Endogenous small RNAs (miRNAs) regulate gene expression by mechanisms conserved across metazoans. While the number of verified human miRNAs is still expanding, only few have been functionally annotated. To perform genetic screens for novel functions of miRNAs, we developed a library of vectors expressing the majority of cloned human miRNAs and created corresponding DNA barcode arrays. In a screen for miRNAs that cooperate with oncogenes in cellular transformation, we identified miR-372 and miR-373, each permitting proliferation and tumorigenesis of primary human cells that harbor both oncogenic RAS and active wild-type p53. These miRNAs neutralize p53-mediated CDK inhibition, possibly through direct inhibition of the expression of the tumor-suppressor LATS2. We provide evidence that these miRNAs are potential novel oncogenes participating in the development of human testicular germ cell tumors by numbing the p53 pathway, thus allowing tumorigenic growth in the presence of wild-type p53.

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.

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.

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.

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

Culture-acquired variants in human pluripotent stem cells (hPSCs) hinder their applications in research and clinic. However, the mechanisms that underpin selection of variants remain unclear. Here, through analysis of comprehensive karyotyping datasets from over 23,000 hPSC cultures of more than 1,500 lines, we explored how culture conditions shape variant selection. Strikingly, we identified an association of chromosome 1q gains with feeder-free cultures and noted a rise in its prevalence in recent years, coinciding with increased usage of feeder-free regimens. Competition experiments of multiple isogenic lines with and without a chromosome 1q gain confirmed that 1q variants have an advantage in feeder-free (E8/vitronectin), but not feeder-based, culture. Mechanistically, we show that overexpression of MDM4, located on chromosome 1q, drives variants' advantage in E8/vitronectin by alleviating genome damage-induced apoptosis, which is lower in feeder-based conditions. Our study explains condition-dependent patterns of hPSC aberrations and offers insights into the mechanisms of variant selection.

Since the first derivation of human pluripotent stem cells (hPSCs), the number of culture conditions has steadily increased, making hPSC culture more facile. Nonetheless, there remains the persistent issue of culture-acquired genetic changes, hampering the reproducibility of hPSC research and jeopardising their clinical use. Here, we utilised comprehensive karyotyping datasets from over 20,000 hPSC cultures sampled under different conditions to ascertain association of genetic changes with specific culture regimens. We found condition-dependent patterns of aberrations, with higher prevalence of chromosome 1q gains in recent years, associated with increased use of contemporary, feeder-free cultures. Mechanistically, we show the context-dependent selection of 1q variants is mainly driven by MDM4, a gene amplified in many cancers, located on chromosome 1q. To facilitate reproducibility of hPSC research and their safe clinical utility, we provide a unique hPSC karyotype resource for informing the risk assessment of genetic aberrations and developing strategies to suppress their occurrence.

Testicular germ cell cancer (TGCC) is initiated during early life from a totipotent embryonic germ cell, and the most frequent malignant cancer in young Caucasian males. The goal of this study is to determine the intratumor heterogeneity, and to unravel tumor progression from initiation till therapy-resistant metastasis. In this study, we have investigated 42 purified samples of four cases of nonseminoma with intrinsic resistance to chemotherapy including different histological elements, metastatic specimens and the precursor cancer stem cells (germ cell neoplasia in situ, GCNIS) using whole genome-, and targeted sequencing. Sequence data were used to reconstruct the evolution of these cancers. Intratumor molecular heterogeneity was observed and did not correspond to the supposed histological evolution of the primary tumor. Metastases after systemic treatment were derived from cancer stem cells frequently not identified in the primary cancer. The GCNIS mostly lacked the molecular marks of the primary TGCC and comprised dominant clones that had failed to progress into a manifest malignancy. A BRCA-like mutational signature was found without evidence for direct involvement of BRCA1 and BRCA2 genes. Our data strongly support the hypothesis that TGCC is initiated by whole genome duplication, followed by chromosome copy number alterations in the cancer stem cell population, and dynamic acquisition of chromosome arm 12p gain and accumulation of low numbers of somatic mutations resembling a BRCA-like mutational signature. These observations of heterogeneity at all stages of tumorigenesis should be considered when treating patients with GCNIS-only disease, or with clinically overt TGCC.