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.

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.

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.

Genomic rearrangements are thought to occur progressively during tumor development. Recent findings, however, suggest an alternative mechanism, involving massive chromosome rearrangements in a one-step catastrophic event termed chromothripsis. We report the whole-genome sequencing-based analysis of a Sonic-Hedgehog medulloblastoma (SHH-MB) brain tumor from a patient with a germline TP53 mutation (Li-Fraumeni syndrome), uncovering massive, complex chromosome rearrangements. Integrating TP53 status with microarray and deep sequencing-based DNA rearrangement data in additional patients reveals a striking association between TP53 mutation and chromothripsis in SHH-MBs. Analysis of additional tumor entities substantiates a link between TP53 mutation and chromothripsis, and indicates a context-specific role for p53 in catastrophic DNA rearrangements. Among these, we observed a strong association between somatic TP53 mutations and chromothripsis in acute myeloid leukemia. These findings connect p53 status and chromothripsis in specific tumor types, providing a genetic basis for understanding particularly aggressive subtypes of cancer.

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.

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.

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.

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.

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.