Abstract Mosaic loss of chromosome Y (LOY) in leukocytes has been associated with many diseases, yet it remains unclear whether this form of clonal mosaicism exerts a direct physiological effect. Here we perform single-cell and bulk RNA sequencing in leukocytes, observing considerable variation in the rate of LOY across individuals, cell types and disease state. Cells with LOY demonstrated a profound degree of transcriptional dysregulation impacting ∼500 autosomal genes. These genes are preferentially involved in immune functions but also encode proteins with roles in other diverse biological processes. Our findings highlight a surprisingly broad role for chromosome Y challenging the view of it as a “genetic wasteland”. Furthermore, they support the hypothesis that altered immune function in leukocytes is a mechanism directly linking LOY to disease.

ABSTRACT Despite advances in early detection and treatment strategies, breast cancer recurrence and mortality remain a significant health issue. Recent insights suggest the prognostic potential of microscopically healthy mammary gland, in the vicinity of the breast lesion. Nonetheless, a comprehensive understanding of the gene expression profiles in these tissues and their relationship to patient outcomes is still missing. Furthermore, the increasing trend towards breast-conserving surgery may inadvertently lead to the retention of existing cancer-predisposing mutations within the normal mammary gland. This study assessed the transcriptomic profiles of 242 samples from 83 breast cancer patients with unfavorable outcomes, including paired uninvolved mammary gland samples collected at varying distances from primary lesions. As a reference, control samples from 53 mammoplasty individuals without cancer history were studied. A custom panel of 634 genes linked to breast cancer progression and metastasis was employed for expression profiling, followed by whole-transcriptome verification experiments and statistical analyses to discern molecular signatures and their clinical relevance. A distinct gene expression signature was identified in uninvolved mammary gland samples, featuring key cellular components encoding keratins, CDH1, CDH3, EPCAM cell adhesion proteins, matrix metallopeptidases, oncogenes, tumor suppressors, along with crucial genes (FOXA1, RAB25, NRG1, SPDEF, TRIM29 , and GABRP ) having dual roles in cancer. Enrichment analyses revealed disruptions in epithelial integrity, cell adhesion, and estrogen signaling. This signature, named KAOS for Keratin-Adhesion-Oncogenes-Suppressors, was significantly associated with reduced tumor size but increased mortality rates. Integrating molecular assessment of non-malignant mammary tissue into disease management could enhance survival prediction and facilitate personalized patient care.

Background Mosaic loss of chromosome Y (LOY) is the most common somatic mutation and is associated with all-cause mortality, non-haematological cancers and Alzheimer’s disease among other outcomes. The predominant method used for estimating LOY is the intensity data generated by SNP-arrays, which is difficult to interpret due to its logarithmic scale. Here we describe a new way to convert the LOY mosaicism into a non-logarithmic scale, which instead represents the percentage of affected cells.Methods We compared three independent LOY readouts from matched samples, generated by SNP-array, whole genome sequencing and droplet digital PCR. The SNP-array standardization was derived from this comparison and was applied in analyses of serially collected samples from a large cohort of aging men. The sampling was performed up to five times, spanning up to 22 years.Results We observed a higher correlation between the LOY measurements from SNP-array and the two other readouts when using the standardized, instead of the logarithmic, SNP-array data. We also observed a pronounced intra-individual variation of changes in the frequency of LOY within individual males over time.Conclusions Describing LOY measurements generated from SNP-arrays in percentage of cells without the Y chromosome makes comparisons to WGS and ddPCR measurements more precise and easier to interpret. This standardization could be applied to the vast amount of SNP-array data already generated in the scientific community, allowing further discoveries of LOY associated disease and outcomes. Additionally, the frequency of LOY in this study changed profoundly within men over time, likely as a result of aberrant clonal expansions.

This research has been conducted using the UK Biobank Resource under application 9905 and 19808. This work was supported by the Medical Research Council [Unit Programme number MC_UU_12015/2]. Full study-specific and individual acknowledgements can be found in the supplementary information.