Focal copy-number amplification is an oncogenic event. Although recent studies have revealed the complex structure1-3 and the evolutionary trajectories4 of oncogene amplicons, their origin remains poorly understood. Here we show that focal amplifications in breast cancer frequently derive from a mechanism-which we term translocation-bridge amplification-involving inter-chromosomal translocations that lead to dicentric chromosome bridge formation and breakage. In 780 breast cancer genomes, we observe that focal amplifications are frequently connected to each other by inter-chromosomal translocations at their boundaries. Subsequent analysis indicates the following model: the oncogene neighbourhood is translocated in G1 creating a dicentric chromosome, the dicentric chromosome is replicated, and as dicentric sister chromosomes segregate during mitosis, a chromosome bridge is formed and then broken, with fragments often being circularized in extrachromosomal DNAs. This model explains the amplifications of key oncogenes, including ERBB2 and CCND1. Recurrent amplification boundaries and rearrangement hotspots correlate with oestrogen receptor binding in breast cancer cells. Experimentally, oestrogen treatment induces DNA double-strand breaks in the oestrogen receptor target regions that are repaired by translocations, suggesting a role of oestrogen in generating the initial translocations. A pan-cancer analysis reveals tissue-specific biases in mechanisms initiating focal amplifications, with the breakage-fusion-bridge cycle prevalent in some and the translocation-bridge amplification in others, probably owing to the different timing of DNA break repair. Our results identify a common mode of oncogene amplification and propose oestrogen as its mechanistic origin in breast cancer.

Abstract Acquired drug resistance to even the most effective anti-cancer targeted therapies remains an unsolved clinical problem. Although many drivers of acquired drug resistance have been identified 1‒6 , the underlying molecular mechanisms shaping tumor evolution during treatment are incompletely understood. The extent to which therapy actively drives tumor evolution by promoting mutagenic processes 7 or simply provides the selective pressure necessary for the outgrowth of drug-resistant clones 8 remains an open question. Here, we report that lung cancer targeted therapies commonly used in the clinic induce the expression of cytidine deaminase APOBEC3A (A3A), leading to sustained mutagenesis in drug-tolerant cancer cells persisting during therapy. Induction of A3A facilitated the formation of double-strand DNA breaks (DSBs) in cycling drug-treated cells, and fully resistant clones that evolved from drug-tolerant intermediates exhibited an elevated burden of chromosomal aberrations such as copy number alterations and structural variations. Preventing therapy-induced A3A mutagenesis either by gene deletion or RNAi-mediated suppression delayed the emergence of drug resistance. Finally, we observed accumulation of A3A mutations in lung cancer patients who developed drug resistance after treatment with sequential targeted therapies. These data suggest that induction of A3A mutagenesis in response to targeted therapy treatment may facilitate the development of acquired resistance in non-small-cell lung cancer. Thus, suppressing expression or enzymatic activity of A3A may represent a potential therapeutic strategy to prevent or delay acquired resistance to lung cancer targeted therapy.

Chromothripsis is a newly discovered mutational phenomenon involving massive, clustered genomic rearrangements that occurs in cancer and other diseases. Recent studies in cancer suggest that chromothripsis may be far more common than initially inferred from low resolution DNA copy number data. Here, we analyze the patterns of chromothripsis across 2,658 tumors spanning 39 cancer types using whole-genome sequencing data. We find that chromothripsis events are pervasive across cancers, with a frequency of >50% in several cancer types. Whereas canonical chromothripsis profiles display oscillations between two copy number states, a considerable fraction of the events involves multiple chromosomes as well as additional structural alterations. In addition to non-homologous end-joining, we detect signatures of replicative processes and templated insertions. Chromothripsis contributes to oncogene amplification as well as to inactivation of genes such as mismatch-repair related genes. These findings show that chromothripsis is a major process driving genome evolution in human cancer.

ABSTRACT Recent studies demonstrated that metabolic disturbance, such as augmented glycolysis, contributes to fibrosis. The molecular regulation of this metabolic perturbation in fibrosis, however, has been elusive. COUP-TFII (also known as NR2F2) is an important regulator of glucose and lipid metabolism. Its contribution to organ fibrosis is undefined. Here, we found increased COUP-TFII expression in myofibroblasts in kidneys of patients with chronic kidney disease, fibrotic lungs of patients with idiopathic pulmonary fibrosis, fibrotic human kidney organoids, and fibrotic mouse kidneys after injury. Genetic ablation of COUP-TFII in mice resulted in attenuation of injury-induced kidney fibrosis. A non-biased proteomic study revealed the suppression of fatty acid oxidation and the enhancement of glycolysis pathways in COUP-TFII overexpressing fibroblasts. Overexpression of COUP-TFII in fibroblasts was sufficient to enhance glycolysis and increase alpha smooth muscle actin (αSMA) and collagen1 levels. Knockout of COUP-TFII decreased glycolysis and collagen1 levels in fibroblasts. Chip-qPCR assays revealed the binding of COUP-TFII on the promoter of PGC1α, a critical regulator of mitochondrial genesis and oxidative metabolism. Overexpression of COUP-TFII reduced the cellular level of PGC1α. In conclusion, COUP-TFII mediates fibrosis by serving as a key regulator of the shift in cellular metabolism of interstitial pericytes/fibroblasts from oxidative respiration to aerobic glycolysis. The fibrogenic response may share a common pathway in different organ injury and failure. Targeting COUP-TFII serves as a novel treatment approach for mitigating fibrosis in chronic kidney disease and potential other organ fibrosis.