Recurrent chromosomal rearrangements have not been well characterized in common carcinomas. We used a bioinformatics approach to discover candidate oncogenic chromosomal aberrations on the basis of outlier gene expression. Two ETS transcription factors, ERG and ETV1 , were identified as outliers in prostate cancer. We identified recurrent gene fusions of the 5′ untranslated region of TMPRSS2 to ERG or ETV1 in prostate cancer tissues with outlier expression. By using fluorescence in situ hybridization, we demonstrated that 23 of 29 prostate cancer samples harbor rearrangements in ERG or ETV1 . Cell line experiments suggest that the androgen-responsive promoter elements of TMPRSS2 mediate the overexpression of ETS family members in prostate cancer. These results have implications in the development of carcinomas and the molecular diagnosis and treatment of prostate cancer.

A powerful way to discover key genes with causal roles in oncogenesis is to identify genomic regions that undergo frequent alteration in human cancers. Here we present high-resolution analyses of somatic copy-number alterations (SCNAs) from 3,131 cancer specimens, belonging largely to 26 histological types. We identify 158 regions of focal SCNA that are altered at significant frequency across several cancer types, of which 122 cannot be explained by the presence of a known cancer target gene located within these regions. Several gene families are enriched among these regions of focal SCNA, including the BCL2 family of apoptosis regulators and the NF-κΒ pathway. We show that cancer cells containing amplifications surrounding the MCL1 and BCL2L1 anti-apoptotic genes depend on the expression of these genes for survival. Finally, we demonstrate that a large majority of SCNAs identified in individual cancer types are present in several cancer types. Two Articles in this issue add major data sets to the growing picture of the cancer genome. Bignell et al. analysed a large number of homozygous gene deletions in a collection of 746 publicly available cancer cell lines. Combined with information about hemizygous deletions of the same genes, the data suggest that many deletions found in cancer reflect the position of a gene at a fragile site in the genome, rather than as a recessive cancer gene whose loss confers a selective growth advantage. Beroukhim et al. present the largest data set to date on somatic copy-number variations across more than 3,000 specimens of human primary cancers. Many alterations are shared between multiple tumour types. Functional experiments demonstrate an oncogenic role for the apoptosis genes MCL1 and BCL2L1 that are associated with amplifications found in many cancers. One way of discovering genes with key roles in cancer development is to identify genomic regions that are frequently altered in human cancers. Here, high-resolution analyses of somatic copy-number alterations (SCNAs) in numerous cancer specimens provide an overview of regions of focal SCNA that are altered at significant frequency across several cancer types. An oncogenic function is also found for the anti-apoptosis genes MCL1 and BCL2L1, which reside in amplified genome regions in many cancers.

Toward development of a precision medicine framework for metastatic, castration-resistant prostate cancer (mCRPC), we established a multi-institutional clinical sequencing infrastructure to conduct prospective whole-exome and transcriptome sequencing of bone or soft tissue tumor biopsies from a cohort of 150 mCRPC affected individuals. Aberrations of AR, ETS genes, TP53, and PTEN were frequent (40%–60% of cases), with TP53 and AR alterations enriched in mCRPC compared to primary prostate cancer. We identified new genomic alterations in PIK3CA/B, R-spondin, BRAF/RAF1, APC, β-catenin, and ZBTB16/PLZF. Moreover, aberrations of BRCA2, BRCA1, and ATM were observed at substantially higher frequencies (19.3% overall) compared to those in primary prostate cancers. 89% of affected individuals harbored a clinically actionable aberration, including 62.7% with aberrations in AR, 65% in other cancer-related genes, and 8% with actionable pathogenic germline alterations. This cohort study provides clinically actionable information that could impact treatment decisions for these affected individuals.

Somatic mutations in cancer genomes are caused by multiple mutational processes, each of which generates a characteristic mutational signature

Prostate cancer is a leading cause of cancer-related death in males and is second only to lung cancer. Although effective surgical and radiation treatments exist for clinically localized prostate cancer, metastatic prostate cancer remains essentially incurable. Here we show, through gene expression profiling1, that the polycomb group protein enhancer of zeste homolog 2 (EZH2)2,3 is overexpressed in hormone-refractory, metastatic prostate cancer. Small interfering RNA (siRNA) duplexes4 targeted against EZH2 reduce the amounts of EZH2 protein present in prostate cells and also inhibit cell proliferation in vitro. Ectopic expression of EZH2 in prostate cells induces transcriptional repression of a specific cohort of genes. Gene silencing mediated by EZH2 requires the SET domain and is attenuated by inhibiting histone deacetylase activity. Amounts of both EZH2 messenger RNA and EZH2 protein are increased in metastatic prostate cancer; in addition, clinically localized prostate cancers that express higher concentrations of EZH2 show a poorer prognosis. Thus, dysregulated expression of EZH2 may be involved in the progression of prostate cancer, as well as being a marker that distinguishes indolent prostate cancer from those at risk of lethal progression.

Prostate cancer is a heterogeneous disease, but current treatments are not based on molecular stratification. We hypothesized that metastatic, castration-resistant prostate cancers with DNA-repair defects would respond to poly(adenosine diphosphate [ADP]–ribose) polymerase (PARP) inhibition with olaparib.

Summary

 Identifying molecular cancer drivers is critical for precision oncology. Multiple advanced algorithms to identify drivers now exist, but systematic attempts to combine and optimize them on large datasets are few. We report a PanCancer and PanSoftware analysis spanning 9,423 tumor exomes (comprising all 33 of The Cancer Genome Atlas projects) and using 26 computational tools to catalog driver genes and mutations. We identify 299 driver genes with implications regarding their anatomical sites and cancer/cell types. Sequence- and structure-based analyses identified >3,400 putative missense driver mutations supported by multiple lines of evidence. Experimental validation confirmed 60%–85% of predicted mutations as likely drivers. We found that >300 MSI tumors are associated with high PD-1/PD-L1, and 57% of tumors analyzed harbor putative clinically actionable events. Our study represents the most comprehensive discovery of cancer genes and mutations to date and will serve as a blueprint for future biological and clinical endeavors.

Clinical tests that rely on next-generation sequencing to evaluate large numbers of cancer genes can be validated using pooled cell lines with known mutations. As more clinically relevant cancer genes are identified, comprehensive diagnostic approaches are needed to match patients to therapies, raising the challenge of optimization and analytical validation of assays that interrogate millions of bases of cancer genomes altered by multiple mechanisms. Here we describe a test based on massively parallel DNA sequencing to characterize base substitutions, short insertions and deletions (indels), copy number alterations and selected fusions across 287 cancer-related genes from routine formalin-fixed and paraffin-embedded (FFPE) clinical specimens. We implemented a practical validation strategy with reference samples of pooled cell lines that model key determinants of accuracy, including mutant allele frequency, indel length and amplitude of copy change. Test sensitivity achieved was 95–99% across alteration types, with high specificity (positive predictive value >99%). We confirmed accuracy using 249 FFPE cancer specimens characterized by established assays. Application of the test to 2,221 clinical cases revealed clinically actionable alterations in 76% of tumors, three times the number of actionable alterations detected by current diagnostic tests.

Prostate cancer is the most frequently diagnosed cancer in American men1,2. Screening for prostate-specific antigen (PSA) has led to earlier detection of prostate cancer3, but elevated serum PSA levels may be present in non-malignant conditions such as benign prostatic hyperlasia (BPH). Characterization of gene-expression profiles that molecularly distinguish prostatic neoplasms may identify genes involved in prostate carcinogenesis, elucidate clinical biomarkers, and lead to an improved classification of prostate cancer4,5,6. Using microarrays of complementary DNA, we examined gene-expression profiles of more than 50 normal and neoplastic prostate specimens and three common prostate-cancer cell lines. Signature expression profiles of normal adjacent prostate (NAP), BPH, localized prostate cancer, and metastatic, hormone-refractory prostate cancer were determined. Here we establish many associations between genes and prostate cancer. We assessed two of these genes—hepsin, a transmembrane serine protease, and pim-1, a serine/threonine kinase—at the protein level using tissue microarrays consisting of over 700 clinically stratified prostate-cancer specimens. Expression of hepsin and pim-1 proteins was significantly correlated with measures of clinical outcome. Thus, the integration of cDNA microarray, high-density tissue microarray, and linked clinical and pathology data is a powerful approach to molecular profiling of human cancer.

The Polycomb Group Protein EZH2 is a transcriptional repressor involved in controlling cellular memory and has been linked to aggressive prostate cancer. Here we investigate the functional role of EZH2 in cancer cell invasion and breast cancer progression. EZH2 transcript and protein were consistently elevated in invasive breast carcinoma compared with normal breast epithelia. Tissue microarray analysis, which included 917 samples from 280 patients, demonstrated that EZH2 protein levels were strongly associated with breast cancer aggressiveness. Overexpression of EZH2 in immortalized human mammary epithelial cell lines promotes anchorage-independent growth and cell invasion. EZH2-mediated cell invasion required an intact SET domain and histone deacetylase activity. This study provides compelling evidence for a functional link between dysregulated cellular memory, transcriptional repression, and neoplastic transformation.