Although p53 inactivation promotes genomic instability1 and presents a route to malignancy for more than half of all human cancers2,3, the patterns through which heterogenous TP53 (encoding human p53) mutant genomes emerge and influence tumorigenesis remain poorly understood. Here, in a mouse model of pancreatic ductal adenocarcinoma that reports sporadic p53 loss of heterozygosity before cancer onset, we find that malignant properties enabled by p53 inactivation are acquired through a predictable pattern of genome evolution. Single-cell sequencing and in situ genotyping of cells from the point of p53 inactivation through progression to frank cancer reveal that this deterministic behaviour involves four sequential phases-Trp53 (encoding mouse p53) loss of heterozygosity, accumulation of deletions, genome doubling, and the emergence of gains and amplifications-each associated with specific histological stages across the premalignant and malignant spectrum. Despite rampant heterogeneity, the deletion events that follow p53 inactivation target functionally relevant pathways that can shape genomic evolution and remain fixed as homogenous events in diverse malignant populations. Thus, loss of p53-the 'guardian of the genome'-is not merely a gateway to genetic chaos but, rather, can enable deterministic patterns of genome evolution that may point to new strategies for the treatment of TP53-mutant tumours.

SUMMARY The ongoing SARS-CoV-2 pandemic has devastated the global economy and claimed nearly one million lives, presenting an urgent global health crisis. To identify host factors required for infection by SARS-CoV-2 and seasonal coronaviruses, we designed a focused high-coverage CRISPR-Cas9 library targeting 332 members of a recently published SARS-CoV-2 protein interactome. We leveraged the compact nature of this library to systematically screen four related coronaviruses (HCoV-229E, HCoV-NL63, HCoV-OC43 and SARS-CoV-2) at two physiologically relevant temperatures (33 °C and 37 °C), allowing us to probe this interactome at a much higher resolution relative to genome scale studies. This approach yielded several new insights, including unexpected virus and temperature specific differences in Rab GTPase requirements and GPI anchor biosynthesis, as well as identification of multiple pan-coronavirus factors involved in cholesterol homeostasis. This coronavirus essentiality catalog could inform ongoing drug development efforts aimed at intercepting and treating COVID-19, and help prepare for future coronavirus outbreaks. HIGHLIGHTS Focused CRISPR screens targeting host factors in the SARS-CoV-2 interactome were performed for SARS-CoV-2, HCoV-229E, HCoV-NL63, and HCoV-OC43 coronaviruses. Focused interactome CRISPR screens achieve higher resolution compared to genome-wide screens, leading to the identification of critical factors missed by the latter. Parallel CRISPR screens against multiple coronaviruses uncover host factors and pathways with pan-coronavirus and virus-specific functional roles. The number of host proteins that interact with a viral bait protein is not proportional to the number of functional interactors. Novel SARS-CoV-2 host factors are expressed in relevant cell types in the human airway.

Abstract We present GuideScan2 for memory-efficient, parallelizable construction of high-specificity CRISPR guide RNA (gRNA) databases and user-friendly gRNA/library design in custom genomes. GuideScan2 analysis identified widespread confounding effects of low-specificity gRNAs in published CRISPR knockout, interference and activation screens and enabled construction of a ready-to-use gRNA library that reduced off-target effects in a novel gene essentiality screen. GuideScan2 also enabled the design and experimental validation of allele-specific gRNAs in a hybrid mouse genome.

SUMMARY The COVID-19 pandemic has claimed the lives of more than one million people worldwide. The causative agent, SARS-CoV-2, is a member of the Coronaviridae family, which are viruses that cause respiratory infections of varying severity. The cellular host factors and pathways co-opted by SARS-CoV-2 and other coronaviruses in the execution of their life cycles remain ill-defined. To develop an extensive compendium of host factors required for infection by SARS-CoV-2 and three seasonal coronaviruses (HCoV-OC43, HCoV-NL63, and HCoV-229E), we performed parallel genome-scale CRISPR knockout screens. These screens uncovered multiple host factors and pathways with pan-coronavirus and virus-specific functional roles, including major dependency on glycosaminoglycan biosynthesis, SREBP signaling, and glycosylphosphatidylinositol biosynthesis, as well as an unexpected requirement for several poorly characterized proteins. We identified an absolute requirement for the VTT-domain containing protein TMEM41B for infection by SARS-CoV-2 and all other coronaviruses. This human Coronaviridae host factor compendium represents a rich resource to develop new therapeutic strategies for acute COVID-19 and potential future coronavirus spillover events. HIGHLIGHTS Genome-wide CRISPR screens for SARS-CoV-2, HCoV-OC43, HCoV-NL63, and HCoV-229E coronavirus host factors. Parallel genome-wide CRISPR screening uncovered host factors and pathways with pan-coronavirus and virus-specific functional roles. Coronaviruses co-opt multiple biological pathways, including glycosaminoglycan biosynthesis, SREBP signaling, and glycosylphosphatidylinositol biosynthesis and anchoring, among others. TMEM41B - a poorly understood factor with roles in autophagy and lipid mobilization - is a critical pan-coronavirus host factor.

ABSTRACT Metastatic gastric carcinoma is a highly lethal cancer that responds poorly to conventional and molecularly targeted therapies. Despite its clinical relevance, the mechanisms underlying the behavior and therapeutic response of this disease are poorly understood owing, in part, to a paucity of tractable models that faithfully recapitulate different subtypes of the human disease. To close this gap, we developed methods to somatically introduce different oncogenic lesions directly into the stomach epithelium and show that genotypic configurations observed in patients produce metastatic gastric cancers that recapitulate the histological, molecular, and clinical features of all non-viral molecular subtypes of the human disease. Applying this platform to both wild-type and immune-deficient mice revealed previously unappreciated links between the genotype, organotropism and immune surveillance of metastatic cells that produced distinct patterns of metastasis that were mirrored in patients. Our results establish and credential a highly portable platform for producing autochthonous cancer models with flexible genotypes and host backgrounds, which can unravel mechanisms of gastric tumorigenesis or test new therapeutic concepts aimed at improving outcomes in gastric cancer patients.

Abstract While the non-coding genome appears to play a role, the dynamic nature of noncoding alterations with respect to clonal progression of solid tumors remains unexplored. To address this gap in knowledge we performed multiregional whole genome sequencing and clonal analysis to elucidate the evolutionary dynamics of non-coding regions in pancreatic cancer relative to those of the coding genome. We find that the mutational burden of noncoding DNA is higher than coding DNA. However, when noncoding DNA was segregated into enhancer and non-enhancer regions, enhancers were more similar to coding DNA. Mutational signatures of noncoding and coding DNA further revealed the similar mutational spectra of enhancers to coding DNA whereas the mutational spectra of non-enhancer, noncoding DNA had an entirely different pattern. These findings shed light on the role of noncoding DNA in pancreatic cancer.

ABSTRACT Cellular senescence involves a stable cell cycle arrest coupled to a secretory program that, in some instances, stimulates the immune clearance of senescent cells. Using an immune competent tumor model in which senescence triggers CD8 T cell-mediated tumor rejection, we show that senescence also remodels cell surface proteome to alter how they sense environmental factors, as exemplified by Type II interferon gamma (IFN-γ). Compared to proliferating cells, senescent cells upregulate IFN-γ receptor, become hypersensitized to microenvironmental IFN-γ, and more robustly induce antigen presenting machinery -effects also recapitulated in human tumor cells treated with senescence-inducing drugs. Disruption of the IFN-γ sensing by senescent cells blunts their immune-mediated clearance without disabling their characteristic secretory program or immune cell recruitment. Our results demonstrate that senescent cells have an enhanced ability to both send and receive environmental signals, and imply that each process is required for their effective immune surveillance. SIGNIFICANCE Our work identifies a novel interplay between tissue remodeling and tissue sensing programs that can be engaged by senescence in advanced cancers to render tumor cells more visible to the adaptive immune system. This new facet of senescence establishes reciprocal heterotypic signaling interactions that can be induced therapeutically to enhance anti-tumor immunity.

Abstract The response to tumor-initiating inflammatory and genetic insults can vary amongst morphologically indistinguishable cells, suggesting yet uncharacterized roles for epigenetic plasticity during early neoplasia. To investigate the origins and impact of such plasticity, we perform single-cell analyses on normal, inflamed, pre-malignant and malignant tissues in autochthonous models of pancreatic cancer. We reproducibly identify heterogeneous cell-states that are primed for diverse late-emerging neoplastic fates and link these to chromatin remodeling at cell-cell communication loci. Using a new inference approach, we reveal signaling gene modules and tissue-level crosstalk, including a neoplasia-driving feedback loop between discrete epithelial and immune cell populations that we validate by genetic perturbation in mice. Our results uncover a neoplasia-specific tissue remodeling program that may be exploited for pancreas cancer interception. One-Sentence Summary Single-cell analysis reveals that enhanced epigenetic plasticity drives pro-neoplastic crosstalk in early pancreatic cancer.

ABSTRACT Single nucleotide variants (SNVs) comprise the majority of cancer-associated genetic changes and can have diverse effects on protein function. Despite a comprehensive catalogue of SNVs across human cancers, little is known about their impact on tumor initiation and progression. To enable the functional interrogation of cancer-associated SNVs, we developed a murine system for temporal and regulatable in vivo cytosine base editing (iBE). The iBE mice show robust, doxycycline-dependent expression across a broad range of tissues with no evidence of DNA or RNA off-target effects. Transient iBE induction drives efficient creation of individual or multiple SNVs in intestinal, lung, and pancreatic organoids, while temporal iBE regulation allows controlled sequential genome editing. Moreover, in situ delivery of plasmid-based or synthetic sgRNAs to target tissues facilitates the simple and rapid generation of pre-clinical cancer models. Overall, iBE is a powerful in vivo platform to define and interrogate the genetic drivers of cancer.

SUMMARY Somatic chromosomal deletions are prevalent in cancer, yet their functional contributions remain ill-defined. Among the most prominent of these events are deletions of chromosome 9p21.3, which disable a cell intrinsic barrier to tumorigenesis by eliminating the CDKN2A/B tumor suppressor genes. However, half of 9p21.3 deletions encompass a cluster of 16 type I interferons (IFNs) whose co-deletions have not been functionally characterized. To dissect how 9p21.3 and other genomic deletions impact cancer, we developed MACHETE (Molecular Alteration of Chromosomes with Engineered Tandem Elements), a genome engineering strategy that enables flexible modeling of megabase-sized deletions. Generation of 9p21.3-syntenic deletions in a mouse model of pancreatic cancer revealed that concomitant loss of Cdkn2a/b and the IFN cluster led to immune evasion and metastasis compared to Cdkn2a/b -only deletions. Mechanistically, IFN co-deletion disrupted type I IFN signaling, altered antigen-presenting cells, and facilitated escape from CD8+ T cell surveillance in a cell extrinsic manner requiring loss of interferon epsilon ( Ifne ). Our results establish co-deletions of the IFN cluster as a pervasive route to tumor immune evasion and metastasis, revealing how deletions can disable physically linked cell intrinsic and extrinsic tumor suppression. Our study establishes a framework to dissect the functions of genomic deletions in cancer and beyond.