Human cancer cells typically harbour multiple chromosomal aberrations, nucleotide substitutions and epigenetic modifications that drive malignant transformation. The Cancer Genome Atlas (TCGA) pilot project aims to assess the value of large-scale multi-dimensional analysis of these molecular characteristics in human cancer and to provide the data rapidly to the research community. Here we report the interim integrative analysis of DNA copy number, gene expression and DNA methylation aberrations in 206 glioblastomas—the most common type of adult brain cancer—and nucleotide sequence aberrations in 91 of the 206 glioblastomas. This analysis provides new insights into the roles of ERBB2, NF1 and TP53, uncovers frequent mutations of the phosphatidylinositol-3-OH kinase regulatory subunit gene PIK3R1, and provides a network view of the pathways altered in the development of glioblastoma. Furthermore, integration of mutation, DNA methylation and clinical treatment data reveals a link between MGMT promoter methylation and a hypermutator phenotype consequent to mismatch repair deficiency in treated glioblastomas, an observation with potential clinical implications. Together, these findings establish the feasibility and power of TCGA, demonstrating that it can rapidly expand knowledge of the molecular basis of cancer. The Cancer Genome Atlas, a large-scale genomics project to catalogue cancer-linked mutations, is starting to produce results. Glioblastoma, the most common brain cancer, was the first target for the project and the initial results, published AOP on 4 September, are now in print. Genes newly implicated in glioblastoma include tumour suppressors (NF1, RB1, ATM and APC) and several tyrosine kinase genes. Glioblastoma is extremely resistant to therapy, hence the potential importance of the development of a possible model system. Zheng et al. report that mice lacking the tumour suppressors p53 and Pten develop tumours resembling human glioblastomas, associated with increased Myc protein levels. As well as offering a potential system for testing therapeutics, this points to c-Myc as a possible drug target. With a comprehensive analysis of sequencing data, DNA copy number, gene expression and DNA methylation in a large number of human glioblastomas, The Cancer Genome Atlas project initiative provides a broad overview of the genes and pathways that are altered in this cancer type.

Copy number variation (CNV) of DNA sequences is functionally significant but has yet to be fully ascertained. We have constructed a first-generation CNV map of the human genome through the study of 270 individuals from four populations with ancestry in Europe, Africa or Asia (the HapMap collection). DNA from these individuals was screened for CNV using two complementary technologies: single-nucleotide polymorphism (SNP) genotyping arrays, and clone-based comparative genomic hybridization. A total of 1,447 copy number variable regions (CNVRs), which can encompass overlapping or adjacent gains or losses, covering 360 megabases (12% of the genome) were identified in these populations. These CNVRs contained hundreds of genes, disease loci, functional elements and segmental duplications. Notably, the CNVRs encompassed more nucleotide content per genome than SNPs, underscoring the importance of CNV in genetic diversity and evolution. The data obtained delineate linkage disequilibrium patterns for many CNVs, and reveal marked variation in copy number among populations. We also demonstrate the utility of this resource for genetic disease studies. Where to next after sequencing the human genome? We want to know how human genomes differ from each other. Last year the International HapMap Project published a map of single nucleotide changes, and now an international consortium has mapped even larger areas of differences, called copy number variants (CNVs). Each CNV involves at least 1,000 base-pair differences between individuals, and they have been linked to both benign and disease-causing changes in the genome. The new map is based on analysis of DNA from 270 individuals. Over 1,400 CNVs were found, covering 12% of the genome. This makes them far more prevalent than was thought, and suggests that unless analysed for directly, these differences could be missed by present strategies used to identify genes mutated in genetic diseases. Last year the first map of single nucleotide changes was published; now an international consortium has mapped even larger areas of differences, called copy number variants. These variants are at least 1,000-base-pair differences between individual people, and have been linked to both benign and disease-causing changes in the human genome.

We identified 255 loci across the human genome that contain genomic imbalances among unrelated individuals. Twenty-four variants are present in > 10% of the individuals that we examined. Half of these regions overlap with genes, and many coincide with segmental duplications or gaps in the human genome assembly. This previously unappreciated heterogeneity may underlie certain human phenotypic variation and susceptibility to disease and argues for a more dynamic human genome structure.

The genetic architecture of autism spectrum disorder involves the interplay of common and rare variants and their impact on hundreds of genes. Using exome sequencing, here we show that analysis of rare coding variation in 3,871 autism cases and 9,937 ancestry-matched or parental controls implicates 22 autosomal genes at a false discovery rate (FDR) < 0.05, plus a set of 107 autosomal genes strongly enriched for those likely to affect risk (FDR < 0.30). These 107 genes, which show unusual evolutionary constraint against mutations, incur de novo loss-of-function mutations in over 5% of autistic subjects. Many of the genes implicated encode proteins for synaptic formation, transcriptional regulation and chromatin-remodelling pathways. These include voltage-gated ion channels regulating the propagation of action potentials, pacemaking and excitability–transcription coupling, as well as histone-modifying enzymes and chromatin remodellers—most prominently those that mediate post-translational lysine methylation/demethylation modifications of histones. Whole-exome sequencing in a large autism study identifies over 100 autosomal genes that are likely to affect risk for the disorder; these genes, which show unusual evolutionary constraint against mutations, carry de novo loss-of-function mutations in over 5% of autistic subjects and many function in synaptic, transcriptional and chromatin-remodelling pathways. Autism spectrum disorder (ASD) is a broad group of brain development disorders, including autism, childhood disintegrative disorder and Asperger's syndrome, characterized by impaired social interaction and communication, repetitive behaviour and restricted interests. Two groups reporting in this issue of Nature have used large-scale whole-exome sequencing to examine the contribution of inherited and germline de novo mutations to ASD risk. Silvia De Rubeis et al. analysed DNA samples from 3,871 autism cases and 9,937 ancestry-matched or parental controls and identify more than 100 autosomal genes that are likely to affect risk for the disease. De novo loss-of-function mutations were detected in more than 5% of autistic subjects. Many of the associated gene products appear to function in synaptic, transcriptional, and chromatin remodelling pathways. Ivan Iossifov et al. sequenced exomes from more than 2,500 families, each with one child with ASD. They identify 27 high-confidence gene targets and estimate that 13% of de novo missense mutations and 43% of de novo 'likely gene-disrupting' (LGD) mutations contribute to 12% and 9% of diagnoses, respectively.

Structural variations of DNA greater than 1 kilobase in size account for most bases that vary among human genomes, but are still relatively under-ascertained. Here we use tiling oligonucleotide microarrays, comprising 42 million probes, to generate a comprehensive map of 11,700 copy number variations (CNVs) greater than 443 base pairs, of which most (8,599) have been validated independently. For 4,978 of these CNVs, we generated reference genotypes from 450 individuals of European, African or East Asian ancestry. The predominant mutational mechanisms differ among CNV size classes. Retrotransposition has duplicated and inserted some coding and non-coding DNA segments randomly around the genome. Furthermore, by correlation with known trait-associated single nucleotide polymorphisms (SNPs), we identified 30 loci with CNVs that are candidates for influencing disease susceptibility. Despite this, having assessed the completeness of our map and the patterns of linkage disequilibrium between CNVs and SNPs, we conclude that, for complex traits, the heritability void left by genome-wide association studies will not be accounted for by common CNVs. Copy number variations or CNVs are a common form of genetic variation between individuals, caused by genomic rearrangements, either inherited or due to de novo mutation. A major collaborative effort using tiling oligonucleotide microarrays and HapMap samples has generated a comprehensive working map of 11,700 CNVs in the human genome. About half of these were also genotyped in individuals of different ancestry — European, African or East Asian. Thirty loci with CNVs that are candidates for influencing disease susceptibility were identified. Published online last October, this vast data set is a landmark in terms of completeness and spatial resolution, and as John Armour wrote in News & Views , is likely to stand as a definitive resource for years to come. This resource is the main focus of a new genome-wide association study, from the Wellcome Trust Case Control Consortium, of the links between common CNVs and eight common human diseases. Providing a wealth of technical insights to inform future study design and analysis, the Wellcome study also implies that common CNVs that can be genotyped using existing platforms are unlikely to have a major role in the genetic basis of common diseases. Much genetic variation among humans can be accounted for by structural DNA differences that are greater than 1 kilobase in size. Here, using tiling oligonucleotide arrays and HapMap samples, a map of 11,700 copy number variations (CNVs) bigger than 443 base pairs has been generated. About half of these CNVs were also genotyped in individuals of different ancestry. The results offer insight into the relative prevalence of mechanisms that generate CNVs, their evolution, and their contribution to complex genetic diseases.

Presented here is a genome sequence of an individual human. It was produced from ∼32 million random DNA fragments, sequenced by Sanger dideoxy technology and assembled into 4,528 scaffolds, comprising 2,810 million bases (Mb) of contiguous sequence with approximately 7.5-fold coverage for any given region. We developed a modified version of the Celera assembler to facilitate the identification and comparison of alternate alleles within this individual diploid genome. Comparison of this genome and the National Center for Biotechnology Information human reference assembly revealed more than 4.1 million DNA variants, encompassing 12.3 Mb. These variants (of which 1,288,319 were novel) included 3,213,401 single nucleotide polymorphisms (SNPs), 53,823 block substitutions (2–206 bp), 292,102 heterozygous insertion/deletion events (indels)(1–571 bp), 559,473 homozygous indels (1–82,711 bp), 90 inversions, as well as numerous segmental duplications and copy number variation regions. Non-SNP DNA variation accounts for 22% of all events identified in the donor, however they involve 74% of all variant bases. This suggests an important role for non-SNP genetic alterations in defining the diploid genome structure. Moreover, 44% of genes were heterozygous for one or more variants. Using a novel haplotype assembly strategy, we were able to span 1.5 Gb of genome sequence in segments >200 kb, providing further precision to the diploid nature of the genome. These data depict a definitive molecular portrait of a diploid human genome that provides a starting point for future genome comparisons and enables an era of individualized genomic information.

Structural variation (copy number variation [CNV] including deletion and duplication, translocation, inversion) of chromosomes has been identified in some individuals with autism spectrum disorder (ASD), but the full etiologic role is unknown. We performed genome-wide assessment for structural abnormalities in 427 unrelated ASD cases via single-nucleotide polymorphism microarrays and karyotyping. With microarrays, we discovered 277 unbalanced CNVs in 44% of ASD families not present in 500 controls (and re-examined in another 1152 controls). Karyotyping detected additional balanced changes. Although most variants were inherited, we found a total of 27 cases with de novo alterations, and in three (11%) of these individuals, two or more new variants were observed. De novo CNVs were found in ∼7% and ∼2% of idiopathic families having one child, or two or more ASD siblings, respectively. We also detected 13 loci with recurrent/overlapping CNV in unrelated cases, and at these sites, deletions and duplications affecting the same gene(s) in different individuals and sometimes in asymptomatic carriers were also found. Notwithstanding complexities, our results further implicate the SHANK3-NLGN4-NRXN1 postsynaptic density genes and also identify novel loci at DPP6-DPP10-PCDH9 (synapse complex), ANKRD11, DPYD, PTCHD1, 15q24, among others, for a role in ASD susceptibility. Our most compelling result discovered CNV at 16p11.2 (p = 0.002) (with characteristics of a genomic disorder) at ∼1% frequency. Some of the ASD regions were also common to mental retardation loci. Structural variants were found in sufficiently high frequency influencing ASD to suggest that cytogenetic and microarray analyses be considered in routine clinical workup. Structural variation (copy number variation [CNV] including deletion and duplication, translocation, inversion) of chromosomes has been identified in some individuals with autism spectrum disorder (ASD), but the full etiologic role is unknown. We performed genome-wide assessment for structural abnormalities in 427 unrelated ASD cases via single-nucleotide polymorphism microarrays and karyotyping. With microarrays, we discovered 277 unbalanced CNVs in 44% of ASD families not present in 500 controls (and re-examined in another 1152 controls). Karyotyping detected additional balanced changes. Although most variants were inherited, we found a total of 27 cases with de novo alterations, and in three (11%) of these individuals, two or more new variants were observed. De novo CNVs were found in ∼7% and ∼2% of idiopathic families having one child, or two or more ASD siblings, respectively. We also detected 13 loci with recurrent/overlapping CNV in unrelated cases, and at these sites, deletions and duplications affecting the same gene(s) in different individuals and sometimes in asymptomatic carriers were also found. Notwithstanding complexities, our results further implicate the SHANK3-NLGN4-NRXN1 postsynaptic density genes and also identify novel loci at DPP6-DPP10-PCDH9 (synapse complex), ANKRD11, DPYD, PTCHD1, 15q24, among others, for a role in ASD susceptibility. Our most compelling result discovered CNV at 16p11.2 (p = 0.002) (with characteristics of a genomic disorder) at ∼1% frequency. Some of the ASD regions were also common to mental retardation loci. Structural variants were found in sufficiently high frequency influencing ASD to suggest that cytogenetic and microarray analyses be considered in routine clinical workup.

A set of vector DNAs (Y vectors) useful for the cloning of DNA fragments in Saccharomyces cerevisiae (yeast) and in Escherichia coli are characterized. With these vectors, three modes of yeast transformation are defined. (i) Vectors containing yeast chromosomal DNA sequences (YIp1, YIp5) transform yeast cells at low frequency (1--10 colonies per microgram) and integrate into the genome by homologous recombination; this recombination is reversible. (ii) Hybrids containing endogenous yeast plasmid DNA sequences (YEp2, YEp6) transform yeast cells at much higher frequency (5000--20,000 colonies per microgram). Such molecules replicate autonomously with an average copy number of 5--10 covalently closed circles per yeast cell and also replicate as a chromosomally integrated structure. This DNA may be physically isolated in intact form from either yeast or E. coli and used to transform either organism at high frequency. (iii) Vectors containing a 1.4-kilobase yeast DNA fragment that includes the centromere linked trp1 gene (YRp7) transform yeast with an efficiency of 500--5000 colonies per microgram; such molecules behave as minichromosomes because they replicate autonomously but do not integrate into the genome. The uses of Y vectors for the following genetic manipulations in yeast are discussed: isolation of genes; construction of haploid strains that are merodiploid for a particular DNA sequence; and directed alterations of the yeast genome. General methods for the selection and the analysis of these events are presented.