Abstract Pancreatic cancers are the fourth most-common cause of cancer-related deaths in the Western world, with >200,000 cases reported in 2010. Although up to 10% of these cases occur in familial patterns, the hereditary basis for predisposition in the vast majority of affected families is unknown. We used next-generation sequencing, including whole-genome and whole-exome analyses, and identified heterozygous, constitutional, ataxia telangiectasia mutated (ATM) gene mutations in 2 kindreds with familial pancreatic cancer. Mutations segregated with disease in both kindreds and tumor analysis demonstrated LOH of the wild-type allele. By using sequence analysis of an additional 166 familial pancreatic cancer probands, we identified 4 additional patients with deleterious mutations in the ATM gene, whereas we identified no deleterious mutations in 190 spouse controls (P = 0.046). When we considered only the mostly severely affected families with 3 or more pancreatic cancer cases, 4 deleterious mutations were found in 87 families (P = 0.009). Our results indicate that inherited ATM mutations play an important role in familial pancreatic cancer predisposition. Significance: The genes responsible for the majority of cases of familial pancreatic ductal adenocarcinoma are unknown. We here identify ATM as a predisposition gene for pancreatic ductal adenocarcinoma. Our results have important implications for the management of patients in affected families and illustrate the power of genome-wide sequencing to identify the basis of familial cancer syndromes. Cancer Discovery; 2(1): 41–6. ©2011 AACR. Read the Commentary on this article by Bakker and de Winter, p. 14 This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1

Purpose Deleterious germline mutations contribute to pancreatic cancer susceptibility and are well documented in families in which multiple members have had pancreatic cancer. Methods To define the prevalence of these germline mutations in patients with apparently sporadic pancreatic cancer, we sequenced 32 genes, including known pancreatic cancer susceptibility genes, in DNA prepared from normal tissue obtained from 854 patients with pancreatic ductal adenocarcinoma, 288 patients with other pancreatic and periampullary neoplasms, and 51 patients with non-neoplastic diseases who underwent pancreatic resection at Johns Hopkins Hospital between 2000 and 2015. Results Thirty-three (3.9%; 95% CI, 3.0% to 5.8%) of 854 patients with pancreatic cancer had a deleterious germline mutation, 31 (3.5%) of which affected known familial pancreatic cancer susceptibility genes: BRCA2 (12 patients), ATM (10 patients), BRCA1 (3 patients), PALB2 (2 patients), MLH1 (2 patients), CDKN2A (1 patient), and TP53 (1 patient). Patients with these germline mutations were younger than those without (mean ± SD, 60.8 ± 10.6 v 65.1 ± 10.5 years; P = .03). Deleterious germline mutations were also found in BUB1B (1) and BUB3 (1). Only three of these 33 patients had reported a family history of pancreatic cancer, and most did not have a cancer family history to suggest an inherited cancer syndrome. Five (1.7%) of 288 patients with other periampullary neoplasms also had a deleterious germline mutation. Conclusion Germline mutations in pancreatic cancer susceptibility genes are commonly identified in patients with pancreatic cancer without a significant family history of cancer. These deleterious pancreatic cancer susceptibility gene mutations, some of which are therapeutically targetable, will be missed if current family history guidelines are the main criteria used to determine the appropriateness of gene testing.

Clostridium novyi -NT targets aberrant tumor physiology and can produce a precise, robust, and reproducible antitumor response.

Abstract Pancreatic cancer is projected to become the second leading cause of cancer-related death in the United States by 2020. A familial aggregation of pancreatic cancer has been established, but the cause of this aggregation in most families is unknown. To determine the genetic basis of susceptibility in these families, we sequenced the germline genomes of 638 patients with familial pancreatic cancer and the tumor exomes of 39 familial pancreatic adenocarcinomas. Our analyses support the role of previously identified familial pancreatic cancer susceptibility genes such as BRCA2, CDKN2A, and ATM, and identify novel candidate genes harboring rare, deleterious germline variants for further characterization. We also show how somatic point mutations that occur during hematopoiesis can affect the interpretation of genome-wide studies of hereditary traits. Our observations have important implications for the etiology of pancreatic cancer and for the identification of susceptibility genes in other common cancer types. Significance: The genetic basis of disease susceptibility in the majority of patients with familial pancreatic cancer is unknown. We whole genome sequenced 638 patients with familial pancreatic cancer and demonstrate that the genetic underpinning of inherited pancreatic cancer is highly heterogeneous. This has significant implications for the management of patients with familial pancreatic cancer. Cancer Discov; 6(2); 166–75. ©2015 AACR. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 109

Abstract Context: Medullary thyroid cancer (MTC) is a rare thyroid cancer that can occur sporadically or as part of a hereditary syndrome. Objective: To explore the genetic origin of MTC, we sequenced the protein coding exons of approximately 21,000 genes in 17 sporadic MTCs. Patients and Design: We sequenced the exomes of 17 sporadic MTCs and validated the frequency of all recurrently mutated genes and other genes of interest in an independent cohort of 40 MTCs comprised of both sporadic and hereditary MTC. Results: We discovered 305 high-confidence mutations in the 17 sporadic MTCs in the discovery phase, or approximately 17.9 somatic mutations per tumor. Mutations in RET, HRAS, and KRAS genes were identified as the principal driver mutations in MTC. All of the other additional somatic mutations, including mutations in spliceosome and DNA repair pathways, were not recurrent in additional tumors. Tumors without RET, HRAS, or KRAS mutations appeared to have significantly fewer mutations overall in protein coding exons. Conclusions: Approximately 90% of MTCs had mutually exclusive mutations in RET, HRAS, and KRAS, suggesting that RET and RAS are the predominant driver pathways in MTC. Relatively few mutations overall and no commonly recurrent driver mutations other than RET, HRAS, and KRAS were seen in the MTC exome.

Pancreatic intraepithelial neoplasia (PanIN) is a precursor to pancreatic cancer and represents a critical opportunity for cancer interception. However, the number, size, shape, and connectivity of PanINs in human pancreatic tissue samples are largely unknown. In this study, we quantitatively assessed human PanINs using CODA, a novel machine-learning pipeline for 3D image analysis that generates quantifiable models of large pieces of human pancreas with single-cell resolution. Using a cohort of 38 large slabs of grossly normal human pancreas from surgical resection specimens, we identified striking multifocality of PanINs, with a mean burden of 13 spatially separate PanINs per cm3 of sampled tissue. Extrapolating this burden to the entire pancreas suggested a median of approximately 1000 PanINs in an entire pancreas. In order to better understand the clonal relationships within and between PanINs, we developed a pipeline for CODA-guided multi-region genomic analysis of PanINs, including targeted and whole exome sequencing. Multi-region assessment of 37 PanINs from eight additional human pancreatic tissue slabs revealed that almost all PanINs contained hotspot mutations in the oncogene KRAS, but no gene other than KRAS was altered in more than 20% of the analyzed PanINs. PanINs contained a mean of 13 somatic mutations per region when analyzed by whole exome sequencing. The majority of analyzed PanINs originated from independent clonal events, with distinct somatic mutation profiles between PanINs in the same tissue slab. A subset of the analyzed PanINs contained multiple KRAS mutations, suggesting a polyclonal origin even in PanINs that are contiguous by rigorous 3D assessment. This study leverages a novel 3D genomic mapping approach to describe, for the first time, the spatial and genetic multifocality of human PanINs, providing important insights into the initiation and progression of pancreatic neoplasia.

Abstract When we transduced pancreatic cancers with sgRNAs that targeted 2-16 target sites in the human genome, we found that increasing the number of CRISPR-Cas9 target sites produced greater cytotoxicity, with >99% growth inhibition observed by targeting only 12 sites. However, cell death was delayed by 2-3 weeks after sgRNA transduction, in contrast to the repair of double strand DNA breaks (DSBs) that happened within 3 days after transduction. To explain this discrepancy, we used both cytogenetics and whole genome sequencing to interrogate the genome. We first detected chromatid and chromosome breaks, followed by radial formations, dicentric, ring chromosomes, and other chromosomal aberrations that peaked at 14 days after transduction. Structural variants (SVs) were detected at sites that were directly targeted by CRISPR-Cas9, including SVs generated from two sites that were targeted, but the vast majority of SVs (89.4%) were detected elsewhere in the genome that arose later than those directly targeted. Cells also underwent polyploidization that peaked at day 10 as detected by XY FISH assay, and ultimately died via apoptosis. Overall, we found that the simultaneous DSBs induced by CRISPR-Cas9 in pancreatic cancers caused chromosomal instability and polyploidization that ultimately led to delayed cell death. Statement of significance Using whole genome sequencing and conventional cytogenetics, we discovered that CRISPR-Cas9 cuts led to genomic instability, including chromosomal rearrangements and polyploidization, and ultimately to delayed cell death, 2-3 weeks after the induction of CRISPR-Cas9 DSBs.

Abstract Somatic mutations are desirable targets for selective elimination of cancer, yet most are found within the noncoding regions. We propose a novel, cancer-specific killing approach using CRISPR-Cas9 which exploits the requirement of a protospacer adjacent motif (PAM) for Cas9 activity. Through whole genome sequencing (WGS) of paired tumor minus normal (T-N) samples from three pancreatic cancer patients (Panc480, Panc504, and Panc1002), we identified an average of 417 somatic PAMs per tumor produced from single base substitutions. We analyzed 591 paired T-N samples from The International Cancer Genome Consortium and discovered medians of ∼455 somatic PAMs per tumor in pancreatic, ∼2800 in lung, and ∼3200 in esophageal cancer cohorts. Finally, we demonstrated >80% selective cell death of two targeted pancreatic cancer cell lines in co-cultures using 4-9 sgRNAs, targeting noncoding regions, designed from the somatic PAM discovery approach. We also showed no off-target activity from these tumor-specific sgRNAs through WGS. Statement of significance This study demonstrates the potential of CRISPR-Cas9 as a novel and selective anti-cancer strategy. It requires just a few targets to induce double strand breaks for significant cytotoxicity. Our findings markedly expand the repertoire of targetable mutations in cancers and support genetically targeting other adult solid tumor types.