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.

Abstract BACKGROUND Medulloblastoma (MB) is one of the most common malignant childhood brain tumors. The sonic hedgehog (SHH) subgroup represents 30% of MBs and can arise from granule neuron progenitors (GNPs). SHH-MB is a diverse subgroup of tumors which often exhibit loss-of function mutations in PTCH1 or SUFU, activating mutations in the receptor SMO and amplification of the transcription factor GLI2. Of note, SHH-MBs harboring GLI2-amplification and associated with P53 mutations have extremely poor prognosis with a 5-year survival rate less than 30%. These tumors are non-responsive to SMO inhibitors, which are the only targeted treatment currently available for SHH-MB. Therefore, the development of novel effective therapies for this disease is urgent. Although GLI2 amplification is detected in SHH-MBs, it is not yet known if GLI2 can drive oncogenic activity in this disease. METHOD To elucidate the mechanisms underlying tumorigenesis, our group has developed a novel transgenic model of GLI2-driven MB by expressing a constitutively active form of GLI2 (GLI2A) in Atoh1+ cells in the developing mouse cerebellum to form tumors. To accomplish this, we crossed R26;Gli2A mice with Atoh1-Cre. RESULTS The resulting tumors faithfully recapitulate human GLI2-amplified MB at the cellular and molecular levels. Inactivation of GLI2A resulted in tumor regression, indicating that GLI2 is not only critical for tumorigenesis, but also required for tumor maintenance, suggesting that targeting GLI2 itself or its downstream targets may be effective to inhibit growth of GLI2-driven MB. Interestingly, activation of GLI2A expression in the neonatal cerebellum was not sufficient to drive tumorigenesis, indicating that GLI2-driven MB arises from more primitive cells in the developing cerebellum. CONCLUSION Taken together, our studies demonstrate for the first time the role of GLI2 as an oncogenic driver of MB and introduce a novel mouse model which can be used to develop targeted therapies for this disease.

Abstract Retinoblastoma (RB) is a pediatric cancer affecting the retina, often requiring surgical removal of one or both eyes due to the limited effectiveness of current treatments. There is an urgent need for advanced therapeutic strategies capable of effectively eliminating tumors, thereby obviating the need for surgical removal of eyes in affected children. Achieving this goal requires a deeper understanding of the cellular and molecular mechanisms governing RB initiation and progression. Using a transgenic mouse model, we identified the crucial role of the Shh signaling pathway in Rb1 mutation-induced tumorigenesis, highlighting its potential as a novel therapeutic target for RB treatment. We have observed frequent overexpression of Shh signaling proteins (SHH, GLI1, and GLI2) in human RB, correlating with aggressive clinicopathological features. GLI2 overexpression is necessary for Rb1 deletion-induced RB tumor initiation in mouse retinal progenitor cells (RPCs). These mouse intraocular tumors accurately replicate human RB at both cellular and molecular levels. Additionally, Shh pathway activation extends to normal retinal cells adjacent to human RB tumors, suggesting the involvement of Shh signaling in RB-microenvironment interactions. Importantly, our studies have identified a novel small molecular inhibitor targeting the Shh pathway, effectively inhibiting RB growth in vitro and in vivo by targeting both tumor cells and the tumor microenvironment (TME). The proposed research aims to provide unprecedented insights into the role of SHH signaling pathway in RB initiation and progression and the supporting communication network between RB tumors and TME. These outcomes have the potential to treat RB effectively while improving the well-being of young individuals with RB and those at risk of RB.

The conventional approaches to crop breeding, which rely predominantly on time-consuming and labor-intensive methods such as traditional hybridization and mutation breeding, face challenges in efficiently introducing targeted traits and generating diverse plant populations. Conversely, the emergence of genome editing technologies has ushered in a paradigm shift, enabling the precise and expedited manipulation of plant genomes to intentionally introduce desired characteristics. One of the most widespread editing tools is the CRISPR/Cas system, which has been used by researchers to study important biology-related problems. However, the precise and effective workflow of genome editing has not been well-defined in crop breeding. In this study, we demonstrated the entire process of breeding rice varieties enriched with high levels of resistant starch (RS), a functional trait that plays a crucial role in preventing diseases such as diabetes and obesity. The workflow encompassed several key steps, such as the selection of functional SBEIIb gene, designing the single-guide RNA (sgRNA), selecting an appropriate genome editing vector, determining the vector delivery method, conducting plant tissue culture, genotyping mutation and phenotypic analysis. Additionally, the time frame necessary for each stage of the process has been clearly demonstrated. This protocol not only streamlines the breeding process but also enhances the accuracy and efficiency of trait introduction, thereby accelerating the development of functional rice varieties.

Abstract BACKGROUND Medulloblastoma (MB) is a highly malignant tumor of the cerebellum predominantly affecting children. It can be classified into four major molecular subgroups: WNT, SHH, Group 3, and Group 4. Among these subgroups, the SHH subgroup MB, characterized by GLI2 amplification, is associated with a poor prognosis. However, while GLI2 alterations have been linked to SHH-MB, evidence demonstrating its role as an oncogenic driver in an animal model is lacking. Understanding the mechanisms underlying GLI2-amplified MB initiation and progression is crucial for developing improved therapeutic strategies. METHODS By utilizing transgenic mouse models, our study aims to elucidate the role of GLI2 in SHH-MB tumorigenesis and uncover the underlying mechanisms driving tumor formation. This research effort seeks to identify novel therapeutic targets for the treatment of this disease. RESULTS We discovered that overexpression of GLI2 in embryonic Math1+ granule neuron precursors (GNPs) led to tumorigenesis within the cerebellum, resulting in 100% mortality in the mice. Importantly, the cellular and molecular characteristics of these tumors faithfully recapitulated those found in human SHH-MB. Further analysis revealed that only Math1+ GNPs specifically between E13.5 and E15.5 are susceptible to GLI2-induced tumorigenesis, while overexpression of GLI2 in embryonic GFAP+ stem cell/progenitors failed to induce tumorigenesis. Additionally, our single-cell RNA-seq analysis unveiled the heterogeneity of Math1+ cells during cerebellar development. Furthermore, we demonstrated that the MAPK signaling pathway was involved in the tumorigenesis of embryonic Math1+ GNPs by preventing cell apoptosis. CONCLUSIONS Our findings establish a pivotal oncogenic role of GLI2 in SHH-MB tumorigenesis, with GLI2-driven tumors developing within a specific spatial-temporal window from a distinct cell population during cerebellar development. Targeting the MAPK signaling pathway holds promise in preventing tumorigenesis and progression of GLI2-amplified MB.

Abstract BACKGROUND Retinoblastoma is a rare childhood cancer of the retina that shows the biallelic loss of RB1 in nearly 95% of cases. It was reported that SHH pathway proteins, such as SHH, GLI1, and GLI2, are aberrantly high in human retinoblastoma, and high GLI2 expression is associated with aggressive clinicopathological features. Thus, we assessed whether activation of SHH pathway by overexpression of Gli2 or SMO induces the initiation of retinoblastoma. METHODS We generated a Cre-activated, Doxycycline (Dox)-controlled transgenic model to induce SMO or Gli2 expression in developing retina. In this transgenic mouse, expression of Smo or Gli2A is under the control of TRE, which permits temporal and spatial expression of Smo or Gli2A by administering/withdrawing doxycycline (DOX). RESULTS We fed the triple transgenic mice (Chx10-Cre/R26-LSL-rtTA/tetO-Smo or Chx10-Cre/R26-LSL-rtTA/tetO-Gli2A starting from E0 or P5. Our studies demonstrated that control littermates (Cre-) did not show any abnormalities, while mice with triple transgenes developed tumors in the bilateral eyes with 100% morbidity. The animals showed symptoms of leukocoria at P0-P3 or P25-p30 if the oncogenes were initiated at E0 or P5 respectively. The tumor cells were highly proliferative and expressed retina progenitor cell specific marker of Sox2, showing aberrant expression of pRB, CDK4/6, and CCND1. CONCLUSIONS Our results demonstrate that overexpressing Smo or Gli2 in Chx10+ cells induce rapid tumor formation in mouse retina. In future study, we plan to (i) investigate the impact of Shh pathway activation in RPCs on RB tumorigenesis within the context of Rb1 loss; (ii) define the molecular mechanisms underlying tumor initiation and progression; and (iii) evaluate whether targeting SHH pathway prevents or delays tumor initiation and progression using our Gli2-driven mouse model and patient-derived xenografts.