Summary

 DNA damage repair (DDR) pathways modulate cancer risk, progression, and therapeutic response. We systematically analyzed somatic alterations to provide a comprehensive view of DDR deficiency across 33 cancer types. Mutations with accompanying loss of heterozygosity were observed in over 1/3 of DDR genes, including TP53 and BRCA1/2. Other prevalent alterations included epigenetic silencing of the direct repair genes EXO5, MGMT, and ALKBH3 in ∼20% of samples. Homologous recombination deficiency (HRD) was present at varying frequency in many cancer types, most notably ovarian cancer. However, in contrast to ovarian cancer, HRD was associated with worse outcomes in several other cancers. Protein structure-based analyses allowed us to predict functional consequences of rare, recurrent DDR mutations. A new machine-learning-based classifier developed from gene expression data allowed us to identify alterations that phenocopy deleterious TP53 mutations. These frequent DDR gene alterations in many human cancers have functional consequences that may determine cancer progression and guide therapy.

Aneuploidy, whole chromosome or chromosome arm imbalance, is a near-universal characteristic of human cancers. In 10,522 cancer genomes from The Cancer Genome Atlas, aneuploidy was correlated with TP53 mutation, somatic mutation rate, and expression of proliferation genes. Aneuploidy was anti-correlated with expression of immune signaling genes, due to decreased leukocyte infiltrates in high-aneuploidy samples. Chromosome arm-level alterations show cancer-specific patterns, including loss of chromosome arm 3p in squamous cancers. We applied genome engineering to delete 3p in lung cells, causing decreased proliferation rescued in part by chromosome 3 duplication. This study defines genomic and phenotypic correlates of cancer aneuploidy and provides an experimental approach to study chromosome arm aneuploidy.

We conducted the largest investigation of predisposition variants in cancer to date, discovering 853 pathogenic or likely pathogenic variants in 8% of 10,389 cases from 33 cancer types. Twenty-one genes showed single or cross-cancer associations, including novel associations of SDHA in melanoma and PALB2 in stomach adenocarcinoma. The 659 predisposition variants and 18 additional large deletions in tumor suppressors, including ATM, BRCA1, and NF1, showed low gene expression and frequent (43%) loss of heterozygosity or biallelic two-hit events. We also discovered 33 such variants in oncogenes, including missenses in MET, RET, and PTPN11 associated with high gene expression. We nominated 47 additional predisposition variants from prioritized VUSs supported by multiple evidences involving case-control frequency, loss of heterozygosity, expression effect, and co-localization with mutations and modified residues. Our integrative approach links rare predisposition variants to functional consequences, informing future guidelines of variant classification and germline genetic testing in cancer.

We analyzed molecular data on 2,579 tumors from The Cancer Genome Atlas (TCGA) of four gynecological types plus breast. Our aims were to identify shared and unique molecular features, clinically significant subtypes, and potential therapeutic targets. We found 61 somatic copy-number alterations (SCNAs) and 46 significantly mutated genes (SMGs). Eleven SCNAs and 11 SMGs had not been identified in previous TCGA studies of the individual tumor types. We found functionally significant estrogen receptor-regulated long non-coding RNAs (lncRNAs) and gene/lncRNA interaction networks. Pathway analysis identified subtypes with high leukocyte infiltration, raising potential implications for immunotherapy. Using 16 key molecular features, we identified five prognostic subtypes and developed a decision tree that classified patients into the subtypes based on just six features that are assessable in clinical laboratories.

This integrated, multiplatform PanCancer Atlas study co-mapped and identified distinguishing molecular features of squamous cell carcinomas (SCCs) from five sites associated with smoking and/or human papillomavirus (HPV). SCCs harbor 3q, 5p, and other recurrent chromosomal copy-number alterations (CNAs), DNA mutations, and/or aberrant methylation of genes and microRNAs, which are correlated with the expression of multi-gene programs linked to squamous cell stemness, epithelial-to-mesenchymal differentiation, growth, genomic integrity, oxidative damage, death, and inflammation. Low-CNA SCCs tended to be HPV(+) and display hypermethylation with repression of TET1 demethylase and FANCF, previously linked to predisposition to SCC, or harbor mutations affecting CASP8, RAS-MAPK pathways, chromatin modifiers, and immunoregulatory molecules. We uncovered hypomethylation of the alternative promoter that drives expression of the ΔNp63 oncogene and embedded miR944. Co-expression of immune checkpoint, T-regulatory, and Myeloid suppressor cells signatures may explain reduced efficacy of immune therapy. These findings support possibilities for molecular classification and therapeutic approaches.

T cell exhaustion limits anti-tumor immunity and responses to immunotherapy. Here, we explored the microenvironmental signals regulating T cell exhaustion using a model of chronic lymphocytic leukemia (CLL). Single-cell analyses identified a subset of PD-1hi, functionally impaired CD8+ T cells that accumulated in secondary lymphoid organs during disease progression and a functionally competent PD-1int subset. Frequencies of PD-1int TCF-1+ CD8+ T cells decreased upon Il10rb or Stat3 deletion, leading to accumulation of PD-1hi cells and accelerated tumor progression. Mechanistically, inhibition of IL-10R signaling altered chromatin accessibility and disrupted cooperativity between the transcription factors NFAT and AP-1, promoting a distinct NFAT-associated program. Low IL10 expression or loss of IL-10R-STAT3 signaling correlated with increased frequencies of exhausted CD8+ T cells and poor survival in CLL and in breast cancer patients. Thus, balance between PD-1hi, exhausted CD8+ T cells and functional PD-1int TCF-1+ CD8+ T cells is regulated by cell-intrinsic IL-10R signaling, with implications for immunotherapy.

Abstract Palatine tonsils are secondary lymphoid organs representing the first line of immunological defense against inhaled or ingested pathogens. Here, we present a comprehensive census of cell types forming the human tonsil by applying single-cell transcriptome, epigenome, proteome and adaptive immune repertoire sequencing as well as spatial transcriptomics, resulting in an atlas of >357,000 cells. We provide a glossary of 121 annotated cell types and states, and disentangle gene regulatory mechanisms that drive cells through specialized lineage trajectories. Exemplarily, we stratify multiple tonsil-resident myeloid slancyte subtypes, establish a distant BCL6 superenhancer as locally active in both follicle-associated T and B cells, and describe SIX5 as a potentially novel transcriptional regulator of plasma cell maturation. Further, our atlas is a reference map to understand alterations observed in disease. Here, we discover immune-phenotype plasticity in tumoral cells and microenvironment shifts of mantle cell lymphomas (MCL). To facilitate such reference-based analysis, we develop HCATonsilData and SLOcatoR, a computational framework that provides programmatic and modular access to our dataset; and allows the straightforward annotation of future single-cell profiles from secondary lymphoid organs.

The genomic landscape of mantle cell lymphoma (MCL) includes frequent alterations of TP53 , ATM , CCND1 and KMT2D . Thus far, the mutational landscape provides little information for treatment stratification. We characterized a cohort of MCL by targeted next generation sequencing and discovered SAMHD1 as a novel recurrently mutated gene (8.5% of investigated cases, 4/47 samples). Furthermore, we provide evidence of in vitro resistance of SAMHD1 mutated patient-derived MCL cells to cytarabine and fludarabine.

ABSTRACT Motivation The cost reduction in sequencing and the extensive genomic characterization of a wide variety of cancers is expanding the use of tumor sequencing approaches to a wide number of research groups and to the clinical practice. Although specific pipelines have been generated for the identification of somatic mutations, their results usually differ considerably, and a common approach in many projects is to use several callers to achieve a more reliable set of mutations. This procedure is computationally very expensive and time-consuming, and it suffers from the same limitations in sensitivity and specificity as other approaches. Expert revision of mutant calls is therefore required to verify calls that might be used for clinical diagnosis. Machine learning techniques provide a useful approach to incorporate expert-reviewed information for the identification of somatic mutations. Results We have developed RFcaller, a pipeline based on machine learning algorithms, for the detection of somatic mutations in tumor-normal paired samples. RFcaller shows high accuracy for the detection of substitutions and indels from whole genome or exome data. It allows the detection of mutations in driver genes missed by other approaches, and has been validated by comparison to deep sequencing and Sanger sequencing. The pipeline is able to analyze a whole genome in a small period of time, and with a small computational footprint. Availability and implementation RFcaller is available at GitHub repository ( https://github.com/xa-lab/RFcaller ) and DockerHub ( https://hub.docker.com/repository/docker/labxa/rfcaller ). Contact xspuente@uniovi.es Supplementary information Supplementary data is available online.

Multiple myeloma (MM) is a plasma cell neoplasm associated with a broad variety of genetic lesions. In spite of this genetic heterogeneity, MMs share a characteristic malignant phenotype whose underlying molecular basis remains poorly characterized. In the present study, we examined plasma cells from MM using a multi-epigenomics approach and demonstrated that when compared to normal B cells, malignant plasma cells showed an extensive activation of regulatory elements, in part affecting co-regulated adjacent genes. Among target genes upregulated by this process, we found members of the NOTCH, NFkB, mTOR1 signaling and p53 signaling pathways. Other activated genes included sets involved in osteoblast differentiation and response to oxidative stress, all of which have been shown to be associated with the MM phenotype and clinical behavior. We functionally characterized MM specific active distant enhancers controlling the expression of thioredoxin (TXN), a major regulator of cellular redox status, and in addition identified PRDM5 as a novel essential gene for MM. Collectively our data indicates that aberrant chromatin activation is a unifying feature underlying the malignant plasma cell phenotype.