Recurrent glioblastoma multiforme (GBM) is incurable with current therapies. Biallelic mismatch repair deficiency (bMMRD) is a highly penetrant childhood cancer syndrome often resulting in GBM characterized by a high mutational burden. Evidence suggests that high mutation and neoantigen loads are associated with response to immune checkpoint inhibition.We performed exome sequencing and neoantigen prediction on 37 bMMRD cancers and compared them with childhood and adult brain neoplasms. Neoantigen prediction bMMRD GBM was compared with responsive adult cancers from multiple tissues. Two siblings with recurrent multifocal bMMRD GBM were treated with the immune checkpoint inhibitor nivolumab.All malignant tumors (n = 32) were hypermutant. Although bMMRD brain tumors had the highest mutational load because of secondary polymerase mutations (mean, 17,740 ± standard deviation, 7,703), all other high-grade tumors were hypermutant (mean, 1,589 ± standard deviation, 1,043), similar to other cancers that responded favorably to immune checkpoint inhibitors. bMMRD GBM had a significantly higher mutational load than sporadic pediatric and adult gliomas and all other brain tumors (P < .001). bMMRD GBM harbored mean neoantigen loads seven to 16 times higher than those in immunoresponsive melanomas, lung cancers, or microsatellite-unstable GI cancers (P < .001). On the basis of these preclinical data, we treated two bMMRD siblings with recurrent multifocal GBM with the anti-programmed death-1 inhibitor nivolumab, which resulted in clinically significant responses and a profound radiologic response.This report of initial and durable responses of recurrent GBM to immune checkpoint inhibition may have implications for GBM in general and other hypermutant cancers arising from primary (genetic predisposition) or secondary MMRD.

Abstract BACKGROUND Despite multiple clinical trials in young patients with newly diagnosed high grade gliomas (HGG), survival remains poor. PNOC008 is a single-arm, multi-center pilot trial, investigating the feasibility, toxicity, and efficacy of a molecularly guided individualized treatment approach following radiotherapy. METHODS Patients aged ≤21 years with newly diagnosed, localized, hemispheric HGG (Stratum A) or non DIPG, diffuse midline glioma (DMG) (Stratum B) were eligible. Comprehensive molecular profiling (targeted gene panel, whole exome, and whole transcriptome sequencing) was performed on primary tumor tissue. The molecular data was reviewed by a dedicated tumor board that recommended an individualized treatment plan combining up to four FDA approved drugs. Patients were followed for toxicity and efficacy. Circulating tumor DNA (ctDNA), imaging, and quality of life (QOL) measures were collected at multiple timepoints. RESULTS Fifty-five HGG patients enrolled between 2018 and 2023 (median age 11 years [range 2-20], n=31 female, n=29 Stratum A), including H3K27-altered (n=17), H3/IDH-wildtype diffuse pediatric-type (n=16), and H3G34-mutant diffuse hemispheric glioma (n=12). In 44 patients that followed the recommended treatment, median overall survival (OS) from time of study enrollment was 26.5 months in Stratum A (lower 95% CI: 18.5) and 23.6 months in Stratum B (lower 95% CI: 16.8), and 30 months in H3G34-mutant patients (n=10, lower 95% CI:24.6) with median follow-up of 34.5 months for all patients (lower 95% CI: 32.2). The treatment recommendations most commonly included alkylator with targeted therapy combinations. The often novel drug combinations were generally well tolerated with grade 3 or 4 treatment-related adverse events being mostly hematologic. Central imaging, ctDNA, and QOL analyses are underway. CONCLUSIONS A personalized treatment approach using comprehensive transcriptomic and genomic analysis is feasible and well tolerated with encouraging survival data in children and young adults with HGG. Further analyses of molecular subgroups and correlatives are ongoing.

Abstract BACKGROUND PNOC027, a clinical trial conducted by the Pediatric Neuro-Oncology Consortium (PNOC), explores a precision medicine strategy with up to four FDA-approved agents integrating real-time drug screening with whole exome DNA and RNA sequencing to guide personalized treatment approaches for children and young adults with relapsed medulloblastoma. METHODS Freshly isolated tumor cells from patients undergo high-throughput drug screening, evaluating responses to 232 clinically available compounds over 72 hours. In vitro drug responses are integrated with tumor genomic and transcriptomic data to predict drug combinations for each patient. Drugs are prioritized based on blood-brain barrier permeability, patient age, prior treatments, and other co-morbidities. Correlative studies include the collection of blood to assess circulating tumor DNA (ctDNA) before surgery and during treatment. Health-related quality of life (HRQOL) assessments will also be collected during therapy. RESULTS To date, nine patients have been enrolled. Eight of these have successfully completed real time drug screening with a median turnaround of 7 days from sample receipt. One patient was excluded due to ineligible (non-medulloblastoma) pathology after enrollment. Seven of these had whole exome sequencing, and six had RNA sequencing. Tumor board recommendations were rendered within 21 business days from the date of surgery. Among the diverse drug classes evaluated, histone deacetylase (HDAC) inhibitors, proteasome inhibitors, anthracyclines, DNA crosslinkers, and kinase inhibitors showed the most robust in vitro responses. Six patients received the recommended regimens, experiencing tolerable (grade 1/2) toxicities. Two patients succumbed to disease prior to therapy initiation, three exhibited disease progression while on therapy, and three remain on therapy. CONCLUSION PNOC027 demonstrates preliminary feasibility of real-time drug screening combined with DNA/RNA sequencing to inform targeted therapy selection in clinically relevant timeframes and with potential for disease response.

Abstract BACKGROUND For medulloblastoma, CSF cytology and MRI together are considered to be superior to either modality alone in identifying leptomeningeal dissemination (LMD). However, MRI has vastly improved since the initial assessment of this approach. METHODS A retrospective medical record review of 130 patients (36.2% female) with medulloblastoma was performed. CSF samples and MR images (6.3% utilized FIESTA) obtained within 1 month of each other from 2000-2023 were analyzed. There were 302 CSF-MRI pairs (range: 1-12 pairs per patient) in total. A 3-tier system (negative, atypical/suspicious, positive) was utilized to account for equivocal findings. RESULTS The mean (SD) age at surgery was 13.2 (13.0) years. Mean (SD) postoperative follow-up time was 7.0 (5.2) years. 71.5% underwent gross or near-total resection, 80.8% received radiotherapy, and 93.1% received chemotherapy. The molecular subtypes were: SHH (24.6%), WNT (4.6%), non-WNT/non-SHH (38.5%), unknown (32.3%). MRI had an 89.8% sensitivity and CSF cytology had a 22.7% sensitivity for detecting LMD that was positive on CSF and/or MRI. MRI was positive in 23.1% of CSF negative cases. CSF was positive in 2.2% of MRI negative cases. For all CSF positive-MRI negative pairs, the CSF samples and MR images were obtained within 10 days of surgery. MRI was positive in 38.9% of CSF atypical cases. CSF was positive in 11.9% of MRI suspicious cases. MRI demonstrated greater or equal ability to CSF in 94.7% of pairs. MRI was more likely to exceed CSF at 3T versus 1.5T (51.3% vs. 27.4%; p&lt;0.01). The overall concordance between CSF cytology and MRI was 61.3%, and this differed by subtype (75.4% SHH vs. 80.0% WNT vs. 52.3% NWNS; p&lt;0.01). CONCLUSIONS Understanding the ability of CSF cytology and MRI to detect LMD is important. While MRI is superior overall, LMD detection varies by MRI Tesla, medulloblastoma subtype, and time since surgery.

NF1 is recurrently mutated in glioblastoma yet the molecular landscape and efficacy of targeted therapies remain unclear. Here, we combine bulk and single cell genomics of human somatic NF1 mutant, IDH-wildtype glioblastomas with functional genomic analysis of cell lines and mouse intracranial tumor models to identify molecular subgroups within NF1 mutant glioblastomas and mechanisms underlying MEK inhibitor response. Targeted DNA sequencing showed homozygous deletion of the cell cycle regulator CDKN2A/B is a poor prognostic marker in somatic NF1 mutant, but not NF1 wildtype, tumors. DNA methylation array profiling revealed three epigenetic groups highlighted by distinct clinical features, co-mutation patterns, and reference methylation classifier identities. Genome-wide CRISPRi screens in glioblastoma cells revealed cell cycle regulators are conserved mediators of cell growth while response to the MEK inhibitor selumetinib converges on Ras/RAF/MEK pathway activation. Repression of the RAF regulator SHOC2 sensitizes glioblastomas to selumetinib in vitro and in vivo in mouse intracranial glioblastoma models. Single cell RNA-sequencing of mouse intracranial glioblastomas treated with the MEK inhibitor selumetinib reveals distinct responses between mesenchymal-like (MES-like) and non MES-like subpopulations suggesting non-MES like cells are intrinsically resistant to MEK inhibition. Finally, single nuclear RNA-sequencing (snRNA-seq) of human NF1 mutant, CDKN2A/B deleted glioblastomas reveals MES-like tumor cells are associated with selumetinib sensitivity signatures while non MES-like cells exhibit increased cell cycle progression and lack selumetinib sensitivity, further supporting the notion that MEK inhibition specifically targets MES-like tumor cell subpopulations. Taken together, our data underscores the heterogeneity between and within somatic NF1 mutant glioblastomas and delineates mechanisms of MEK inhibitor response across distinct tumor subpopulations, guiding the development of future therapeutic strategies that may synergize with MEK inhibition for NF1 mutant tumors. The tumor suppressor NF1 is mutated in 15% of glioblastomas, 1–3 the most common malignant brain tumor with poor outcomes and few effective treatments. 4 NF1 is a GTPase activating protein (GAP) that negatively regulates Ras, and thus, NF1 loss leads to induction of Ras/RAF/MEK/ERK signaling, driving tumorigenesis and comprising a targetable molecular cascade. 5,6 Genomic analysis of glioblastoma demonstrates NF1 mutation is associated with a mesenchymal-like (MES-like) transcriptomic tumor cell subpopulation and altered tumor microenvironment. 7,8 More broadly, DNA methylation analysis reveals multiple epigenetic subgroups with overlapping relationships to transcriptomic subtype and DNA alterations, underscoring the complex relationship between genetic drivers and molecular signatures. 9 While the updated 2021 Central Nervous System WHO tumor classification incorporates an ever increasing amount of molecular criteria for diffuse astrocytic tumors, 10 the existence and clinical significance of molecular subgroups within somatic NF1 mutant, IDH-wildtype glioblastomas based on genetic co-mutations, epigenetic profile, or transcriptomic signatures remain unclear. Preclinical data support the utility of MEK inhibition in NF1 mutant gliomas, 11,12 and the MEK inhibitor selumetinib is FDA approved for tumors arising in patients with syndromic neurofibromatosis type 1 (NF-1) harboring a germline NF1 mutation. 13,14 In NF-1 associated gliomas, MEK inhibition demonstrates efficacy in a limited case series, 15 and combined BRAF/MEK inhibition shows efficacy in BRAF p.V600E mutant gliomas, 16 further supporting the translational potential of Ras/Raf/MEK/ERK blockade within genetically defined glioma subtypes. Nevertheless, treatment resistance to molecular monotherapy remains a challenge, 17–20 and the mechanisms underlying MEK inhibitor resistance in NF1 mutant glioma are unknown. Here, we integrate targeted DNA sequencing, DNA methylation profiling, and single nuclear RNA-sequencing (snRNA-seq) of human patient somatic NF1 mutant, IDH-wildtype glioblastomas with single cell RNA-sequencing (scRNA-seq), genome-wide clustered regularly interspaced short palindromic repeats interference (CRISPRi) screens, and pharmacologic studies in cell lines and mouse intracranial glioblastoma models to define molecular subgroups and functional mediators of MEK inhibitor response. Targeted DNA sequencing of NF1 mutant, IDH-wildtype glioblastomas (n=186 tumors) revealed CDKN2A/B deletion was associated with poor outcomes in NF1 mutant, but not NF1 wildtype, glioblastomas. DNA methylation profiling (n=129 tumors) demonstrated three epigenetic subgroups with distinct clinical features, co- mutation patterns across cell cycle genes, and reference methylation classifier identities. Genome-wide CRISPRi screens in mouse SB28 and human GBM43 glioblastoma cells identified a conserved cell cycle gene network mediating cell growth, consistent with the clinical importance of additional hits affecting the cell cycle in human somatic NF1 mutant glioblastomas. Moreover, genome-wide mediators of selumetinib response converged upon two Ras pathway effectors mediating selumetinib sensitivity: BRAF and SHOC2. SHOC2 repression in glioblastoma cells significantly improved selumetinib response both in vitro and in intracranial allografts in vivo . Single cell RNA-sequencing (scRNA-seq) of mouse intracranial glioblastomas treated with the MEK inhibitor selumetinib revealed MES-like tumor cells correlated with CDKN2A retention and the CRISPRi screen selumetinib sensitivity signature, with selumetinib resistant cells displaying Ras pathway induction. In contrast, non-MES like tumor cells were CDKN2A deficient and lacked expression of the CRISPRi screen selumetinib sensitivity signature, with selumetinib resistant cells inducing a glial de-differentiation program. Finally, snRNA-seq of NF1 mutant, CDKN2A/B deleted, IDH-wildtype glioblastomas (n=9) showed non MES-like tumor cells exhibit increased cell cycle progression and were not associated with the CRISPRi screen selumetinib sensitivity signature. MES-like tumor cells within newly diagnosed, but not recurrent, tumors retained expression of the CRISPRi screen selumetinib sensitivity signature, suggesting resistance can arise both between and within specific transcriptomic glioblastoma cell tumor cell subpopulations. Taken together, our data identifies clinically important subgroups of NF1 mutant, IDH-wildtype glioblastomas and supports a model in which heterogeneity between tumors and within tumor cell subpopulations underlies MEK inhibitor response, supporting the need for additional synergistic therapeutic approaches beyond maximal Ras pathway blockade for NF1 mutant glioblastomas.