Glioblastoma multiforme (GBM) is the most common and lethal type of brain cancer. To identify the genetic alterations in GBMs, we sequenced 20,661 protein coding genes, determined the presence of amplifications and deletions using high-density oligonucleotide arrays, and performed gene expression analyses using next-generation sequencing technologies in 22 human tumor samples. This comprehensive analysis led to the discovery of a variety of genes that were not known to be altered in GBMs. Most notably, we found recurrent mutations in the active site of isocitrate dehydrogenase 1 ( IDH1 ) in 12% of GBM patients. Mutations in IDH1 occurred in a large fraction of young patients and in most patients with secondary GBMs and were associated with an increase in overall survival. These studies demonstrate the value of unbiased genomic analyses in the characterization of human brain cancer and identify a potentially useful genetic alteration for the classification and targeted therapy of GBMs.

There are currently few therapeutic options for patients with pancreatic cancer, and new insights into the pathogenesis of this lethal disease are urgently needed. Toward this end, we performed a comprehensive genetic analysis of 24 pancreatic cancers. We first determined the sequences of 23,219 transcripts, representing 20,661 protein-coding genes, in these samples. Then, we searched for homozygous deletions and amplifications in the tumor DNA by using microarrays containing probes for ∼10 6 single-nucleotide polymorphisms. We found that pancreatic cancers contain an average of 63 genetic alterations, the majority of which are point mutations. These alterations defined a core set of 12 cellular signaling pathways and processes that were each genetically altered in 67 to 100% of the tumors. Analysis of these tumors' transcriptomes with next-generation sequencing-by-synthesis technologies provided independent evidence for the importance of these pathways and processes. Our data indicate that genetically altered core pathways and regulatory processes only become evident once the coding regions of the genome are analyzed in depth. Dysregulation of these core pathways and processes through mutation can explain the major features of pancreatic tumorigenesis.

Human cancer is caused by the accumulation of mutations in oncogenes and tumor suppressor genes. To catalog the genetic changes that occur during tumorigenesis, we isolated DNA from 11 breast and 11 colorectal tumors and determined the sequences of the genes in the Reference Sequence database in these samples. Based on analysis of exons representing 20,857 transcripts from 18,191 genes, we conclude that the genomic landscapes of breast and colorectal cancers are composed of a handful of commonly mutated gene "mountains" and a much larger number of gene "hills" that are mutated at low frequency. We describe statistical and bioinformatic tools that may help identify mutations with a role in tumorigenesis. These results have implications for understanding the nature and heterogeneity of human cancers and for using personal genomics for tumor diagnosis and therapy.

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.

Major efforts to sequence cancer genomes are now occurring throughout the world. Though the emerging data from these studies are illuminating, their reconciliation with epidemiologic and clinical observations poses a major challenge. In the current study, we provide a mathematical model that begins to address this challenge. We model tumors as a discrete time branching process that starts with a single driver mutation and proceeds as each new driver mutation leads to a slightly increased rate of clonal expansion. Using the model, we observe tremendous variation in the rate of tumor development-providing an understanding of the heterogeneity in tumor sizes and development times that have been observed by epidemiologists and clinicians. Furthermore, the model provides a simple formula for the number of driver mutations as a function of the total number of mutations in the tumor. Finally, when applied to recent experimental data, the model allows us to calculate the actual selective advantage provided by typical somatic mutations in human tumors in situ. This selective advantage is surprisingly small--0.004 ± 0.0004--and has major implications for experimental cancer research.

Abstract Immune checkpoint inhibitors have shown significant therapeutic responses against tumors containing increased mutation-associated neoantigen load. We have examined the evolving landscape of tumor neoantigens during the emergence of acquired resistance in patients with non–small cell lung cancer after initial response to immune checkpoint blockade with anti–PD-1 or anti–PD-1/anti–CTLA-4 antibodies. Analyses of matched pretreatment and resistant tumors identified genomic changes resulting in loss of 7 to 18 putative mutation-associated neoantigens in resistant clones. Peptides generated from the eliminated neoantigens elicited clonal T-cell expansion in autologous T-cell cultures, suggesting that they generated functional immune responses. Neoantigen loss occurred through elimination of tumor subclones or through deletion of chromosomal regions containing truncal alterations, and was associated with changes in T-cell receptor clonality. These analyses provide insight into the dynamics of mutational landscapes during immune checkpoint blockade and have implications for the development of immune therapies that target tumor neoantigens. Significance: Acquired resistance to immune checkpoint therapy is being recognized more commonly. This work demonstrates for the first time that acquired resistance to immune checkpoint blockade can arise in association with the evolving landscape of mutations, some of which encode tumor neoantigens recognizable by T cells. These observations imply that widening the breadth of neoantigen reactivity may mitigate the development of acquired resistance. Cancer Discov; 7(3); 264–76. ©2017 AACR. See related commentary by Yang, p. 250. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 235

Genomic analysis of a childhood cancer reveals markedly fewer mutations than what is typically seen in adult cancers.

More than 2% of adults harbor a pancreatic cyst, a subset of which progresses to invasive lesions with lethal consequences. To assess the genomic landscapes of neoplastic cysts of the pancreas, we determined the exomic sequences of DNA from the neoplastic epithelium of eight surgically resected cysts of each of the major neoplastic cyst types: serous cystadenomas (SCAs), intraductal papillary mucinous neoplasms (IPMNs), mucinous cystic neoplasms (MCNs), and solid pseudopapillary neoplasms (SPNs). SPNs are low-grade malignancies, and IPMNs and MCNs, but not SCAs, have the capacity to progress to cancer. We found that SCAs, IPMNs, MCNs, and SPNs contained 10 ± 4.6, 27 ± 12, 16 ± 7.6, and 2.9 ± 2.1 somatic mutations per tumor, respectively. Among the mutations identified, E3 ubiquitin ligase components were of particular note. Four of the eight SCAs contained mutations of the von Hippel–Lindau gene ( VHL ), a key component of the VHL ubiquitin ligase complex that has previously been associated with renal cell carcinomas, SCAs, and other neoplasms. Six of the eight IPMNs and three of the eight MCNs harbored mutations of RNF43 , a gene coding for a protein with intrinsic E3 ubiquitin ligase activity that has not previously been found to be genetically altered in any human cancer. The preponderance of inactivating mutations in RNF43 unequivocally establish it as a suppressor of both IPMNs and MCNs. SPNs contained remarkably few genetic alterations but always contained mutations of CTNNB1 , previously demonstrated to inhibit degradation of the encoded protein (β-catenin) by E3 ubiquitin ligases. These results highlight the essential role of ubiquitin ligases in these neoplasms and have important implications for the diagnosis and treatment of patients with cystic tumors.

Laura Wood, Kenneth Kinzler, Nickolas Papadopoulos, Aldo Scarpa and colleagues report exome sequencing of intrahepatic cholangiocarcinomas. They identify recurrent somatic mutations in BAP1, ARID1A and PBRM1. Through exomic sequencing of 32 intrahepatic cholangiocarcinomas, we discovered frequent inactivating mutations in multiple chromatin-remodeling genes (including BAP1, ARID1A and PBRM1), and mutation in one of these genes occurred in almost half of the carcinomas sequenced. We also identified frequent mutations at previously reported hotspots in the IDH1 and IDH2 genes encoding metabolic enzymes in intrahepatic cholangiocarcinomas. In contrast, TP53 was the most frequently altered gene in a series of nine gallbladder carcinomas. These discoveries highlight the key role of dysregulated chromatin remodeling in intrahepatic cholangiocarcinomas.

High-grade serous ovarian carcinoma (HGSOC) is the most frequent type of ovarian cancer and has a poor outcome. It has been proposed that fallopian tube cancers may be precursors of HGSOC but evolutionary evidence for this hypothesis has been limited. Here, we perform whole-exome sequence and copy number analyses of laser capture microdissected fallopian tube lesions (p53 signatures, serous tubal intraepithelial carcinomas (STICs), and fallopian tube carcinomas), ovarian cancers, and metastases from nine patients. The majority of tumor-specific alterations in ovarian cancers were present in STICs, including those affecting TP53, BRCA1, BRCA2 or PTEN. Evolutionary analyses reveal that p53 signatures and STICs are precursors of ovarian carcinoma and identify a window of 7 years between development of a STIC and initiation of ovarian carcinoma, with metastases following rapidly thereafter. Our results provide insights into the etiology of ovarian cancer and have implications for prevention, early detection and therapeutic intervention of this disease.