Enhancer of zeste homolog 2 (EZH2) is a mammalian histone methyltransferase that contributes to the epigenetic silencing of target genes and regulates the survival and metastasis of cancer cells. EZH2 is overexpressed in aggressive solid tumors by mechanisms that remain unclear. Here we show that the expression and function of EZH2 in cancer cell lines are inhibited by microRNA-101 (miR-101). Analysis of human prostate tumors revealed that miR-101 expression decreases during cancer progression, paralleling an increase in EZH2 expression. One or both of the two genomic loci encoding miR-101 were somatically lost in 37.5% of clinically localized prostate cancer cells (6 of 16) and 66.7% of metastatic disease cells (22 of 33). We propose that the genomic loss of miR-101 in cancer leads to overexpression of EZH2 and concomitant dysregulation of epigenetic pathways, resulting in cancer progression.

Abstract Cholangiocarcinoma (CCA) is a hepatobiliary malignancy exhibiting high incidence in countries with endemic liver-fluke infection. We analyzed 489 CCAs from 10 countries, combining whole-genome (71 cases), targeted/exome, copy-number, gene expression, and DNA methylation information. Integrative clustering defined 4 CCA clusters—fluke-positive CCAs (clusters 1/2) are enriched in ERBB2 amplifications and TP53 mutations; conversely, fluke-negative CCAs (clusters 3/4) exhibit high copy-number alterations and PD-1/PD-L2 expression, or epigenetic mutations (IDH1/2, BAP1) and FGFR/PRKA-related gene rearrangements. Whole-genome analysis highlighted FGFR2 3′ untranslated region deletion as a mechanism of FGFR2 upregulation. Integration of noncoding promoter mutations with protein–DNA binding profiles demonstrates pervasive modulation of H3K27me3-associated sites in CCA. Clusters 1 and 4 exhibit distinct DNA hypermethylation patterns targeting either CpG islands or shores—mutation signature and subclonality analysis suggests that these reflect different mutational pathways. Our results exemplify how genetics, epigenetics, and environmental carcinogens can interplay across different geographies to generate distinct molecular subtypes of cancer. Significance: Integrated whole-genome and epigenomic analysis of CCA on an international scale identifies new CCA driver genes, noncoding promoter mutations, and structural variants. CCA molecular landscapes differ radically by etiology, underscoring how distinct cancer subtypes in the same organ may arise through different extrinsic and intrinsic carcinogenic processes. Cancer Discov; 7(10); 1116–35. ©2017 AACR. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1047

Gastric cancer is a major gastrointestinal malignancy for which targeted therapies are emerging as treatment options. This study sought to identify the most prevalent molecular targets in gastric cancer and to elucidate systematic patterns of exclusivity and co-occurrence among these targets, through comprehensive genomic analysis of a large panel of gastric cancers.Using high-resolution single nucleotide polymorphism arrays, copy number alterations were profiled in a panel of 233 gastric cancers (193 primary tumours, 40 cell lines) and 98 primary matched gastric non-malignant samples. For selected alterations, their impact on gene expression and clinical outcome were evaluated.22 recurrent focal alterations (13 amplifications and nine deletions) were identified. These included both known targets (FGFR2, ERBB2) and also novel genes in gastric cancer (KLF5, GATA6). Receptor tyrosine kinase (RTK)/RAS alterations were found to be frequent in gastric cancer. This study also demonstrates, for the first time, that these alterations occur in a mutually exclusive fashion, with KRAS gene amplifications highlighting a clinically relevant but previously underappreciated gastric cancer subgroup. FGFR2-amplified gastric cancers were also shown to be sensitive to dovitinib, an orally bioavailable FGFR/VEGFR targeting agent, potentially representing a subtype-specific therapy for FGFR2-amplified gastric cancers.The study demonstrates the existence of five distinct gastric cancer patient subgroups, defined by the signature genomic alterations FGFR2 (9% of tumours), KRAS (9%), EGFR (8%), ERBB2 (7%) and MET (4%). Collectively, these subgroups suggest that at least 37% of gastric cancer patients may be potentially treatable by RTK/RAS directed therapies.

Using pair-end transcriptome sequencing, this study provides the identification of Raf pathway gene rearrangements in a small proportion of prostate and gastric cancers and in melanomas. The fusion proteins show tumorigenic potential and represent a unique activating alteration of this oncogenic pathway, which seems to be mutually exclusive from known cancer-associated Raf mutations. This suggests that therapeutic Raf inhibition can be expanded to this fusion-harboring subset of solid tumors. Although recurrent gene fusions involving erythroblastosis virus E26 transformation-specific (ETS) family transcription factors are common in prostate cancer, their products are considered 'undruggable' by conventional approaches. Recently, rare targetable gene fusions involving the anaplastic lymphoma receptor tyrosine kinase (ALK) gene, have been identified in 1–5% of lung cancers1, suggesting that similar rare gene fusions may occur in other common epithelial cancers, including prostate cancer. Here we used paired-end transcriptome sequencing to screen ETS rearrangement–negative prostate cancers for targetable gene fusions and identified the SLC45A3-BRAF (solute carrier family 45, member 3–v-raf murine sarcoma viral oncogene homolog B1) and ESRP1-RAF1 (epithelial splicing regulatory protein-1–v-raf-1 murine leukemia viral oncogene homolog-1) gene fusions. Expression of SLC45A3-BRAF or ESRP1-RAF1 in prostate cells induced a neoplastic phenotype that was sensitive to RAF and mitogen-activated protein kinase kinase (MAP2K1) inhibitors. Screening a large cohort of patients, we found that, although rare, recurrent rearrangements in the RAF pathway tend to occur in advanced prostate cancers, gastric cancers and melanoma. Taken together, our results emphasize the key role of RAF family gene rearrangements in cancer, suggest that RAF and MEK inhibitors may be useful in a subset of gene fusion–harboring solid tumors and demonstrate that sequencing of tumor transcriptomes and genomes may lead to the identification of rare targetable fusions across cancer types.

Background & AimsAlmost all gastric cancers are adenocarcinomas, which have considerable heterogeneity among patients. We sought to identify subtypes of gastric adenocarcinomas with particular biological properties and responses to chemotherapy and targeted agents.MethodsWe compared gene expression patterns among 248 gastric tumors; using a robust method of unsupervised clustering, consensus hierarchical clustering with iterative feature selection, we identified 3 major subtypes. We developed a classifier for these subtypes and validated it in 70 tumors from a different population. We identified distinct genomic and epigenomic properties of the subtypes. We determined drug sensitivities of the subtypes in primary tumors using clinical survival data, and in cell lines through high-throughput drug screening.ResultsWe identified 3 subtypes of gastric adenocarcinoma: proliferative, metabolic, and mesenchymal. Tumors of the proliferative subtype had high levels of genomic instability, TP53 mutations, and DNA hypomethylation. Cancer cells of the metabolic subtype were more sensitive to 5-fluorouracil than the other subtypes. Furthermore, in 2 independent groups of patients, those with tumors of the metabolic subtype appeared to have greater benefits with 5-fluorouracil treatment. Tumors of the mesenchymal subtype contain cells with features of cancer stem cells, and cell lines of this subtype are particularly sensitive to phosphatidylinositol 3-kinase−AKT−mTOR inhibitors in vitro.ConclusionsBased on gene expression patterns, we classified gastric cancers into 3 subtypes, and validated these in an independent set of tumors. The subgroups have differences in molecular and genetic features and response to therapy; this information might be used to select specific treatment approaches for patients with gastric cancer. Almost all gastric cancers are adenocarcinomas, which have considerable heterogeneity among patients. We sought to identify subtypes of gastric adenocarcinomas with particular biological properties and responses to chemotherapy and targeted agents. We compared gene expression patterns among 248 gastric tumors; using a robust method of unsupervised clustering, consensus hierarchical clustering with iterative feature selection, we identified 3 major subtypes. We developed a classifier for these subtypes and validated it in 70 tumors from a different population. We identified distinct genomic and epigenomic properties of the subtypes. We determined drug sensitivities of the subtypes in primary tumors using clinical survival data, and in cell lines through high-throughput drug screening. We identified 3 subtypes of gastric adenocarcinoma: proliferative, metabolic, and mesenchymal. Tumors of the proliferative subtype had high levels of genomic instability, TP53 mutations, and DNA hypomethylation. Cancer cells of the metabolic subtype were more sensitive to 5-fluorouracil than the other subtypes. Furthermore, in 2 independent groups of patients, those with tumors of the metabolic subtype appeared to have greater benefits with 5-fluorouracil treatment. Tumors of the mesenchymal subtype contain cells with features of cancer stem cells, and cell lines of this subtype are particularly sensitive to phosphatidylinositol 3-kinase−AKT−mTOR inhibitors in vitro. Based on gene expression patterns, we classified gastric cancers into 3 subtypes, and validated these in an independent set of tumors. The subgroups have differences in molecular and genetic features and response to therapy; this information might be used to select specific treatment approaches for patients with gastric cancer.