We analysed primary breast cancers by genomic DNA copy number arrays, DNA methylation, exome sequencing, messenger RNA arrays, microRNA sequencing and reverse-phase protein arrays. Our ability to integrate information across platforms provided key insights into previously defined gene expression subtypes and demonstrated the existence of four main breast cancer classes when combining data from five platforms, each of which shows significant molecular heterogeneity. Somatic mutations in only three genes (TP53, PIK3CA and GATA3) occurred at >10% incidence across all breast cancers; however, there were numerous subtype-associated and novel gene mutations including the enrichment of specific mutations in GATA3, PIK3CA and MAP3K1 with the luminal A subtype. We identified two novel protein-expression-defined subgroups, possibly produced by stromal/microenvironmental elements, and integrated analyses identified specific signalling pathways dominant in each molecular subtype including a HER2/phosphorylated HER2/EGFR/phosphorylated EGFR signature within the HER2-enriched expression subtype. Comparison of basal-like breast tumours with high-grade serous ovarian tumours showed many molecular commonalities, indicating a related aetiology and similar therapeutic opportunities. The biological finding of the four main breast cancer subtypes caused by different subsets of genetic and epigenetic abnormalities raises the hypothesis that much of the clinically observable plasticity and heterogeneity occurs within, and not across, these major biological subtypes of breast cancer. The Cancer Genome Atlas Network describe their multifaceted analyses of primary breast cancers, shedding light on breast cancer heterogeneity; although only three genes (TP53, PIK3CA and GATA3) are mutated at a frequency greater than 10% across all breast cancers, numerous subtype-associated and novel mutations were identified. This Article from the Cancer Genome Atlas consortium describes a multifaceted analysis of primary breast cancers in 825 people. Exome sequencing, copy number variation, DNA methylation, messenger RNA arrays, microRNA sequencing and proteomic analyses were performed and integrated to shed light on breast-cancer heterogeneity. Just three genes — TP53, PIK3CA and GATA3 — are mutated at greater than 10% frequency across all breast cancers. Many subtype-associated and novel mutations were identified, as well as two breast-cancer subgroups with specific signalling-pathway signatures. The analyses also suggest that much of the clinically observable plasticity and heterogeneity occurs within, and not across, the major subtypes of breast cancer.

Infiltrating stromal and immune cells form the major fraction of normal cells in tumour tissue and not only perturb the tumour signal in molecular studies but also have an important role in cancer biology. Here we describe ‘Estimation of STromal and Immune cells in MAlignant Tumours using Expression data’ (ESTIMATE)—a method that uses gene expression signatures to infer the fraction of stromal and immune cells in tumour samples. ESTIMATE scores correlate with DNA copy number-based tumour purity across samples from 11 different tumour types, profiled on Agilent, Affymetrix platforms or based on RNA sequencing and available through The Cancer Genome Atlas. The prediction accuracy is further corroborated using 3,809 transcriptional profiles available elsewhere in the public domain. The ESTIMATE method allows consideration of tumour-associated normal cells in genomic and transcriptomic studies. An R-library is available on https://sourceforge.net/projects/estimateproject/ . Tumour biopsies contain contaminating normal cells and these can influence the analysis of tumour samples. In this study, Yoshihara et al.develop an algorithm based on gene expression profiles from The Cancer Genome Atlas to estimate the number of contaminating normal cells in tumour samples.

Gastric cancer is a leading cause of cancer deaths, but analysis of its molecular and clinical characteristics has been complicated by histological and aetiological heterogeneity. Here we describe a comprehensive molecular evaluation of 295 primary gastric adenocarcinomas as part of The Cancer Genome Atlas (TCGA) project. We propose a molecular classification dividing gastric cancer into four subtypes: tumours positive for Epstein-Barr virus, which display recurrent PIK3CA mutations, extreme DNA hypermethylation, and amplification of JAK2, CD274 (also known as PD-L1) and PDCD1LG2 (also known as PD-L2); microsatellite unstable tumours, which show elevated mutation rates, including mutations of genes encoding targetable oncogenic signalling proteins; genomically stable tumours, which are enriched for the diffuse histological variant and mutations of RHOA or fusions involving RHO-family GTPase-activating proteins; and tumours with chromosomal instability, which show marked aneuploidy and focal amplification of receptor tyrosine kinases. Identification of these subtypes provides a roadmap for patient stratification and trials of targeted therapies.

The American Joint Committee on Cancer (AJCC) staging manual has become the benchmark for classifying patients with cancer, defining prognosis, and determining the best treatment approaches. Many view the primary role of the tumor, lymph node, metastasis (TNM) system as that of a standardized classification system for evaluating cancer at a population level in terms of the extent of disease, both at initial presentation and after surgical treatment, and the overall impact of improvements in cancer treatment. The rapid evolution of knowledge in cancer biology and the discovery and validation of biologic factors that predict cancer outcome and response to treatment with better accuracy have led some cancer experts to question the utility of a TNM-based approach in clinical care at an individualized patient level. In the Eighth Edition of the AJCC Cancer Staging Manual, the goal of including relevant, nonanatomic (including molecular) factors has been foremost, although changes are made only when there is strong evidence for inclusion. The editorial board viewed this iteration as a proactive effort to continue to build the important bridge from a "population-based" to a more "personalized" approach to patient classification, one that forms the conceptual framework and foundation of cancer staging in the era of precision molecular oncology. The AJCC promulgates best staging practices through each new edition in an effort to provide cancer care providers with a powerful, knowledge-based resource for the battle against cancer. In this commentary, the authors highlight the overall organizational and structural changes as well as "what's new" in the Eighth Edition. It is hoped that this information will provide the reader with a better understanding of the rationale behind the aggregate proposed changes and the exciting developments in the upcoming edition. CA Cancer J Clin 2017;67:93-99. © 2017 American Cancer Society.

Summary

 We performed an extensive immunogenomic analysis of more than 10,000 tumors comprising 33 diverse cancer types by utilizing data compiled by TCGA. Across cancer types, we identified six immune subtypes—wound healing, IFN-γ dominant, inflammatory, lymphocyte depleted, immunologically quiet, and TGF-β dominant—characterized by differences in macrophage or lymphocyte signatures, Th1:Th2 cell ratio, extent of intratumoral heterogeneity, aneuploidy, extent of neoantigen load, overall cell proliferation, expression of immunomodulatory genes, and prognosis. Specific driver mutations correlated with lower (CTNNB1, NRAS, or IDH1) or higher (BRAF, TP53, or CASP8) leukocyte levels across all cancers. Multiple control modalities of the intracellular and extracellular networks (transcription, microRNAs, copy number, and epigenetic processes) were involved in tumor-immune cell interactions, both across and within immune subtypes. Our immunogenomics pipeline to characterize these heterogeneous tumors and the resulting data are intended to serve as a resource for future targeted studies to further advance the field.

We describe the landscape of genomic alterations in cutaneous melanomas through DNA, RNA, and protein-based analysis of 333 primary and/or metastatic melanomas from 331 patients. We establish a framework for genomic classification into one of four subtypes based on the pattern of the most prevalent significantly mutated genes: mutant BRAF, mutant RAS, mutant NF1, and Triple-WT (wild-type). Integrative analysis reveals enrichment of KIT mutations and focal amplifications and complex structural rearrangements as a feature of the Triple-WT subtype. We found no significant outcome correlation with genomic classification, but samples assigned a transcriptomic subclass enriched for immune gene expression associated with lymphocyte infiltrate on pathology review and high LCK protein expression, a T cell marker, were associated with improved patient survival. This clinicopathological and multi-dimensional analysis suggests that the prognosis of melanoma patients with regional metastases is influenced by tumor stroma immunobiology, offering insights to further personalize therapeutic decision-making.

Summary

 There is substantial heterogeneity among primary prostate cancers, evident in the spectrum of molecular abnormalities and its variable clinical course. As part of The Cancer Genome Atlas (TCGA), we present a comprehensive molecular analysis of 333 primary prostate carcinomas. Our results revealed a molecular taxonomy in which 74% of these tumors fell into one of seven subtypes defined by specific gene fusions (ERG, ETV1/4, and FLI1) or mutations (SPOP, FOXA1, and IDH1). Epigenetic profiles showed substantial heterogeneity, including an IDH1 mutant subset with a methylator phenotype. Androgen receptor (AR) activity varied widely and in a subtype-specific manner, with SPOP and FOXA1 mutant tumors having the highest levels of AR-induced transcripts. 25% of the prostate cancers had a presumed actionable lesion in the PI3K or MAPK signaling pathways, and DNA repair genes were inactivated in 19%. Our analysis reveals molecular heterogeneity among primary prostate cancers, as well as potentially actionable molecular defects.

Urothelial carcinoma of the bladder is a common malignancy that causes approximately 150,000 deaths per year worldwide. So far, no molecularly targeted agents have been approved for treatment of the disease. As part of The Cancer Genome Atlas project, we report here an integrated analysis of 131 urothelial carcinomas to provide a comprehensive landscape of molecular alterations. There were statistically significant recurrent mutations in 32 genes, including multiple genes involved in cell-cycle regulation, chromatin regulation, and kinase signalling pathways, as well as 9 genes not previously reported as significantly mutated in any cancer. RNA sequencing revealed four expression subtypes, two of which (papillary-like and basal/squamous-like) were also evident in microRNA sequencing and protein data. Whole-genome and RNA sequencing identified recurrent in-frame activating FGFR3–TACC3 fusions and expression or integration of several viruses (including HPV16) that are associated with gene inactivation. Our analyses identified potential therapeutic targets in 69% of the tumours, including 42% with targets in the phosphatidylinositol-3-OH kinase/AKT/mTOR pathway and 45% with targets (including ERBB2) in the RTK/MAPK pathway. Chromatin regulatory genes were more frequently mutated in urothelial carcinoma than in any other common cancer studied so far, indicating the future possibility of targeted therapy for chromatin abnormalities. This paper reports integrative molecular analyses of urothelial bladder carcinoma at the DNA, RNA, and protein levels performed as part of The Cancer Genome Atlas project; recurrent mutations were found in 32 genes, including those involved in cell-cycle regulation, chromatin regulation and kinase signalling pathways; chromatin regulatory genes were more frequently mutated in urothelial carcinoma than in any other common cancer studied so far. This study of 131 high-grade muscle-invasive urothelial bladder carcinomas, part of The Cancer Genome Atlas (TCGA) project, reports recurrent mutations in 32 genes, including those involved in cell-cycle regulation, chromatin regulation and kinase signalling pathways. Chromatin regulatory genes were more frequently mutated in urothelial carcinoma than in any common cancer studied to date. Recurrent in-frame activating FGFR3–TACC3 fusions and expression or integration of viruses associated with gene inactivation are also identified. Importantly, potential therapeutic targets are identified in 69% of the tumours.

Summary

 Genetic alterations in signaling pathways that control cell-cycle progression, apoptosis, and cell growth are common hallmarks of cancer, but the extent, mechanisms, and co-occurrence of alterations in these pathways differ between individual tumors and tumor types. Using mutations, copy-number changes, mRNA expression, gene fusions and DNA methylation in 9,125 tumors profiled by The Cancer Genome Atlas (TCGA), we analyzed the mechanisms and patterns of somatic alterations in ten canonical pathways: cell cycle, Hippo, Myc, Notch, Nrf2, PI-3-Kinase/Akt, RTK-RAS, TGFβ signaling, p53 and β-catenin/Wnt. We charted the detailed landscape of pathway alterations in 33 cancer types, stratified into 64 subtypes, and identified patterns of co-occurrence and mutual exclusivity. Eighty-nine percent of tumors had at least one driver alteration in these pathways, and 57% percent of tumors had at least one alteration potentially targetable by currently available drugs. Thirty percent of tumors had multiple targetable alterations, indicating opportunities for combination therapy.

We have profiled promoter DNA methylation alterations in 272 glioblastoma tumors in the context of The Cancer Genome Atlas (TCGA). We found that a distinct subset of samples displays concerted hypermethylation at a large number of loci, indicating the existence of a glioma-CpG island methylator phenotype (G-CIMP). We validated G-CIMP in a set of non-TCGA glioblastomas and low-grade gliomas. G-CIMP tumors belong to the proneural subgroup, are more prevalent among lower-grade gliomas, display distinct copy-number alterations, and are tightly associated with IDH1 somatic mutations. Patients with G-CIMP tumors are younger at the time of diagnosis and experience significantly improved outcome. These findings identify G-CIMP as a distinct subset of human gliomas on molecular and clinical grounds.