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.

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.

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.

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.

Medulloblastoma is a highly malignant paediatric brain tumour currently treated with a combination of surgery, radiation and chemotherapy, posing a considerable burden of toxicity to the developing child. Genomics has illuminated the extensive intertumoral heterogeneity of medulloblastoma, identifying four distinct molecular subgroups. Group 3 and group 4 subgroup medulloblastomas account for most paediatric cases; yet, oncogenic drivers for these subtypes remain largely unidentified. Here we describe a series of prevalent, highly disparate genomic structural variants, restricted to groups 3 and 4, resulting in specific and mutually exclusive activation of the growth factor independent 1 family proto-oncogenes, GFI1 and GFI1B. Somatic structural variants juxtapose GFI1 or GFI1B coding sequences proximal to active enhancer elements, including super-enhancers, instigating oncogenic activity. Our results, supported by evidence from mouse models, identify GFI1 and GFI1B as prominent medulloblastoma oncogenes and implicate ‘enhancer hijacking’ as an efficient mechanism driving oncogene activation in a childhood cancer. Focusing on two ill-characterized subtypes of medulloblastoma (group 3 and group 4), this study identifies prevalent genomic structural variants that are restricted to these two subtypes and independently bring together coding regions of GFI1 family proto-oncogenes with active enhancer elements, leading to their mutually exclusive oncogenic activation. Medulloblastoma is a highly malignant paediatric brain tumour. Here the authors focus on two ill-characterized subtypes — group 3 and group 4 — which account for the majority of paediatric cases. They identify prevalent genomic structural variants, which are restricted to these two subtypes, and bring together coding regions of proto-oncogenes, GFI1 and GFI1B, and active enhancer elements leading to oncogene activation. This work identifies 'enhancer hijacking' as an efficient mechanism driving oncogene activation in a childhood cancer.

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.

Multiple independent genomic profiling efforts have recently identified clinically and molecularly distinct subgroups of ependymoma arising from all three anatomic compartments of the central nervous system (supratentorial brain, posterior fossa, and spinal cord). These advances motivated a consensus meeting to discuss: (1) the utility of current histologic grading criteria, (2) the integration of molecular-based stratification schemes in future clinical trials for patients with ependymoma and (3) current therapy in the context of molecular subgroups. Discussion at the meeting generated a series of consensus statements and recommendations from the attendees, which comment on the prognostic evaluation and treatment decisions of patients with intracranial ependymoma (WHO Grade II/III) based on the knowledge of its molecular subgroups. The major consensus among attendees was reached that treatment decisions for ependymoma (outside of clinical trials) should not be based on grading (II vs III). Supratentorial and posterior fossa ependymomas are distinct diseases, although the impact on therapy is still evolving. Molecular subgrouping should be part of all clinical trials henceforth.

Purpose To compare event-free survival (EFS), overall survival (OS), pattern of relapse, and hearing loss in children with standard-risk medulloblastoma treated by postoperative hyperfractionated or conventionally fractionated radiotherapy followed by maintenance chemotherapy. Patients and Methods In all, 340 children age 4 to 21 years from 122 European centers were postoperatively staged and randomly assigned to treatment with hyperfractionated radiotherapy (HFRT) or standard (conventional) fractionated radiotherapy (STRT) followed by a common chemotherapy regimen consisting of eight cycles of cisplatin, lomustine, and vincristine. Results After a median follow-up of 4.8 years (range, 0.1 to 8.3 years), survival rates were not significantly different between the two treatment arms: 5-year EFS was 77% ± 4% in the STRT group and 78% ± 4% in the HFRT group; corresponding 5-year OS was 87% ± 3% and 85% ± 3%, respectively. A postoperative residual tumor of more than 1.5 cm 2 was the strongest negative prognostic factor. EFS of children with all reference assessments and no large residual tumor was 82% ± 2% at 5 years. Patients with a delay of more than 7 weeks to the start of RT had a worse prognosis. Severe hearing loss was not significantly different for the two treatment arms at follow-up. Conclusion In this large randomized European study, which enrolled patients with standard-risk medulloblastoma from more than 100 centers, excellent survival rates were achieved in patients without a large postoperative residual tumor and without RT treatment delays. EFS and OS for HFRT was not superior to STRT, which therefore remains standard of care in this disease.

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 >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 Neurocognition can be severely affected in pediatric brain tumor survivors. We analyzed the association of cognitive functioning with radiotherapy dose, postoperative cerebellar mutism syndrome (pCMS), hydrocephalus, intraventricular methotrexate (MTX) application, tumor localization, and biology in pediatric survivors of a posterior fossa tumor. Methods Subdomain-specific neurocognitive outcome data from 279 relapse-free survivors of the HIT-2000 trial (241 medulloblastoma and 38 infratentorial ependymoma) using the Neuropsychological Basic Diagnostic tool based on Cattell–Horn–Carroll’s model for intelligence were analyzed. Results Cognitive performance 5.14 years (mean; range = 1.52–13.02) after diagnosis was significantly below normal for all subtests. Processing speed and psychomotor abilities were most affected. Influencing factors were domain-specific: CSI-dose had a strong impact on most subtests. pCMS was associated with psychomotor abilities (β = –0.25 to –0.16) and processing speed (β = –0.32). Postoperative hydrocephalus correlated with crystallized intelligence (β = –0.20) and short-term memory (β = –0.15), age with crystallized intelligence (β = 0.15) and psychomotor abilities (β = –0.16 and β = –0.17). Scores for fluid intelligence (β = –0.23), short-term memory (β = –0.17) and visual processing (β = –0.25) declined, and scores for selective attention improved (β = 0.29) with time after diagnosis. Conclusions The dose of CSI was strongly associated with neurocognitive outcomes. Low psychomotor abilities and processing speed both in patients treated with and without CSI suggest a strong contribution of the tumor and its surgery on these functions. Future research therefore should analyze strategies to both reduce CSI dose and toxicity caused by other treatment modalities.