Familial cancer syndromes have helped to define the role of tumor suppressor genes in the development of cancer. The dominantly inherited Li-Fraumeni syndrome (LFS) is of particular interest because of the diversity of childhood and adult tumors that occur in affected individuals. The rarity and high mortality of LFS precluded formal linkage analysis. The alternative approach was to select the most plausible candidate gene. The tumor suppressor gene, p53, was studied because of previous indications that this gene is inactivated in the sporadic (nonfamilial) forms of most cancers that are associated with LFS. Germ line p53 mutations have been detected in all five LFS families analyzed. These mutations do not produce amounts of mutant p53 protein expected to exert a trans-dominant loss of function effect on wild-type p53 protein. The frequency of germ line p53 mutations can now be examined in additional families with LFS, and in other cancer patients and families with clinical features that might be attributed to the mutation.

Genomic rearrangements are thought to occur progressively during tumor development. Recent findings, however, suggest an alternative mechanism, involving massive chromosome rearrangements in a one-step catastrophic event termed chromothripsis. We report the whole-genome sequencing-based analysis of a Sonic-Hedgehog medulloblastoma (SHH-MB) brain tumor from a patient with a germline TP53 mutation (Li-Fraumeni syndrome), uncovering massive, complex chromosome rearrangements. Integrating TP53 status with microarray and deep sequencing-based DNA rearrangement data in additional patients reveals a striking association between TP53 mutation and chromothripsis in SHH-MBs. Analysis of additional tumor entities substantiates a link between TP53 mutation and chromothripsis, and indicates a context-specific role for p53 in catastrophic DNA rearrangements. Among these, we observed a strong association between somatic TP53 mutations and chromothripsis in acute myeloid leukemia. These findings connect p53 status and chromothripsis in specific tumor types, providing a genetic basis for understanding particularly aggressive subtypes of cancer.

Recurrent glioblastoma multiforme (GBM) is incurable with current therapies. Biallelic mismatch repair deficiency (bMMRD) is a highly penetrant childhood cancer syndrome often resulting in GBM characterized by a high mutational burden. Evidence suggests that high mutation and neoantigen loads are associated with response to immune checkpoint inhibition.We performed exome sequencing and neoantigen prediction on 37 bMMRD cancers and compared them with childhood and adult brain neoplasms. Neoantigen prediction bMMRD GBM was compared with responsive adult cancers from multiple tissues. Two siblings with recurrent multifocal bMMRD GBM were treated with the immune checkpoint inhibitor nivolumab.All malignant tumors (n = 32) were hypermutant. Although bMMRD brain tumors had the highest mutational load because of secondary polymerase mutations (mean, 17,740 ± standard deviation, 7,703), all other high-grade tumors were hypermutant (mean, 1,589 ± standard deviation, 1,043), similar to other cancers that responded favorably to immune checkpoint inhibitors. bMMRD GBM had a significantly higher mutational load than sporadic pediatric and adult gliomas and all other brain tumors (P < .001). bMMRD GBM harbored mean neoantigen loads seven to 16 times higher than those in immunoresponsive melanomas, lung cancers, or microsatellite-unstable GI cancers (P < .001). On the basis of these preclinical data, we treated two bMMRD siblings with recurrent multifocal GBM with the anti-programmed death-1 inhibitor nivolumab, which resulted in clinically significant responses and a profound radiologic response.This report of initial and durable responses of recurrent GBM to immune checkpoint inhibition may have implications for GBM in general and other hypermutant cancers arising from primary (genetic predisposition) or secondary MMRD.

We present an extensive assessment of mutation burden through sequencing analysis of >81,000 tumors from pediatric and adult patients, including tumors with hypermutation caused by chemotherapy, carcinogens, or germline alterations. Hypermutation was detected in tumor types not previously associated with high mutation burden. Replication repair deficiency was a major contributing factor. We uncovered new driver mutations in the replication-repair-associated DNA polymerases and a distinct impact of microsatellite instability and replication repair deficiency on the scale of mutation load. Unbiased clustering, based on mutational context, revealed clinically relevant subgroups regardless of the tumors' tissue of origin, highlighting similarities in evolutionary dynamics leading to hypermutation. Mutagens, such as UV light, were implicated in unexpected cancers, including sarcomas and lung tumors. The order of mutational signatures identified previous treatment and germline replication repair deficiency, which improved management of patients and families. These data will inform tumor classification, genetic testing, and clinical trial design.

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.

Background Carriers of a germline TP53 pathogenic variant have a substantial lifetime risk of developing cancer. In 2011, we did a prospective observational study of members of families who chose to either undergo a comprehensive surveillance protocol for individuals with Li-Fraumeni syndrome or not. We sought to update our assessment of and modify the surveillance protocol, so in this study we report both longer follow-up of these patients and additional patients who underwent surveillance, as well as update the originally presented surveillance protocol. Methods A clinical surveillance protocol using physical examination and frequent biochemical and imaging studies (consisting of whole-body MRI, brain MRI, breast MRI, mammography, abdominal and pelvic ultrasound, and colonoscopy) was introduced at three tertiary care centres in Canada and the USA on Jan 1, 2004, for carriers of TP53 pathogenic variants. After confirmation of TP53 mutation, participants either chose to undergo surveillance or chose not to undergo surveillance. Patients could cross over between groups at any time. The primary outcome measure was detection of asymptomatic tumours by surveillance investigations. The secondary outcome measure was 5 year overall survival established from a tumour diagnosed symptomatically (in the non-surveillance group) versus one diagnosed by surveillance. We completed survival analyses using an as-treated approach. Findings Between Jan 1, 2004, and July 1, 2015, we identified 89 carriers of TP53 pathogenic variants in 39 unrelated families, of whom 40 (45%) agreed to surveillance and 49 (55%) declined surveillance. 19 (21%) patients crossed over from the non-surveillance to the surveillance group, giving a total of 59 (66%) individuals undergoing surveillance for a median of 32 months (IQR 12–87). 40 asymptomatic tumours have been detected in 19 (32%) of 59 patients who underwent surveillance. Two additional cancers were diagnosed between surveillance assessments (false negatives) and two biopsied lesions were non-neoplastic entities on pathological review (false positives). Among the 49 individuals who initially declined surveillance, 61 symptomatic tumours were diagnosed in 43 (88%) patients. 21 (49%) of the 43 individuals not on surveillance who developed cancer were alive compared with 16 (84%) of the 19 individuals undergoing surveillance who developed cancer (p=0·012) after a median follow-up of 46 months (IQR 22–72) for those not on surveillance and 38 months (12–86) for those on surveillance. 5 year overall survival was 88·8% (95% CI 78·7–100) in the surveillance group and 59·6% (47·2–75·2) in the non-surveillance group (p=0·0132). Interpretation Our findings show that long-term compliance with a comprehensive surveillance protocol for early tumour detection in individuals with pathogenic TP53 variants is feasible and that early tumour detection through surveillance is associated with improved long-term survival. Incorporation of this approach into clinical management of these patients should be considered. Funding Canadian Institutes for Heath Research, Canadian Cancer Society, Terry Fox Research Institute, SickKids Foundation, and Soccer for Hope Foundation.

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.

Background Individuals with Li-Fraumeni syndrome have a high lifetime risk of developing cancer. We assessed the feasibility and potential clinical effect of a comprehensive surveillance protocol in asymptomatic TP53 mutation carriers in families with this syndrome. Methods We implemented a clinical surveillance protocol, using frequent biochemical and imaging studies, for asymptomatic TP53 mutation carriers on Jan 1, 2004, and did a prospective observational study of members of eight families with Li-Fraumeni syndrome who either chose to undergo surveillance or chose not to undergo surveillance. The primary outcome measure was detection of new cancers. The secondary outcome measure was overall survival. Findings As of Nov 1, 2010, 33 TP53 mutation carriers were identified, 18 of whom underwent surveillance. The surveillance protocol detected ten asymptomatic tumours in seven patients, including small, high-grade tumours and low-grade or premalignant tumours. All seven mutation carriers were alive after a median follow-up of 24 months (IQR 22–65 months). 12 high-grade, high-stage tumours developed in 10 individuals in the non-surveillance group, two of whom (20%) were alive at the end of follow-up (p=0·0417 for comparison with survival in the surveillance group). 3-year overall survival was 100% in the surveillance group and 21% (95% CI 4–48%) in the non-surveillance group (p=0·0155). Interpretation Our findings show the feasibility of a clinical surveillance protocol for the detection of asymptomatic neoplasms in individuals with germline TP53 mutations. This strategy offers a management option for affected individuals, and its benefits lend support to the use of early genetic testing of at-risk individuals and families. Funding Canadian Cancer Society Research Institute, Canadian Institutes of Health Research, SickKids Foundation, and Soccer for Hope.

DNA copy number variations (CNVs) are an important component of genetic variation, affecting a greater fraction of the genome than single nucleotide polymorphisms (SNPs). The advent of high-resolution SNP arrays has made it possible to identify CNVs. Characterization of widespread constitutional (germline) CNVs has provided insight into their role in susceptibility to a wide spectrum of diseases, and somatic CNVs can be used to identify regions of the genome involved in disease phenotypes. The role of CNVs as risk factors for cancer is currently underappreciated. However, the genomic instability and structural dynamism that characterize cancer cells would seem to make this form of genetic variation particularly intriguing to study in cancer. Here, we provide a detailed overview of the current understanding of the CNVs that arise in the human genome and explore the emerging literature that reveals associations of both constitutional and somatic CNVs with a wide variety of human cancers.