A SARS-CoV-2 variant carrying the Spike protein amino acid change D614G has become the most prevalent form in the global pandemic. Dynamic tracking of variant frequencies revealed a recurrent pattern of G614 increase at multiple geographic levels: national, regional, and municipal. The shift occurred even in local epidemics where the original D614 form was well established prior to introduction of the G614 variant. The consistency of this pattern was highly statistically significant, suggesting that the G614 variant may have a fitness advantage. We found that the G614 variant grows to a higher titer as pseudotyped virions. In infected individuals, G614 is associated with lower RT-PCR cycle thresholds, suggestive of higher upper respiratory tract viral loads, but not with increased disease severity. These findings illuminate changes important for a mechanistic understanding of the virus and support continuing surveillance of Spike mutations to aid with development of immunological interventions.

Suzanne Baker and colleagues sequenced the whole genomes of seven pediatric brainstem glioblastomas and matched normal tissue. They found that 78% of diffuse intrinsic pontine gliomas and 22% of non-brainstem pediatric glioblastomas contained a mutation in H3F3A, encoding histone H3.3, or in the related HIST1H3B, encoding histone H3.1, causing a p.Lys27Met amino acid substitution in each protein. To identify somatic mutations in pediatric diffuse intrinsic pontine glioma (DIPG), we performed whole-genome sequencing of DNA from seven DIPGs and matched germline tissue and targeted sequencing of an additional 43 DIPGs and 36 non-brainstem pediatric glioblastomas (non-BS-PGs). We found that 78% of DIPGs and 22% of non-BS-PGs contained a mutation in H3F3A, encoding histone H3.3, or in the related HIST1H3B, encoding histone H3.1, that caused a p.Lys27Met amino acid substitution in each protein. An additional 14% of non-BS-PGs had somatic mutations in H3F3A causing a p.Gly34Arg alteration.

Early T-cell precursor acute lymphoblastic leukaemia (ETP ALL) is an aggressive malignancy of unknown genetic basis. We performed whole-genome sequencing of 12 ETP ALL cases and assessed the frequency of the identified somatic mutations in 94 T-cell acute lymphoblastic leukaemia cases. ETP ALL was characterized by activating mutations in genes regulating cytokine receptor and RAS signalling (67% of cases; NRAS, KRAS, FLT3, IL7R, JAK3, JAK1, SH2B3 and BRAF), inactivating lesions disrupting haematopoietic development (58%; GATA3, ETV6, RUNX1, IKZF1 and EP300) and histone-modifying genes (48%; EZH2, EED, SUZ12, SETD2 and EP300). We also identified new targets of recurrent mutation including DNM2, ECT2L and RELN. The mutational spectrum is similar to myeloid tumours, and moreover, the global transcriptional profile of ETP ALL was similar to that of normal and myeloid leukaemia haematopoietic stem cells. These findings suggest that addition of myeloid-directed therapies might improve the poor outcome of ETP ALL. This work shows that treatments used for acute myeloid leukaemia and targeted therapies could be used for early T-cell precursor acute lymphoblastic leukaemia. The early T-cell precursor (ETP) subtype of childhood acute lymphoblastic leukaemia (ALL) has a poor prognosis when treated with standard chemotherapy. Whole genome sequencing is used here to gain insights into the genetic basis of the condition. The results reveal a high frequency of activating mutations in genes regulating cytokine receptor and Ras signalling, lesions that disrupt haemopoiesis (many of which arise from chromosomal rearrangements that generate novel chimeric in-frame fusion genes), and inactivating mutations in histone modifying genes. This mutation pattern resembles that of myeloid malignancies, suggesting that myeloid-directed therapies such as high-dose cytarabine, or targeted therapies that inhibit cytokine receptor and JAK signalling, might be effective in ETP ALL.

Suzanne Baker, Jinghui Zhang and colleagues report the identification of recurrent somatic mutations in the bone morphogenetic protein (BMP) receptor ACVR1 in 32% of diffuse intrinsic pontine gliomas. Pediatric high-grade glioma (HGG) is a devastating disease with a less than 20% survival rate 2 years after diagnosis1. We analyzed 127 pediatric HGGs, including diffuse intrinsic pontine gliomas (DIPGs) and non-brainstem HGGs (NBS-HGGs), by whole-genome, whole-exome and/or transcriptome sequencing. We identified recurrent somatic mutations in ACVR1 exclusively in DIPGs (32%), in addition to previously reported frequent somatic mutations in histone H3 genes, TP53 and ATRX, in both DIPGs and NBS-HGGs2,3,4,5. Structural variants generating fusion genes were found in 47% of DIPGs and NBS-HGGs, with recurrent fusions involving the neurotrophin receptor genes NTRK1, NTRK2 and NTRK3 in 40% of NBS-HGGs in infants. Mutations targeting receptor tyrosine kinase–RAS-PI3K signaling, histone modification or chromatin remodeling, and cell cycle regulation were found in 68%, 73% and 59% of pediatric HGGs, respectively, including in DIPGs and NBS-HGGs. This comprehensive analysis provides insights into the unique and shared pathways driving pediatric HGG within and outside the brainstem.

Medulloblastoma is a malignant childhood brain tumour comprising four discrete subgroups. Here, to identify mutations that drive medulloblastoma, we sequenced the entire genomes of 37 tumours and matched normal blood. One-hundred and thirty-six genes harbouring somatic mutations in this discovery set were sequenced in an additional 56 medulloblastomas. Recurrent mutations were detected in 41 genes not yet implicated in medulloblastoma; several target distinct components of the epigenetic machinery in different disease subgroups, such as regulators of H3K27 and H3K4 trimethylation in subgroups 3 and 4 (for example, KDM6A and ZMYM3), and CTNNB1-associated chromatin re-modellers in WNT-subgroup tumours (for example, SMARCA4 and CREBBP). Modelling of mutations in mouse lower rhombic lip progenitors that generate WNT-subgroup tumours identified genes that maintain this cell lineage (DDX3X), as well as mutated genes that initiate (CDH1) or cooperate (PIK3CA) in tumorigenesis. These data provide important new insights into the pathogenesis of medulloblastoma subgroups and highlight targets for therapeutic development. Whole-genome sequencing of medulloblastoma samples reveals several recurrent mutations in genes not previously implicated in the disease, many of which affect components of the epigenetic machinery in different disease subgroups. Medulloblastoma is the most common malignant brain tumour in children. Four papers published in the 2 August 2012 issue of Nature use whole-genome and other sequencing techniques to produce a detailed picture of the genetics and genomics of this condition. Notable findings include the identification of recurrent mutations in genes not previously implicated in medulloblastoma, with significant genetic differences associated with the four biologically distinct subgroups and clinical outcomes in each. Potential avenues for therapy are suggested by the identification of targetable somatic copy-number alterations, including recurrent events targeting TGFβ signalling in Group 3, and NF-κB signalling in Group 4 medulloblastomas.

David Ellison and colleagues report whole-genome sequencing of pediatric low-grade gliomas, the most common pediatric brain tumor. They identify a range of genomic alterations, including recurrent and mutually exclusive duplications of the FGFR1 region encoding the tyrosine kinase domain and rearrangements of MYB. The most common pediatric brain tumors are low-grade gliomas (LGGs). We used whole-genome sequencing to identify multiple new genetic alterations involving BRAF, RAF1, FGFR1, MYB, MYBL1 and genes with histone-related functions, including H3F3A and ATRX, in 39 LGGs and low-grade glioneuronal tumors (LGGNTs). Only a single non-silent somatic alteration was detected in 24 of 39 (62%) tumors. Intragenic duplications of the portion of FGFR1 encoding the tyrosine kinase domain (TKD) and rearrangements of MYB were recurrent and mutually exclusive in 53% of grade II diffuse LGGs. Transplantation of Trp53-null neonatal astrocytes expressing FGFR1 with the duplication involving the TKD into the brains of nude mice generated high-grade astrocytomas with short latency and 100% penetrance. FGFR1 with the duplication induced FGFR1 autophosphorylation and upregulation of the MAPK/ERK and PI3K pathways, which could be blocked by specific inhibitors. Focusing on the therapeutically challenging diffuse LGGs, our study of 151 tumors has discovered genetic alterations and potential therapeutic targets across the entire range of pediatric LGGs and LGGNTs.

Pediatric osteosarcoma is characterized by multiple somatic chromosomal lesions, including structural variations (SVs) and copy number alterations (CNAs). To define the landscape of somatic mutations in pediatric osteosarcoma, we performed whole-genome sequencing of DNA from 20 osteosarcoma tumor samples and matched normal tissue in a discovery cohort, as well as 14 samples in a validation cohort. Single-nucleotide variations (SNVs) exhibited a pattern of localized hypermutation called kataegis in 50% of the tumors. We identified p53 pathway lesions in all tumors in the discovery cohort, nine of which were translocations in the first intron of the TP53 gene. Beyond TP53, the RB1, ATRX, and DLG2 genes showed recurrent somatic alterations in 29%-53% of the tumors. These data highlight the power of whole-genome sequencing for identifying recurrent somatic alterations in cancer genomes that may be missed using other methods.

Members of the nuclear factor-κB (NF-κB) family of transcriptional regulators are central mediators of the cellular inflammatory response. Although constitutive NF-κB signalling is present in most human tumours, mutations in pathway members are rare, complicating efforts to understand and block aberrant NF-κB activity in cancer. Here we show that more than two-thirds of supratentorial ependymomas contain oncogenic fusions between RELA, the principal effector of canonical NF-κB signalling, and an uncharacterized gene, C11orf95. In each case, C11orf95–RELA fusions resulted from chromothripsis involving chromosome 11q13.1. C11orf95–RELA fusion proteins translocated spontaneously to the nucleus to activate NF-κB target genes, and rapidly transformed neural stem cells—the cell of origin of ependymoma—to form these tumours in mice. Our data identify a highly recurrent genetic alteration of RELA in human cancer, and the C11orf95–RELA fusion protein as a potential therapeutic target in supratentorial ependymoma. At least two-thirds of supratentorial ependymomas contain oncogenic fusions between RELA, the principal effector of nuclear factor-κB (NF-κB) signalling, and uncharacterized gene C11orf95; C11orf95–RELA fusion proteins translocate spontaneously to the nucleus to activate NF-κB target genes, and rapidly transform neural stem cells to form tumours in mice In this issue of Nature two groups present independent genomic analyses on ependymomas, a type of tumour that occurs throughout the nervous system, but most commonly in the hindbrain in children. Mack et al. found a low overall mutation rate and no significant recurrent mutations in 47 hindbrain ependymomas. But posterior fossa group B tumours, a subgroup found predominantly in infants and associated with poor prognosis, were distinguished by a CpG island methylator phenotype. This subgroup is shown to be susceptible to various compounds that target epigenetic modifications, including an EZH2 inhibitor that showed efficacy in a mouse xenograft model. Parker et al. found the C11orf95–RELA fusion gene in about 70% of supratentorial tumours, but not in other ependymoma subgroups. The gene fusions arise through chromothripsis and lead to the expression of a fusion protein that constitutively activates NF-κB signalling. In a mouse model, expression of C11orf95–RELA in neural stem cells leads to the formation of brain tumours. These findings identify NF-κB signalling as a possible therapeutic target in patients with this type of ependymoma.

Ewing sarcoma is a primary bone tumor initiated by EWSR1-ETS gene fusions. To identify secondary genetic lesions that contribute to tumor progression, we performed whole-genome sequencing of 112 Ewing sarcoma samples and matched germline DNA. Overall, Ewing sarcoma tumors had relatively few single-nucleotide variants, indels, structural variants, and copy-number alterations. Apart from whole chromosome arm copy-number changes, the most common somatic mutations were detected in STAG2 (17%), CDKN2A (12%), TP53 (7%), EZH2, BCOR, and ZMYM3 (2.7% each). Strikingly, STAG2 mutations and CDKN2A deletions were mutually exclusive, as confirmed in Ewing sarcoma cell lines. In an expanded cohort of 299 patients with clinical data, we discovered that STAG2 and TP53 mutations are often concurrent and are associated with poor outcome. Finally, we detected subclonal STAG2 mutations in diagnostic tumors and expansion of STAG2-immunonegative cells in relapsed tumors as compared with matched diagnostic samples.Whole-genome sequencing reveals that the somatic mutation rate in Ewing sarcoma is low. Tumors that harbor STAG2 and TP53 mutations have a particularly dismal prognosis with current treatments and require alternative therapies. Novel drugs that target epigenetic regulators may constitute viable therapeutic strategies in a subset of patients with mutations in chromatin modifiers.

Anna Andersson, Tanja Gruber, James Downing and colleagues report a genomic analysis of infant acute lymphoblastic leukemias with MLL rearrangements. They identify recurrent activating mutations in tyrosine kinase, phosphatidylinositol 3-kinase and RAS pathway genes but find that these mutations were often present in minor subclones and lost at the time of relapse. Infant acute lymphoblastic leukemia (ALL) with MLL rearrangements (MLL-R) represents a distinct leukemia with a poor prognosis. To define its mutational landscape, we performed whole-genome, exome, RNA and targeted DNA sequencing on 65 infants (47 MLL-R and 18 non–MLL-R cases) and 20 older children (MLL-R cases) with leukemia. Our data show that infant MLL-R ALL has one of the lowest frequencies of somatic mutations of any sequenced cancer, with the predominant leukemic clone carrying a mean of 1.3 non-silent mutations. Despite this paucity of mutations, we detected activating mutations in kinase-PI3K-RAS signaling pathway components in 47% of cases. Surprisingly, these mutations were often subclonal and were frequently lost at relapse. In contrast to infant cases, MLL-R leukemia in older children had more somatic mutations (mean of 6.5 mutations/case versus 1.3 mutations/case, P = 7.15 × 10−5) and had frequent mutations (45%) in epigenetic regulators, a category of genes that, with the exception of MLL, was rarely mutated in infant MLL-R ALL.