Abstract SARS-CoV-2 pandemic resulted in 92 million cases in a span of one year. The study focuses on understanding population specific variations attributing its high rate of infections in specific geographical regions particularly in USA. Rigorous phylogenomic network analysis of complete SARS-CoV-2 genomes (245) inferred five central clades named a (ancestral), b, c, d and e (subtype e1 & e2). The clade d & e2 were found exclusively comprising of USA. Clades were distinguished by 10 co-mutational combinations in Nsp3, ORF8, Nsp13, S, Nsp12, Nsp2 and Nsp6. Our analysis revealed that only 67.46% of SNP mutations were at amino acid level. T1103P mutation in Nsp3 was predicted to increase protein stability in 238 strains except 6 strains which were marked as ancestral type; whereas co-mutation (P409L & Y446C) in Nsp13 were found in 64 genomes from USA highlighting its 100% co-occurrence. Docking highlighted mutation (D614G) caused reduction in binding of Spike proteins with ACE2, but it also showed better interaction with TMPRSS2 receptor contributing to high transmissibility among USA strains. We also found host proteins, MYO5A, MYO5B, MYO5C had maximum interaction with viral proteins (N, S, M). Thus, blocking the internalization pathway by inhibiting MYO5 proteins which could be an effective target for COVID-19 treatment. The functional annotations of the HPI network were found to be closely associated with hypoxia and thrombotic conditions confirming the vulnerability and severity of infection. We also screened CpG islands in Nsp1 & N conferring ability of SARS-CoV-2 to enter and trigger ZAP activity inside host cell. Importance In the current study we presented a global view of mutational pattern observed in SARS-CoV-2 virus transmission. This provided a who-infect-whom geographical model since the early pandemic. This is hitherto the most comprehensive comparative genomics analysis of full-length genomes for co-mutations at different geographical regions specially in USA strains. Compositional structural biology results suggested that mutations have balance of contrary forces effect on pathogenicity suggesting only few mutations to effective at translation level but not all. Novel HPI analysis and CpG predictions elucidates the proof of concept of hypoxia and thrombotic conditions in several patients. Thus, the current study focuses the understanding of population specific variations attributing high rate of SARS-CoV-2 infections in specific geographical regions which may eventually be vital for the most severely affected countries and regions for sharp development of custom-made vindication strategies.

Abstract Epidemiological studies have identified innumerable ways in which cancer presentation and behaviour is associated with patient ancestry. The molecular bases for these relationships remain largely unknown. We analyzed ancestry associations in the somatic mutational landscape of 12,774 tumours across 33 tumour-types, including 2,562 with whole-genome sequencing. Ancestry influences both the number of mutations in a tumour and the evolutionary timing of when they occur. Specific mutational signatures are associated with ancestry, reflecting potential differences in exogenous and endogenous oncogenic processes. A subset of known cancer driver genes was mutated in ancestry-associated patterns, with transcriptomic consequences. Cancer genome sequencing data is not well-balanced in epidemiologic factors; these data suggest ancestry strongly shapes the somatic mutational landscape of cancer, with potential functional implications.

Abstract Cancer is often called a disease of aging. There are numerous ways in which cancer epidemiology and behaviour change with the age of the patient. The molecular bases for these relationships remain largely underexplored. To characterize them, we analyzed age-associations in the nuclear and mitochondrial somatic mutational landscape of 20,033 tumours across 35 tumour-types. Age influences both the number of mutations in a tumour and their evolutionary timing. Specific mutational signatures are associated with age, reflecting differences in exogenous and endogenous oncogenic processes such as a greater influence of tobacco use in the tumours of younger patients, but more activity of DNA damage repair signatures in those of older patients. We find that known cancer driver genes are mutated in age-associated frequencies, and these alter the transcriptome and predict for clinical outcomes. These effects are most striking in brain cancers where alterations like SUFU loss and ATRX mutation are age-dependent prognostic biomarkers. Using three cancer datasets, we show that age shapes the somatic mutational landscape of cancer, with clinical implications.

Abstract Breast cancer leptomeningeal metastasis (BCLM), where tumour cells grow along the lining of the brain and spinal cord, is a devastating development for patients. Investigating this metastatic site is hampered by difficulty in accessing tumour material. Here, we utilise cerebrospinal fluid (CSF) cell-free DNA (cfDNA) and CSF disseminated tumour cells (DTCs) to explore the clonal evolution of BCLM and heterogeneity between leptomeningeal and extracranial metastatic sites. Somatic alterations with potential therapeutic actionability were detected in 81% (17/21) of BCLM cases, with 19% detectable in CSF cfDNA only. BCLM was enriched in genomic aberrations in adherens junction and cytoskeletal genes, revealing a lobular-like breast cancer phenotype. CSF DTCs were cultured in 3D to establish BCLM patient-derived organoids, and used for the successful generation of BCLM in vivo models. These data reveal that BCLM possess a unique genomic aberration profile and highlights potential cellular dependencies in this hard-to-treat form of metastatic disease.

Background: Effective classification of cancer patients into groups with differential survival remains an important and unsolved challenge. Biomarkers have been developed based on mRNA abundance data, but their replicability and clinical utility is modest. Integrating functional information, such as pathway data, has been suggested to improve biomarker performance. To date, however, the advantages of subnetwork-based biomarkers have not been quantified. Results: We deeply sampled the population of prognostic gene-based and subnetwork-based biomarkers in a breast cancer meta-dataset of 4,960 patients. Analysing the performance and robustness of 22,000,000 gene biomarkers and 6,250,000 subnetwork biomarkers across twenty different training:testing cohort partitions of the meta-dataset revealed that subnetwork biomarkers exhibit superior overall performance and higher concordance across partitions. We find evidence of an upper bound for optimal biomarker size of ~200 genes or ~100 subnetworks. Additionally, with both biomarker feature types, larger biomarkers tend to show less consistency in performance across partitions, suggestive of over-fitting. Finally, an evaluation of varying training cohort sizes quantifies the effects of training cohort size. Conclusions: Many groups are developing techniques for exploiting network-based representations of biological pathways to characterize cancer and other diseases. By considering the distribution of gene- and subnetwork-based biomarkers, we show that pathway data improves performance and replicability, and that smaller biomarkers are more robust across patient cohorts. These insights may facilitate development of clinically useful biomarkers.

The mechanical properties of the extracellular matrix within tumours control multiple cellular functions that drive cancer invasion and metastasis. However, the mechanisms controlling microenvironmental force sensation and transmission, and how these regulate transcriptional reprogramming and invasion, are unclear. Our aim was to understand how mechanical inputs are transmitted bidirectionally and translated into biochemical and transcriptional outputs to drive breast cancer progression. We reveal that adhesion receptor and growth factor receptor crosstalk regulates a bidirectional feedback mechanism co-ordinating force-dependent transcriptional regulation and invasion. Integrin αVβ6 drives invasion in a range of carcinomas and is a potential therapeutic target. αVβ6 exhibits unique biophysical properties that promote force-generation and increase matrix rigidity. We employed an inter-disciplinary approach incorporating proteomics, biophysical techniques and multi-modal live-cell imaging to dissect the role of αVβ6-EGFR crosstalk on transmission of mechanical signals bidirectionally between the extracellular matrix and nucleus. We show that αVβ6 expression correlates with poor prognosis in triple-negative breast cancer (TNBC) and drives invasion of TNBC cells. Moreover, our data show that a complex regulatory mechanism exists involving crosstalk between αVβ6 integrin and EGFR that impacts matrix stiffness, force transmission to the nucleus, transcriptional reprogramming and microenvironment rigidity. αVβ6 engagement triggers EGFR & MAPK signalling and αVβ6-EGFR crosstalk regulates mutual receptor trafficking mechanisms. Consequently, EGF stimulation suppresses αVβ6-mediated force-application on the matrix and nuclear shuttling of force-dependent transcriptional co-activators YAP/TAZ. Finally, we show that crosstalk between αVβ6 & EGFR regulates TNBC invasion. We propose a model whereby αVβ6-EGFR crosstalk regulates matrix stiffening, but also the transmission of extracellular forces into the cell in order to co-ordinate transcriptional reprogramming and invasion. To exploit adhesion receptors and receptor tyrosine kinases therapeutically, it will be essential to understand the integration of their signalling functions and how crosstalk mechanisms influence invasion and the response of tumours to molecular therapeutics.

Abstract The PSMC3IP-MND1 heterodimer promotes RAD51 and DMC1-dependent D-loop formation during meiosis in yeast and mammalian organisms. For this purpose, it catalyzes the DNA strand exchange activities of the recombinases. Interestingly, in a panel of genome-scale CRISPR-Cas9 mutagenesis and interference screens in mitotic cells, we found that depletion of either PSMC3IP or MND1 caused sensitivity to clinical Poly (ADP-Ribose) Polymerase inhibitors (PARPi). A retroviral mutagenesis screen in mitotic cells also identified PSMC3IP and MND1 as genetic determinants of ionizing radiation sensitivity. The role PSMC3IP and MND1 play in preventing PARPi sensitivity in mitotic cells appears to be independent of a previously described role in alternative lengthening of telomeres (ALT). PSMC3IP or MND1 depleted cells accumulate toxic RAD51 foci in response to DNA damage, show impaired homology-directed DNA repair, and become PARPi sensitive, even in cells lacking both BRCA1 and TP53BP1 . Although replication fork reversal is also affected, the epistatic relationship between PSMC3IP-MND1 and BRCA1/BRCA2 suggests that the abrogated D-loop formation is the major cause of PARPi sensitivity. This is corroborated by the fact that a PSMC3IP p.Glu201del D-loop formation mutant associated with ovarian dysgenesis fails to reverse PARPi sensitivity. These observations suggest that meiotic proteins such as MND1 and PSMC3IP could have a greater role in mitotic cells in determining the response to therapeutic DNA damage.

Abstract Profiling studies have revealed considerable phenotypic heterogeneity in cancer-associated fibroblasts (CAFs) present within the tumour microenvironment, however, functional characterisation of different CAF subsets is hampered by the lack of specific markers defining these populations. Here we show that genetic deletion of the Endo180 ( MRC2 ) receptor, predominantly expressed by a population of matrix-remodelling CAFs, profoundly limits tumour growth and metastasis; effects that can be recapitulated in 3D co-culture assays. This impairment results from a CAF-intrinsic contractility defect and reduced CAF viability which, coupled with the lack of phenotype in the normal mouse, demonstrates that upregulated Endo180 expression by a specific, potentially targetable CAF subset is required to generate a supportive tumour microenvironment. Further, characterisation of a tumour subline selected via serial in vivo passage for its ability to overcome these stromal defects provides important insight into how tumour cells adapt to a non-activated stroma in the early stages of metastatic colonisation.

Abstract There are myriad types of biomedical data– genetics, transcriptomics, clinical, imaging, wearable devices and many more. When a group of patients with the same underlying disease exhibit similarities across multiple types of data, this is called a subtype. Disease subtypes can reflect etiology and sometimes predict clinical behaviour. Existing subtyping approaches struggle to simultaneously handle multiple diverse data types, particularly when there is missing information, as is common in most real-world clinical datasets. To improve subtype discovery, we exploited changes in the correlation-structure between different data types to create iSubGen, an algorithm for i ntegrative sub type gen eration. iSubGen can combine arbitrary data types for subtype discovery, such as merging molecular, mutational signature, pathway and micro-environmental data. iSubGen recapitulates known subtypes across multiple diseases, even in the face of substantial missing data. It identifies groups of patients with divergent clinical outcomes, and can combine arbitrary data types for subtype discovery, such as merging molecular, mutational signature, pathway and micro-environmental data. iSubGen can accommodate any feature that can be compared with a similarity-metric, and provides a versatile approach for creating subtypes. It is available at https://CRAN.R-project.org/package=iSubGen .

Abstract Centriole and/or cilia defects are characteristic of cancer cells and have been linked to cancer cell invasion. However, the mechanistic basis of these effects is unknown. Spindle assembly abnormal protein 6 homolog (SAS-6) is essential for centriole biogenesis and cilia formation. In cycling cells, SAS-6 undergoes APC Cdh1 -mediated targeted degradation by the 26S proteasome at the end of mitosis. Little is known about the function of SAS-6 outside of centrosome biogenesis. To examine this, we expressed a non-degradable SAS-6 mutant (SAS-6ND). Expression of SAS-6ND led to an increase in ciliation and cilia-dependent cell invasion, and caused an upregulation of the YAP/TAZ pathway. YAP/TAZ or ciliogenesis inhibition prevented SAS-6-induced invasion. SAS-6ND caused increased actin alignment and stress fiber coherency, and nuclear flattening known to promote YAP nuclear import. Finally, data from The Cancer Genome Atlas showed that SAS-6 overexpression is associated with poor prognosis in various cancers. Our data provide evidence for a defined role of SAS-6 in cancer cell invasion and offers mechanistic insight into the role of YAP/TAZ in this cilia-sensitive process. Synopsis SAS-6 overexpressing cells show increased ciliation, actin cytoskeleton reorganization, cell flattening, YAP pathway activation and increased invasion