Glioblastoma (GBM) is a brain tumor that carries a dismal prognosis and displays considerable heterogeneity. We have recently identified recurrent H3F3A mutations affecting two critical amino acids (K27 and G34) of histone H3.3 in one-third of pediatric GBM. Here, we show that each H3F3A mutation defines an epigenetic subgroup of GBM with a distinct global methylation pattern, and that they are mutually exclusive with IDH1 mutations, which characterize a third mutation-defined subgroup. Three further epigenetic subgroups were enriched for hallmark genetic events of adult GBM and/or established transcriptomic signatures. We also demonstrate that the two H3F3A mutations give rise to GBMs in separate anatomic compartments, with differential regulation of transcription factors OLIG1, OLIG2, and FOXG1, possibly reflecting different cellular origins.

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.

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.

Nada Jabado and colleagues report identification of gain-of-function mutations in ACVR1, which encodes activin A receptor type I, in midline pediatric high-grade astrocytomas. Pediatric midline high-grade astrocytomas (mHGAs) are incurable with few treatment targets identified. Most tumors harbor mutations encoding p.Lys27Met in histone H3 variants. In 40 treatment-naive mHGAs, 39 analyzed by whole-exome sequencing, we find additional somatic mutations specific to tumor location. Gain-of-function mutations in ACVR1 occur in tumors of the pons in conjunction with histone H3.1 p.Lys27Met substitution, whereas FGFR1 mutations or fusions occur in thalamic tumors associated with histone H3.3 p.Lys27Met substitution. Hyperactivation of the bone morphogenetic protein (BMP)-ACVR1 developmental pathway in mHGAs harboring ACVR1 mutations led to increased levels of phosphorylated SMAD1, SMAD5 and SMAD8 and upregulation of BMP downstream early-response genes in tumor cells. Global DNA methylation profiles were significantly associated with the p.Lys27Met alteration, regardless of the mutant histone H3 variant and irrespective of tumor location, supporting the role of this substitution in driving the epigenetic phenotype. This work considerably expands the number of potential treatment targets and further justifies pretreatment biopsy in pediatric mHGA as a means to orient therapeutic efforts in this disease.

Purpose Reports detailing the prognostic impact of TP53 mutations in medulloblastoma offer conflicting conclusions. We resolve this issue through the inclusion of molecular subgroup profiles. Patients and Methods We determined subgroup affiliation, TP53 mutation status, and clinical outcome in a discovery cohort of 397 medulloblastomas. We subsequently validated our results on an independent cohort of 156 medulloblastomas. Results TP53 mutations are enriched in wingless (WNT; 16%) and sonic hedgehog (SHH; 21%) medulloblastomas and are virtually absent in subgroups 3 and 4 tumors (P < .001). Patients with SHH/TP53 mutant tumors are almost exclusively between ages 5 and 18 years, dramatically different from the general SHH distribution (P < .001). Children with SHH/TP53 mutant tumors harbor 56% germline TP53 mutations, which are not observed in children with WNT/TP53 mutant tumors. Five-year overall survival (OS; ± SE) was 41% ± 9% and 81% ± 5% for patients with SHH medulloblastomas with and without TP53 mutations, respectively (P < .001). Furthermore, TP53 mutations accounted for 72% of deaths in children older than 5 years with SHH medulloblastomas. In contrast, 5-year OS rates were 90% ± 9% and 97% ± 3% for patients with WNT tumors with and without TP53 mutations (P = .21). Multivariate analysis revealed that TP53 status was the most important risk factor for SHH medulloblastoma. Survival rates in the validation cohort mimicked the discovery results, revealing that poor survival of TP53 mutations is restricted to patients with SHH medulloblastomas (P = .012) and not WNT tumors. Conclusion Subgroup-specific analysis reconciles prior conflicting publications and confirms that TP53 mutations are enriched among SHH medulloblastomas, in which they portend poor outcome and account for a large proportion of treatment failures in these patients.

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.