Toward development of a precision medicine framework for metastatic, castration-resistant prostate cancer (mCRPC), we established a multi-institutional clinical sequencing infrastructure to conduct prospective whole-exome and transcriptome sequencing of bone or soft tissue tumor biopsies from a cohort of 150 mCRPC affected individuals. Aberrations of AR, ETS genes, TP53, and PTEN were frequent (40%–60% of cases), with TP53 and AR alterations enriched in mCRPC compared to primary prostate cancer. We identified new genomic alterations in PIK3CA/B, R-spondin, BRAF/RAF1, APC, β-catenin, and ZBTB16/PLZF. Moreover, aberrations of BRCA2, BRCA1, and ATM were observed at substantially higher frequencies (19.3% overall) compared to those in primary prostate cancers. 89% of affected individuals harbored a clinically actionable aberration, including 62.7% with aberrations in AR, 65% in other cancer-related genes, and 8% with actionable pathogenic germline alterations. This cohort study provides clinically actionable information that could impact treatment decisions for these affected individuals.

Clinical tests that rely on next-generation sequencing to evaluate large numbers of cancer genes can be validated using pooled cell lines with known mutations. As more clinically relevant cancer genes are identified, comprehensive diagnostic approaches are needed to match patients to therapies, raising the challenge of optimization and analytical validation of assays that interrogate millions of bases of cancer genomes altered by multiple mechanisms. Here we describe a test based on massively parallel DNA sequencing to characterize base substitutions, short insertions and deletions (indels), copy number alterations and selected fusions across 287 cancer-related genes from routine formalin-fixed and paraffin-embedded (FFPE) clinical specimens. We implemented a practical validation strategy with reference samples of pooled cell lines that model key determinants of accuracy, including mutant allele frequency, indel length and amplitude of copy change. Test sensitivity achieved was 95–99% across alteration types, with high specificity (positive predictive value >99%). We confirmed accuracy using 249 FFPE cancer specimens characterized by established assays. Application of the test to 2,221 clinical cases revealed clinically actionable alterations in 76% of tumors, three times the number of actionable alterations detected by current diagnostic tests.

Highlights•Generation of prostate cancer organoids from metastasis and circulating tumor cells•Organoids retain the histological and molecular features of the patient specimen•Organoids recapitulate the diversity of castration-resistant prostate cancer•Organoid lines can be used for drug studies in vitro and as xenografts in vivoSummaryThe lack of in vitro prostate cancer models that recapitulate the diversity of human prostate cancer has hampered progress in understanding disease pathogenesis and therapy response. Using a 3D organoid system, we report success in long-term culture of prostate cancer from biopsy specimens and circulating tumor cells. The first seven fully characterized organoid lines recapitulate the molecular diversity of prostate cancer subtypes, including TMPRSS2-ERG fusion, SPOP mutation, SPINK1 overexpression, and CHD1 loss. Whole-exome sequencing shows a low mutational burden, consistent with genomics studies, but with mutations in FOXA1 and PIK3R1, as well as in DNA repair and chromatin modifier pathways that have been reported in advanced disease. Loss of p53 and RB tumor suppressor pathway function are the most common feature shared across the organoid lines. The methodology described here should enable the generation of a large repertoire of patient-derived prostate cancer lines amenable to genetic and pharmacologic studies.Graphical abstract

Heterogeneity in the genomic landscape of metastatic prostate cancer has become apparent through several comprehensive profiling efforts, but little is known about the impact of this heterogeneity on clinical outcome. Here, we report comprehensive genomic and transcriptomic analysis of 429 patients with metastatic castration-resistant prostate cancer (mCRPC) linked with longitudinal clinical outcomes, integrating findings from whole-exome, transcriptome, and histologic analysis. For 128 patients treated with a first-line next-generation androgen receptor signaling inhibitor (ARSI; abiraterone or enzalutamide), we examined the association of 18 recurrent DNA- and RNA-based genomic alterations, including androgen receptor (

Neuroendocrine prostate cancer (NEPC) is an aggressive subtype of prostate cancer that most commonly evolves from preexisting prostate adenocarcinoma (PCA). Using Next Generation RNA-sequencing and oligonucleotide arrays, we profiled 7 NEPC, 30 PCA, and 5 benign prostate tissue (BEN), and validated findings on tumors from a large cohort of patients (37 NEPC, 169 PCA, 22 BEN) using IHC and FISH. We discovered significant overexpression and gene amplification of AURKA and MYCN in 40% of NEPC and 5% of PCA, respectively, and evidence that that they cooperate to induce a neuroendocrine phenotype in prostate cells. There was dramatic and enhanced sensitivity of NEPC (and MYCN overexpressing PCA) to Aurora kinase inhibitor therapy both in vitro and in vivo, with complete suppression of neuroendocrine marker expression following treatment. We propose that alterations in Aurora kinase A and N-myc are involved in the development of NEPC, and future clinical trials will help determine from the efficacy of Aurora kinase inhibitor therapy.We report on the largest in-depth molecular analysis of NEPC and provide new insight into molecular events involved in the progression of prostate cancer.

Evading cancer drugs by identity fraud Prostate cancer growth is fueled by male hormones called androgens. Drugs targeting the androgen receptor (AR) are initially efficacious, but most tumors eventually become resistant (see the Perspective by Kelly and Balk). Mu et al. found that prostate cancer cells escaped the effects of androgen deprivation therapy through a change in lineage identity. Functional loss of the tumor suppressors TP53 and RB1 promoted a shift from AR-dependent luminal epithelial cells to AR-independent basal-like cells. In related work, Ku et al. found that prostate cancer metastasis, lineage switching, and drug resistance were driven by the combined loss of the same tumor suppressors and were accompanied by increased expression of the epigenetic regulator Ezh2. Ezh2 inhibitors reversed the lineage switch and restored sensitivity to androgen deprivation therapy in experimental models. Science , this issue p. 84 , p. 78 ; see also p. 29

Abstract Precision medicine is an approach that takes into account the influence of individuals' genes, environment, and lifestyle exposures to tailor interventions. Here, we describe the development of a robust precision cancer care platform that integrates whole-exome sequencing with a living biobank that enables high-throughput drug screens on patient-derived tumor organoids. To date, 56 tumor-derived organoid cultures and 19 patient-derived xenograft (PDX) models have been established from the 769 patients enrolled in an Institutional Review Board–approved clinical trial. Because genomics alone was insufficient to identify therapeutic options for the majority of patients with advanced disease, we used high-throughput drug screening to discover effective treatment strategies. Analysis of tumor-derived cells from four cases, two uterine malignancies and two colon cancers, identified effective drugs and drug combinations that were subsequently validated using 3-D cultures and PDX models. This platform thereby promotes the discovery of novel therapeutic approaches that can be assessed in clinical trials and provides personalized therapeutic options for individual patients where standard clinical options have been exhausted. Significance: Integration of genomic data with drug screening from personalized in vitro and in vivo cancer models guides precision cancer care and fuels next-generation research. Cancer Discov; 7(5); 462–77. ©2017 AACR. See related commentary by Picco and Garnett, p. 456. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 443

Comprehensive genomic characterization of prostate cancer has identified recurrent alterations in genes involved in androgen signaling, DNA repair, and PI3K signaling, among others. However, larger and uniform genomic analysis may identify additional recurrently mutated genes at lower frequencies. Here we aggregate and uniformly analyze exome sequencing data from 1,013 prostate cancers. We identify and validate a new class of E26 transformation-specific (ETS)-fusion-negative tumors defined by mutations in epigenetic regulators, as well as alterations in pathways not previously implicated in prostate cancer, such as the spliceosome pathway. We find that the incidence of significantly mutated genes (SMGs) follows a long-tail distribution, with many genes mutated in less than 3% of cases. We identify a total of 97 SMGs, including 70 not previously implicated in prostate cancer, such as the ubiquitin ligase CUL3 and the transcription factor SPEN. Finally, comparing primary and metastatic prostate cancer identifies a set of genomic markers that may inform risk stratification. Meta-analysis of exome sequencing data identifies new recurrently mutated driver genes for prostate cancer. Comparison of primary and metastatic tumors further identifies genomic markers for advanced prostate cancer that may inform risk stratification.

In advanced prostate cancer (APC), successful drug development as well as advances in imaging and molecular characterisation have resulted in multiple areas where there is lack of evidence or low level of evidence. The Advanced Prostate Cancer Consensus Conference (APCCC) 2017 addressed some of these topics. To present the report of APCCC 2017. Ten important areas of controversy in APC management were identified: high-risk localised and locally advanced prostate cancer; “oligometastatic” prostate cancer; castration-naïve and castration-resistant prostate cancer; the role of imaging in APC; osteoclast-targeted therapy; molecular characterisation of blood and tissue; genetic counselling/testing; side effects of systemic treatment(s); global access to prostate cancer drugs. A panel of 60 international prostate cancer experts developed the program and the consensus questions. The panel voted publicly but anonymously on 150 predefined questions, which have been developed following a modified Delphi process. Voting is based on panellist opinion, and thus is not based on a standard literature review or meta-analysis. The outcomes of the voting had varying degrees of support, as reflected in the wording of this article, as well as in the detailed voting results recorded in Supplementary data. The presented expert voting results can be used for support in areas of management of men with APC where there is no high-level evidence, but individualised treatment decisions should as always be based on all of the data available, including disease extent and location, prior therapies regardless of type, host factors including comorbidities, as well as patient preferences, current and emerging evidence, and logistical and economic constraints. Inclusion of men with APC in clinical trials should be strongly encouraged. Importantly, APCCC 2017 again identified important areas in need of trials specifically designed to address them. The second Advanced Prostate Cancer Consensus Conference APCCC 2017 did provide a forum for discussion and debates on current treatment options for men with advanced prostate cancer. The aim of the conference is to bring the expertise of world experts to care givers around the world who see less patients with prostate cancer. The conference concluded with a discussion and voting of the expert panel on predefined consensus questions, targeting areas of primary clinical relevance. The results of these expert opinion votes are embedded in the clinical context of current treatment of men with advanced prostate cancer and provide a practical guide to clinicians to assist in the discussions with men with prostate cancer as part of a shared and multidisciplinary decision-making process.

Purpose The prevalence and features of treatment-emergent small-cell neuroendocrine prostate cancer (t-SCNC) are not well characterized in the era of modern androgen receptor (AR)–targeting therapy. We sought to characterize the clinical and genomic features of t-SCNC in a multi-institutional prospective study. Methods Patients with progressive, metastatic castration-resistant prostate cancer (mCRPC) underwent metastatic tumor biopsy and were followed for survival. Metastatic biopsy specimens underwent independent, blinded pathology review along with RNA/DNA sequencing. Results A total of 202 consecutive patients were enrolled. One hundred forty-eight (73%) had prior disease progression on abiraterone and/or enzalutamide. The biopsy evaluable rate was 79%. The overall incidence of t-SCNC detection was 17%. AR amplification and protein expression were present in 67% and 75%, respectively, of t-SCNC biopsy specimens. t-SCNC was detected at similar proportions in bone, node, and visceral organ biopsy specimens. Genomic alterations in the DNA repair pathway were nearly mutually exclusive with t-SCNC differentiation ( P = .035). Detection of t-SCNC was associated with shortened overall survival among patients with prior AR-targeting therapy for mCRPC (hazard ratio, 2.02; 95% CI, 1.07 to 3.82). Unsupervised hierarchical clustering of the transcriptome identified a small-cell–like cluster that further enriched for adverse survival outcomes (hazard ratio, 3.00; 95% CI, 1.25 to 7.19). A t-SCNC transcriptional signature was developed and validated in multiple external data sets with > 90% accuracy. Multiple transcriptional regulators of t-SCNC were identified, including the pancreatic neuroendocrine marker PDX1. Conclusion t-SCNC is present in nearly one fifth of patients with mCRPC and is associated with shortened survival. The near-mutual exclusivity with DNA repair alterations suggests t-SCNC may be a distinct subset of mCRPC. Transcriptional profiling facilitates the identification of t-SCNC and novel therapeutic targets.