We report the generation and analysis of functional data from multiple, diverse experiments performed on a targeted 1% of the human genome as part of the pilot phase of the ENCODE Project. These data have been further integrated and augmented by a number of evolutionary and computational analyses. Together, our results advance the collective knowledge about human genome function in several major areas. First, our studies provide convincing evidence that the genome is pervasively transcribed, such that the majority of its bases can be found in primary transcripts, including non-protein-coding transcripts, and those that extensively overlap one another. Second, systematic examination of transcriptional regulation has yielded new understanding about transcription start sites, including their relationship to specific regulatory sequences and features of chromatin accessibility and histone modification. Third, a more sophisticated view of chromatin structure has emerged, including its inter-relationship with DNA replication and transcriptional regulation. Finally, integration of these new sources of information, in particular with respect to mammalian evolution based on inter- and intra-species sequence comparisons, has yielded new mechanistic and evolutionary insights concerning the functional landscape of the human genome. Together, these studies are defining a path for pursuit of a more comprehensive characterization of human genome function. The ENCODE project — standing for ENCyclopedia Of DNA Elements — has set out to identify all the functional elements in the human genome. With the genome sequence now established, the next challenge is to discover how the cell actually uses it as an instruction manual. The ENCODE consortium has completed the 'proof-of-principle' pilot phase of the project, an analysis of functional elements in a targeted 1% of the human genome. The results, published this week, suggest that most bases in the genome are found in primary transcripts, including non-protein-coding transcripts and those that overlap. Examination of transcriptional regulation has yielded new understanding about transcription start sites, and a more sophisticated view about chromatin structure. Integration of these data, in particular with respect to mammalian evolution, reveals new insights about how the information coded in the DNA blueprint is turned into functioning systems in the living cell. The next step after sequencing a genome is to figure out how the cell actually uses it as an instruction manual. A large international consortium has examined 1% of the genome for what part is transcribed, where proteins are bound, what the chromatin structure looks like, and how the sequence compares to that of other organisms.

Therapy development for adult diffuse glioma is hindered by incomplete knowledge of somatic glioma driving alterations and suboptimal disease classification. We defined the complete set of genes associated with 1,122 diffuse grade II-III-IV gliomas from The Cancer Genome Atlas and used molecular profiles to improve disease classification, identify molecular correlations, and provide insights into the progression from low- to high-grade disease. Whole-genome sequencing data analysis determined that ATRX but not TERT promoter mutations are associated with increased telomere length. Recent advances in glioma classification based on IDH mutation and 1p/19q co-deletion status were recapitulated through analysis of DNA methylation profiles, which identified clinically relevant molecular subsets. A subtype of IDH mutant glioma was associated with DNA demethylation and poor outcome; a group of IDH-wild-type diffuse glioma showed molecular similarity to pilocytic astrocytoma and relatively favorable survival. Understanding of cohesive disease groups may aid improved clinical outcomes.

Abstract The human and mouse genomes contain instructions that specify RNAs and proteins and govern the timing, magnitude, and cellular context of their production. To better delineate these elements, phase III of the Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) Project has expanded analysis of the cell and tissue repertoires of RNA transcription, chromatin structure and modification, DNA methylation, chromatin looping, and occupancy by transcription factors and RNA-binding proteins. Here we summarize these efforts, which have produced 5,992 new experimental datasets, including systematic determinations across mouse fetal development. All data are available through the ENCODE data portal ( https://www.encodeproject.org ), including phase II ENCODE 1 and Roadmap Epigenomics 2 data. We have developed a registry of 926,535 human and 339,815 mouse candidate cis -regulatory elements, covering 7.9 and 3.4% of their respective genomes, by integrating selected datatypes associated with gene regulation, and constructed a web-based server (SCREEN; http://screen.encodeproject.org ) to provide flexible, user-defined access to this resource. Collectively, the ENCODE data and registry provide an expansive resource for the scientific community to build a better understanding of the organization and function of the human and mouse genomes.

Increased translocation of intestinal bacteria is a hallmark of chronic liver disease and contributes to hepatic inflammation and fibrosis. Here we tested the hypothesis that the intestinal microbiota and Toll-like receptors (TLRs) promote hepatocellular carcinoma (HCC), a long-term consequence of chronic liver injury, inflammation, and fibrosis. Hepatocarcinogenesis in chronically injured livers depended on the intestinal microbiota and TLR4 activation in non-bone-marrow-derived resident liver cells. TLR4 and the intestinal microbiota were not required for HCC initiation but for HCC promotion, mediating increased proliferation, expression of the hepatomitogen epiregulin, and prevention of apoptosis. Gut sterilization restricted to late stages of hepatocarcinogenesis reduced HCC, suggesting that the intestinal microbiota and TLR4 represent therapeutic targets for HCC prevention in advanced liver disease.

Hairy-cell leukemia (HCL) is a well-defined clinicopathological entity whose underlying genetic lesion is still obscure.

Laura Pasqualucci and Riccardo Dalla-Favera and colleagues report exome sequencing and copy-number analyses of diffuse large B-cell lymphomas. Their analyses identified mutations in genes not previously implicated in DLBCL pathogenesis, such as genes encoding chromatin modifiers such as MLL2. Diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) is the most common form of human lymphoma. Although a number of structural alterations have been associated with the pathogenesis of this malignancy, the full spectrum of genetic lesions that are present in the DLBCL genome, and therefore the identity of dysregulated cellular pathways, remains unknown. By combining next-generation sequencing and copy number analysis, we show that the DLBCL coding genome contains, on average, more than 30 clonally represented gene alterations per case. This analysis also revealed mutations in genes not previously implicated in DLBCL pathogenesis, including those regulating chromatin methylation (MLL2; 24% of samples) and immune recognition by T cells. These results provide initial data on the complexity of the DLBCL coding genome and identify novel dysregulated pathways underlying its pathogenesis.

B-cell non-Hodgkin’s lymphoma comprises biologically and clinically distinct diseases the pathogenesis of which is associated with genetic lesions affecting oncogenes and tumour-suppressor genes. We report here that the two most common types—follicular lymphoma and diffuse large B-cell lymphoma—harbour frequent structural alterations inactivating CREBBP and, more rarely, EP300, two highly related histone and non-histone acetyltransferases (HATs) that act as transcriptional co-activators in multiple signalling pathways. Overall, about 39% of diffuse large B-cell lymphoma and 41% of follicular lymphoma cases display genomic deletions and/or somatic mutations that remove or inactivate the HAT coding domain of these two genes. These lesions usually affect one allele, suggesting that reduction in HAT dosage is important for lymphomagenesis. We demonstrate specific defects in acetylation-mediated inactivation of the BCL6 oncoprotein and activation of the p53 tumour suppressor. These results identify CREBBP/EP300 mutations as a major pathogenetic mechanism shared by common forms of B-cell non-Hodgkin’s lymphoma, with direct implications for the use of drugs targeting acetylation/deacetylation mechanisms. In three different subtypes of B-cell lymphomas, two papers report frequent somatic mutations in the genes CREBBP and EP300, which are present in primary tumours or acquired at relapse. These genes encode related acetyltransferases that mainly function to regulate gene expression by acetylating histones and other transcriptional regulators. The mutations disrupt these activities and thus alter chromatin regulation of gene expression, as well as proliferation and potentially the response to anticancer drugs. These studies may provide a rationale for the use of histone deacetylase inhibitors in certain B-cell lymphomas. In three different subtypes of B-cell lymphomas, two papers now report frequent somatic mutations in CREBBP and EP300, present in primary tumours or acquired at relapse. These genes encode related acetyltransferases that mainly function to regulate gene expression by acetylating histones and other transcriptional regulators. The mutations found inactivate these activities and thus alter chromatin regulation of gene expression, as well as proliferation and potentially the response to therapeutic drugs.

Oncogenic TACC-tics Human cancers exhibit many types of genomic rearrangements—including some that juxtapose sequences from two unrelated genes—thereby creating fusion proteins with oncogenic activity. Functional analysis of these fusion genes can provide mechanistic insights into tumorigenesis and potentially lead to effective drugs, as famously illustrated by the BCR-ABL gene in chronic myelogenous leukemia. Singh et al. (p. 1231 , published online 26 July) identify and characterize a fusion gene present in 3% of human glioblastomas, a deadly brain cancer. In the resultant fusion protein, the tyrosine kinase region of the fibroblast growth factor receptor (FGFR) is joined to a domain from a transforming acidic coiled-coil (TACC) protein. The TACC-FGFR protein is oncogenic, shows unregulated kinase activity, localizes to the mitotic spindle, and disrupts chromosome segregation. In mice, FGFR inhibitors slowed the growth of tumors driven by the TACC-FGFR gene, suggesting that a subset of glioblastoma patients may benefit from these types of drugs.

Immune checkpoint inhibitors have been successful across several tumor types; however, their efficacy has been uncommon and unpredictable in glioblastomas (GBM), where <10% of patients show long-term responses. To understand the molecular determinants of immunotherapeutic response in GBM, we longitudinally profiled 66 patients, including 17 long-term responders, during standard therapy and after treatment with PD-1 inhibitors (nivolumab or pembrolizumab). Genomic and transcriptomic analysis revealed a significant enrichment of PTEN mutations associated with immunosuppressive expression signatures in non-responders, and an enrichment of MAPK pathway alterations (PTPN11, BRAF) in responders. Responsive tumors were also associated with branched patterns of evolution from the elimination of neoepitopes as well as with differences in T cell clonal diversity and tumor microenvironment profiles. Our study shows that clinical response to anti-PD-1 immunotherapy in GBM is associated with specific molecular alterations, immune expression signatures, and immune infiltration that reflect the tumor's clonal evolution during treatment.

Raul Rabadan, Antonio Iavarone, Gaetano Finocchiaro, Do-Hyun Nam and colleagues analyze longitudinal genomic and transcriptomic data from 114 patients with glioblastoma. They find that relapse-associated clones typically exist before diagnosis, that expression subtypes are not stable under therapy and that recurrence tumors harbor specific alterations in several genes, including LTBP4 and MGMT. Glioblastoma (GBM) is the most common and aggressive primary brain tumor. To better understand how GBM evolves, we analyzed longitudinal genomic and transcriptomic data from 114 patients. The analysis shows a highly branched evolutionary pattern in which 63% of patients experience expression-based subtype changes. The branching pattern, together with estimates of evolutionary rate, suggests that relapse-associated clones typically existed years before diagnosis. Fifteen percent of tumors present hypermutation at relapse in highly expressed genes, with a clear mutational signature. We find that 11% of recurrence tumors harbor mutations in LTBP4, which encodes a protein binding to TGF-β. Silencing LTBP4 in GBM cells leads to suppression of TGF-β activity and decreased cell proliferation. In recurrent GBM with wild-type IDH1, high LTBP4 expression is associated with worse prognosis, highlighting the TGF-β pathway as a potential therapeutic target in GBM.