Abstract Synthetic textiles shed fibers that accumulate indoors and this results in continuous exposure when indoors. High exposure to microplastic fibers in nylon flock workers has been linked to the development of airway and interstitial lung disease, but the exact health effects of microplastic fibers on the lungs are unknown. Here we determined effects of polyester and nylon textile microplastic fibers on airway and alveolar epithelial cells using human and murine lung organoids. We observed that particularly nylon microfibers had a negative impact on the growth and development of airway organoids. We demonstrated that this effect was mediated by components leaking from nylon. Moreover, our data suggested that microplastic textile fibers may especially harm the developing airways or airways undergoing repair. Our results call for a need to assess exposure and inhalation levels in indoor environments to accurately determine the actual risk of these fibers to human health. Teaser Airborne fibers shed from synthetic textiles, in particular nylon, can inhibit repair of the cells coating the airways

Abstract Chromosomal instability (CIN) drives the formation of karyotype aberrations in cancer cells and is a major contributor to intra-tumour heterogeneity, metastasis, and therapy resistance. Understanding how CIN contributes to tumour karyotype evolution requires quantification of CIN rates in primary tumours. Single-cell sequencing-based technologies enable the detection of karyotype heterogeneity, however deducing the actual CIN rates that underlie intra-tumour heterogeneity is still complicated. We have developed an in-silico model, called CINsim , to simulate the karyotype dynamics and validated our model in a murine mouse model for T-cell lymphoma (T-ALL) in which CIN is introduced by mutation of the Mps1 spindle assembly checkpoint protein. CINsim can simulate karyotype evolution within physiologically relevant timescales, across a range of CIN rates, and across a range of karyotype-imposed survival and proliferation effects. We find that CINsim can accurately predict the CIN rates in chromosomal instable mouse T-ALLs as well as in human colon cancer organoids as observed by live-cell time-lapse imaging. We conclude that CINsim is a powerful tool to estimate CIN rates from static single-cell DNA sequencing data by finding the most likely path from euploid founder cell to a heterogeneous tumour cell population.

Summary Recurrent patterns of chromosomal changes (aneuploidy) are widespread in cancer. These patterns are mainly attributed to selection processes due to an assumption that human chromosomes carry equal chance of being mis-segregated into daughter cells when fidelity of cell division is compromised. Human chromosomes vary widely in size, gene density and other parameters that might generate bias in mis-segregation rates, however technological limitations have precluded a systematic and high throughput analysis of chromosome-specific aneuploidy. Here, using fluorescence In-Situ hybridization (FISH) imaging of specific centromeres coupled with high-throughput single cell analysis, as well as single-cell sequencing we show that human chromosome mis-segregation is non-random. Merotelic kinetochore attachment induced by nocodazole washout leads to elevated aneuploidy of a subset of chromosomes, and high rates of anaphase lagging of chromosomes 1 and 2. Mechanistically, we show that these chromosomes are prone to cohesion fatigue that results in anaphase lagging upon release from nocodazole or Eg5 inhibition. Our findings suggest that inherent properties of specific chromosomes can influence chromosome mis-segregation and aneuploidy, with implications for studies on aneuploidy in human disease.

ABSTRACT High-grade serous ovarian cancer (HGSOC) originates in the fallopian tube epithelium and is characterized by ubiquitous TP53 mutation and extensive chromosomal instability (CIN). While the direct causes of CIN are errors during DNA replication and/or chromosome segregation, mutations in genes encoding DNA replication and mitotic factors are rare in HGSOC. Thus, the drivers of CIN remain undefined. We therefore asked whether the oncogenic lesions that are frequently observed in HGSOC are capable of driving CIN via indirect mechanisms. To address this question, we genetically manipulated non-transformed hTERT -immortalized human fallopian tube epithelial cells to model homologous recombination deficiency (HRD) and oncogenic signalling in HGSOC. Using CRISPR/Cas9-mediated gene editing, we sequentially mutagenized the tumour suppressors TP53 and BRCA1 , followed by overexpression of the MYC oncogene. Single-cell shallow-depth whole-genome sequencing revealed that loss of p53 function was sufficient to lead to the emergence of heterogenous karyotypes harbouring whole chromosome and chromosome arm aneuploidies, a phenomenon exacerbated by subsequent loss of BRCA1 function. In addition, whole-genome doubling events were observed in independent p53/BRCA1-deficient subclones. Global transcriptomics showed that TP53 mutation was also sufficient to deregulate gene expression modules involved in cell cycle commitment, DNA replication, G2/M checkpoint control and mitotic spindle function, suggesting that p53-deficiency induces cell cycle distortions that could precipitate CIN. Again, loss of BRCA1 function and MYC overexpression exacerbated these patterns of transcriptional deregulation. Thus, our observations support a model whereby the initial loss of the key tumour suppressor TP53 is sufficient to deregulate gene expression networks governing multiple cell cycle controls, and that this in turn is sufficient to drive CIN in pre-malignant fallopian tube epithelial cells. SUMMARY STATEMENT High-grade serous ovarian cancer is defined by TP53 mutation and chromosomal instability, the cause of which remains poorly understood. We developed a novel model system that implicates cell cycle deregulation upon p53-loss as cause of CIN.

ABSTRACT Chemotherapy resistance and relapses are common in high-risk neuroblastoma (NB), an aggressive pediatric solid tumor of the sympathetic nervous system. Here, we developed a clinically-relevant in vivo treatment protocol mimicking the first line five-chemotherapy treatment regimen of high-risk NB and applied this protocol to mice with MYCN -amplified NB patient-derived xenografts (PDXs). Genomic and transcriptomic analyses were used to reveal the genetic and non-genetic mechanisms involved in NB chemoresistance. We observed convergent and parallel evolution of key NB genetic aberrations over time. Intrinsic resistance to chemotherapy was associated with high genetic diversity and an embryonic phenotype. Relapsed NB PDX tumors with acquired resistance showed an immature mesenchymal-like phenotype resembling multipotent Schwann cell precursors that are found in the adrenal gland. NBs with a successful treatment response presented a lineage-committed adrenergic phenotype similar to normal neuroblasts, reduced cell cycle gene expression, and negative regulation of the mitogen-activated protein kinase (MAPK)/extracellular signal-regulated kinase (ERK) cascade. NB organoids established from relapsed PDX tumors retained drug resistance, tumorigenicity, and transcriptional cell states ex vivo. This work sheds light on mechanisms involved in NB chemotherapy response in vivo and ex vivo using a clinically-relevant protocol, and emphasizes the importance of transcriptional cell states in treatment response. Detailed characterization of resistance mechanisms is essential for the development of novel treatment strategies in non-responsive or relapsed high-risk NB. One Sentence Summary COJEC chemotherapy treatment of neuroblastoma PDX models uncovers patterns of transcriptional plasticity and chemoresistance.

ABSTRACT Centrosome amplification is a feature of cancer cells associated with chromosome instability and invasiveness. Enhancing chromosome instability and subsequent cancer cell death via centrosome unclustering and multipolar divisions is an aimed-for therapeutic approach. Here we show that centrosome amplification favors responses to conventional chemotherapy independently of multipolar divisions and chromosome instability. We perform single-cell live imaging of chemotherapy responses in epithelial ovarian cancer cell lines and observe increased cell death when centrosome amplification is induced. By correlating cell fate with mitotic behaviors, we show that enhanced cell death occurs independently of chromosome instability. We identify that cells with centrosome amplification are primed for apoptosis. We show they are dependent on the apoptotic inhibitor BCL-XL, and that this is not a consequence of mitotic stresses associated with centrosome amplification. Given the multiple mechanisms that promote chemotherapy responses in cells with centrosome amplification, we assess such a relationship in an epithelial ovarian cancer patient cohort. We show that high centrosome numbers associate with improved chemotherapy responses and longer overall survival. Our work identifies apoptotic priming as a clinically relevant consequence of centrosome amplification, expanding our understanding of this pleiotropic cancer cell feature.

Abstract Chromosome instability (CIN) is the most common form of genome instability and is a hallmark of cancer. CIN invariably leads to aneuploidy, a state of karyotype imbalance. Here, we show that aneuploidy can also trigger CIN. We found that aneuploid cells experience DNA replication stress in their first S-phase and precipitate in a state of continuous CIN. This generates a repertoire of genetically diverse cells that can either continue proliferating or stop dividing. Cycling aneuploid cells display lower karyotype complexity compared to the arrested ones and increased expression of DNA repair signatures. Interestingly, the same signatures were upregulated in highly-proliferative cancer cells, which might enable them to proliferate despite the disadvantage conferred by aneuploidy-induced CIN. Altogether, our study reveals the short-term origins of CIN following aneuploidy and indicates the aneuploid state of cancer cells as a point mutation-independent source of genome instability, providing an explanation for aneuploidy occurrence in tumors.

Abstract Polyploidization frequently precedes tumorigenesis but also occurs during normal development in several tissues. Hepatocyte ploidy is controlled by the PIDDosome during development and regeneration. The PIDDosome multi-protein complex is activated by supernumerary centrosomes to induce p53 and restrict proliferation of polyploid cells, otherwise prone for chromosomal instability. PIDDosome-deficiency in the liver results in drastically increased polyploidy. To investigate PIDDosome-induced p53-activation in the pathogenesis of liver cancer, we chemically induced hepatocellular carcinoma (HCC) in mice. Strikingly, PIDDosome-deficiency reduced tumor number and burden, despite the inability to activate p53 in polyploid cells. Liver tumors arise primarily from cells with low ploidy, indicating an intrinsic pro-tumorigenic effect of PIDDosome-mediated ploidy restriction. These data suggest that hyperpolyploidization caused by PIDDosome-deficiency protects from HCC. Moreover, high tumor cell density, as a surrogate marker of low ploidy, predicts of survival of HCC patients receiving liver transplantation. Together, we show that the PIDDosome is a potential therapeutic target to manipulate hepatocyte polyploidization for HCC prevention and tumor cell density serves as a novel prognostic marker for recurrence free survival in HCC patients.

Bloom syndrome is a cancer predisposition disorder caused by mutations in the BLM helicase gene. Cells from persons with Bloom syndrome exhibit striking genomic instability characterized by excessive sister chromatid exchange events (SCEs). We applied single-cell DNA template strand-sequencing (Strand-seq) to map the genomic locations of SCEs at a resolution that is orders of magnitude better than was previously possible. Our results show that, in the absence of BLM, sister chromatid exchanges in human and murine cells do not occur randomly throughout the genome but are strikingly enriched at coding regions, specifically at sites of putative guanine quadruplex (G4) motifs in transcribed genes. We propose that BLM protects against genome instability by suppressing recombination at sites of G4 structures, particularly in transcribed regions of the genome.