Abstract We report gene expression and other analyses to elucidate the molecular characteristics of acute lymphoblastic leukemia (ALL) in children with Down syndrome (DS). We find that by gene expression DS-ALL is a highly heterogeneous disease not definable as a unique entity. Nevertheless, 62% (33/53) of the DS-ALL samples analyzed were characterized by high expression of the type I cytokine receptor CRLF2 caused by either immunoglobulin heavy locus (IgH@) translocations or by interstitial deletions creating chimeric transcripts P2RY8-CRLF2. In 3 of these 33 patients, a novel activating somatic mutation, F232C in CRLF2, was identified. Consistent with our previous research, mutations in R683 of JAK2 were identified in 10 specimens (19% of the patients) and, interestingly, all 10 had high CRLF2 expression. Cytokine receptor-like factor 2 (CRLF2) and mutated Janus kinase 2 (Jak2) cooperated in conferring cytokine-independent growth to BaF3 pro-B cells. Intriguingly, the gene expression signature of DS-ALL is enriched with DNA damage and BCL6 responsive genes, suggesting the possibility of B-cell lymphocytic genomic instability. Thus, DS confers increased risk for genetically highly diverse ALLs with frequent overexpression of CRLF2, associated with activating mutations in the receptor itself or in JAK2. Our data also suggest that the majority of DS children with ALL may benefit from therapy blocking the CRLF2/JAK2 pathways.

Congenital melanocytic nevi (CMN) can be associated with neurological abnormalities and an increased risk of melanoma. Mutations in NRAS, BRAF, and Tp53 have been described in individual CMN samples; however, their role in the pathogenesis of multiple CMN within the same subject and development of associated features has not been clear. We hypothesized that a single postzygotic mutation in NRAS could be responsible for multiple CMN in the same individual, as well as for melanocytic and nonmelanocytic central nervous system (CNS) lesions. From 15 patients, 55 samples with multiple CMN were sequenced after site-directed mutagenesis and enzymatic digestion of the wild-type allele. Oncogenic missense mutations in codon 61 of NRAS were found in affected neurological and cutaneous tissues of 12 out of 15 patients, but were absent from unaffected tissues and blood, consistent with NRAS mutation mosaicism. In 10 patients, the mutation was consistently c.181C>A, p.Q61K, and in 2 patients c.182A>G, p.Q61R. All 11 non-melanocytic and melanocytic CNS samples from 5 patients were mutation positive, despite NRAS rarely being reported as mutated in CNS tumors. Loss of heterozygosity was associated with the onset of melanoma in two cases, implying a multistep progression to malignancy. These results suggest that single postzygotic NRAS mutations are responsible for multiple CMN and associated neurological lesions in the majority of cases. Congenital melanocytic nevi (CMN) can be associated with neurological abnormalities and an increased risk of melanoma. Mutations in NRAS, BRAF, and Tp53 have been described in individual CMN samples; however, their role in the pathogenesis of multiple CMN within the same subject and development of associated features has not been clear. We hypothesized that a single postzygotic mutation in NRAS could be responsible for multiple CMN in the same individual, as well as for melanocytic and nonmelanocytic central nervous system (CNS) lesions. From 15 patients, 55 samples with multiple CMN were sequenced after site-directed mutagenesis and enzymatic digestion of the wild-type allele. Oncogenic missense mutations in codon 61 of NRAS were found in affected neurological and cutaneous tissues of 12 out of 15 patients, but were absent from unaffected tissues and blood, consistent with NRAS mutation mosaicism. In 10 patients, the mutation was consistently c.181C>A, p.Q61K, and in 2 patients c.182A>G, p.Q61R. All 11 non-melanocytic and melanocytic CNS samples from 5 patients were mutation positive, despite NRAS rarely being reported as mutated in CNS tumors. Loss of heterozygosity was associated with the onset of melanoma in two cases, implying a multistep progression to malignancy. These results suggest that single postzygotic NRAS mutations are responsible for multiple CMN and associated neurological lesions in the majority of cases. comparative genomic hybridization congenital melanocytic nevi central nervous system melanocortin 1 receptor

Abstract Infant high-grade gliomas appear clinically distinct from their counterparts in older children, indicating that histopathologic grading may not accurately reflect the biology of these tumors. We have collected 241 cases under 4 years of age, and carried out histologic review, methylation profiling, and custom panel, genome, or exome sequencing. After excluding tumors representing other established entities or subgroups, we identified 130 cases to be part of an “intrinsic” spectrum of disease specific to the infant population. These included those with targetable MAPK alterations, and a large proportion of remaining cases harboring gene fusions targeting ALK (n = 31), NTRK1/2/3 (n = 21), ROS1 (n = 9), and MET (n = 4) as their driving alterations, with evidence of efficacy of targeted agents in the clinic. These data strongly support the concept that infant gliomas require a change in diagnostic practice and management. Significance: Infant high-grade gliomas in the cerebral hemispheres comprise novel subgroups, with a prevalence of ALK, NTRK1/2/3, ROS1, or MET gene fusions. Kinase fusion–positive tumors have better outcome and respond to targeted therapy clinically. Other subgroups have poor outcome, with fusion-negative cases possibly representing an epigenetically driven pluripotent stem cell phenotype. See related video: https://vimeo.com/438254885 See related commentary by Szulzewsky and Cimino, p. 904. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 890

Abstract Clinical whole-genome sequencing (WGS) has been shown to deliver potential benefits to children with cancer and to alter treatment in high-risk patient groups. It remains unknown whether offering WGS to every child with suspected cancer can change patient management. We collected WGS variant calls and clinical and diagnostic information from 281 children (282 tumors) across two English units ( n = 152 from a hematology center, n = 130 from a solid tumor center) where WGS had become a routine test. Our key finding was that variants uniquely attributable to WGS changed the management in ~7% (20 out of 282) of cases while providing additional disease-relevant findings, beyond standard-of-care molecular tests, in 108 instances for 83 (29%) cases. Furthermore, WGS faithfully reproduced every standard-of-care molecular test ( n = 738) and revealed several previously unknown genomic features of childhood tumors. We show that WGS can be delivered as part of routine clinical care to children with suspected cancer and can change clinical management by delivering unexpected genomic insights. Our experience portrays WGS as a clinically impactful assay for routine practice, providing opportunities for assay consolidation and for delivery of molecularly informed patient care.

Abstract The unexpected contamination of normal samples with tumour cells reduces variant detection sensitivity, compromising downstream analyses in canonical tumour-normal analyses. Leveraging whole-genome sequencing data available at Genomics England, we develop a tool for normal sample contamination assessment, which we validate in silico and against minimal residual disease testing. From a systematic review of 771 patients with haematological malignancies and sarcomas, we find contamination across a range of cancer clinical indications and DNA sources, with highest prevalence in saliva samples from acute myeloid leukaemia patients, and sorted CD3+ T-cells from myeloproliferative neoplasms. Further exploration reveals 108 hotspot mutations in genes associated with haematological cancers at risk of being subtracted by standard variant calling pipelines. Our work highlights the importance of contamination assessment for accurate somatic variants detection in research and clinical settings, especially with large-scale sequencing projects being utilised to deliver accurate data from which to make clinical decisions for patient care.

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.

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 Aims The question of how to handle clinically actionable outcomes from retrospective research studies is poorly explored. In neuropathology, this problem is exacerbated by ongoing refinement in tumour classification. We sought to establish a disclosure threshold for potential revised diagnoses as determined by the neuro‐oncology speciality. Methods As part of a previous research study, the diagnoses of 73 archival paediatric brain tumour samples were reclassified according to the WHO 2016 guidelines. To determine the disclosure threshold and clinical actionability of pathology‐related findings, we conducted a result‐evaluation approach within the ethical framework of BRAIN UK using a surrogate clinical multidisciplinary team (MDT) of neuro‐oncology specialists. Results The MDT identified key determinants impacting decision‐making, including anticipated changes to patient management, time elapsed since initial diagnosis, likelihood of the patient being alive and absence of additional samples since cohort inception. Ultimately, none of our research findings were considered clinically actionable, largely due to the cohort's historic archival and high‐risk nature. From this experience, we developed a decision‐making framework to determine if research findings indicating a change in diagnosis require reporting to the relevant clinical teams. Conclusions Ethical issues relating to the use of archival tissue for research and the potential to identify actionable findings must be carefully considered. We have established a structured framework to assess the actionability of research data relating to patient diagnosis. While our specific findings are most applicable to the pathology of poor prognostic brain tumour groups in children, the model can be adapted to a range of disease settings, for example, other diseases where research is dependent on retrospective tissue cohorts, and research findings may have implications for patients and families, such as other tumour types, epilepsy‐related pathology, genetic disorders and degenerative diseases.