Diffuse large B cell lymphoma (DLBCL), the most common lymphoid malignancy in adults, is a clinically and genetically heterogeneous disease that is further classified into transcriptionally defined activated B cell (ABC) and germinal center B cell (GCB) subtypes. We carried out a comprehensive genetic analysis of 304 primary DLBCLs and identified low-frequency alterations, captured recurrent mutations, somatic copy number alterations, and structural variants, and defined coordinate signatures in patients with available outcome data. We integrated these genetic drivers using consensus clustering and identified five robust DLBCL subsets, including a previously unrecognized group of low-risk ABC-DLBCLs of extrafollicular/marginal zone origin; two distinct subsets of GCB-DLBCLs with different outcomes and targetable alterations; and an ABC/GCB-independent group with biallelic inactivation of TP53, CDKN2A loss, and associated genomic instability. The genetic features of the newly characterized subsets, their mutational signatures, and the temporal ordering of identified alterations provide new insights into DLBCL pathogenesis. The coordinate genetic signatures also predict outcome independent of the clinical International Prognostic Index and suggest new combination treatment strategies. More broadly, our results provide a roadmap for an actionable DLBCL classification.

Abstract Cancer develops through a process of somatic evolution 1,2 . Sequencing data from a single biopsy represent a snapshot of this process that can reveal the timing of specific genomic aberrations and the changing influence of mutational processes 3 . Here, by whole-genome sequencing analysis of 2,658 cancers as part of the Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes (PCAWG) Consortium of the International Cancer Genome Consortium (ICGC) and The Cancer Genome Atlas (TCGA) 4 , we reconstruct the life history and evolution of mutational processes and driver mutation sequences of 38 types of cancer. Early oncogenesis is characterized by mutations in a constrained set of driver genes, and specific copy number gains, such as trisomy 7 in glioblastoma and isochromosome 17q in medulloblastoma. The mutational spectrum changes significantly throughout tumour evolution in 40% of samples. A nearly fourfold diversification of driver genes and increased genomic instability are features of later stages. Copy number alterations often occur in mitotic crises, and lead to simultaneous gains of chromosomal segments. Timing analyses suggest that driver mutations often precede diagnosis by many years, if not decades. Together, these results determine the evolutionary trajectories of cancer, and highlight opportunities for early cancer detection.

Abstract Treatment with immune checkpoint blockade (CPB) therapies often leads to prolonged responses in patients with metastatic melanoma, but the common mechanisms of primary and acquired resistance to these agents remain incompletely characterized and have yet to be validated in large cohorts. By analyzing longitudinal tumor biopsies from 17 metastatic melanoma patients treated with CPB therapies, we observed point mutations, deletions or loss of heterozygosity (LOH) in beta-2-microglobulin ( B2M ), an essential component of MHC class I antigen presentation, in 29.4% of patients with progressing disease. In two independent cohorts of melanoma patients treated with anti-CTLA4 and anti-PD1, respectively, we find that B2M LOH is enriched threefold in non-responders (~30%) compared to responders (~10%) and associated with poorer overall survival. Loss of both copies of B2M is found only in non-responders. B2M loss is likely a common mechanism of resistance to therapies targeting CTLA4 or PD1.

Whole-exome sequencing of cell-free DNA (cfDNA) could enable comprehensive profiling of tumors from blood but the genome-wide concordance between cfDNA and tumor biopsies is uncertain. Here we report ichorCNA, software that quantifies tumor content in cfDNA from 0.1× coverage whole-genome sequencing data without prior knowledge of tumor mutations. We apply ichorCNA to 1439 blood samples from 520 patients with metastatic prostate or breast cancers. In the earliest tested sample for each patient, 34% of patients have ≥10% tumor-derived cfDNA, sufficient for standard coverage whole-exome sequencing. Using whole-exome sequencing, we validate the concordance of clonal somatic mutations (88%), copy number alterations (80%), mutational signatures, and neoantigens between cfDNA and matched tumor biopsies from 41 patients with ≥10% cfDNA tumor content. In summary, we provide methods to identify patients eligible for comprehensive cfDNA profiling, revealing its applicability to many patients, and demonstrate high concordance of cfDNA and metastatic tumor whole-exome sequencing.

Paz Polak, Jaegil Kim, Lior Z. Braunstein and colleagues have identified patterns of genome-wide mutation in certain breast cancers that can be used to identify those with DNA-repair deficiencies that make the tumor more likely to respond to therapies based on PARP inhibitors or platinum. In contrast, oncogenic mutations in several other DNA-repair genes do not generate these patterns. Biallelic inactivation of BRCA1 or BRCA2 is associated with a pattern of genome-wide mutations known as signature 3. By analyzing ∼1,000 breast cancer samples, we confirmed this association and established that germline nonsense and frameshift variants in PALB2, but not in ATM or CHEK2, can also give rise to the same signature. We were able to accurately classify missense BRCA1 or BRCA2 variants known to impair homologous recombination (HR) on the basis of this signature. Finally, we show that epigenetic silencing of RAD51C and BRCA1 by promoter methylation is strongly associated with signature 3 and, in our data set, was highly enriched in basal-like breast cancers in young individuals of African descent.

Somatic mosaicism in normal tissues Somatic cells can accumulate mutations over the course of an individual's lifetime. This generates cells that differ genetically at specific loci within the genome. To explore how this genetic diversity in individuals contributes to disease, Yizhak et al. developed a method to detect mutations from RNA sequencing data (see the Perspective by Tomasetti). Applying this method to Cancer Genome Atlas samples and normal samples from the Genotype-Tissue Expression (GTEx) project generated a tissue-specific study of mutation accumulation. Somatic mutations were detected in nearly all individuals and across many normal human tissues in genomic regions called cancer hotspots and in genes that play a role in cancer. Interestingly, the skin, lung, and esophagus exhibited the most mutations, suggesting that the environment generates many human mutations. Science , this issue p. eaaw0726 ; see also p. 938

Intra-tumor heterogeneity (ITH) is a mechanism of therapeutic resistance and therefore an important clinical challenge. However, the extent, origin, and drivers of ITH across cancer types are poorly understood. To address this, we extensively characterize ITH across whole-genome sequences of 2,658 cancer samples spanning 38 cancer types. Nearly all informative samples (95.1%) contain evidence of distinct subclonal expansions with frequent branching relationships between subclones. We observe positive selection of subclonal driver mutations across most cancer types and identify cancer type-specific subclonal patterns of driver gene mutations, fusions, structural variants, and copy number alterations as well as dynamic changes in mutational processes between subclonal expansions. Our results underline the importance of ITH and its drivers in tumor evolution and provide a pan-cancer resource of comprehensively annotated subclonal events from whole-genome sequencing data.