Abstract Purpose: Aggressive cutaneous squamous cell carcinoma (cSCC) is often a disfiguring and lethal disease. Very little is currently known about the mutations that drive aggressive cSCC. Experimental Design: Whole-exome sequencing was performed on 39 cases of aggressive cSCC to identify driver genes and novel therapeutic targets. Significantly, mutated genes were identified with MutSig or complementary methods developed to specifically identify candidate tumor suppressors based upon their inactivating mutation bias. Results: Despite the very high-mutational background caused by UV exposure, 23 candidate drivers were identified, including the well-known cancer-associated genes TP53, CDKN2A, NOTCH1, AJUBA, HRAS, CASP8, FAT1, and KMT2C (MLL3). Three novel candidate tumor suppressors with putative links to cancer or differentiation, NOTCH2, PARD3, and RASA1, were also identified as possible drivers in cSCC. KMT2C mutations were associated with poor outcome and increased bone invasion. Conclusions: The mutational spectrum of cSCC is similar to that of head and neck squamous cell carcinoma and dominated by tumor-suppressor genes. These results improve the foundation for understanding this disease and should aid in identifying and treating aggressive cSCC. Clin Cancer Res; 20(24); 6582–92. ©2014 AACR.

The survival of patients with oral squamous cell carcinoma (OSCC) has not changed significantly in several decades, leading clinicians and investigators to search for promising molecular targets. To this end, we conducted comprehensive genomic analysis of gene expression, copy number, methylation, and point mutations in OSCC. Integrated analysis revealed more somatic events than previously reported, identifying four major driver pathways (mitogenic signaling, Notch, cell cycle, and TP53) and two additional key genes (FAT1, CASP8). The Notch pathway was defective in 66% of patients, and in follow-up studies of mechanism, functional NOTCH1 signaling inhibited proliferation of OSCC cell lines. Frequent mutation of caspase-8 (CASP8) defines a new molecular subtype of OSCC with few copy number changes. Although genomic alterations are dominated by loss of tumor suppressor genes, 80% of patients harbored at least one genomic alteration in a targetable gene, suggesting that novel approaches to treatment may be possible for this debilitating subset of head and neck cancers.

Tumor DNA in saliva and plasma can provide a noninvasive biomarker for head and neck squamous cell carcinoma.

Thymic epithelial tumors (TETs) are one of the rarest adult malignancies. Among TETs, thymoma is the most predominant, characterized by a unique association with autoimmune diseases, followed by thymic carcinoma, which is less common but more clinically aggressive. Using multi-platform omics analyses on 117 TETs, we define four subtypes of these tumors defined by genomic hallmarks and an association with survival and World Health Organization histological subtype. We further demonstrate a marked prevalence of a thymoma-specific mutated oncogene, GTF2I, and explore its biological effects on multi-platform analysis. We further observe enrichment of mutations in HRAS, NRAS, and TP53. Last, we identify a molecular link between thymoma and the autoimmune disease myasthenia gravis, characterized by tumoral overexpression of muscle autoantigens, and increased aneuploidy.

The solid tumour microenvironment includes nerve fibres that arise from the peripheral nervous system1,2. Recent work indicates that newly formed adrenergic nerve fibres promote tumour growth, but the origin of these nerves and the mechanism of their inception are unknown1,3. Here, by comparing the transcriptomes of cancer-associated trigeminal sensory neurons with those of endogenous neurons in mouse models of oral cancer, we identified an adrenergic differentiation signature. We show that loss of TP53 leads to adrenergic transdifferentiation of tumour-associated sensory nerves through loss of the microRNA miR-34a. Tumour growth was inhibited by sensory denervation or pharmacological blockade of adrenergic receptors, but not by chemical sympathectomy of pre-existing adrenergic nerves. A retrospective analysis of samples from oral cancer revealed that p53 status was associated with nerve density, which was in turn associated with poor clinical outcomes. This crosstalk between cancer cells and neurons represents mechanism by which tumour-associated neurons are reprogrammed towards an adrenergic phenotype that can stimulate tumour progression, and is a potential target for anticancer therapy.

Highlights•SCCs show chromosome or methylation alterations affecting multiple related genes•These regulate squamous stemness, differentiation, growth, survival, and inflammation•Copy-quiet SCCs have hypermethylated (FANCF, TET1) or mutated (CASP8, MAPK-RAS) genes•Potential targets include ΔNp63, WEE1, IAPs, PI3K-mTOR/MAPK, and immune responsesSummaryThis 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.Graphical abstract

Abstract Purpose: Human cell lines are useful for studying cancer biology and preclinically modeling cancer therapy, but can be misidentified and cross-contamination is unfortunately common. The purpose of this study was to develop a panel of validated head and neck cell lines representing the spectrum of tissue sites and histologies that could be used for studying the molecular, genetic, and phenotypic diversity of head and neck cancer. Methods: A panel of 122 clinically and phenotypically diverse head and neck cell lines from head and neck squamous cell carcinoma, thyroid cancer, cutaneous squamous cell carcinoma, adenoid cystic carcinoma, oral leukoplakia, immortalized primary keratinocytes, and normal epithelium was assembled from the collections of several individuals and institutions. Authenticity was verified by carrying out short tandem repeat analysis. Human papillomavirus (HPV) status and cell morphology were also determined. Results: Eighty-five of the 122 cell lines had unique genetic profiles. HPV-16 DNA was detected in 2 cell lines. These 85 cell lines included cell lines from the major head and neck primary tumor sites, and close examination shows a wide range of in vitro phenotypes. Conclusions: This panel of 85 genomically validated head and neck cell lines represents a valuable resource for the head and neck cancer research community that can help advance understanding of the disease by providing a standard reference for cell lines that can be used for biological as well as preclinical studies. Clin Cancer Res; 17(23); 7248–64. ©2011 AACR.

Abstract Despite radiation forming the curative backbone of over 50% of malignancies, there are no genomically-driven radiation sensitizers for clinical use. We performed in vivo shRNA screening to identify targets generally associated with radiation response as well as those exhibiting a genomic dependency. This identified the histone acetyltransferases CREBBP/EP300 as a target for radiosensitization in combination with radiation in cognate mutant tumors. Further in vitro and in vivo studies confirmed this phenomenon was due to repression of homologous recombination following DNA damage and can be reproduced using chemical inhibition of histone acetyltransferase (HAT), but not bromodomain function. Selected mutations in CREBBP lead to a hyperacetylated state that increases CBP and BRCA1 acetylation, representing a gain of function targets by HAT inhibition. Additionally, mutations in CREBBP/EP300 were associated with recurrence following radiation, in several squamous cell carcinoma cohorts. These findings represent both a novel mechanism of treatment resistance and the potential for genomically-driven treatment.

Abstract Introduction Identification of molecular biomarkers in the saliva and serum of oral cavity cancer patients represents a first step in the development of essential and efficient clinical tools for early detection and post‐treatment monitoring. We hypothesized that molecular analyses of paired saliva and serum samples from an individual would likely yield better results than analyses of either serum or saliva alone. Materials and Methods We performed whole‐transcriptome and small non‐coding RNA sequencing analyses on 32 samples of saliva and serum collected from the same patients with oral squamous cell carcinoma (OSCC) and healthy controls (HC). Results We identified 12 novel saliva and serum miRNAs and a panel of unique miRNA and mRNA signatures, significantly differentially expressed in OSCC patients relative to HC (log2 fold change: 2.6 – 26.8; DE: 0.02 – 0.000001). We utilized a combined panel of the 10 top‐deregulated miRNAs and mRNAs and evaluated their putative diagnostic potential (>87% sensitivity; 100% specificity), recommending seven of them for further validation. We also identified unique saliva and serum miRNAs associated with OSCC and smoking history (OSCC smokers vs. never‐smokers or HC: log2 fold change: 22–23; DE: 0.00003–0.000000001). Functional and pathway analyses indicated interactions between the discovered OSCC‐related non‐invasive miRNAs and mRNAs and their targets, through PI3K/AKT/mTOR signaling. Conclusion Our data support our hypothesis that using paired saliva and serum from the same individuals and deep sequencing analyses can provide unique combined mRNA and miRNA signatures associated with canonical pathways that may have a diagnostic advantage relative to saliva or serum alone and may be useful for clinical testing. We believe this data will contribute to effective preventive care by post‐treatment monitoring of patients, as well as suggesting potential targets for therapeutic approaches.

Therapeutic innovation for human papilloma virus-related (HPV+) head and neck squamous cell carcinomas (HNSCCs) is impaired by inadequate biomarkers and preclinical models. This study addressed both limitations using the largest panel of HPV+ HNSCC patient-derived xenografts (PDXs) and organoids described to date. Whole exome profiles of the PDXs were compared to those of HPV+ human tumors and cell lines, and genetic features of the models were analyzed relative to their growth properties and outcomes of their patients of origin. PDX engraftment enriched for negatively prognostic NOTCH1 mutations while preserving multiple features lost in existing cell lines, including PIK3CA mutations, TRAF3 deletion, and absence of EGFR amplification. Observation of more mutations in faster-growing models facilitated identification of an association between mutational burden and local progression in both HPV+ and HPV-HNSCCs. Reduced E7 and p16INK4A levels found in a PDX from a lethal case led to detection of a similar profile among recurrent HPV+ HNSCCs in two patient cohorts, where low E2F target gene expression downstream of E7 predicted recurrence and mortality. Our findings bridge a critical gap in preclinical models for HPV+ HNSCCs and simultaneously reveal novel applications for mutational burden and E2F target dysregulation in biomarker development.