The Cancer Genome Atlas Network recently cataloged recurrent genomic abnormalities in glioblastoma multiforme (GBM). We describe a robust gene expression-based molecular classification of GBM into Proneural, Neural, Classical, and Mesenchymal subtypes and integrate multidimensional genomic data to establish patterns of somatic mutations and DNA copy number. Aberrations and gene expression of EGFR, NF1, and PDGFRA/IDH1 each define the Classical, Mesenchymal, and Proneural subtypes, respectively. Gene signatures of normal brain cell types show a strong relationship between subtypes and different neural lineages. Additionally, response to aggressive therapy differs by subtype, with the greatest benefit in the Classical subtype and no benefit in the Proneural subtype. We provide a framework that unifies transcriptomic and genomic dimensions for GBM molecular stratification with important implications for future studies.

Summary

 We describe the landscape of somatic genomic alterations based on multidimensional and comprehensive characterization of more than 500 glioblastoma tumors (GBMs). We identify several novel mutated genes as well as complex rearrangements of signature receptors, including EGFR and PDGFRA. TERT promoter mutations are shown to correlate with elevated mRNA expression, supporting a role in telomerase reactivation. Correlative analyses confirm that the survival advantage of the proneural subtype is conferred by the G-CIMP phenotype, and MGMT DNA methylation may be a predictive biomarker for treatment response only in classical subtype GBM. Integrative analysis of genomic and proteomic profiles challenges the notion of therapeutic inhibition of a pathway as an alternative to inhibition of the target itself. These data will facilitate the discovery of therapeutic and diagnostic target candidates, the validation of research and clinical observations and the generation of unanticipated hypotheses that can advance our molecular understanding of this lethal cancer.

Immune checkpoint inhibitor (ICI) treatments benefit some patients with metastatic cancers, but predictive biomarkers are needed. Findings in selected cancer types suggest that tumor mutational burden (TMB) may predict clinical response to ICI. To examine this association more broadly, we analyzed the clinical and genomic data of 1,662 advanced cancer patients treated with ICI, and 5,371 non-ICI-treated patients, whose tumors underwent targeted next-generation sequencing (MSK-IMPACT). Among all patients, higher somatic TMB (highest 20% in each histology) was associated with better overall survival. For most cancer histologies, an association between higher TMB and improved survival was observed. The TMB cutpoints associated with improved survival varied markedly between cancer types. These data indicate that TMB is associated with improved survival in patients receiving ICI across a wide variety of cancer types, but that there may not be one universal definition of high TMB.

Diffuse low-grade and intermediate-grade gliomas (which together make up the lower-grade gliomas, World Health Organization grades II and III) have highly variable clinical behavior that is not adequately predicted on the basis of histologic class. Some are indolent; others quickly progress to glioblastoma. The uncertainty is compounded by interobserver variability in histologic diagnosis. Mutations in IDH, TP53, and ATRX and codeletion of chromosome arms 1p and 19q (1p/19q codeletion) have been implicated as clinically relevant markers of lower-grade gliomas.

Glioblastoma multiforme (GBM) comprises several molecular subtypes, including proneural GBM. Most therapeutic approaches targeting glioma cells have failed. An alternative strategy is to target cells in the glioma microenvironment, such as tumor-associated macrophages and microglia (TAMs). Macrophages depend on colony stimulating factor-1 (CSF-1) for differentiation and survival. We used an inhibitor of the CSF-1 receptor (CSF-1R) to target TAMs in a mouse proneural GBM model, which significantly increased survival and regressed established tumors. CSF-1R blockade additionally slowed intracranial growth of patient-derived glioma xenografts. Surprisingly, TAMs were not depleted in treated mice. Instead, glioma-secreted factors, including granulocyte-macrophage CSF (GM-CSF) and interferon-γ (IFN-γ), facilitated TAM survival in the context of CSF-1R inhibition. Expression of alternatively activated M2 markers decreased in surviving TAMs, which is consistent with impaired tumor-promoting functions. These gene signatures were associated with enhanced survival in patients with proneural GBM. Our results identify TAMs as a promising therapeutic target for proneural gliomas and establish the translational potential of CSF-1R inhibition for GBM.

In human lung adenocarcinomas harboring EGFR mutations, a second-site point mutation that substitutes methionine for threonine at position 790 (T790M) is associated with approximately half of cases of acquired resistance to the EGFR kinase inhibitors, gefitinib and erlotinib. To identify other potential mechanisms that contribute to disease progression, we used array-based comparative genomic hybridization (aCGH) to compare genomic profiles of EGFR mutant tumors from untreated patients with those from patients with acquired resistance. Among three loci demonstrating recurrent copy number alterations (CNAs) specific to the acquired resistance set, one contained the MET proto-oncogene. Collectively, analysis of tumor samples from multiple independent patient cohorts revealed that MET was amplified in tumors from 9 of 43 (21%) patients with acquired resistance but in only two tumors from 62 untreated patients (3%) ( P = 0.007, Fisher's Exact test). Among 10 resistant tumors from the nine patients with MET amplification, 4 also harbored the EGFR T790M mutation. We also found that an existing EGFR mutant lung adenocarcinoma cell line, NCI-H820, harbors MET amplification in addition to a drug-sensitive EGFR mutation and the T790M change. Growth inhibition studies demonstrate that these cells are resistant to both erlotinib and an irreversible EGFR inhibitor (CL-387,785) but sensitive to a multikinase inhibitor (XL880) with potent activity against MET. Taken together, these data suggest that MET amplification occurs independently of EGFR T790M mutations and that MET may be a clinically relevant therapeutic target for some patients with acquired resistance to gefitinib or erlotinib.

IDHology Among the most exciting drug targets to emerge from cancer genome sequencing projects are two related metabolic enzymes, isocitrate dehydrogenases 1 and 2 (IDH1, IDH2). Mutations in the IDH1 and IDH2 genes are common in certain types of human cancer. Whether inhibition of mutant IDH activity might offer therapeutic benefits is unclear (see the Perspective by Kim and DeBerardinis ). F. Wang et al. (p. 622 , published online 4 April) isolated a small molecule that selectively inhibits mutant IDH2, describe the structural details of its binding to the mutant enzyme, and show that this compound suppresses the growth of patient-derived leukemia cells harboring the IDH2 mutation. Rohle et al. (p. 626 , published online 4 April) show that a small molecule inhibitor of IDH1 selectively slows the growth of patient-derived brain tumor cells with the IDH1 mutation.

The difficulty in delineating brain tumor margins is a major obstacle in the path toward better outcomes for patients with brain tumors. Current imaging methods are often limited by inadequate sensitivity, specificity and spatial resolution. Here we show that a unique triple-modality magnetic resonance imaging-photoacoustic imaging-Raman imaging nanoparticle (termed here MPR nanoparticle) can accurately help delineate the margins of brain tumors in living mice both preoperatively and intraoperatively. The MPRs were detected by all three modalities with at least a picomolar sensitivity both in vitro and in living mice. Intravenous injection of MPRs into glioblastoma-bearing mice led to MPR accumulation and retention by the tumors, with no MPR accumulation in the surrounding healthy tissue, allowing for a noninvasive tumor delineation using all three modalities through the intact skull. Raman imaging allowed for guidance of intraoperative tumor resection, and a histological correlation validated that Raman imaging was accurately delineating the brain tumor margins. This new triple-modality-nanoparticle approach has promise for enabling more accurate brain tumor imaging and resection.

Targeted therapies that inhibit receptor tyrosine kinases (RTKs) and the downstream phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) signaling pathway have shown promising anticancer activity, but their efficacy in the brain tumor glioblastoma multiforme (GBM) and other solid tumors has been modest. We hypothesized that multiple RTKs are coactivated in these tumors and that redundant inputs drive and maintain downstream signaling, thereby limiting the efficacy of therapies targeting single RTKs. Tumor cell lines, xenotransplants, and primary tumors indeed show multiple concomitantly activated RTKs. Combinations of RTK inhibitors and/or RNA interference, but not single agents, decreased signaling, cell survival, and anchorage-independent growth even in glioma cells deficient in PTEN, a frequently inactivated inhibitor of PI3K. Thus, effective GBM therapy may require combined regimens targeting multiple RTKs.