Abstract Diffuse Intrinsic Pontine Gliomas (DIPGs) are deadly paediatric brain tumours where needle biopsies help guide diagnosis and targeted therapies. To address spatial heterogeneity, here we analyse 134 specimens from various neuroanatomical structures of whole autopsy brains from nine DIPG patients. Evolutionary reconstruction indicates histone 3 (H3) K27M—including H3.2K27M—mutations potentially arise first and are invariably associated with specific, high-fidelity obligate partners throughout the tumour and its spread, from diagnosis to end-stage disease, suggesting mutual need for tumorigenesis. These H3K27M ubiquitously-associated mutations involve alterations in TP53 cell-cycle ( TP53/PPM1D ) or specific growth factor pathways ( ACVR1/PIK3R1 ). Later oncogenic alterations arise in sub-clones and often affect the PI3K pathway. Our findings are consistent with early tumour spread outside the brainstem including the cerebrum. The spatial and temporal homogeneity of main driver mutations in DIPG implies they will be captured by limited biopsies and emphasizes the need to develop therapies specifically targeting obligate oncohistone partnerships.

The implementation of personalised medicine in childhood cancers has been limited by a lack of clinically validated multi-target sequencing approaches specific for paediatric solid tumours. In order to support innovative clinical trials in high-risk patients with unmet need, we have developed a clinically relevant targeted sequencing panel spanning 311 kb and comprising 78 genes involved in childhood cancers. A total of 132 samples were used for the validation of the panel, including Horizon Discovery cell blends (n=4), cell lines (n=15), formalin-fixed paraffin embedded (FFPE, n=83) and fresh frozen tissue (FF, n=30) patient samples. Cell blends containing known single nucleotide variants (SNVs, n=528) and small insertion-deletions (indels n=108) were used to define panel sensitivities of ≥98% for SNVs and ≥83% for indels [95% CI] and panel specificity of ≥98% [95% CI] for SNVs. FFPE samples performed comparably to FF samples (n=15 paired). Of 95 well-characterised genetic abnormalities in 33 clinical specimens and 13 cell lines (including SNVs, indels, amplifications, rearrangements and chromosome losses), 94 (98.9%) were detected by our approach. We have validated a robust and practical methodology to guide clinical management of children with solid tumours based on their molecular profiles. Our work demonstrates the value of targeted gene sequencing in the development of precision medicine strategies in paediatric oncology.