Purpose To define copy number alterations and gene expression signatures underlying pediatric high-grade glioma (HGG). Patients and Methods We conducted a high-resolution analysis of genomic imbalances in 78 de novo pediatric HGGs, including seven diffuse intrinsic pontine gliomas, and 10 HGGs arising in children who received cranial irradiation for a previous cancer using single nucleotide polymorphism microarray analysis. Gene expression was analyzed with gene expression microarrays for 53 tumors. Results were compared with publicly available data from adult tumors. Results Significant differences in copy number alterations distinguish childhood and adult glioblastoma. PDGFRA was the predominant target of focal amplification in childhood HGG, including diffuse intrinsic pontine gliomas, and gene expression analyses supported an important role for deregulated PDGFRα signaling in pediatric HGG. No IDH1 hotspot mutations were found in pediatric tumors, highlighting molecular differences with adult secondary glioblastoma. Pediatric and adult glioblastomas were clearly distinguished by frequent gain of chromosome 1q (30% v 9%, respectively) and lower frequency of chromosome 7 gain (13% v 74%, respectively) and 10q loss (35% v 80%, respectively). PDGFRA amplification and 1q gain occurred at significantly higher frequency in irradiation-induced tumors, suggesting that these are initiating events in childhood gliomagenesis. A subset of pediatric HGGs showed minimal copy number changes. Conclusion Integrated molecular profiling showed substantial differences in the molecular features underlying pediatric and adult HGG, indicating that findings in adult tumors cannot be simply extrapolated to younger patients. PDGFRα may be a useful target for pediatric HGG, including diffuse pontine gliomas.

Chris Jones, Jacques Grill and colleagues report the identification of recurrent activating mutations in ACVR1 in diffuse intrinsic pontine gliomas. Diffuse intrinsic pontine gliomas (DIPGs) are highly infiltrative malignant glial neoplasms of the ventral pons that, due to their location within the brain, are unsuitable for surgical resection and consequently have a universally dismal clinical outcome. The median survival time is 9–12 months, with neither chemotherapeutic nor targeted agents showing substantial survival benefit in clinical trials in children with these tumors1. We report the identification of recurrent activating mutations in the ACVR1 gene, which encodes a type I activin receptor serine/threonine kinase, in 21% of DIPG samples. Strikingly, these somatic mutations (encoding p.Arg206His, p.Arg258Gly, p.Gly328Glu, p.Gly328Val, p.Gly328Trp and p.Gly356Asp substitutions) have not been reported previously in cancer but are identical to mutations found in the germ line of individuals with the congenital childhood developmental disorder fibrodysplasia ossificans progressiva (FOP)2 and have been shown to constitutively activate the BMP–TGF-β signaling pathway. These mutations represent new targets for therapeutic intervention in this otherwise incurable disease.

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.

Abstract Children and young adults with glioblastoma (GBM) have a median survival rate of only 12 to 15 months, and these GBMs are clinically and biologically distinct from histologically similar cancers in older adults. They are defined by highly specific mutations in the gene encoding the histone H3.3 variant H3F3A, occurring either at or close to key residues marked by methylation for regulation of transcription—K27 and G34. Here, we show that the cerebral hemisphere-specific G34 mutation drives a distinct expression signature through differential genomic binding of the K36 trimethylation mark (H3K36me3). The transcriptional program induced recapitulates that of the developing forebrain, and involves numerous markers of stem-cell maintenance, cell-fate decisions, and self-renewal. Critically, H3F3A G34 mutations cause profound upregulation of MYCN, a potent oncogene that is causative of GBMs when expressed in the correct developmental context. This driving aberration is selectively targetable in this patient population through inhibiting kinases responsible for stabilization of the protein. Significance: We provide the mechanistic explanation for how the first histone gene mutation in human disease biology acts to deliver MYCN, a potent tumorigenic initiator, into a stem-cell compartment of the developing forebrain, selectively giving rise to incurable cerebral hemispheric GBM. Using synthetic lethal approaches to these mutant tumor cells provides a rational way to develop novel and highly selective treatment strategies. Cancer Discov; 3(5); 512–19. ©2013 AACR. See related commentary by Huang and Weiss, p. 484 This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 471

Optic pathway gliomas (OPGs) occur in 15%–20% of children with neurofibromatosis type 1 (NF1); up to half become symptomatic. There is little information regarding ophthalmologic outcomes after chemotherapy. A retrospective multicenter study was undertaken to evaluate visual outcomes following chemotherapy for NF1-associated OPG, to identify risks for visual loss, and to ascertain indications for treatment. Subjects included children undergoing initial treatment for OPGs with chemotherapy between January 1997 and December 2007. Of 115 subjects, visual acuity (VA) decline and tumor progression were the primary reasons to initiate treatment, although there were significant differences in the pattern of indications cited among the institutions. Eighty-eight subjects and 168 eyes were evaluable for VA outcome. At completion of chemotherapy, VA improved (32% of subjects), remained stable (40%), or declined (28%). Tumor location was the most consistent prognostic factor for poor VA outcome. There was poor correlation between radiographic and VA outcomes. Although visual outcomes for NF1-associated OPG are not optimal, approximately one-third of children regain some vision with treatment. Since radiographic outcomes do not predict visual outcomes, their use as the primary measure of treatment success is in question. The lack of consensus regarding the indications for treatment underlines the need for better standardization of care. Future clinical trials for OPG require standardized visual assessment methods and clear definitions of visual outcomes.

Sporadic vascular malformations (VMs) are complex congenital anomalies of blood vessels that lead to stroke, life-threatening bleeds, disfigurement, overgrowth, and/or pain. Therapeutic options are severely limited, and multidisciplinary management remains challenging, particularly for high-flow arteriovenous malformations (AVM).To investigate the pathogenesis of sporadic intracranial and extracranial VMs in 160 children in which known genetic causes had been excluded, we sequenced DNA from affected tissue and optimized analysis for detection of low mutant allele frequency.We discovered multiple mosaic-activating variants in 4 genes of the RAS/MAPK pathway, KRAS, NRAS, BRAF, and MAP2K1, a pathway commonly activated in cancer and responsible for the germline RAS-opathies. These variants were more frequent in high-flow than low-flow VMs. In vitro characterization and 2 transgenic zebrafish AVM models that recapitulated the human phenotype validated the pathogenesis of the mutant alleles. Importantly, treatment of AVM-BRAF mutant zebrafish with the BRAF inhibitor vemurafinib restored blood flow in AVM.Our findings uncover a major cause of sporadic VMs of different clinical types and thereby offer the potential of personalized medical treatment by repurposing existing licensed cancer therapies.This work was funded or supported by grants from the AVM Butterfly Charity, the Wellcome Trust (UK), the Medical Research Council (UK), the UK National Institute for Health Research, the L'Oreal-Melanoma Research Alliance, the European Research Council, and the National Human Genome Research Institute (US).

Abstract Infant high-grade gliomas appear clinically distinct from their counterparts in older children, indicating that histopathologic grading may not accurately reflect the biology of these tumors. We have collected 241 cases under 4 years of age, and carried out histologic review, methylation profiling, and custom panel, genome, or exome sequencing. After excluding tumors representing other established entities or subgroups, we identified 130 cases to be part of an “intrinsic” spectrum of disease specific to the infant population. These included those with targetable MAPK alterations, and a large proportion of remaining cases harboring gene fusions targeting ALK (n = 31), NTRK1/2/3 (n = 21), ROS1 (n = 9), and MET (n = 4) as their driving alterations, with evidence of efficacy of targeted agents in the clinic. These data strongly support the concept that infant gliomas require a change in diagnostic practice and management. Significance: Infant high-grade gliomas in the cerebral hemispheres comprise novel subgroups, with a prevalence of ALK, NTRK1/2/3, ROS1, or MET gene fusions. Kinase fusion–positive tumors have better outcome and respond to targeted therapy clinically. Other subgroups have poor outcome, with fusion-negative cases possibly representing an epigenetically driven pluripotent stem cell phenotype. See related video: https://vimeo.com/438254885 See related commentary by Szulzewsky and Cimino, p. 904. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 890

We undertook a comprehensive clinical and biological investigation of serial medulloblastoma biopsies obtained at diagnosis and relapse. Combined MYC family amplifications and P53 pathway defects commonly emerged at relapse, and all patients in this group died of rapidly progressive disease postrelapse. To study this interaction, we investigated a transgenic model of MYCN-driven medulloblastoma and found spontaneous development of Trp53 inactivating mutations. Abrogation of p53 function in this model produced aggressive tumors that mimicked characteristics of relapsed human tumors with combined P53-MYC dysfunction. Restoration of p53 activity and genetic and therapeutic suppression of MYCN all reduced tumor growth and prolonged survival. Our findings identify P53-MYC interactions at medulloblastoma relapse as biomarkers of clinically aggressive disease that may be targeted therapeutically.

Cancer predisposition syndromes mediated by recessive cancer genes generate tumours via somatic variants (second hits) in the unaffected allele. Second hits may or may not be sufficient for neoplastic transformation. Here, we performed whole genome and exome sequencing on 479 tissue biopsies from a child with neurofibromatosis type 1, a multi-system cancer-predisposing syndrome mediated by constitutive monoallelic NF1 inactivation. We identified multiple independent NF1 driver variants in histologically normal tissues, but not in 610 biopsies from two non-predisposed children. We corroborated this finding using targeted duplex sequencing, including a further nine adults with the same syndrome. Overall, truncating NF1 mutations were under positive selection in normal tissues from individuals with neurofibromatosis type 1. We demonstrate that normal tissues in neurofibromatosis type 1 commonly harbour second hits in NF1, the extent and pattern of which may underpin the syndrome's cancer phenotype.