Abstract Somatic mutations in cancer genomes are caused by multiple mutational processes, each of which generates a characteristic mutational signature 1 . Here, as part of the Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes (PCAWG) Consortium 2 of the International Cancer Genome Consortium (ICGC) and The Cancer Genome Atlas (TCGA), we characterized mutational signatures using 84,729,690 somatic mutations from 4,645 whole-genome and 19,184 exome sequences that encompass most types of cancer. We identified 49 single-base-substitution, 11 doublet-base-substitution, 4 clustered-base-substitution and 17 small insertion-and-deletion signatures. The substantial size of our dataset, compared with previous analyses 3–15 , enabled the discovery of new signatures, the separation of overlapping signatures and the decomposition of signatures into components that may represent associated—but distinct—DNA damage, repair and/or replication mechanisms. By estimating the contribution of each signature to the mutational catalogues of individual cancer genomes, we revealed associations of signatures to exogenous or endogenous exposures, as well as to defective DNA-maintenance processes. However, many signatures are of unknown cause. This analysis provides a systematic perspective on the repertoire of mutational processes that contribute to the development of human cancer.

Abstract Cholangiocarcinoma (CCA) is a hepatobiliary malignancy exhibiting high incidence in countries with endemic liver-fluke infection. We analyzed 489 CCAs from 10 countries, combining whole-genome (71 cases), targeted/exome, copy-number, gene expression, and DNA methylation information. Integrative clustering defined 4 CCA clusters—fluke-positive CCAs (clusters 1/2) are enriched in ERBB2 amplifications and TP53 mutations; conversely, fluke-negative CCAs (clusters 3/4) exhibit high copy-number alterations and PD-1/PD-L2 expression, or epigenetic mutations (IDH1/2, BAP1) and FGFR/PRKA-related gene rearrangements. Whole-genome analysis highlighted FGFR2 3′ untranslated region deletion as a mechanism of FGFR2 upregulation. Integration of noncoding promoter mutations with protein–DNA binding profiles demonstrates pervasive modulation of H3K27me3-associated sites in CCA. Clusters 1 and 4 exhibit distinct DNA hypermethylation patterns targeting either CpG islands or shores—mutation signature and subclonality analysis suggests that these reflect different mutational pathways. Our results exemplify how genetics, epigenetics, and environmental carcinogens can interplay across different geographies to generate distinct molecular subtypes of cancer. Significance: Integrated whole-genome and epigenomic analysis of CCA on an international scale identifies new CCA driver genes, noncoding promoter mutations, and structural variants. CCA molecular landscapes differ radically by etiology, underscoring how distinct cancer subtypes in the same organ may arise through different extrinsic and intrinsic carcinogenic processes. Cancer Discov; 7(10); 1116–35. ©2017 AACR. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1047

Somatic mutations in cancer genomes are caused by multiple mutational processes each of which generates a characteristic mutational signature. Using 84,729,690 somatic mutations from 4,645 whole cancer genome and 19,184 exome sequences encompassing most cancer types we characterised 49 single base substitution, 11 doublet base substitution, four clustered base substitution, and 17 small insertion and deletion mutational signatures. The substantial dataset size compared to previous analyses enabled discovery of new signatures, separation of overlapping signatures and decomposition of signatures into components that may represent associated, but distinct, DNA damage, repair and/or replication mechanisms. Estimation of the contribution of each signature to the mutational catalogues of individual cancer genomes revealed associations with exogenous and endogenous exposures and defective DNA maintenance processes. However, many signatures are of unknown cause. This analysis provides a systematic perspective on the repertoire of mutational processes contributing to the development of human cancer including a comprehensive reference set of mutational signatures in human cancer.