Abstract About half of all cancers have somatic integrations of retrotransposons. Here, to characterize their role in oncogenesis, we analyzed the patterns and mechanisms of somatic retrotransposition in 2,954 cancer genomes from 38 histological cancer subtypes within the framework of the Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes (PCAWG) project. We identified 19,166 somatically acquired retrotransposition events, which affected 35% of samples and spanned a range of event types. Long interspersed nuclear element (LINE-1; L1 hereafter) insertions emerged as the first most frequent type of somatic structural variation in esophageal adenocarcinoma, and the second most frequent in head-and-neck and colorectal cancers. Aberrant L1 integrations can delete megabase-scale regions of a chromosome, which sometimes leads to the removal of tumor-suppressor genes, and can induce complex translocations and large-scale duplications. Somatic retrotranspositions can also initiate breakage–fusion–bridge cycles, leading to high-level amplification of oncogenes. These observations illuminate a relevant role of 22 L1 retrotransposition in remodeling the cancer genome, with potential implications for the development of human tumors.

Abstract Transcript alterations often result from somatic changes in cancer genomes 1 . Various forms of RNA alterations have been described in cancer, including overexpression 2 , altered splicing 3 and gene fusions 4 ; however, it is difficult to attribute these to underlying genomic changes owing to heterogeneity among patients and tumour types, and the relatively small cohorts of patients for whom samples have been analysed by both transcriptome and whole-genome sequencing. Here we present, to our knowledge, the most comprehensive catalogue of cancer-associated gene alterations to date, obtained by characterizing tumour transcriptomes from 1,188 donors of the Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes (PCAWG) Consortium of the International Cancer Genome Consortium (ICGC) and The Cancer Genome Atlas (TCGA) 5 . Using matched whole-genome sequencing data, we associated several categories of RNA alterations with germline and somatic DNA alterations, and identified probable genetic mechanisms. Somatic copy-number alterations were the major drivers of variations in total gene and allele-specific expression. We identified 649 associations of somatic single-nucleotide variants with gene expression in cis , of which 68.4% involved associations with flanking non-coding regions of the gene. We found 1,900 splicing alterations associated with somatic mutations, including the formation of exons within introns in proximity to Alu elements. In addition, 82% of gene fusions were associated with structural variants, including 75 of a new class, termed ‘bridged’ fusions, in which a third genomic location bridges two genes. We observed transcriptomic alteration signatures that differ between cancer types and have associations with variations in DNA mutational signatures. This compendium of RNA alterations in the genomic context provides a rich resource for identifying genes and mechanisms that are functionally implicated in cancer.

Abstract Transmissible cancers are malignant cell clones that spread among individuals through transfer of living cancer cells. Several such cancers, collectively known as bivalve transmissible neoplasia (BTN), are known to infect and cause leukaemia in marine bivalve molluscs. This is the case of BTN clones affecting the common cockle, Cerastoderma edule , which inhabits the Atlantic coasts of Europe and north-west Africa. To investigate the origin and evolution of contagious cancers in common cockles, we collected 6,854 C. edule specimens and diagnosed 390 cases of BTN. We then generated a reference genome for the species and assessed genomic variation in the genomes of 61 BTN tumours. Analysis of tumour-specific variants confirmed the existence of two cockle BTN lineages with independent clonal origins, and gene expression patterns supported their status as haemocyte-derived marine leukaemias. Examination of mitochondrial DNA sequences revealed several mitochondrial capture events in BTN, as well as co-infection of cockles by different tumour lineages. Mutational analyses identified two lineage-specific mutational signatures, one of which resembles a signature associated with DNA alkylation. Karyotypic and copy number analyses uncovered genomes marked by pervasive instability and polyploidy. Whole-genome duplication, amplification of oncogenes CCND3 and MDM2 , and deletion of the DNA alkylation repair gene MGMT , are likely drivers of BTN evolution. Characterization of satellite DNA identified elements with vast expansions in the cockle germ line, yet absent from BTN tumours, suggesting ancient clonal origins. Our study illuminates the evolution of contagious cancers under the sea, and reveals long-term tolerance of extreme instability in neoplastic genomes.

ABSTRACT Clonally transmissible cancers are tumour lineages that are transmitted between individuals via the transfer of living cancer cells. In marine bivalves, leukemia-like transmissible cancers, called hemic neoplasia, have demonstrated the ability to infect individuals from different species. We performed whole-genome sequencing in eight warty venus clams that were diagnosed with hemic neoplasia, from two sampling points located more than 1,000 nautical miles away in the Atlantic Ocean and the Mediterranean Sea Coasts of Spain. Mitochondrial genome sequencing analysis in tumour tissues from neoplastic animals revealed the coexistence of haplotypes from two different clam species. Phylogenies estimated from mitochondrial and nuclear markers confirmed this leukemia originated in striped venus clams and later transmitted to clams of the species warty venus, in which it survives as a contagious cancer. The analysis of mitochondrial and nuclear gene sequences supports all studied tumours belong to a single neoplastic lineage that spreads in the Seas of Southern Europe.

Most cancers are characterized by the somatic acquisition of genomic rearrangements during tumour evolution that eventually drive the oncogenesis. There are different mutational mechanisms causing structural variation, some of which are specific to particular cancer types. Here, using multiplatform sequencing technologies, we identify and characterize a remarkable mutational mechanism in human hepatocellular carcinoma caused by Hepatitis B virus, by which DNA molecules from the virus are inserted into the tumour genome causing dramatic changes in its configuration, including non-homologous chromosomal fusions and megabase-size telomeric deletions. This aberrant mutational process, present in at least 8% of all HCC tumours, is active early during liver cancer evolution and can provide the driver rearrangements that a cancer clone requires to survive and grow.

Abstract Shell colour pattern shows broad diversity in molluscs, and both genetic and environmental factors seem to interact to some extent on the final phenotype. Despite information on the genetic component and pathways involved in shell construction and colour has increased in the last decade, more data are needed particularly to understand colour variation and its putative role on adaptation. The European common cockle ( Cerastoderma edule ) is a valuable species from ecological and commercial perspectives with important variation in colour pattern, but this diversity has never been characterized and the underlying genetic architecture is unknown. In this study, we constructed a high-density genetic map, as an essential tool for genomic screening in common cockle, that was applied to ascertain the genetic basis of colour pattern variation in the species. The consensus map, including 13,874 2b-RAD SNPs, was constituted by the 19 linkage groups (LGs) corresponding to the n = 19 chromosomes of its karyotype and spanned 1,073 cM (730 markers per LG; inter-marker distance of 0.13 cM). Five full-sib families showing segregation for several colour-associated traits were used to perform a GWAS analysis. A major QTL on chromosome 13 explained most of the variation for shell colour patterns. Mining on this genomic region revealed the presence of several candidate genes enriched on Gene Ontology terms such as anatomical structure development, ion transport, membrane transport and cell periphery, closely related to shell architecture, including six chitin-related, one ependymin, several ion binding and transporters, and others related to transit across the cell membrane. Interestingly, this major QTL overlaps with a genomic region previously reported associated with divergent selection in the distribution range of the species, suggesting a putative role on local adaptation.

About half of all cancers have somatic integrations of retrotransposons. To characterize their role in oncogenesis, we analyzed the patterns and mechanisms of somatic retrotransposition in 2,954 cancer genomes from 37 histological cancer subtypes. We identified 19,166 somatically acquired retrotransposition events, affecting 35% of samples, and spanning a range of event types. L1 insertions emerged as the first most frequent type of somatic structural variation in esophageal adenocarcinoma, and the second most frequent in head-and-neck and colorectal cancers. Aberrant L1 integrations can delete megabase-scale regions of a chromosome, sometimes removing tumour suppressor genes, as well as inducing complex translocations and large-scale duplications. Somatic retrotranspositions can also initiate breakage-fusion-bridge cycles, leading to high-level amplification of oncogenes. These observations illuminate a relevant role of L1 retrotransposition in remodelling the cancer genome, with potential implications in the development of human tumours.

Cancers develop through somatic mutagenesis, however germline genetic variation can markedly contribute to tumorigenesis via diverse mechanisms. We discovered and phased 88 million germline single nucleotide variants, short insertions/deletions, and large structural variants in whole genomes from 2,642 cancer patients, and employed this genomic resource to study genetic determinants of somatic mutagenesis across 39 cancer types. Our analyses implicate damaging germline variants in a variety of cancer predisposition and DNA damage response genes with specific somatic mutation patterns. Mutations in the MBD4 DNA glycosylase gene showed association with elevated C>T mutagenesis at CpG dinucleotides, a ubiquitous mutational process acting across tissues. Analysis of somatic structural variation exposed complex rearrangement patterns, involving cycles of templated insertions and tandem duplications, in BRCA1-deficient tumours. Genome-wide association analysis implicated common genetic variation at the APOBEC3 gene cluster with reduced basal levels of somatic mutagenesis attributable to APOBEC cytidine deaminases across cancer types. We further inferred over a hundred polymorphic L1/LINE elements with somatic retrotransposition activity in cancer. Our study highlights the major impact of rare and common germline variants on mutational landscapes in cancer.