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.

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.

Medulloblastoma is the most common brain tumour in children; using exome sequencing of tumour samples the authors show that these cancers have low mutation rates and identify 12 significantly mutated genes, among them the gene encoding RNA helicase DDX3X. Medulloblastoma is the most common malignant brain tumour in children. Four papers published in the 2 August 2012 issue of Nature use whole-genome and other sequencing techniques to produce a detailed picture of the genetics and genomics of this condition. Notable findings include the identification of recurrent mutations in genes not previously implicated in medulloblastoma, with significant genetic differences associated with the four biologically distinct subgroups and clinical outcomes in each. Potential avenues for therapy are suggested by the identification of targetable somatic copy-number alterations, including recurrent events targeting TGFβ signalling in Group 3, and NF-κB signalling in Group 4 medulloblastomas. Medulloblastomas are the most common malignant brain tumours in children1. Identifying and understanding the genetic events that drive these tumours is critical for the development of more effective diagnostic, prognostic and therapeutic strategies. Recently, our group and others described distinct molecular subtypes of medulloblastoma on the basis of transcriptional and copy number profiles2,3,4,5. Here we use whole-exome hybrid capture and deep sequencing to identify somatic mutations across the coding regions of 92 primary medulloblastoma/normal pairs. Overall, medulloblastomas have low mutation rates consistent with other paediatric tumours, with a median of 0.35 non-silent mutations per megabase. We identified twelve genes mutated at statistically significant frequencies, including previously known mutated genes in medulloblastoma such as CTNNB1, PTCH1, MLL2, SMARCA4 and TP53. Recurrent somatic mutations were newly identified in an RNA helicase gene, DDX3X, often concurrent with CTNNB1 mutations, and in the nuclear co-repressor (N-CoR) complex genes GPS2, BCOR and LDB1. We show that mutant DDX3X potentiates transactivation of a TCF promoter and enhances cell viability in combination with mutant, but not wild-type, β-catenin. Together, our study reveals the alteration of WNT, hedgehog, histone methyltransferase and now N-CoR pathways across medulloblastomas and within specific subtypes of this disease, and nominates the RNA helicase DDX3X as a component of pathogenic β-catenin signalling in medulloblastoma.

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.

The diagnosis of medulloblastoma likely encompasses several distinct entities, with recent evidence for the existence of at least four unique molecular subgroups that exhibit distinct genetic, transcriptional, demographic, and clinical features. Assignment of molecular subgroup through routine profiling of high-quality RNA on expression microarrays is likely impractical in the clinical setting. The planning and execution of medulloblastoma clinical trials that stratify by subgroup, or which are targeted to a specific subgroup requires technologies that can be economically, rapidly, reliably, and reproducibly applied to formalin-fixed paraffin embedded (FFPE) specimens. In the current study, we have developed an assay that accurately measures the expression level of 22 medulloblastoma subgroup-specific signature genes (CodeSet) using nanoString nCounter Technology. Comparison of the nanoString assay with Affymetrix expression array data on a training series of 101 medulloblastomas of known subgroup demonstrated a high concordance (Pearson correlation r = 0.86). The assay was validated on a second set of 130 non-overlapping medulloblastomas of known subgroup, correctly assigning 98% (127/130) of tumors to the appropriate subgroup. Reproducibility was demonstrated by repeating the assay in three independent laboratories in Canada, the United States, and Switzerland. Finally, the nanoString assay could confidently predict subgroup in 88% of recent FFPE cases, of which 100% had accurate subgroup assignment. We present an assay based on nanoString technology that is capable of rapidly, reliably, and reproducibly assigning clinical FFPE medulloblastoma samples to their molecular subgroup, and which is highly suited for future medulloblastoma clinical trials.

Abstract Purpose: MYC-amplified medulloblastomas are highly lethal tumors. Bromodomain and extraterminal (BET) bromodomain inhibition has recently been shown to suppress MYC-associated transcriptional activity in other cancers. The compound JQ1 inhibits BET bromodomain-containing proteins, including BRD4. Here, we investigate BET bromodomain targeting for the treatment of MYC-amplified medulloblastoma. Experimental Design: We evaluated the effects of genetic and pharmacologic inhibition of BET bromodomains on proliferation, cell cycle, and apoptosis in established and newly generated patient- and genetically engineered mouse model (GEMM)-derived medulloblastoma cell lines and xenografts that harbored amplifications of MYC or MYCN. We also assessed the effect of JQ1 on MYC expression and global MYC-associated transcriptional activity. We assessed the in vivo efficacy of JQ1 in orthotopic xenografts established in immunocompromised mice. Results: Treatment of MYC-amplified medulloblastoma cells with JQ1 decreased cell viability associated with arrest at G1 and apoptosis. We observed downregulation of MYC expression and confirmed the inhibition of MYC-associated transcriptional targets. The exogenous expression of MYC from a retroviral promoter reduced the effect of JQ1 on cell viability, suggesting that attenuated levels of MYC contribute to the functional effects of JQ1. JQ1 significantly prolonged the survival of orthotopic xenograft models of MYC-amplified medulloblastoma (P < 0.001). Xenografts harvested from mice after five doses of JQ1 had reduced the expression of MYC mRNA and a reduced proliferative index. Conclusion: JQ1 suppresses MYC expression and MYC-associated transcriptional activity in medulloblastomas, resulting in an overall decrease in medulloblastoma cell viability. These preclinical findings highlight the promise of BET bromodomain inhibitors as novel agents for MYC-amplified medulloblastoma. Clin Cancer Res; 20(4); 912–25. ©2013 AACR.