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.

Glioblastoma (GBM) is a brain tumor that carries a dismal prognosis and displays considerable heterogeneity. We have recently identified recurrent H3F3A mutations affecting two critical amino acids (K27 and G34) of histone H3.3 in one-third of pediatric GBM. Here, we show that each H3F3A mutation defines an epigenetic subgroup of GBM with a distinct global methylation pattern, and that they are mutually exclusive with IDH1 mutations, which characterize a third mutation-defined subgroup. Three further epigenetic subgroups were enriched for hallmark genetic events of adult GBM and/or established transcriptomic signatures. We also demonstrate that the two H3F3A mutations give rise to GBMs in separate anatomic compartments, with differential regulation of transcription factors OLIG1, OLIG2, and FOXG1, possibly reflecting different cellular origins.

Abstract Pan-cancer analyses that examine commonalities and differences among various cancer types have emerged as a powerful way to obtain novel insights into cancer biology. Here we present a comprehensive analysis of genetic alterations in a pan-cancer cohort including 961 tumours from children, adolescents, and young adults, comprising 24 distinct molecular types of cancer. Using a standardized workflow, we identified marked differences in terms of mutation frequency and significantly mutated genes in comparison to previously analysed adult cancers. Genetic alterations in 149 putative cancer driver genes separate the tumours into two classes: small mutation and structural/copy-number variant (correlating with germline variants). Structural variants, hyperdiploidy, and chromothripsis are linked to TP53 mutation status and mutational signatures. Our data suggest that 7–8% of the children in this cohort carry an unambiguous predisposing germline variant and that nearly 50% of paediatric neoplasms harbour a potentially druggable event, which is highly relevant for the design of future clinical trials.

Primitive neuroectodermal tumors of the central nervous system (CNS-PNETs) are highly aggressive, poorly differentiated embryonal tumors occurring predominantly in young children but also affecting adolescents and adults. Herein, we demonstrate that a significant proportion of institutionally diagnosed CNS-PNETs display molecular profiles indistinguishable from those of various other well-defined CNS tumor entities, facilitating diagnosis and appropriate therapy for patients with these tumors. From the remaining fraction of CNS-PNETs, we identify four new CNS tumor entities, each associated with a recurrent genetic alteration and distinct histopathological and clinical features. These new molecular entities, designated “CNS neuroblastoma with FOXR2 activation (CNS NB-FOXR2),” “CNS Ewing sarcoma family tumor with CIC alteration (CNS EFT-CIC),” “CNS high-grade neuroepithelial tumor with MN1 alteration (CNS HGNET-MN1),” and “CNS high-grade neuroepithelial tumor with BCOR alteration (CNS HGNET-BCOR),” will enable meaningful clinical trials and the development of therapeutic strategies for patients affected by poorly differentiated CNS tumors.

Purpose Diffuse intrinsic pontine glioma (DIPG) is a brainstem malignancy with a median survival of < 1 year. The International and European Society for Pediatric Oncology DIPG Registries collaborated to compare clinical, radiologic, and histomolecular characteristics between short-term survivors (STSs) and long-term survivors (LTSs). Materials and Methods Data abstracted from registry databases included patients from North America, Australia, Germany, Austria, Switzerland, the Netherlands, Italy, France, the United Kingdom, and Croatia. Results Among 1,130 pediatric and young adults with radiographically confirmed DIPG, 122 (11%) were excluded. Of the 1,008 remaining patients, 101 (10%) were LTSs (survival ≥ 2 years). Median survival time was 11 months (interquartile range, 7.5 to 16 months), and 1-, 2-, 3-, 4-, and 5-year survival rates were 42.3% (95% CI, 38.1% to 44.1%), 9.6% (95% CI, 7.8% to 11.3%), 4.3% (95% CI, 3.2% to 5.8%), 3.2% (95% CI, 2.4% to 4.6%), and 2.2% (95% CI, 1.4% to 3.4%), respectively. LTSs, compared with STSs, more commonly presented at age < 3 or > 10 years (11% v 3% and 33% v 23%, respectively; P < .001) and with longer symptom duration ( P < .001). STSs, compared with LTSs, more commonly presented with cranial nerve palsy (83% v 73%, respectively; P = .008), ring enhancement (38% v 23%, respectively; P = .007), necrosis (42% v 26%, respectively; P = .009), and extrapontine extension (92% v 86%, respectively; P = .04). LTSs more commonly received systemic therapy at diagnosis (88% v 75% for STSs; P = .005). Biopsies and autopsies were performed in 299 patients (30%) and 77 patients (10%), respectively; 181 tumors (48%) were molecularly characterized. LTSs were more likely to harbor a HIST1H3B mutation (odds ratio, 1.28; 95% CI, 1.1 to 1.5; P = .002). Conclusion We report clinical, radiologic, and molecular factors that correlate with survival in children and young adults with DIPG, which are important for risk stratification in future clinical trials.

The ‘Individualized Therapy for Relapsed Malignancies in Childhood’ (INFORM) precision medicine study is a nationwide German program for children with high-risk relapsed/refractory malignancies, which aims to identify therapeutic targets on an individualised basis. In a pilot phase, reported here, we developed the logistical and analytical pipelines necessary for rapid and comprehensive molecular profiling in a clinical setting. Fifty-seven patients from 20 centers were prospectively recruited. Malignancies investigated included sarcomas (n = 25), brain tumours (n = 23), and others (n = 9). Whole-exome, low-coverage whole-genome, and RNA sequencing were complemented with methylation and expression microarray analyses. Alterations were assessed for potential targetability according to a customised prioritisation algorithm and subsequently discussed in an interdisciplinary molecular tumour board. Next-generation sequencing data were generated for 52 patients, with the full analysis possible in 46 of 52. Turnaround time from sample receipt until first report averaged 28 d. Twenty-six patients (50%) harbored a potentially druggable alteration with a prioritisation score of ‘intermediate’ or higher (level 4 of 7). Common targets included receptor tyrosine kinases, phosphoinositide 3-kinase–mammalian target of rapamycin pathway, mitogen-activated protein kinase pathway, and cell cycle control. Ten patients received a targeted therapy based on these findings, with responses observed in some previously treatment-refractory tumours. Comparative primary relapse analysis revealed substantial tumour evolution as well as one case of unsuspected secondary malignancy, highlighting the importance of re-biopsy at relapse. This study demonstrates the feasibility of comprehensive, real-time molecular profiling for high-risk paediatric cancer patients. This extended proof-of-concept, with examples of treatment consequences, expands upon previous personalised oncology endeavors, and presents a model with considerable interest and practical relevance in the burgeoning era of personalised medicine.

Abstract The ROS proto-oncogene 1 ( ROS1 ) gene is rearranged in various cancers. The translated fusion protein presents an attractive therapeutic target, since specific inhibitors have been approved for several tumor types. In glioma, ROS1 fusions are frequent within infantile hemispheric glioma, and single case reports on occurrences in other glioma types exist. However, a comprehensive analysis spanning the full width of glioma types and subtypes is lacking. We here assessed the spectrum and distribution of ROS1 fusions by screening >20,000 glioma cases for typical chromosomal alterations, with subsequent RNA-sequencing for confirmation of candidate cases. ROS1 fusions were identified in 16 cases, from low grade pilocytic astrocytoma WHO grade 1 to glioblastoma, IDH wildtype WHO grade 4. Thus, despite being enriched in some tumor types, ROS1 fusions are not pathognomonic for specific glioma types and may consitute a relevant target in a variety of cases.

Abstract Background Malignant astrocytic gliomas in children show a remarkable biological and clinical diversity. Small in-frame insertions or missense mutations in the EGFR gene have recently been identified in a distinct subset of pediatric bithalamic gliomas with a unique DNA methylation pattern. Methods Here, we investigated an epigenetically homogeneous cohort of malignant gliomas (n=58) distinct from other subtypes and enriched for pediatric cases and thalamic location, in order to elucidate the overlap with this recently identified subtype of pediatric bithalamic gliomas. Results EGFR gene amplification was detected in 16/58 (27%) tumors, and missense mutations or small in-frame insertions in EGFR were found in 20/30 tumors with available sequencing data (67%; five of them co-occurring with EGFR amplification). Additionally, eight of the 30 tumors (27%) harbored an H3.1 or H3.3 K27M mutation (six of them with a concomitant EGFR alteration). All tumors tested showed loss of H3K27me3 staining, with evidence of EZHIP overexpression in the H3 wildtype cases. Although some tumors indeed showed a bithalamic growth pattern, a significant proportion of tumors occurred in the unilateral thalamus or in other (predominantly midline) locations. Conclusions Our findings present a distinct molecular class of pediatric malignant gliomas largely overlapping with the recently reported bithalamic gliomas characterized by EGFR alteration, but additionally showing a broader spectrum of EGFR alterations and tumor localization. Global H3K27me3 loss in this group appears to be mediated by either H3 K27 mutation or EZHIP overexpression. EGFR inhibition may represent a potential therapeutic strategy in these highly aggressive gliomas. Key points This study confirms a distinct new subset of pediatric diffuse midline glioma with H3K27me3 loss, with or without H3 K27 mutation The poor outcome of these tumors is in line with the broader family of pediatric diffuse midline gliomas with H3 K27 mutation or EZHIP overexpression Frequent EGFR alterations in these tumors may represent a therapeutic target in this subset Importance of the Study Malignant astrocytic gliomas in children show a remarkable biological and clinical diversity. Here, we highlight a distinct molecular class of pediatric malignant gliomas characterized by EGFR alteration and global H3K27me3 loss that appears to be mediated by either H3 K27 mutation or EZHIP overexpression. EGFR inhibition may represent a potential therapeutic strategy in these highly aggressive gliomas.

Abstract BACKGROUND Embryonal tumors with PLAGL1 and PLAGL2 amplification (ET, PLAGL) display substantial clinical heterogeneity regarding applied treatment and outcomes. As a recently-defined entity, the spectrum of tumor-driving PLAG-family alterations is not yet fully elucidated. METHODS We analyzed clinical and MRI data from patients with ET, PLAGL. Second, we identified and analyzed tumors with epigenetic similarities. RESULTS 18 patients with ET, PLAGL revealed diverse clinical behavior. Patients with PLAGL1-amplified tumors (ET, PLAGL1) were older (median 8 years), had a higher rate of complete resections (6/9) and fewer relapses (3/9). Patients with PLAGL2-amplified tumors (ET, PLAGL2) were younger (median 1.9 years), often incompletely resected (6/9) and prone to earlier relapse/progression. Five-year PFS was 89% and 17% (ET, PLAGL1/ET, PLAGL2), with no predictive value of initial surgical extent on PFS/OS. Postoperative treatment included chemotherapy (17/18, various protocols) alone (n=8) or combined with RT (n=9). The three survivors with ET, PLAGL2 underwent induction and high-dose chemotherapy. All five patients with less intensive chemotherapy relapsed. Most first and all subsequent ET, PLAGL2 relapses were distant, questioning the value of initial local radiotherapy. Two ET, PLAGL1 relapses occurred &gt;8 years after diagnosis (one after, one without previous RT). Through methylation-based t-SNE we identified 143 tumors with epigenetic similarities to ET, PLAGL. Filtering revealed a core set of 27 tumors, of which seven displayed evidence of PLAG1-fusion events and one PLAG1-amplification. RNAseq analysis (n=4) revealed distinct gene fusions involving PLAG1, with similar genes upregulated (RET, CYP2W1 and imprinted genes) as in ET, PLAGL. Like ET, PLAGL, PLAG1-fused tumors, occurred in young children with different diagnoses and localizations. CONCLUSION PLAG1-fused tumors are epigenetically similar to ET, PLAGL, show similarities in gene expression, and need to be differentiated from neuroepithelial tumor with PLAGL1-fusion. Future investigations will examine differences in clinical behavior and the utility of PLAG1/L1/L2 IHC for diagnosis.

Abstract BACKGROUND Brainstem gliomas account for 10-20% of all central nervous system pediatric neoplasms. Brain stem tumors in children less than three months old at diagnosis are extremely rare. Our aim is to study a retrospective cohort to improve the understanding of the disease course and guide patient management. METHODS This is a multicenter retrospective analysis across the European Society for Pediatric Oncology SIOP-E HGG/DIPG Working Group linked centers and included patients with a brainstem tumor diagnosed between 2009 and 2020 and aged less than 3 months at diagnosis. Clinical data was collected, and imaging characteristics were analyzed blindly and independently by two experienced neuroradiologists. RESULTS Five cases (female; n=4) were identified of which no patient received any therapy. The epicenter of 2 tumors was in the medulla oblongata alone and in the medulla oblongata and the pons in 3 cases. For patients with tumor in equal parts in the medulla oblongata and the pons (n=3) the extension at diagnosis involved the spinal cord; for the 2 patients with the tumor epicenter in the medulla oblongata alone (n=2) the extension at diagnosis included the pons (n=2) and the spinal cord (n=1). Biopsy was performed in one patient identifying a pilocytic astrocytoma. Two patients died rapidly. In one patient autopsy revealed a high-grade glioma (case 3). Three survivors showed either spontaneous tumor regression (n=2) or stable disease (n=1). The surviving patients were followed-up for 10, 7, and 0.6 years, respectively. One case had the typical imaging characteristics of a dorsal exophytic low-grade glioma. CONCLUSIONS No patient fulfilled the radiologic criteria defining a high-grade glioma. Central neuroradiological review and biopsy (if feasible) may provide useful information with regards to the patient’s management.