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.

Branched-chain amino acid transaminase 1, the enzyme that initiates the catabolism of branched-chain amino acids, is involved in glioma pathogenesis, making it a potential therapeutic target. Here we show that glioblastoma express high levels of branched-chain amino acid transaminase 1 (BCAT1), the enzyme that initiates the catabolism of branched-chain amino acids (BCAAs). Expression of BCAT1 was exclusive to tumors carrying wild-type isocitrate dehydrogenase 1 (IDH1) and IDH2 genes and was highly correlated with methylation patterns in the BCAT1 promoter region. BCAT1 expression was dependent on the concentration of α-ketoglutarate substrate in glioma cell lines and could be suppressed by ectopic overexpression of mutant IDH1 in immortalized human astrocytes, providing a link between IDH1 function and BCAT1 expression. Suppression of BCAT1 in glioma cell lines blocked the excretion of glutamate and led to reduced proliferation and invasiveness in vitro, as well as significant decreases in tumor growth in a glioblastoma xenograft model. These findings suggest a central role for BCAT1 in glioma pathogenesis, making BCAT1 and BCAA metabolism attractive targets for the development of targeted therapeutic approaches to treat patients with glioblastoma.