While molecular subgrouping has revolutionized medulloblastoma classification, the extent of heterogeneity within subgroups is unknown. Similarity network fusion (SNF) applied to genome-wide DNA methylation and gene expression data across 763 primary samples identifies very homogeneous clusters of patients, supporting the presence of medulloblastoma subtypes. After integration of somatic copy-number alterations, and clinical features specific to each cluster, we identify 12 different subtypes of medulloblastoma. Integrative analysis using SNF further delineates group 3 from group 4 medulloblastoma, which is not as readily apparent through analyses of individual data types. Two clear subtypes of infants with Sonic Hedgehog medulloblastoma with disparate outcomes and biology are identified. Medulloblastoma subtypes identified through integrative clustering have important implications for stratification of future clinical trials.

Pediatric glioblastomas (GBM) including diffuse intrinsic pontine gliomas (DIPG) are devastating brain tumors with no effective therapy. Here, we investigated clinical and biological impacts of histone H3.3 mutations. Forty-two DIPGs were tested for H3.3 mutations. Wild-type versus mutated (K27M-H3.3) subgroups were compared for HIST1H3B, IDH, ATRX and TP53 mutations, copy number alterations and clinical outcome. K27M-H3.3 occurred in 71 %, TP53 mutations in 77 % and ATRX mutations in 9 % of DIPGs. ATRX mutations were more frequent in older children (p < 0.0001). No G34V/R-H3.3, IDH1/2 or H3.1 mutations were identified. K27M-H3.3 DIPGs showed specific copy number changes, including all gains/amplifications of PDGFRA and MYC/PVT1 loci. Notably, all long-term survivors were H3.3 wild type and this group of patients had better overall survival. K27M-H3.3 mutation defines clinically and biologically distinct subgroups and is prevalent in DIPG, which will impact future therapeutic trial design. K27M- and G34V-H3.3 have location-based incidence (brainstem/cortex) and potentially play distinct roles in pediatric GBM pathogenesis. K27M-H3.3 is universally associated with short survival in DIPG, while patients wild-type for H3.3 show improved survival. Based on prognostic and therapeutic implications, our findings argue for H3.3-mutation testing at diagnosis, which should be rapidly integrated into the clinical decision-making algorithm, particularly in atypical DIPG.

Medulloblastoma, the most common malignant paediatric brain tumour, is currently treated with nonspecific cytotoxic therapies including surgery, whole-brain radiation, and aggressive chemotherapy. As medulloblastoma exhibits marked intertumoural heterogeneity, with at least four distinct molecular variants, previous attempts to identify targets for therapy have been underpowered because of small samples sizes. Here we report somatic copy number aberrations (SCNAs) in 1,087 unique medulloblastomas. SCNAs are common in medulloblastoma, and are predominantly subgroup-enriched. The most common region of focal copy number gain is a tandem duplication of SNCAIP, a gene associated with Parkinson’s disease, which is exquisitely restricted to Group 4α. Recurrent translocations of PVT1, including PVT1-MYC and PVT1-NDRG1, that arise through chromothripsis are restricted to Group 3. Numerous targetable SCNAs, including recurrent events targeting TGF-β signalling in Group 3, and NF-κB signalling in Group 4, suggest future avenues for rational, targeted therapy. Medulloblastoma is the most common malignant brain tumour in children; having assembled over 1,000 samples the authors report that somatic copy number aberrations are common in medulloblastoma, in particular a tandem duplication of SNCAIP, a gene associated with Parkinson’s disease, which is restricted to subgroup 4α, and translocations of PVT1, which are restricted to Group 3. 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.

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.

Medulloblastoma comprises four distinct molecular subgroups: WNT, SHH, Group 3, and Group 4. Current medulloblastoma protocols stratify patients based on clinical features: patient age, metastatic stage, extent of resection, and histologic variant. Stark prognostic and genetic differences among the four subgroups suggest that subgroup-specific molecular biomarkers could improve patient prognostication.Molecular biomarkers were identified from a discovery set of 673 medulloblastomas from 43 cities around the world. Combined risk stratification models were designed based on clinical and cytogenetic biomarkers identified by multivariable Cox proportional hazards analyses. Identified biomarkers were tested using fluorescent in situ hybridization (FISH) on a nonoverlapping medulloblastoma tissue microarray (n = 453), with subsequent validation of the risk stratification models.Subgroup information improves the predictive accuracy of a multivariable survival model compared with clinical biomarkers alone. Most previously published cytogenetic biomarkers are only prognostic within a single medulloblastoma subgroup. Profiling six FISH biomarkers (GLI2, MYC, chromosome 11 [chr11], chr14, 17p, and 17q) on formalin-fixed paraffin-embedded tissues, we can reliably and reproducibly identify very low-risk and very high-risk patients within SHH, Group 3, and Group 4 medulloblastomas.Combining subgroup and cytogenetic biomarkers with established clinical biomarkers substantially improves patient prognostication, even in the context of heterogeneous clinical therapies. The prognostic significance of most molecular biomarkers is restricted to a specific subgroup. We have identified a small panel of cytogenetic biomarkers that reliably identifies very high-risk and very low-risk groups of patients, making it an excellent tool for selecting patients for therapy intensification and therapy de-escalation in future clinical trials.

Recurrent mutations affecting the histone H3.3 residues Lys27 or indirectly Lys36 are frequent drivers of pediatric high-grade gliomas (over 30% of HGGs). To identify additional driver mutations in HGGs, we investigated a cohort of 60 pediatric HGGs using whole-exome sequencing (WES) and compared them to 543 exomes from non-cancer control samples. We identified mutations in SETD2, a H3K36 trimethyltransferase, in 15% of pediatric HGGs, a result that was genome-wide significant (FDR = 0.029). Most SETD2 alterations were truncating mutations. Sequencing the gene in this cohort and another validation cohort (123 gliomas from all ages and grades) showed SETD2 mutations to be specific to high-grade tumors affecting 15% of pediatric HGGs (11/73) and 8% of adult HGGs (5/65) while no SETD2 mutations were identified in low-grade diffuse gliomas (0/45). Furthermore, SETD2 mutations were mutually exclusive with H3F3A mutations in HGGs (P = 0.0492) while they partly overlapped with IDH1 mutations (4/14), and SETD2-mutant tumors were found exclusively in the cerebral hemispheres (P = 0.0055). SETD2 is the only H3K36 trimethyltransferase in humans, and SETD2-mutant tumors showed a substantial decrease in H3K36me3 levels (P < 0.001), indicating that the mutations are loss-of-function. These data suggest that loss-of-function SETD2 mutations occur in older children and young adults and are specific to HGG of the cerebral cortex, similar to the H3.3 G34R/V and IDH mutations. Taken together, our results suggest that mutations disrupting the histone code at H3K36, including H3.3 G34R/V, IDH1 and/or SETD2 mutations, are central to the genesis of hemispheric HGGs in older children and young adults.