Urothelial carcinoma of the bladder is a common malignancy that causes approximately 150,000 deaths per year worldwide. So far, no molecularly targeted agents have been approved for treatment of the disease. As part of The Cancer Genome Atlas project, we report here an integrated analysis of 131 urothelial carcinomas to provide a comprehensive landscape of molecular alterations. There were statistically significant recurrent mutations in 32 genes, including multiple genes involved in cell-cycle regulation, chromatin regulation, and kinase signalling pathways, as well as 9 genes not previously reported as significantly mutated in any cancer. RNA sequencing revealed four expression subtypes, two of which (papillary-like and basal/squamous-like) were also evident in microRNA sequencing and protein data. Whole-genome and RNA sequencing identified recurrent in-frame activating FGFR3–TACC3 fusions and expression or integration of several viruses (including HPV16) that are associated with gene inactivation. Our analyses identified potential therapeutic targets in 69% of the tumours, including 42% with targets in the phosphatidylinositol-3-OH kinase/AKT/mTOR pathway and 45% with targets (including ERBB2) in the RTK/MAPK pathway. Chromatin regulatory genes were more frequently mutated in urothelial carcinoma than in any other common cancer studied so far, indicating the future possibility of targeted therapy for chromatin abnormalities. This paper reports integrative molecular analyses of urothelial bladder carcinoma at the DNA, RNA, and protein levels performed as part of The Cancer Genome Atlas project; recurrent mutations were found in 32 genes, including those involved in cell-cycle regulation, chromatin regulation and kinase signalling pathways; chromatin regulatory genes were more frequently mutated in urothelial carcinoma than in any other common cancer studied so far. This study of 131 high-grade muscle-invasive urothelial bladder carcinomas, part of The Cancer Genome Atlas (TCGA) project, reports recurrent mutations in 32 genes, including those involved in cell-cycle regulation, chromatin regulation and kinase signalling pathways. Chromatin regulatory genes were more frequently mutated in urothelial carcinoma than in any common cancer studied to date. Recurrent in-frame activating FGFR3–TACC3 fusions and expression or integration of viruses associated with gene inactivation are also identified. Importantly, potential therapeutic targets are identified in 69% of the tumours.

We report a comprehensive analysis of 412 muscle-invasive bladder cancers characterized by multiple TCGA analytical platforms. Fifty-eight genes were significantly mutated, and the overall mutational load was associated with APOBEC-signature mutagenesis. Clustering by mutation signature identified a high-mutation subset with 75% 5-year survival. mRNA expression clustering refined prior clustering analyses and identified a poor-survival “neuronal” subtype in which the majority of tumors lacked small cell or neuroendocrine histology. Clustering by mRNA, long non-coding RNA (lncRNA), and miRNA expression converged to identify subsets with differential epithelial-mesenchymal transition status, carcinoma in situ scores, histologic features, and survival. Our analyses identified 5 expression subtypes that may stratify response to different treatments.

Muscle-invasive bladder cancers (MIBCs) are biologically heterogeneous and have widely variable clinical outcomes and responses to conventional chemotherapy. We discovered three molecular subtypes of MIBC that resembled established molecular subtypes of breast cancer. Basal MIBCs shared biomarkers with basal breast cancers and were characterized by p63 activation, squamous differentiation, and more aggressive disease at presentation. Luminal MIBCs contained features of active PPARγ and estrogen receptor transcription and were enriched with activating FGFR3 mutations and potential FGFR inhibitor sensitivity. p53-like MIBCs were consistently resistant to neoadjuvant methotrexate, vinblastine, doxorubicin and cisplatin chemotherapy, and all chemoresistant tumors adopted a p53-like phenotype after therapy. Our observations have important implications for prognostication, the future clinical development of targeted agents, and disease management with conventional chemotherapy.

A better understanding of drug resistance mechanisms is required to improve outcomes in patients with pancreatic cancer. Here, we characterized patterns of sensitivity and resistance to three conventional chemotherapeutic agents with divergent mechanisms of action [gemcitabine, 5-fluorouracil (5-FU), and cisplatin] in pancreatic cancer cells. Four (L3.6pl, BxPC-3, CFPAC-1, and SU86.86) were sensitive and five (PANC-1, Hs766T, AsPC-1, MIAPaCa-2, and MPanc96) were resistant to all three agents based on GI(50) (50% growth inhibition). Gene expression profiling and unsupervised hierarchical clustering revealed that the sensitive and resistant cells formed two distinct groups and differed in expression of specific genes, including several features of "epithelial to mesenchymal transition" (EMT). Interestingly, an inverse correlation between E-cadherin and its transcriptional suppressor, Zeb-1, was observed in the gene expression data and was confirmed by real-time PCR. Independent validation experiment using five new pancreatic cancer cell lines confirmed that an inverse correlation between E-cadherin and Zeb-1 correlated closely with resistance to gemcitabine, 5-FU, and cisplatin. Silencing Zeb-1 in the mesenchymal lines not only increased the expression of E-cadherin but also other epithelial markers, such as EVA1 and MAL2, and restored drug sensitivity. Importantly, immunohistochemical analysis of E-cadherin and Zeb-1 in primary tumors confirmed that expression of the two proteins was mutually exclusive (P = 0.012). Therefore, our results suggest that Zeb-1 and other regulators of EMT may maintain drug resistance in human pancreatic cancer cells, and therapeutic strategies to inhibit Zeb-1 and reverse EMT should be evaluated.

An early report on the molecular subtyping of muscle-invasive bladder cancer (MIBC) by gene expression suggested that response to neoadjuvant chemotherapy (NAC) varies by subtype.To investigate the ability of molecular subtypes to predict pathological downstaging and survival after NAC.Whole transcriptome profiling was performed on pre-NAC transurethral resection specimens from 343 patients with MIBC. Samples were classified according to four published molecular subtyping methods. We developed a single-sample genomic subtyping classifier (GSC) to predict consensus subtypes (claudin-low, basal, luminal-infiltrated and luminal) with highest clinical impact in the context of NAC. Overall survival (OS) according to subtype was analyzed and compared with OS in 476 non-NAC cases (published datasets).Gene expression analysis was used to assign subtypes.Receiver-operating characteristics were used to determine the accuracy of GSC. The effect of GSC on survival was estimated by Cox proportional hazard regression models.The models generated subtype calls in expected ratios with high concordance across subtyping methods. GSC was able to predict four consensus molecular subtypes with high accuracy (73%), and clinical significance of the predicted consensus subtypes could be validated in independent NAC and non-NAC datasets. Luminal tumors had the best OS with and without NAC. Claudin-low tumors were associated with poor OS irrespective of treatment regimen. Basal tumors showed the most improvement in OS with NAC compared with surgery alone. The main limitations of our study are its retrospective design and comparison across datasets.Molecular subtyping may have an impact on patient benefit to NAC. If validated in additional studies, our results suggest that patients with basal tumors should be prioritized for NAC. We discovered the first single-sample classifier to subtype MIBC, which may be suitable for integration into routine clinical practice.Different molecular subtypes can be identified in muscle-invasive bladder cancer. Although cisplatin-based neoadjuvant chemotherapy improves patient outcomes, we identified that the benefit is highest in patients with basal tumors. Our newly discovered classifier can identify these molecular subtypes in a single patient and could be integrated into routine clinical practice after further validation.

Glucocorticoid hormones kill immature thymocytes through the induction of a suicide process commonly referred to as “apoptosis.” A characteristic marker for this process is the stimulation of endogenous endonuclease activity which results in the extensive cleavage of cell chromatin. In an attempt to characterize the biochemical events involved in this process, we studied the role of Ca2+ in glucocorticoid-induced DNA fragmentation and cell killing in thymocytes. Treatment of thymocytes from immature rats with the synthetic glucocorticoid methylprednisolone resulted in extensive DNA fragmentation which was preceded by an early, sustained increase in cytosolic Ca2+ concentration. This increase in Ca2+ level was blocked by cycloheximide and actinomycin D, inhibitors of de novo protein and mRNA synthesis, respectively. Prevention of the Ca2+ increase by buffering cytosolic Ca2+ with quin-2, or through incubation of the thymocytes in a “Ca2+-free” medium, prevented endonuclease activation and cell killing. Inhibitors of calmodulin also prevented DNA fragmentation without inhibiting the glucocorticoid-stimulated elevation of cytosolic Ca2+ concentration. The Ca2+ increase appeared to be due to the action of a heat-labile cytosolic factor, synthesized in response to glucocorticoids, which facilitated the influx of extracellular Ca2+. Our findings suggest that glucocorticoids induce thymocyte suicide through an elevation of cytosolic Ca2+ concentration resulting in endonuclease activation, DNA fragmentation, and cell death.

The mitochondrial state of a tumor cell prior to chemotherapy may help determine how well it responds to drug treatment.

Glucocorticoid hormones kill immature thymocytes by activating a self-destructive process that involves extensive DNA fragmentation. It has been demonstrated that thymocyte suicide is dependent on an early, sustained increase in cytosolic Ca2+ concentration, and new protein synthesis, but the biochemical lesion that leads to cell death has not been established. To determine whether endonuclease activation or activation of another Ca2+-de-pendent process could mediate cell killing, we treated thymocytes with the glucocorticoid methylprednisolone in the presence of inhibitors of various Ca2+-dependent degradative enzymes. The role of poly(ADP-ribose) polymerase, an enzyme known to be activated by DNA damage, was also assessed. Glucocorticoid-induced chromatin cleavage and cell killing were blocked by the endonuclease inhibitor aurintricarboxylic acid, whereas inhibitors of other Ca2+-dependent degradative processes or of poly(ADP-ribose) polymerase did not abrogate cell death. In addition, stimulation of thymocyte DNA fragmentation by the Ca2+ ionophore A23187 resulted in cell killing that could be blocked by the endonuclease inhibitor. Together, our results suggest that thymocyte suicide is caused by extensive Ca2+-stimulated DNA fragmentation.— McConkey, D. J.; Hartzell, P.; Nicotera, P.; Orrenius, S. Calcium-activated DNA fragmentation kills immature thymocytes. FASEB J. 3: 1843-1849; 1989.

Suspensions of thymocytes from young rats were incubated with 2,3,7,8- tetrachlorodibenzo- p -dioxin (TCDD), which resulted in a sustained increase in cytosolic free Ca 2+ concentration followed by DNA fragmentation and loss of cell viability. Both the Ca 2+ increase and DNA fragmentation were prevented in cells treated with the inhibitor of protein synthesis, cycloheximide, and DNA fragmentation and cell killing were not detected when cells were incubated in a "Ca 2+ -free" medium or pretreated with high concentrations of the calcium probe, quin-2 tetraacetoxymethyl ester. These results indicate that TCDD can kill immature thymocytes by initiating a suicide process similar to that previously described for glucocorticoid hormones.

Cisplatin-based neoadjuvant chemotherapy (NAC) before cystectomy is the standard of care for muscle-invasive bladder cancer (MIBC), with 25–50% of patients expected to achieve a pathologic response. Validated biomarkers predictive of response are currently lacking. To discover and validate biomarkers predictive of response to NAC for MIBC. Pretreatment MIBC samples prospectively collected from patients treated in two separate clinical trials of cisplatin-based NAC provided the discovery and validation sets. DNA from pretreatment tumor tissue was sequenced for all coding exons of 287 cancer-related genes and was analyzed for base substitutions, indels, copy number alterations, and selected rearrangements in a Clinical Laboratory Improvements Amendments–certified laboratory. The mean number of variants and variant status for each gene were correlated with response. Variant data from the discovery cohort were used to create a classification tree to discriminate responders from nonresponders. The resulting decision rule was then tested in the independent validation set. Patients with a pathologic complete response had more alterations than those with residual tumor in both the discovery (p = 0.024) and validation (p = 0.018) sets. In the discovery set, alteration in one or more of the three DNA repair genes ATM, RB1, and FANCC predicted pathologic response (p < 0.001; 87% sensitivity, 100% specificity) and better overall survival (p = 0.007). This test remained predictive for pathologic response in the validation set (p = 0.033), with a trend towards better overall survival (p = 0.055). These results require further validation in additional sample sets. Genomic alterations in the DNA repair-associated genes ATM, RB1, and FANCC predict response and clinical benefit after cisplatin-based chemotherapy for MIBC. The results suggest that defective DNA repair renders tumors sensitive to cisplatin. Chemotherapy given before bladder removal (cystectomy) improves the chance of cure for some but not all patients with muscle-invasive bladder cancer. We found a set of genetic mutations that when present in tumor tissue predict benefit from neoadjuvant chemotherapy, suggesting that testing before chemotherapy may help in selecting patients for whom this approach is recommended.