master regulator for MB-G3 maintenance. By studying early tumor initiation using Crx-lineage tracing and scRNA-seq, we confirmed that GMYC tumors originate from early pinealocytes. Exome sequencing of GMYC tumors further confirmed mutations of epigenetic regulators commonly reported in either PB or MB. To investigate tumor development from photoreceptor-positive progenitors in the developing brain, we performed Crx-lineage tracing with tamoxifen injections, confirming that Crx-positive cells exist in pineal gland progenitors. However, Crx-traced cells also marked granule neurons in the flocculonodular lobe of the cerebellum, which is the suggested site of MB-G3 origin arising from the developing rhombic lip. To investigate if the Myc oncogene can generate different types of pediatric brain tumors in Crx-positive cells, an XMYCT58A-Tomato mouse model was established by crossing Crx-CreERT2; LSL-MycT58A and Rosa26LSL-tdTomato strains. Here, MycT58A was turned on with tamoxifen injection after birth and tumor development followed using the tdTomato reporter. XMYCT58A-Tomato mice developed brain tumors from both the pineal gland and cerebellum after 2-6 months. Histologically, tumors were non-glial (GFAP-, Olig2-), showed neuronal activity (Neurod1+), and stained positive for photoreceptor identity markers (CRX+, OTX2+) similar to both MB-G3 and PB-MYC. Collectively, our data suggest that both MYC-driven MB-G3 and PB-MYC originate from photoreceptor-positive cells, which has implications for developing novel treatments targeting these devastating childhood malignancies.

Abstract Background Malignant peripheral nerve sheath tumors (MPNST) are aggressive sarcomas. Somatic inactivation of NF1 and cooperating tumor suppressors, including CDKN2A/B , PRC2, and p53, is found in most MPNST. Inactivation of the LATS1/2 kinases of the Hippo pathway was recently shown to cause tumors resembling MPNST histologically, although Hippo pathway mutations are rarely found in MPNST. Because existing genetically engineered mouse (GEM) models of MPNST do not recapitulate some of the key genetic features of human MPNST, we aimed to establish a mouse MPNST model that recapitulated the human disease genetically, histologically, and molecularly. Methods We combined two genetically modified alleles, an Nf1 ; Trp53 cis -conditional allele and an inducible Plp-CreER allele (NP-Plp), to model the somatic, possibly postnatal, mutational events in human MPNST. We also generated conditional Lats1 ; Lats2 knockout mice. We performed histopathologic analysis of mouse MPNST models and transcriptomic comparison of mouse models and human nerve sheath tumors. Results Postnatal Nf1;Trp53 cis -deletion resulted in GEM-MPNST that was histologically more similar to human MPNST than the widely used germline Nf1;Trp53 cis -heterozygous (NPcis) model and showed partial loss of H3K27me3. At the transcriptome level, Nf1;p53- driven GEM-MPNST were distinct from Lats -driven GEM-MPNST and resembled human MPNST more closely than do Lats- driven tumors. Conclusions The NP-Plp model recapitulates human MPNST genetically, histologically, and molecularly. Key Points Postnatal Nf1;p53 cis -deletion in NP-Plp mice results in tumors similar to MPNST. The transcriptomes of Nf1;p53- driven and Lats -driven MPNST models are distinct. NP-Plp model resembles human MPNST genetically, histologically, and molecularly. Importance of the Study Malignant peripheral nerve sheath tumors (MPNST) are aggressive sarcomas with a poor prognosis and limited treatment options. Existing genetically engineered mouse (GEM) models of MPNST do not recapitulate some of the key genetic features of human MPNST. To model the somatic, possibly postnatal, mutational events seen in MPNST patients, we generated a GEM-MPNST model by combining two genetically modified alleles, an Nf1 ; Trp53 cis -conditional allele and a Plp-CreER allele. Our histologic and transcriptomic analyses showed that this NP-Plp model resembles human MPNST genetically, histologically, and molecularly—more so than the widely used NPcis model and the recently published Lats -driven model. The NP-Plp model is genetically simple, making it easy to maintain and an ideal platform for preclinical studies. Given its tamoxifen-inducible nature, this model can be used to study the time/stage dependency of the tumorigenic potential of Schwann cells.