SUMMARY We have developed a mouse Infinium DNA methylation array that contains 297,415 probes to capture the diversity of mouse DNA methylation biology. We present a mouse DNA methylation atlas as a rich reference resource of 1,239 DNA samples encompassing distinct tissues, strains, age, sex, and pathologies. We describe applications for comparative epigenomics, genomic imprinting, epigenetic inhibitors, PDX assessment, backcross tracing, and epigenetic clocks. We dissect DNA methylation processes associated with differentiation, aging and tumorigenesis. Notably, we find that tissue-specific methylation signatures localize to binding sites for transcription factors controlling the corresponding tissue development. Age-associated hypermethylation is enriched at regions of Polycomb repression, while hypomethylation is enhanced at regions bound by cohesin complex members. Apc Min/+ polyp-associated hypermethylation affects enhancers regulating intestinal differentiation, while hypomethylation targets AP-1 binding sites. This MM285 mouse array is widely accessible to the research community, and will accelerate future high sample-throughput studies in this important model organism.

Abstract Malignant Peripheral Nerve Sheath Tumors (MPNSTs) are highly resistant sarcomas that occur in up to 13% of individuals with Neurofibromatosis Type 1 (NF1). Genomic analysis of longitudinally collected tumor samples in a case of MPNST disease progression revealed early hemizygous microdeletions in NF1 and TP53 , with concomitant amplifications of MET , HGF , and EGFR . To examine the role of MET in MPNST progression, we developed mice with enhanced MET expression and NF1 ablation ( NF1 fl/KO ; lox-stop-loxMET tg/+ ; Plp-creERT tg/+ ; referred to as NF1-MET). NF1-MET mice express a robust MPNST phenotype in the absence of additional mutations. A comparison of NF1-MET MPSNTs with MPNSTs derived from NF1 KO/+ ;p53 R172H ;Plp-creERT tg/+ (NF1-P53) and NF1 KO/+ ;Plp-creERT tg/+ (NF1) mice revealed unique Met, Ras, and PI3K signaling patterns. To investigate the therapeutic potential of MET inhibition among tumorgrafts derived from the respective MPNST models, we tested the highly selective MET inhibitor, capmatinib. NF1-MET MPNSTs were uniformly sensitive to MET inhibition whereas only a small subset of NF1-P53 and NF1 MPNSTs were inhibited. These results confirm that MET activation is sufficient for Schwann cell dedifferentiation into MPNSTs in the context of NF1 deficiency. RAS-MET signal interactions may be an important driver of MPSNT disease progression.

Uterine fibroids are benign myometrial smooth muscle tumors of unknown etiology that when symptomatic are the most common indication for hysterectomy in the USA. We conducted an integrated analysis of fibroids and adjacent normal myometria by whole exome sequencing, Infinium MethylationEPIC array, and RNA-sequencing. Unsupervised clustering by DNA methylation segregated normal myometria from fibroids, and further separated the fibroids into subtypes marked by MED12 mutation, HMGA2 activation (HMGA2hi) and HMGA1 activation (HMGA1hi). Upregulation of HMGA2 expression in HMGA2hi fibroids did not always appear to be dependent on translocation, as has been historically described, and was associated with hypomethylation in the HMGA2 gene body. Furthermore, we found that expression of HOXA13 was highly upregulated in fibroids and that overexpression of HOXA13 in a myometrial cell line induced expression of genes classically associated with uterine fibroids. Transcriptome analyses of the most differentially expressed genes between cervix and myometrium also showed that uterine fibroids and normal cervix clustered together and apart from normal myometria. Together, our integrated analysis shows a role for epigenetic modification in fibroid biology and strongly suggests that homeotic transformation of myometrium cells to a more cervical phenotype is important for the etiology of the disease.

To understand how genomic heterogeneity of glioblastoma (GBM) contributes to the poor response to therapy, which is characteristic of this disease, we performed DNA and RNA sequencing on GBM tumor samples and the neurospheres and orthotopic xenograft models derived from them. We used the resulting data set to show that somatic driver alterations including single nucleotide variants, focal DNA alterations, and oncogene amplification in extrachromosomal DNA (ecDNA) elements were in majority propagated from tumor to model systems. In several instances, ecDNAs and chromosomal alterations demonstrated divergent inheritance patterns and clonal selection dynamics during cell culture and xenografting. Longitudinal patient tumor profiling showed that oncogenic ecDNAs are frequently retained after disease recurrence. Our analysis shows that extrachromosomal elements increase the genomic heterogeneity during tumor evolution of glioblastoma, independent of chromosomal DNA alterations.