All cancers are caused by somatic mutations; however, understanding of the biological processes generating these mutations is limited. The catalogue of somatic mutations from a cancer genome bears the signatures of the mutational processes that have been operative. Here we analysed 4,938,362 mutations from 7,042 cancers and extracted more than 20 distinct mutational signatures. Some are present in many cancer types, notably a signature attributed to the APOBEC family of cytidine deaminases, whereas others are confined to a single cancer class. Certain signatures are associated with age of the patient at cancer diagnosis, known mutagenic exposures or defects in DNA maintenance, but many are of cryptic origin. In addition to these genome-wide mutational signatures, hypermutation localized to small genomic regions, ‘kataegis’, is found in many cancer types. The results reveal the diversity of mutational processes underlying the development of cancer, with potential implications for understanding of cancer aetiology, prevention and therapy. An analysis of mutations from over 7,000 cancers of diverse origins reveals the diversity of mutational processes underlying the development of cancer; more than 20 distinct mutational signatures are described, some of which are present in many cancer types, notably a signature attributed to the APOBEC family of cytidine deaminases, whereas others are specific to individual tumour types. Despite the fact that all cancers are thought to result from somatic mutation — mutations in any cell in the body excluding the germ cells — relatively little is known about the processes of mutation involved. This study analyses almost 5 million mutations from more than 7,000 cancers and demonstrates more than 20 distinct cancer-associated mutational signatures. Some of these signatures are present in many cancers, notably a signature attributed to the APOBEC family of cytidine deaminases, whereas others are specific to individual tumour types. Some signatures are associated with age, known mutagenic exposures or defects in DNA maintenance, but many are of cryptic origin. These findings have potential implications for the understanding of cancer aetiology, prevention and therapy.

Intratumor heterogeneity may foster tumor evolution and adaptation and hinder personalized-medicine strategies that depend on results from single tumor-biopsy samples.

Recent studies have provided a detailed census of genes that are mutated in acute myeloid leukemia (AML). Our next challenge is to understand how this genetic diversity defines the pathophysiology of AML and informs clinical practice.

Cancers arise owing to mutations in a subset of genes that confer growth advantage. The availability of the human genome sequence led us to propose that systematic resequencing of cancer genomes for mutations would lead to the discovery of many additional cancer genes. Here we report more than 1,000 somatic mutations found in 274 megabases (Mb) of DNA corresponding to the coding exons of 518 protein kinase genes in 210 diverse human cancers. There was substantial variation in the number and pattern of mutations in individual cancers reflecting different exposures, DNA repair defects and cellular origins. Most somatic mutations are likely to be ‘passengers’ that do not contribute to oncogenesis. However, there was evidence for ‘driver’ mutations contributing to the development of the cancers studied in approximately 120 genes. Systematic sequencing of cancer genomes therefore reveals the evolutionary diversity of cancers and implicates a larger repertoire of cancer genes than previously anticipated. Over 350 cancer-causing genes have been identified by established techniques such as mapping, bioassay and by identifying plausible biological candidates. The availability of the human genome sequence now means that large-scale sequencing studies can uncover many more candidate cancer genes. Protein kinase enzymes are key to many regulatory processes and their dysfunction is a common trigger for tumours. So a sample of 518 kinases associated with more than 200 different cancers was chosen for a major sequencing effort. The study reveals more than 1, 000 previously unknown mutations linked to tumour formation — some as 'passengers' that don't contribute to cancer formation, but over 100 of them as 'driver' mutations that do contribute to disease development. As well as revealing cancer-causing defects, gene family studies like this can uncover new targets for molecular diagnostics and therapeutics. 518 protein kinase genes in the human genome have been sequenced in a large sample of tumours, providing a global view of the patterns of mutations found and the variations in the number and type of mutations between individual tumours.

We analysed whole-genome sequences of 560 breast cancers to advance understanding of the driver mutations conferring clonal advantage and the mutational processes generating somatic mutations. We found that 93 protein-coding cancer genes carried probable driver mutations. Some non-coding regions exhibited high mutation frequencies, but most have distinctive structural features probably causing elevated mutation rates and do not contain driver mutations. Mutational signature analysis was extended to genome rearrangements and revealed twelve base substitution and six rearrangement signatures. Three rearrangement signatures, characterized by tandem duplications or deletions, appear associated with defective homologous-recombination-based DNA repair: one with deficient BRCA1 function, another with deficient BRCA1 or BRCA2 function, the cause of the third is unknown. This analysis of all classes of somatic mutation across exons, introns and intergenic regions highlights the repertoire of cancer genes and mutational processes operating, and progresses towards a comprehensive account of the somatic genetic basis of breast cancer. Whole-genome sequencing of tumours from 560 breast cancer cases provides a comprehensive genome-wide view of recurrent somatic mutations and mutation frequencies across both protein coding and non-coding regions; several mutational signatures in these cancer genomes are associated with BRCA1 or BRCA2 function and defective homologous-recombination-based DNA repair. This study reports whole-genome sequencing of tumours and normal tissue from 560 breast cancer cases, providing a comprehensive genome-wide view of recurrent somatic mutations and mutation frequencies across both protein coding and non-coding regions. The authors analyse mutational signatures in these cancer genomes, including a new investigation of rearrangement mutational processes, and find several that are associated with BRCA1 or BRCA2 function and defective homologous-recombination-based DNA repair. They also find mutational signatures showing distinct DNA replication strand biases.

All cancers carry somatic mutations. The patterns of mutation in cancer genomes reflect the DNA damage and repair processes to which cancer cells and their precursors have been exposed. To explore these mechanisms further, we generated catalogs of somatic mutation from 21 breast cancers and applied mathematical methods to extract mutational signatures of the underlying processes. Multiple distinct single- and double-nucleotide substitution signatures were discernible. Cancers with BRCA1 or BRCA2 mutations exhibited a characteristic combination of substitution mutation signatures and a distinctive profile of deletions. Complex relationships between somatic mutation prevalence and transcription were detected. A remarkable phenomenon of localized hypermutation, termed “kataegis,” was observed. Regions of kataegis differed between cancers but usually colocalized with somatic rearrangements. Base substitutions in these regions were almost exclusively of cytosine at TpC dinucleotides. The mechanisms underlying most of these mutational signatures are unknown. However, a role for the APOBEC family of cytidine deaminases is proposed.PaperClip/cms/asset/8e7dce11-cccf-4897-b14e-12c61f105ebd/mmc2.mp3Loading ...(mp3, 4.2 MB) Download audio

A study of breast cancers shows that the number of somatic mutations in each varies markedly and is strongly correlated with age at diagnosis and cancer histological grade. An analysis of mutated genes associated with breast cancer sampled from 100 patients reveals a wide variation in the number of mutations between individuals, highlighting the substantial genetic diversity underlying this disease. The mutation number correlates with age of diagnosis and histological grade. Multiple mutational signatures are identified, as are driver mutations in novel cancer genes. All cancers carry somatic mutations in their genomes. A subset, known as driver mutations, confer clonal selective advantage on cancer cells and are causally implicated in oncogenesis1, and the remainder are passenger mutations. The driver mutations and mutational processes operative in breast cancer have not yet been comprehensively explored. Here we examine the genomes of 100 tumours for somatic copy number changes and mutations in the coding exons of protein-coding genes. The number of somatic mutations varied markedly between individual tumours. We found strong correlations between mutation number, age at which cancer was diagnosed and cancer histological grade, and observed multiple mutational signatures, including one present in about ten per cent of tumours characterized by numerous mutations of cytosine at TpC dinucleotides. Driver mutations were identified in several new cancer genes including AKT2, ARID1B, CASP8, CDKN1B, MAP3K1, MAP3K13, NCOR1, SMARCD1 and TBX3. Among the 100 tumours, we found driver mutations in at least 40 cancer genes and 73 different combinations of mutated cancer genes. The results highlight the substantial genetic diversity underlying this common disease.

Somatic mutations in the Janus kinase 2 gene (JAK2) occur in many myeloproliferative neoplasms, but the molecular pathogenesis of myeloproliferative neoplasms with nonmutated JAK2 is obscure, and the diagnosis of these neoplasms remains a challenge.

Analysis of the genomes of four patients with chronic lymphocytic leukaemia, and validation in more than 300 patients, has identified four genes — NOTCH1, MYD88, XPO1 and KLHL6 — that are recurrently mutated in the condition. Mutations in NOTCH1, MYD88 and XPO1 are thought to contribute to the clinical evolution of the disease. Evidence that NOTCH1 and MYD88 mutations are activating events highlights them as potential therapeutic targets. Chronic lymphocytic leukaemia (CLL), the most frequent leukaemia in adults in Western countries, is a heterogeneous disease with variable clinical presentation and evolution1,2. Two major molecular subtypes can be distinguished, characterized respectively by a high or low number of somatic hypermutations in the variable region of immunoglobulin genes3,4. The molecular changes leading to the pathogenesis of the disease are still poorly understood. Here we performed whole-genome sequencing of four cases of CLL and identified 46 somatic mutations that potentially affect gene function. Further analysis of these mutations in 363 patients with CLL identified four genes that are recurrently mutated: notch 1 (NOTCH1), exportin 1 (XPO1), myeloid differentiation primary response gene 88 (MYD88) and kelch-like 6 (KLHL6). Mutations in MYD88 and KLHL6 are predominant in cases of CLL with mutated immunoglobulin genes, whereas NOTCH1 and XPO1 mutations are mainly detected in patients with unmutated immunoglobulins. The patterns of somatic mutation, supported by functional and clinical analyses, strongly indicate that the recurrent NOTCH1, MYD88 and XPO1 mutations are oncogenic changes that contribute to the clinical evolution of the disease. To our knowledge, this is the first comprehensive analysis of CLL combining whole-genome sequencing with clinical characteristics and clinical outcomes. It highlights the usefulness of this approach for the identification of clinically relevant mutations in cancer.

Cancer evolves dynamically as clonal expansions supersede one another driven by shifting selective pressures, mutational processes, and disrupted cancer genes. These processes mark the genome, such that a cancer's life history is encrypted in the somatic mutations present. We developed algorithms to decipher this narrative and applied them to 21 breast cancers. Mutational processes evolve across a cancer's lifespan, with many emerging late but contributing extensive genetic variation. Subclonal diversification is prominent, and most mutations are found in just a fraction of tumor cells. Every tumor has a dominant subclonal lineage, representing more than 50% of tumor cells. Minimal expansion of these subclones occurs until many hundreds to thousands of mutations have accumulated, implying the existence of long-lived, quiescent cell lineages capable of substantial proliferation upon acquisition of enabling genomic changes. Expansion of the dominant subclone to an appreciable mass may therefore represent the final rate-limiting step in a breast cancer's development, triggering diagnosis.