Medulloblastomas, a common type of malignant childhood brain tumour, are thought in the main to arise from the cerebellum, many of them involving aberrant signalling of a signalling pathway involving Sonic Hedgehog. There is substantial heterogeneity among medulloblastomas, however, and new work shows that a distinct subtype of medulloblastoma arises from the dorsal brainstem and is associated with altered Wnt signalling. Distinct molecular and clinical profiles of the subtypes have implications for future treatment. This suggests that subgroups of medulloblastoma are intrinsically different diseases, so therapeutic strategies may need to be tailored accordingly. Medulloblastomas are the most common malignant childhood brain tumours and are thought to arise from the cerebellum. There is substantial heterogeneity among medulloblastomas and some are thought to arise following aberrant Sonic Hedgehog pathway activation. It is now shown that a distinct subtype of medulloblastoma arises from the dorsal brainstem and is associated with altered WNT signalling. Distinct molecular and clinical profiles of the subtypes have implications for future treatment. Medulloblastoma encompasses a collection of clinically and molecularly diverse tumour subtypes that together comprise the most common malignant childhood brain tumour1,2,3,4. These tumours are thought to arise within the cerebellum, with approximately 25% originating from granule neuron precursor cells (GNPCs) after aberrant activation of the Sonic Hedgehog pathway (hereafter, SHH subtype)3,4,5,6,7,8. The pathological processes that drive heterogeneity among the other medulloblastoma subtypes are not known, hindering the development of much needed new therapies. Here we provide evidence that a discrete subtype of medulloblastoma that contains activating mutations in the WNT pathway effector CTNNB1 (hereafter, WNT subtype)1,3,4 arises outside the cerebellum from cells of the dorsal brainstem. We found that genes marking human WNT-subtype medulloblastomas are more frequently expressed in the lower rhombic lip (LRL) and embryonic dorsal brainstem than in the upper rhombic lip (URL) and developing cerebellum. Magnetic resonance imaging (MRI) and intra-operative reports showed that human WNT-subtype tumours infiltrate the dorsal brainstem, whereas SHH-subtype tumours are located within the cerebellar hemispheres. Activating mutations in Ctnnb1 had little impact on progenitor cell populations in the cerebellum, but caused the abnormal accumulation of cells on the embryonic dorsal brainstem which included aberrantly proliferating Zic1+ precursor cells. These lesions persisted in all mutant adult mice; moreover, in 15% of cases in which Tp53 was concurrently deleted, they progressed to form medulloblastomas that recapitulated the anatomy and gene expression profiles of human WNT-subtype medulloblastoma. We provide the first evidence, to our knowledge, that subtypes of medulloblastoma have distinct cellular origins. Our data provide an explanation for the marked molecular and clinical differences between SHH- and WNT-subtype medulloblastomas and have profound implications for future research and treatment of this important childhood cancer.

Summary

Background

 Paediatric low-grade glioma is the most common CNS tumour of childhood. Although overall survival is good, disease often recurs. No single universally accepted treatment exists for these patients; however, standard cytotoxic chemotherapies are generally used. We aimed to assess the activity of selumetinib, a MEK1/2 inhibitor, in these patients. 

Methods

 The Pediatric Brain Tumor Consortium performed a multicentre, phase 2 study in patients with paediatric low-grade glioma in 11 hospitals in the USA. Patients aged 3–21 years with a Lansky or Karnofsky performance score greater than 60 and the presence of recurrent, refractory, or progressive paediatric low-grade glioma after at least one standard therapy were eligible for inclusion. Patients were assigned to six unique strata according to histology, tumour location, NF1 status, and BRAF aberration status; herein, we report the results of strata 1 and 3. Stratum 1 comprised patients with WHO grade I pilocytic astrocytoma harbouring either one of the two most common BRAF aberrations (KIAA1549–BRAF fusion or the BRAF^V600E [Val600Glu] mutation). Stratum 3 comprised patients with any neurofibromatosis type 1 (NF1)-associated paediatric low-grade glioma (WHO grades I and II). Selumetinib was provided as capsules given orally at the recommended phase 2 dose of 25 mg/m² twice daily in 28-day courses for up to 26 courses. The primary endpoint was the proportion of patients with a stratum-specific objective response (partial response or complete response), as assessed by the local site and sustained for at least 8 weeks. All responses were reviewed centrally. All eligible patients who initiated treatment were evaluable for the activity and toxicity analyses. Although the trial is ongoing in other strata, enrolment and planned follow-up is complete for strata 1 and 3. This trial is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT01089101. 

Findings

 Between July 25, 2013, and June 12, 2015, 25 eligible and evaluable patients were accrued to stratum 1, and between Aug 28, 2013, and June 25, 2015, 25 eligible and evaluable patients were accrued to stratum 3. In stratum 1, nine (36% [95% CI 18–57]) of 25 patients achieved a sustained partial response. The median follow-up for the 11 patients who had not had a progression event by Aug 9, 2018, was 36·40 months (IQR 21·72–45·59). In stratum 3, ten (40% [21–61]) of 25 patients achieved a sustained partial response; median follow-up was 48·60 months (IQR 39·14–51·31) for the 17 patients without a progression event by Aug 9, 2018. The most frequent grade 3 or worse adverse events were elevated creatine phosphokinase (five [10%]) and maculopapular rash (five [10%]). No treatment-realted deaths were reported. 

Interpretation

 Selumetinib is active in recurrent, refractory, or progressive pilocytic astrocytoma harbouring common BRAF aberrations and NF1-associated paediatric low-grade glioma. These results show that selumetinib could be an alternative to standard chemotherapy for these subgroups of patients, and have directly led to the development of two Children's Oncology Group phase 3 studies comparing standard chemotherapy to selumetinib in patients with newly diagnosed paediatric low-grade glioma both with and without NF1. 

Funding

 National Cancer Institute Cancer Therapy Evaluation Program, the American Lebanese Syrian Associated Charities, and AstraZeneca.