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.

Erythropoietin (EPO) and its receptor play a major role in embryonic brain, are weakly expressed in normal postnatal/adult brain and up-regulated upon metabolic stress. EPO protects neurons from hypoxic/ ischemic injury. The objective of this trial is to study the safety and efficacy of recombinant human EPO (rhEPO) for treatment of ischemic stroke in man.The trial consisted of a safety part and an efficacy part. In the safety study, 13 patients received rhEPO intravenously (3.3 X 10(4) IU/50 ml/30 min) once daily for the first 3 days after stroke. In the double-blind randomized proof-of-concept trial, 40 patients received either rhEPO or saline. Inclusion criteria were age <80 years, ischemic stroke within the middle cerebral artery territory confirmed by diffusion-weighted MRI, symptom onset <8 hr before drug administration, and deficits on stroke scales. The study endpoints were functional outcome at day 30 (Barthel Index, modified Rankin scale), NIH and Scandinavian stroke scales, evolution of infarct size (sequential MRI evaluation using diffusion-weighted [DWI] and fluid-attenuated inversion recovery sequences [FLAIR]) and the damage marker S100ss.No safety concerns were identified. Cerebrospinal fluid EPO increased to 60-100 times that of nontreated patients, proving that intravenously administered rhEPO reaches the brain. In the efficacy trial, patients received rhEPO within 5 hr of onset of symptoms (median, range 2:40-7:55). Admission neurologic scores and serum S100beta concentrations were strong predictors ofoutcome. Analysis of covariance controlled for these two variables indicated that rhEPO treatment was associated with an improvement in follow-up and outcome scales. A strong trend for reduction in infarct size in rhEPO patients as compared to controls was observed by MRI.Intravenous high-dose rhEPO is well tolerated in acute ischemic stroke and associated with an improvement in clinical outcome at 1 month. A larger scale clinical trial is warranted.

Summary

 Ependymal tumors across age groups are currently classified and graded solely by histopathology. It is, however, commonly accepted that this classification scheme has limited clinical utility based on its lack of reproducibility in predicting patients' outcome. We aimed at establishing a uniform molecular classification using DNA methylation profiling. Nine molecular subgroups were identified in a large cohort of 500 tumors, 3 in each anatomical compartment of the CNS, spine, posterior fossa, supratentorial. Two supratentorial subgroups are characterized by prototypic fusion genes involving RELA and YAP1, respectively. Regarding clinical associations, the molecular classification proposed herein outperforms the current histopathological classification and thus might serve as a basis for the next World Health Organization classification of CNS tumors.

Medulloblastoma is an aggressively growing tumour, arising in the cerebellum or medulla/brain stem. It is the most common malignant brain tumour in children, and shows tremendous biological and clinical heterogeneity. Despite recent treatment advances, approximately 40% of children experience tumour recurrence, and 30% will die from their disease. Those who survive often have a significantly reduced quality of life. Four tumour subgroups with distinct clinical, biological and genetic profiles are currently identified. WNT tumours, showing activated wingless pathway signalling, carry a favourable prognosis under current treatment regimens. SHH tumours show hedgehog pathway activation, and have an intermediate prognosis. Group 3 and 4 tumours are molecularly less well characterized, and also present the greatest clinical challenges. The full repertoire of genetic events driving this distinction, however, remains unclear. Here we describe an integrative deep-sequencing analysis of 125 tumour-normal pairs, conducted as part of the International Cancer Genome Consortium (ICGC) PedBrain Tumor Project. Tetraploidy was identified as a frequent early event in Group 3 and 4 tumours, and a positive correlation between patient age and mutation rate was observed. Several recurrent mutations were identified, both in known medulloblastoma-related genes (CTNNB1, PTCH1, MLL2, SMARCA4) and in genes not previously linked to this tumour (DDX3X, CTDNEP1, KDM6A, TBR1), often in subgroup-specific patterns. RNA sequencing confirmed these alterations, and revealed the expression of what are, to our knowledge, the first medulloblastoma fusion genes identified. Chromatin modifiers were frequently altered across all subgroups. These findings enhance our understanding of the genomic complexity and heterogeneity underlying medulloblastoma, and provide several potential targets for new therapeutics, especially for Group 3 and 4 patients.

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.

Pilocytic astrocytoma, the most common childhood brain tumor, is typically associated with mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway alterations. Surgically inaccessible midline tumors are therapeutically challenging, showing sustained tendency for progression and often becoming a chronic disease with substantial morbidities. Here we describe whole-genome sequencing of 96 pilocytic astrocytomas, with matched RNA sequencing (n = 73), conducted by the International Cancer Genome Consortium (ICGC) PedBrain Tumor Project. We identified recurrent activating mutations in FGFR1 and PTPN11 and new NTRK2 fusion genes in non-cerebellar tumors. New BRAF-activating changes were also observed. MAPK pathway alterations affected all tumors analyzed, with no other significant mutations identified, indicating that pilocytic astrocytoma is predominantly a single-pathway disease. Notably, we identified the same FGFR1 mutations in a subset of H3F3A-mutated pediatric glioblastoma with additional alterations in the NF1 gene. Our findings thus identify new potential therapeutic targets in distinct subsets of pilocytic astrocytoma and childhood glioblastoma.

Smoothened (SMO) inhibitors recently entered clinical trials for sonic-hedgehog-driven medulloblastoma (SHH-MB). Clinical response is highly variable. To understand the mechanism(s) of primary resistance and identify pathways cooperating with aberrant SHH signaling, we sequenced and profiled a large cohort of SHH-MBs (n = 133). SHH pathway mutations involved PTCH1 (across all age groups), SUFU (infants, including germline), and SMO (adults). Children >3 years old harbored an excess of downstream MYCN and GLI2 amplifications and frequent TP53 mutations, often in the germline, all of which were rare in infants and adults. Functional assays in different SHH-MB xenograft models demonstrated that SHH-MBs harboring a PTCH1 mutation were responsive to SMO inhibition, whereas tumors harboring an SUFU mutation or MYCN amplification were primarily resistant.

G-CSF is a potent hematopoietic factor that enhances survival and drives differentiation of myeloid lineage cells, resulting in the generation of neutrophilic granulocytes. Here, we show that G-CSF passes the intact blood-brain barrier and reduces infarct volume in 2 different rat models of acute stroke. G-CSF displays strong antiapoptotic activity in mature neurons and activates multiple cell survival pathways. Both G-CSF and its receptor are widely expressed by neurons in the CNS, and their expression is induced by ischemia, which suggests an autocrine protective signaling mechanism. Surprisingly, the G-CSF receptor was also expressed by adult neural stem cells, and G-CSF induced neuronal differentiation in vitro. G-CSF markedly improved long-term behavioral outcome after cortical ischemia, while stimulating neural progenitor response in vivo, providing a link to functional recovery. Thus, G-CSF is an endogenous ligand in the CNS that has a dual activity beneficial both in counteracting acute neuronal degeneration and contributing to long-term plasticity after cerebral ischemia. We therefore propose G-CSF as a potential new drug for stroke and neurodegenerative diseases.

Atypical teratoid/rhabdoid tumor (ATRT) is one of the most common brain tumors in infants. Although the prognosis of ATRT patients is poor, some patients respond favorably to current treatments, suggesting molecular inter-tumor heterogeneity. To investigate this further, we genetically and epigenetically analyzed 192 ATRTs. Three distinct molecular subgroups of ATRTs, associated with differences in demographics, tumor location, and type of SMARCB1 alterations, were identified. Whole-genome DNA and RNA sequencing found no recurrent mutations in addition to SMARCB1 that would explain the differences between subgroups. Whole-genome bisulfite sequencing and H3K27Ac chromatin-immunoprecipitation sequencing of primary tumors, however, revealed clear differences, leading to the identification of subgroup-specific regulatory networks and potential therapeutic targets.