We report a comprehensive proteogenomics analysis, including whole-genome sequencing, RNA sequencing, and proteomics and phosphoproteomics profiling, of 218 tumors across 7 histological types of childhood brain cancer: low-grade glioma (n = 93), ependymoma (32), high-grade glioma (25), medulloblastoma (22), ganglioglioma (18), craniopharyngioma (16), and atypical teratoid rhabdoid tumor (12). Proteomics data identify common biological themes that span histological boundaries, suggesting that treatments used for one histological type may be applied effectively to other tumors sharing similar proteomics features. Immune landscape characterization reveals diverse tumor microenvironments across and within diagnoses. Proteomics data further reveal functional effects of somatic mutations and copy number variations (CNVs) not evident in transcriptomics data. Kinase-substrate association and co-expression network analysis identify important biological mechanisms of tumorigenesis. This is the first large-scale proteogenomics analysis across traditional histological boundaries to uncover foundational pediatric brain tumor biology and inform rational treatment selection.

Summary Cancer immunotherapies have produced remarkable results in B-cell malignancies; however, optimal cell surface targets for many solid cancers remain elusive. Here, we present an integrative proteomic, transcriptomic, and epigenomic analysis of tumor specimens along with normal tissues to identify biologically relevant cell surface proteins that can serve as immunotherapeutic targets for neuroblastoma, an often-fatal childhood cancer of the developing nervous system. We apply this approach to human-derived cell lines (N=9) and cell/patient-derived xenograft (N=12) models of neuroblastoma. Plasma membrane-enriched mass spectrometry identified 1,461 cell surface proteins in cell lines and 1,401 in xenograft models, respectively. Additional proteogenomic analyses revealed 60 high-confidence candidate immunotherapeutic targets and we prioritized Delta-like canonical notch ligand 1 (DLK1) for further study. High expression of DLK1 directly correlated with the presence of a super-enhancer spanning the DLK1 locus. Robust cell surface expression of DLK1 was validated by immunofluorescence, flow cytometry, and immunohistochemistry. Short hairpin RNA mediated silencing of DLK1 in neuroblastoma cells resulted in increased cellular differentiation. ADCT-701, a DLK1-targeting antibody-drug conjugate (ADC), showed potent and specific cytotoxicity in DLK1-expressing neuroblastoma xenograft models. Moreover, DLK1 is highly expressed in several adult cancer types, including adrenocortical carcinoma (ACC), pheochromocytoma/paraganglioma (PCPG), hepatoblastoma, and small cell lung cancer (SCLC), suggesting potential clinical benefit beyond neuroblastoma. Taken together, our study demonstrates the utility of comprehensive cancer surfaceome characterization and credentials DLK1 as an immunotherapeutic target. Highlights Plasma membrane enriched proteomics defines surfaceome of neuroblastoma Multi-omic data integration prioritizes DLK1 as a candidate immunotherapeutic target in neuroblastoma and other cancers DLK1 expression is driven by a super-enhancer DLK1 silencing in neuroblastoma cells results in cellular differentiation ADCT-701, a DLK1-targeting antibody-drug conjugate, shows potent and specific cytotoxicity in DLK1-expressing neuroblastoma preclinical models

Summary Pediatric brain and spinal cancer are the leading disease-related cause of death in children, thus we urgently need curative therapeutic strategies for these tumors. To accelerate such discoveries, the Children’s Brain Tumor Network and Pacific Pediatric Neuro-Oncology Consortium created a systematic process for tumor biobanking, model generation, and sequencing with immediate access to harmonized data. We leverage these data to create OpenPBTA, an open collaborative project which establishes over 40 scalable analysis modules to genomically characterize 1,074 pediatric brain tumors. Transcriptomic classification reveals that TP53 loss is a significant marker for poor overall survival in ependymomas and H3 K28-altered diffuse midline gliomas and further identifies universal TP53 dysregulation in mismatch repair-deficient hypermutant high-grade gliomas. OpenPBTA is a foundational analysis platform actively being applied to other pediatric cancers and inform molecular tumor board decision-making, making it an invaluable resource to the pediatric oncology community. In Brief The OpenPBTA is a global, collaborative open-science initiative which brought together researchers and clinicians to genomically characterize 1,074 pediatric brain tumors and 22 patient-derived cell lines. Shapiro, et. al create over 40 open-source, scalable modules to perform cancer genomics analyses and provide a richly-annotated somatic dataset across 58 brain tumor histologies. The OpenPBTA framework can be used as a model for large-scale data integration to inform basic research, therapeutic target identification, and clinical translation. Highlights OpenPBTA collaborative analyses establish resource for 1,074 pediatric brain tumors NGS-based WHO-aligned integrated diagnoses generated for 641 of 1,074 tumors RNA-Seq analysis infers medulloblastoma subtypes, TP53 status, and telomerase activity OpenPBTA will accelerate therapeutic translation of genomic insights

Pediatric brain cancer is the leading cause of disease-related mortality in children, and many aggressive tumors still lack effective treatment strategies. Despite extensive studies characterizing these tumor genomes, alternative transcriptional splicing patterns remain underexplored. Here, we systematically characterized aberrant alternative splicing across pediatric brain tumors, identifying pediatric high-grade gliomas (HGGs) among the most heterogeneous. Through integration with UniProt Knowledgebase annotations, we identified 12,145 splice events in 5,424 genes, leading to functional changes in protein activation, folding, and localization. We discovered that the master splicing factor and cell-cycle modulator,