SUMMARY Mutational signature analysis is commonly performed in genomic studies surveying cancer and normal somatic tissues. Here we present SigProfilerExtractor, an automated tool for accurate de novo extraction of mutational signatures for all types of somatic mutations. Benchmarking with a total of 34 distinct scenarios encompassing 2,500 simulated signatures operative in more than 60,000 unique synthetic genomes and 20,000 synthetic exomes demonstrates that SigProfilerExtractor outperforms thirteen other tools across all datasets with and without noise. For genome simulations with 5% noise, reflecting high-quality genomic datasets, SigProfilerExtractor outperforms other approaches by elucidating between 20% and 50% more true positive signatures while yielding more than 5-fold less false positive signatures. Applying SigProfilerExtractor to 4,643 whole-genome sequenced and 19,184 whole-exome sequenced cancers reveals four previously missed mutational signatures. Two of the signatures are confirmed in independent cohorts with one of these signatures associating with tobacco smoking. In summary, this report provides a reference tool for analysis of mutational signatures, a comprehensive benchmarking of bioinformatics tools for extracting mutational signatures, and several novel mutational signatures including a signature putatively attributed to direct tobacco smoking mutagenesis in bladder cancer and in normal bladder epithelium.

Abstract In developed countries, ∼10% of individuals are exposed to systemic chemotherapy for cancer and other diseases. Many chemotherapeutic agents act by increasing DNA damage in cancer cells, triggering cell death. However, there is limited understanding of the extent and long-term consequences of collateral DNA damage to normal tissues. To investigate the impact of chemotherapy on mutation burdens and cell population structure of a normal tissue we sequenced blood cell genomes from 23 individuals, aged 3–80 years, treated with a range of chemotherapy regimens. Substantial additional mutation loads with characteristic mutational signatures were imposed by some chemotherapeutic agents, but there were differences in burden between different classes of agent, different agents of the same class and different blood cell types. Chemotherapy also induced premature changes in the cell population structure of normal blood, similar to those of normal ageing. The results constitute an initial survey of the long-term biological consequences of cytotoxic agents to which a substantial fraction of the population is exposed during the course of their disease management, raising mechanistic questions and highlighting opportunities for mitigation of adverse effects.