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.

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.

Diffuse intrinsic pontine glioma (DIPG) is the most severe paediatric solid tumour, with no significant therapeutic progress made in the past 50 years. Recent studies suggest that diffuse midline glioma, H3-K27M mutant, may comprise more than one biological entity. The aim of the study was to determine the clinical and biological variables that most impact their prognosis. Ninety-one patients with classically defined DIPG underwent a systematic stereotactic biopsy and were included in this observational retrospective study. Histone H3 genes mutations were assessed by immunochemistry and direct sequencing, whilst global gene expression profiling and chromosomal imbalances were determined by microarrays. A full description of the MRI findings at diagnosis and at relapse was integrated with the molecular profiling data and clinical outcome. All DIPG but one were found to harbour either a somatic H3-K27M mutation and/or loss of H3K27 trimethylation. We also discovered a novel K27M mutation in HIST2H3C, and a lysine-to-isoleucine substitution (K27I) in H3F3A, also creating a loss of trimethylation. Patients with tumours harbouring a K27M mutation in H3.3 (H3F3A) did not respond clinically to radiotherapy as well, relapsed significantly earlier and exhibited more metastatic recurrences than those in H3.1 (HIST1H3B/C). H3.3-K27M-mutated DIPG have a proneural/oligodendroglial phenotype and a pro-metastatic gene expression signature with PDGFRA activation, while H3.1-K27M-mutated tumours exhibit a mesenchymal/astrocytic phenotype and a pro-angiogenic/hypoxic signature supported by expression profiling and radiological findings. H3K27 alterations appear as the founding event in DIPG and the mutations in the two main histone H3 variants drive two distinct oncogenic programmes with potential specific therapeutic targets.

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.

BackgroundMedulloblastoma is associated with rare hereditary cancer predisposition syndromes; however, consensus medulloblastoma predisposition genes have not been defined and screening guidelines for genetic counselling and testing for paediatric patients are not available. We aimed to assess and define these genes to provide evidence for future screening guidelines.MethodsIn this international, multicentre study, we analysed patients with medulloblastoma from retrospective cohorts (International Cancer Genome Consortium [ICGC] PedBrain, Medulloblastoma Advanced Genomics International Consortium [MAGIC], and the CEFALO series) and from prospective cohorts from four clinical studies (SJMB03, SJMB12, SJYC07, and I-HIT-MED). Whole-genome sequences and exome sequences from blood and tumour samples were analysed for rare damaging germline mutations in cancer predisposition genes. DNA methylation profiling was done to determine consensus molecular subgroups: WNT (MBWNT), SHH (MBSHH), group 3 (MBGroup3), and group 4 (MBGroup4). Medulloblastoma predisposition genes were predicted on the basis of rare variant burden tests against controls without a cancer diagnosis from the Exome Aggregation Consortium (ExAC). Previously defined somatic mutational signatures were used to further classify medulloblastoma genomes into two groups, a clock-like group (signatures 1 and 5) and a homologous recombination repair deficiency-like group (signatures 3 and 8), and chromothripsis was investigated using previously established criteria. Progression-free survival and overall survival were modelled for patients with a genetic predisposition to medulloblastoma.FindingsWe included a total of 1022 patients with medulloblastoma from the retrospective cohorts (n=673) and the four prospective studies (n=349), from whom blood samples (n=1022) and tumour samples (n=800) were analysed for germline mutations in 110 cancer predisposition genes. In our rare variant burden analysis, we compared these against 53 105 sequenced controls from ExAC and identified APC, BRCA2, PALB2, PTCH1, SUFU, and TP53 as consensus medulloblastoma predisposition genes according to our rare variant burden analysis and estimated that germline mutations accounted for 6% of medulloblastoma diagnoses in the retrospective cohort. The prevalence of genetic predispositions differed between molecular subgroups in the retrospective cohort and was highest for patients in the MBSHH subgroup (20% in the retrospective cohort). These estimates were replicated in the prospective clinical cohort (germline mutations accounted for 5% of medulloblastoma diagnoses, with the highest prevalence [14%] in the MBSHH subgroup). Patients with germline APC mutations developed MBWNT and accounted for most (five [71%] of seven) cases of MBWNT that had no somatic CTNNB1 exon 3 mutations. Patients with germline mutations in SUFU and PTCH1 mostly developed infant MBSHH. Germline TP53 mutations presented only in childhood patients in the MBSHH subgroup and explained more than half (eight [57%] of 14) of all chromothripsis events in this subgroup. Germline mutations in PALB2 and BRCA2 were observed across the MBSHH, MBGroup3, and MBGroup4 molecular subgroups and were associated with mutational signatures typical of homologous recombination repair deficiency. In patients with a genetic predisposition to medulloblastoma, 5-year progression-free survival was 52% (95% CI 40–69) and 5-year overall survival was 65% (95% CI 52–81); these survival estimates differed significantly across patients with germline mutations in different medulloblastoma predisposition genes.InterpretationGenetic counselling and testing should be used as a standard-of-care procedure in patients with MBWNT and MBSHH because these patients have the highest prevalence of damaging germline mutations in known cancer predisposition genes. We propose criteria for routine genetic screening for patients with medulloblastoma based on clinical and molecular tumour characteristics.FundingGerman Cancer Aid; German Federal Ministry of Education and Research; German Childhood Cancer Foundation (Deutsche Kinderkrebsstiftung); European Research Council; National Institutes of Health; Canadian Institutes for Health Research; German Cancer Research Center; St Jude Comprehensive Cancer Center; American Lebanese Syrian Associated Charities; Swiss National Science Foundation; European Molecular Biology Organization; Cancer Research UK; Hertie Foundation; Alexander and Margaret Stewart Trust; V Foundation for Cancer Research; Sontag Foundation; Musicians Against Childhood Cancer; BC Cancer Foundation; Swedish Council for Health, Working Life and Welfare; Swedish Research Council; Swedish Cancer Society; the Swedish Radiation Protection Authority; Danish Strategic Research Council; Swiss Federal Office of Public Health; Swiss Research Foundation on Mobile Communication; Masaryk University; Ministry of Health of the Czech Republic; Research Council of Norway; Genome Canada; Genome BC; Terry Fox Research Institute; Ontario Institute for Cancer Research; Pediatric Oncology Group of Ontario; The Family of Kathleen Lorette and the Clark H Smith Brain Tumour Centre; Montreal Children's Hospital Foundation; The Hospital for Sick Children: Sonia and Arthur Labatt Brain Tumour Research Centre, Chief of Research Fund, Cancer Genetics Program, Garron Family Cancer Centre, MDT's Garron Family Endowment; BC Childhood Cancer Parents Association; Cure Search Foundation; Pediatric Brain Tumor Foundation; Brainchild; and the Government of Ontario.

Cerebral amyloid angiopathy (CAA) is an age-related small vessel disease, characterised pathologically by progressive deposition of amyloid β in the cerebrovascular wall. The Boston criteria are used worldwide for the in-vivo diagnosis of CAA but have not been updated since 2010, before the emergence of additional MRI markers. We report an international collaborative study aiming to update and externally validate the Boston diagnostic criteria across the full spectrum of clinical CAA presentations.In this multicentre, hospital-based, retrospective, MRI and neuropathology diagnostic accuracy study, we did a retrospective analysis of clinical, radiological, and histopathological data available to sites participating in the International CAA Association to formulate updated Boston criteria and establish their diagnostic accuracy across different populations and clinical presentations. Ten North American and European academic medical centres identified patients aged 50 years and older with potential CAA-related clinical presentations (ie, spontaneous intracerebral haemorrhage, cognitive impairment, or transient focal neurological episodes), available brain MRI, and histopathological assessment for CAA diagnosis. MRI scans were centrally rated at Massachusetts General Hospital (Boston, MA, USA) for haemorrhagic and non-haemorrhagic CAA markers, and brain tissue samples were rated by neuropathologists at the contributing sites. We derived the Boston criteria version 2.0 (v2.0) by selecting MRI features to optimise diagnostic specificity and sensitivity in a prespecified derivation cohort (Boston cases 1994-2012, n=159), then externally validated the criteria in a prespecified temporal validation cohort (Boston cases 2012-18, n=59) and a geographical validation cohort (non-Boston cases 2004-18; n=123), comparing accuracy of the new criteria to the currently used modified Boston criteria with histopathological assessment of CAA as the diagnostic standard. We also assessed performance of the v2.0 criteria in patients across all cohorts who had the diagnostic gold standard of brain autopsy.The study protocol was finalised on Jan 15, 2017, patient identification was completed on Dec 31, 2018, and imaging analyses were completed on Sept 30, 2019. Of 401 potentially eligible patients presenting to Massachusetts General Hospital, 218 were eligible to be included in the analysis; of 160 patient datasets from other centres, 123 were included. Using the derivation cohort, we derived provisional criteria for probable CAA requiring the presence of at least two strictly lobar haemorrhagic lesions (ie, intracerebral haemorrhages, cerebral microbleeds, or foci of cortical superficial siderosis) or at least one strictly lobar haemorrhagic lesion and at least one white matter characteristic (ie, severe visible perivascular spaces in centrum semiovale or white matter hyperintensities in a multispot pattern). The sensitivity and specificity of these criteria were 74·8% (95% CI 65·4-82·7) and 84·6% (71·9-93·1) in the derivation cohort, 92·5% (79·6-98·4) and 89·5% (66·9-98·7) in the temporal validation cohort, 80·2% (70·8-87·6) and 81·5% (61·9-93·7) in the geographical validation cohort, and 74·5% (65·4-82·4) and 95·0% (83·1-99·4) in all patients who had autopsy as the diagnostic standard. The area under the receiver operating characteristic curve (AUC) was 0·797 (0·732-0·861) in the derivation cohort, 0·910 (0·828-0·992) in the temporal validation cohort, 0·808 (0·724-0·893) in the geographical validation cohort, and 0·848 (0·794-0·901) in patients who had autopsy as the diagnostic standard. The v2.0 Boston criteria for probable CAA had superior accuracy to the current Boston criteria (sensitivity 64·5% [54·9-73·4]; specificity 95·0% [83·1-99·4]; AUC 0·798 [0·741-0854]; p=0·0005 for comparison of AUC) across all individuals who had autopsy as the diagnostic standard.The Boston criteria v2.0 incorporate emerging MRI markers of CAA to enhance sensitivity without compromising their specificity in our cohorts of patients aged 50 years and older presenting with spontaneous intracerebral haemorrhage, cognitive impairment, or transient focal neurological episodes. Future studies will be needed to determine generalisability of the v.2.0 criteria across the full range of patients and clinical presentations.US National Institutes of Health (R01 AG26484).

Epileptic discharges in the neocortex surrounding human gliomas are initiated by GABAergic interneurons through alterations of chloride homeostasis in pyramidal cells.

Focal Cortical Dysplasia, Hemimegalencephaly and Cortical Tuber are pediatric epileptogenic malformations of cortical development (MCDs) frequently pharmaco-resistant and mostly surgically treated by the resection of epileptic cortex. Availability of cortical resection samples allowed significant mechanistic discoveries directly from human material. Causal brain somatic or germline mutations in the AKT/PI3K/DEPDC5/MTOR genes were identified. GABAa mediated paradoxical depolarization, related to altered chloride (Cl-) homeostasis, was shown to participate to ictogenesis in human pediatric MCDs. However, the link between genomic alterations and neuronal hyperexcitability is still unclear. Here we studied the post translational interactions between the mTOR pathway and the regulation of cation-chloride cotransporters (CCC), KCC2 and NKCC1, that are largely responsible for controlling intracellular Cl- and ultimately GABAergic transmission. For this study, 35 children (25 MTORopathies and 10 pseudo controls, diagnosed by histology plus genetic profiling) were operated for drug resistant epilepsy. Postoperative cortical tissues were recorded on multielectrode array (MEA) to map epileptic activities. CCC expression level and phosphorylation status of the WNK1/SPAK-OSR1 pathway was measured during basal conditions and after pharmacological modulation. Direct interactions between mTOR and WNK1 pathway components were investigated by immunoprecipitation. Membranous incorporation of MCD samples in Xenopus laevis oocytes enabled Cl- conductance and equilibrium potential (EGABA) for GABA measurement. Of the 25 clinical cases, half harbored a somatic mutation in the mTOR pathway, while pS6 expression was increased in all MCD samples. Spontaneous interictal discharges were recorded in 65% of the slices. CCC expression was altered in MCDs, with a reduced KCC2/NKCC1 ratio and decreased KCC2 membranous expression. CCC expression was regulated by the WNK1/SPAK-OSR1 kinases through direct phosphorylation of Thr906 on KCC2, that was reversed by WNK1 and SPAK antagonists (NEM and Staurosporine). mSIN1 subunit of MTORC2 was found to interact with SPAK-OSR1 and WNK1. Interactions between these key epileptogenic pathways could be reversed by the mTOR specific antagonist Rapamycin, leading to a dephosphorylation of CCCs and recovery of the KCC2/NKCC1 ratio. The functional effect of such recovery was validated by the restoration of the depolarizing shift in EGABA by rapamycin, measured after incorporation of MCD membranes to X. laevis oocytes, in line with a reestablishment of normal ECl-. Our study deciphers a protein interaction network through a phosphorylation cascade between MTOR and WNK1/SPAK-OSR1 leading to chloride cotransporters deregulation, increased neuronal chloride levels and GABAa dysfunction in malformations of Cortical Development, linking genomic defects and functional effects and paving the way to target epilepsy therapy.

Abstract Background Constitutional Mismatch Repair Deficiency (CMMRD) is a cancer predisposition due to biallelic mutations in one of the mismatch repair (MMR) genes associated with early onset of cancers, especially high-grade gliomas. Our aim was to decipher the molecular specificities of these gliomas. Methods Clinical, histopathological and whole exome sequencing data were analyzed in 12 children with genetically proven CMMRD and a high-grade glioma. Results PDL1 expression was present on immunohistochemistry in 50% of the samples. In 9 patients, the glioma harbored an ultra-hypermutated phenotype (104-635 coding single nucleotide variants (SNV) per Mb, median 204). Driver mutations in POLE and POLD1 exonuclease domains were described for 8 and 1 patients respectively and were always present in the mutation burst with the highest variant allele frequency (VAF). The mutational signatures were dominated by MMR-related ones and similar in the different mutation bursts of a same patient without subsequent enrichment of the mutation signatures with POL-driven ones. Median number of coding SNV with VAF above the one of the driving polymerase mutation per Mb was 57 (17-191). Our findings suggest that somatic polymerase alterations does not entirely explain the ultra-hypermutant phenotype. SETD2, TP53, NF1, EPHB2, PRKDC and DICER1 genes were frequently mutated with higher VAF than the deleterious somatic polymerase mutation. Conclusions CMMRD-associated gliomas have a specific oncogenesis that does not involve usual pathways and mutations seen in sporadic pediatric or adult glioblastomas. Frequent alterations in other pathways such as MAPK may suggest the use of other targeted therapies along with PD1 inhibitors.

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.