Accurate pathological diagnosis is crucial for optimal management of patients with cancer. For the approximately 100 known tumour types of the central nervous system, standardization of the diagnostic process has been shown to be particularly challenging-with substantial inter-observer variability in the histopathological diagnosis of many tumour types. Here we present a comprehensive approach for the DNA methylation-based classification of central nervous system tumours across all entities and age groups, and demonstrate its application in a routine diagnostic setting. We show that the availability of this method may have a substantial impact on diagnostic precision compared to standard methods, resulting in a change of diagnosis in up to 12% of prospective cases. For broader accessibility, we have designed a free online classifier tool, the use of which does not require any additional onsite data processing. Our results provide a blueprint for the generation of machine-learning-based tumour classifiers across other cancer entities, with the potential to fundamentally transform tumour pathology.

Purpose: Focal cortical dysplasias (FCD) are localized regions of malformed cerebral cortex and are very frequently associated with epilepsy in both children and adults. A broad spectrum of histopathology has been included in the diagnosis of FCD. An ILAE task force proposes an international consensus classification system to better characterize specific clinicopathological FCD entities. Methods: Thirty-two Task Force members have reevaluated available data on electroclinical presentation, imaging, neuropathological examination of surgical specimens as well as postsurgical outcome. Key Findings: The ILAE Task Force proposes a three-tiered classification system. FCD Type I refers to isolated lesions, which present either as radial (FCD Type Ia) or tangential (FCD Type Ib) dyslamination of the neocortex, microscopically identified in one or multiple lobes. FCD Type II is an isolated lesion characterized by cortical dyslamination and dysmorphic neurons without (Type IIa) or with balloon cells (Type IIb). Hence, the major change since a prior classification represents the introduction of FCD Type III, which occurs in combination with hippocampal sclerosis (FCD Type IIIa), or with epilepsy-associated tumors (FCD Type IIIb). FCD Type IIIc is found adjacent to vascular malformations, whereas FCD Type IIId can be diagnosed in association with epileptogenic lesions acquired in early life (i.e., traumatic injury, ischemic injury or encephalitis). Significance: This three-tiered classification system will be an important basis to evaluate imaging, electroclinical features, and postsurgical seizure control as well as to explore underlying molecular pathomechanisms in FCD.

Summary Hippocampal sclerosis ( HS ) is the most frequent histopathology encountered in patients with drug‐resistant temporal lobe epilepsy ( TLE ). Over the past decades, various attempts have been made to classify specific patterns of hippocampal neuronal cell loss and correlate subtypes with postsurgical outcome. However, no international consensus about definitions and terminology has been achieved. A task force reviewed previous classification schemes and proposes a system based on semiquantitative hippocampal cell loss patterns that can be applied in any histopathology laboratory. Interobserver and intraobserver agreement studies reached consensus to classify three types in anatomically well‐preserved hippocampal specimens: HS International League Against Epilepsy ( ILAE ) type 1 refers always to severe neuronal cell loss and gliosis predominantly in CA 1 and CA 4 regions, compared to CA 1 predominant neuronal cell loss and gliosis ( HS ILAE type 2), or CA 4 predominant neuronal cell loss and gliosis ( HS ILAE type 3). Surgical hippocampus specimens obtained from patients with TLE may also show normal content of neurons with reactive gliosis only (no‐ HS ). HS ILAE type 1 is more often associated with a history of initial precipitating injuries before age 5 years, with early seizure onset, and favorable postsurgical seizure control. CA 1 predominant HS ILAE type 2 and CA 4 predominant HS ILAE type 3 have been studied less systematically so far, but some reports point to less favorable outcome, and to differences regarding epilepsy history, including age of seizure onset. The proposed international consensus classification will aid in the characterization of specific clinicopathologic syndromes, and explore variability in imaging and electrophysiology findings, and in postsurgical seizure control.

Detailed neuropathological information on the structural brain lesions underlying seizures is valuable for understanding drug-resistant focal epilepsy.We report the diagnoses made on the basis of resected brain specimens from 9523 patients who underwent epilepsy surgery for drug-resistant seizures in 36 centers from 12 European countries over 25 years. Histopathological diagnoses were determined through examination of the specimens in local hospitals (41%) or at the German Neuropathology Reference Center for Epilepsy Surgery (59%).The onset of seizures occurred before 18 years of age in 75.9% of patients overall, and 72.5% of the patients underwent surgery as adults. The mean duration of epilepsy before surgical resection was 20.1 years among adults and 5.3 years among children. The temporal lobe was involved in 71.9% of operations. There were 36 histopathological diagnoses in seven major disease categories. The most common categories were hippocampal sclerosis, found in 36.4% of the patients (88.7% of cases were in adults), tumors (mainly ganglioglioma) in 23.6%, and malformations of cortical development in 19.8% (focal cortical dysplasia was the most common type, 52.7% of cases of which were in children). No histopathological diagnosis could be established for 7.7% of the patients.In patients with drug-resistant focal epilepsy requiring surgery, hippocampal sclerosis was the most common histopathological diagnosis among adults, and focal cortical dysplasia was the most common diagnosis among children. Tumors were the second most common lesion in both groups. (Funded by the European Union and others.).

Chordomas are malignant tumours that occur along the spine and are thought to derive from notochordal remnants. There is significant morphological variability between and within chordomas, with some showing prominent areas of chondroid differentiation. Our microarray data from a broad range of connective tissue neoplasms indicate that, at the transcriptional level, chordomas resemble cartilaginous neoplasms. Here we show that chordomas express many genes known to be involved in cartilage development, but they also uniquely express genes distinguishing them from chondroid neoplasms. The brachyury transcription factor, known to be involved in notochordal development, is only expressed by chordomas. Using a polyclonal antibody, we show that brachyury is expressed in the embryonic notochord and in all 53 chordomas analysed, labelling both chondroid and chordoid areas of these tumours. In contrast, the protein was not detected in over 300 neoplasms, including 163 chondroid tumours. Brachyury was not detected in the nucleus pulposus, arguing against the hypothesis that this tissue derives directly from the notochord. These data provide compelling evidence that chordomas derive from notochord and demonstrate that brachyury is a specific marker for the notochord and notochord-derived tumours. Copyright © 2006 Pathological Society of Great Britain and Ireland. Published by John Wiley & Sons, Ltd.

Although sepsis is the major cause of mortality and morbidity in the critically ill, precise mechanism(s) causing multiorgan dysfunction remain unclear. Findings of impaired oxygen utilization in septic patients and animals implicate nitric oxide-mediated inhibition of the mitochondrial respiratory chain. We recently reported a relationship between skeletal muscle mitochondrial dysfunction, clinical severity, and poor outcome in patients with septic shock. We thus developed a long-term, fluid-resuscitated, fecal peritonitis model utilizing male Wistar rats that closely replicates human physiological, biochemical, and histological findings with a 40% mortality. As with humans, the severity of organ dysfunction and eventual poor outcome were associated with nitric oxide overproduction and increasing mitochondrial dysfunction (complex I inhibition and ATP depletion). This was seen in both vital (liver) and nonvital (skeletal muscle) organs. Likewise, histological evidence of cell death was lacking, suggesting the possibility of an adaptive programmed shutdown of cellular function. This study thus supports the hypothesis that multiorgan dysfunction induced by severe sepsis has a bioenergetic etiology. Despite the well-recognized limitations of laboratory models, we found clear parallels between this long-term model and human disease characteristics that will facilitate future translational research.

Summary

Background

 International consensus recognises four medulloblastoma molecular subgroups: WNT (MB_WNT), SHH (MB_SHH), group 3 (MB_Grp3), and group 4 (MB_Grp4), each defined by their characteristic genome-wide transcriptomic and DNA methylomic profiles. These subgroups have distinct clinicopathological and molecular features, and underpin current disease subclassification and initial subgroup-directed therapies that are underway in clinical trials. However, substantial biological heterogeneity and differences in survival are apparent within each subgroup, which remain to be resolved. We aimed to investigate whether additional molecular subgroups exist within childhood medulloblastoma and whether these could be used to improve disease subclassification and prognosis predictions. 

Methods

 In this retrospective cohort study, we assessed 428 primary medulloblastoma samples collected from UK Children's Cancer and Leukaemia Group (CCLG) treatment centres (UK), collaborating European institutions, and the UKCCSG-SIOP-PNET3 European clinical trial. An independent validation cohort (n=276) of archival tumour samples was also analysed. We analysed samples from patients with childhood medulloblastoma who were aged 0–16 years at diagnosis, and had central review of pathology and comprehensive clinical data. We did comprehensive molecular profiling, including DNA methylation microarray analysis, and did unsupervised class discovery of test and validation cohorts to identify consensus primary molecular subgroups and characterise their clinical and biological significance. We modelled survival of patients aged 3–16 years in patients (n=215) who had craniospinal irradiation and had been treated with a curative intent. 

Findings

 Seven robust and reproducible primary molecular subgroups of childhood medulloblastoma were identified. MB_WNT remained unchanged and each remaining consensus subgroup was split in two. MB_SHH was split into age-dependent subgroups corresponding to infant (<4·3 years; MB_SHH-Infant; n=65) and childhood patients (≥4·3 years; MB_SHH-Child; n=38). MB_Grp3 and MB_Grp4 were each split into high-risk (MB_Grp3-HR [n=65] and MB_Grp4-HR [n=85]) and low-risk (MB_Grp3-LR [n=50] and MB_Grp4-LR [n=73]) subgroups. These biological subgroups were validated in the independent cohort. We identified features of the seven subgroups that were predictive of outcome. Cross-validated subgroup-dependent survival models, incorporating these novel subgroups along with secondary clinicopathological and molecular features and established disease risk-factors, outperformed existing disease risk-stratification schemes. These subgroup-dependent models stratified patients into four clinical risk groups for 5-year progression-free survival: favourable risk (54 [25%] of 215 patients; 91% survival [95% CI 82–100]); standard risk (50 [23%] patients; 81% survival [70–94]); high-risk (82 [38%] patients; 42% survival [31–56]); and very high-risk (29 [13%] patients; 28% survival [14–56]). 

Interpretation

 The discovery of seven novel, clinically significant subgroups improves disease risk-stratification and could inform treatment decisions. These data provide a new foundation for future research and clinical investigations. 

Funding

 Cancer Research UK, The Tom Grahame Trust, Star for Harris, Action Medical Research, SPARKS, The JGW Patterson Foundation, The INSTINCT network (co-funded by The Brain Tumour Charity, Great Ormond Street Children's Charity, and Children with Cancer UK).

Summary Medulloblastoma is currently sub-classified into distinct DNA methylation subgroups/subtypes with particular clinico-molecular features. Using RNA-seq in large well annotated cohorts of medulloblastoma we show that transcriptionally Group3 and Group4 medulloblastomas exist not as discrete types but as intermediates on a bipolar continuum between archetypal Group3 and Group4 entities. Continuum position is prognostic, reflects propensity for specific DNA copy-number changes, key switches in isoform/enhancer usage and RNA-editing. Examining scRNA-seq profiles we show intra-tumoral transcriptional heterogeneity along the continuum is limited in a subtype-dependent manner. By integrating with a human scRNA-seq reference atlas we show this continuum is mirrored by an equivalent continuum of transcriptional cell types in early fetal cerebellar development. We identify unique developmental niches for all four major subgroups and link each to a common developmental antecedent. Our findings show a transcriptional continuum arising from oncogenic disruption of highly specific fetal cerebellar cell types, linked to almost every aspect of Group3/Group4 molecular biology and clinico-pathology.

The two types of craniopharyngioma, adamantinomatous (ACP) and papillary (PCP), are clinically relevant tumours in children and adults. Although the biology of primary craniopharyngioma is starting to be unravelled, little is known about the biology of recurrence. To fill this gap in knowledge, we have analysed through methylation array, RNA sequencing and pERK1/2 immunohistochemistry a cohort of paired primary and recurrent samples (32 samples from 14 cases of ACP and 4 cases of PCP). We show the presence of copy number alterations and clonal evolution across recurrence in 6 cases of ACP, and analysis of additional whole genome sequencing data from the Children's Brain Tumour Network confirms chromosomal arm copy number changes in at least 7/67 ACP cases. The activation of the MAPK/ERK pathway, a feature previously shown in primary ACP, is observed in all but one recurrent cases of ACP. The only ACP without MAPK activation is an aggressive case of recurrent malignant human craniopharyngioma harbouring a CTNNB1 mutation and loss of TP53. Providing support for a functional role of this TP53 mutation, we show that Trp53 loss in a murine model of ACP results in aggressive tumours and reduced mouse survival. Finally, we characterise the tumour immune infiltrate showing differences in the cellular composition and spatial distribution between ACP and PCP. Together, these analyses have revealed novel insights into recurrent craniopharyngioma and provided preclinical evidence supporting the evaluation of MAPK pathway inhibitors and immunomodulatory approaches in clinical trials in against recurrent ACP.

Abstract Brown-Vialetto-Van Laere syndrome (BVVLS) represents a phenotypic spectrum of motor, sensory, and cranial nerve neuropathy, often with ataxia, optic atrophy and respiratory problems leading to ventilator-dependence. Loss-of-function mutations in two riboflavin transporter (RFVT) genes, SLC52A2 and SLC52A3, have recently been linked to BVVLS. However, the genetic frequency, neuropathology and downstream consequences of RFVT mutations have previously been undefined. By screening a large cohort of 132 patients with early-onset severe sensory, motor and cranial nerve neuropathy we confirmed the strong genetic link between RFVT mutations and BVVLS, identifying twenty-two pathogenic mutations in SLC52A2 and SLC52A3, fourteen of which were novel. Brain and spinal cord neuropathological examination of two cases with SLC52A3 mutations showed classical symmetrical brainstem lesions resembling pathology seen in mitochondrial disease, including severe neuronal loss in the lower cranial nerve nuclei, anterior horns and corresponding nerves, atrophy of the spinothalamic and spinocerebellar tracts and posterior column-medial lemniscus pathways. Mitochondrial dysfunction has previously been implicated in an array of neurodegenerative disorders. Since riboflavin metabolites are critical components of the mitochondrial electron transport chain (ETC), we hypothesized that reduced riboflavin transport would result in impaired mitochondrial activity, and confirmed this using in vitro and in vivo models. ETC complex I and complex II activity were decreased in SLC52A2 patient fibroblasts, while global knockdown of the single Drosophila RFVT homologue revealed reduced levels of riboflavin, downstream metabolites, and ETC complex I activity. RFVT knockdown in Drosophila also resulted in severely impaired locomotor activity and reduced lifespan, mirroring patient pathology, and these phenotypes could be partially rescued using a novel esterified derivative of riboflavin. Our findings indicate mitochondrial dysfunction as a downstream consequence of RFVT gene defects in BVVLS and validate riboflavin esters as a potential therapeutic strategy.