Primary triple-negative breast cancers are shown to vary widely and continuously in the degree of clonal evolution and mutational content at the time of diagnosis, with implications for future studies of the disease. Samuel Aparicio et al. provide an in-depth genomic view of primary triple-negative breast cancers (TNBC), which represent approximately 16% of all breast cancers. TNBC cells are deficient in the expression of receptors for oestrogen, progesterone and epidermal growth factor. Through a combination of transcriptomic data and copy-number variation, this study shows that TNBCs vary widely and continuously in the content of clonal genotypes at the time of diagnosis. This means that future studies will need to consider individual tumour clonal genotypes. Primary triple-negative breast cancers (TNBCs), a tumour type defined by lack of oestrogen receptor, progesterone receptor and ERBB2 gene amplification, represent approximately 16% of all breast cancers1. Here we show in 104 TNBC cases that at the time of diagnosis these cancers exhibit a wide and continuous spectrum of genomic evolution, with some having only a handful of coding somatic aberrations in a few pathways, whereas others contain hundreds of coding somatic mutations. High-throughput RNA sequencing (RNA-seq) revealed that only approximately 36% of mutations are expressed. Using deep re-sequencing measurements of allelic abundance for 2,414 somatic mutations, we determine for the first time—to our knowledge—in an epithelial tumour subtype, the relative abundance of clonal frequencies among cases representative of the population. We show that TNBCs vary widely in their clonal frequencies at the time of diagnosis, with the basal subtype of TNBC2,3 showing more variation than non-basal TNBC. Although p53 (also known as TP53), PIK3CA and PTEN somatic mutations seem to be clonally dominant compared to other genes, in some tumours their clonal frequencies are incompatible with founder status. Mutations in cytoskeletal, cell shape and motility proteins occurred at lower clonal frequencies, suggesting that they occurred later during tumour progression. Taken together, our results show that understanding the biology and therapeutic responses of patients with TNBC will require the determination of individual tumour clonal genotypes.

Many long non-coding RNAs (lncRNAs) affect gene expression, but the mechanisms by which they act are still largely unknown. One of the best-studied lncRNAs is Xist, which is required for transcriptional silencing of one X chromosome during development in female mammals. Despite extensive efforts to define the mechanism of Xist-mediated transcriptional silencing, we still do not know any proteins required for this role. The main challenge is that there are currently no methods to comprehensively define the proteins that directly interact with a lncRNA in the cell. Here we develop a method to purify a lncRNA from cells and identify proteins interacting with it directly using quantitative mass spectrometry. We identify ten proteins that specifically associate with Xist, three of these proteins--SHARP, SAF-A and LBR--are required for Xist-mediated transcriptional silencing. We show that SHARP, which interacts with the SMRT co-repressor that activates HDAC3, is not only essential for silencing, but is also required for the exclusion of RNA polymerase II (Pol II) from the inactive X. Both SMRT and HDAC3 are also required for silencing and Pol II exclusion. In addition to silencing transcription, SHARP and HDAC3 are required for Xist-mediated recruitment of the polycomb repressive complex 2 (PRC2) across the X chromosome. Our results suggest that Xist silences transcription by directly interacting with SHARP, recruiting SMRT, activating HDAC3, and deacetylating histones to exclude Pol II across the X chromosome.

Autism spectrum disorder (ASD) manifests as alterations in complex human behaviors including social communication and stereotypies. In addition to genetic risks, the gut microbiome differs between typically developing (TD) and ASD individuals, though it remains unclear whether the microbiome contributes to symptoms. We transplanted gut microbiota from human donors with ASD or TD controls into germ-free mice and reveal that colonization with ASD microbiota is sufficient to induce hallmark autistic behaviors. The brains of mice colonized with ASD microbiota display alternative splicing of ASD-relevant genes. Microbiome and metabolome profiles of mice harboring human microbiota predict that specific bacterial taxa and their metabolites modulate ASD behaviors. Indeed, treatment of an ASD mouse model with candidate microbial metabolites improves behavioral abnormalities and modulates neuronal excitability in the brain. We propose that the gut microbiota regulates behaviors in mice via production of neuroactive metabolites, suggesting that gut-brain connections contribute to the pathophysiology of ASD.

Abstract Next-generation sequencing of follicular lymphoma and diffuse-large B-cell lymphoma has revealed frequent somatic, heterozygous Y641 mutations in the histone methyltransferase EZH2. Heterozygosity and the presence of equal quantities of both mutant and wild-type mRNA and expressed protein suggest a dominant mode of action. Surprisingly, B-cell lymphoma cell lines and lymphoma samples harboring heterozygous EZH2Y641 mutations have increased levels of histone H3 Lys-27–specific trimethylation (H3K27me3). Expression of EZH2Y641F/N mutants in cells with EZH2WT resulted in an increase of H3K27me3 levels in vivo. Structural modeling of EZH2Y641 mutants suggests a “Tyr/Phe switch” model whereby structurally neutral, nontyrosine residues at position 641 would decrease affinity for unmethylated and monomethylated H3K27 substrates and potentially favor trimethylation. We demonstrate, using in vitro enzyme assays of reconstituted PRC2 complexes, that Y641 mutations result in a decrease in monomethylation and an increase in trimethylation activity of the enzyme relative to the wild-type enzyme. This represents the first example of a disease-associated gain-of-function mutation in a histone methyltransferase, whereby somatic EZH2 Y641 mutations in lymphoma act dominantly to increase, rather than decrease, histone methylation. The dominant mode of action suggests that allele-specific EZH2 inhibitors should be a future therapeutic strategy for this disease.

Abstract Oligodendroglioma is characterized by unique clinical, pathological, and genetic features. Recurrent losses of chromosomes 1p and 19q are strongly associated with this brain cancer but knowledge of the identity and function of the genes affected by these alterations is limited. We performed exome sequencing on a discovery set of 16 oligodendrogliomas with 1p/19q co‐deletion to identify new molecular features at base‐pair resolution. As anticipated, there was a high rate of IDH mutations: all cases had mutations in either IDH1 (14/16) or IDH2 (2/16). In addition, we discovered somatic mutations and insertions/deletions in the CIC gene on chromosome 19q13.2 in 13/16 tumours. These discovery set mutations were validated by deep sequencing of 13 additional tumours, which revealed seven others with CIC mutations, thus bringing the overall mutation rate in oligodendrogliomas in this study to 20/29 (69%). In contrast, deep sequencing of astrocytomas and oligoastrocytomas without 1p/19q loss revealed that CIC alterations were otherwise rare (1/60; 2%). Of the 21 non‐synonymous somatic mutations in 20 CIC ‐mutant oligodendrogliomas, nine were in exon 5 within an annotated DNA‐interacting domain and three were in exon 20 within an annotated protein‐interacting domain. The remaining nine were found in other exons and frequently included truncations. CIC mutations were highly associated with oligodendroglioma histology, 1p/19q co‐deletion, and IDH1/2 mutation ( p < 0.001). Although we observed no differences in the clinical outcomes of CIC mutant versus wild‐type tumours, in a background of 1p/19q co‐deletion, hemizygous CIC mutations are likely important. We hypothesize that the mutant CIC on the single retained 19q allele is linked to the pathogenesis of oligodendrogliomas with IDH mutation. Our detailed study of genetic aberrations in oligodendroglioma suggests a functional interaction between CIC mutation, IDH1/2 mutation, and 1p/19q co‐deletion. Copyright © 2011 Pathological Society of Great Britain and Ireland. Published by John Wiley & Sons, Ltd.

SUMMARY The gastrointestinal (GI) tract is extensively innervated by both intrinsic neurons of the enteric nervous system (ENS) and extrinsic neurons of the central nervous system (CNS) and peripheral ganglia that together regulate gut motility, secretion, and immunity. The GI tract also harbors a diverse microbiome, but interactions between the ENS and the gut microbes remain poorly understood. Herein, we activated gut-associated neurons in mice to determine effects on intestinal microbial communities and their metabolites, as well as on host physiology. We used recombinant adeno-associated viral vectors with enhanced tropism for the gut, and no targeting to the brain, to chemogenetically activate either choline acetyltransferase (ChAT)-expressing or tyrosine hydroxylase (TH)-expressing neurons in the periphery. Targeted activation of discrete neuronal subtypes distinctively altered the metagenome, fecal metabolome, and mouse and microbial proteomes. The resulting datasets provide a rich resource, revealing broad and previously unknown roles for ChAT + and TH + neurons in modulating microbiome structure, and providing evidence for novel ENS functions such as shaping bile acid profiles and regulating fungal colonization of the gut. Further, ChAT + neuronal activation upregulated transcriptional pathways for muscle cell proliferation, angiogenesis, and muscle development. Physiologically, while mice displayed increased fecal output following activation of gut-associated ChAT + and TH + neurons, only ChAT + neuronal activation resulted in increased colonic migrating motor complexes and diarrhea-like fluid secretion. These findings suggest that specific subsets of peripherally-activated ENS neurons differentially regulate the gut microbiome and GI physiology in mice.

This technical note presents a comprehensive proteomics workflow for the new combination of Orbitrap and Astral mass analyzers across biofluids, cells, and tissues. Central to our workflow is the integration of Adaptive Focused Acoustics (AFA) technology for cells and tissue lysis, to ensure robust and reproducible sample preparation in a high-throughput manner. Furthermore, we automated the detergent-compatible single-pot, solid-phase-enhanced sample Preparation (SP3) method for protein digestion, a technique that streamlines the process by combining purification and digestion steps, thereby reducing sample loss and improving efficiency. The synergy of these advanced methodologies facilitates a robust and high-throughput approach for cells and tissue analysis, an important consideration in translational research. This work disseminates our platform workflow, analyzes the effectiveness, demonstrates reproducibility of the results, and highlights the potential of these technologies in biomarker discovery and disease pathology. For cells and tissues (heart, liver, lung, and intestine) proteomics analysis by data-independent acquisition mode, identifications exceeding 10,000 proteins can be achieved with a 24-minute active gradient. In 200ng injections of HeLa digest across multiple gradients, an average of more than 80% of proteins have a CV less than 20%, and a 45-minute run covers ~90% of the expressed proteome. In plasma samples including naive, depleted, perchloric acid precipitated, and Seer nanoparticle captured, all with a 24-minute gradient length, we identified 87, 108, 96 and 137 out of 216 FDA approved circulating protein biomarkers, respectively. This complete workflow allows for large swaths of the proteome to be identified and is compatible across diverse sample types.

ABSTRACT The adaptive immune system distinguishes self from non-self by surveying peptides generated from degradation of intracellular proteins that are loaded onto MHC Class I molecules for display on the cell surface. While early studies reported that the bulk of cell surface MHC Class I complexes require the ubiquitin-proteasome system (UPS) for their generation, this conclusion has been challenged. To better understand MHC Class I peptide origins, we sought to carry out a comprehensive, quantitative census of the MHC Class I peptide repertoire in the presence and absence of UPS activity. We introduce optimized methodology to enrich for authentic Class I-bound peptides in silico and then quantify by mass spectrometry their relative amounts upon perturbation of the ubiquitin-proteasome system. Whereas most peptides are dependent on the proteasome and ubiquitination for their generation, a surprising 30% of the MHC Class I repertoire, enriched in peptides of mitochondrial origin, appears independent of these pathways. A further ∼10% of Class I-bound peptides were found to be dependent on the proteasome but independent of ubiquitination for their generation. Notably, clinically achievable partial inhibition of the proteasome resulted in display of novel peptides antigens, at least one of which promotes immune system activation. Our results suggest that generation of MHC Class I•peptide complexes is more complex than previously recognized and also provide evidence for compensatory peptide-generating pathways when canonical pathways are impaired.

Abstract Background Accurate discovery assay workflows are critical for identifying authentic circulating protein biomarkers in diverse blood matrices. Maximizing the commonalities in the proteomic workflows between different biofluids simplifies the approach and increases the likelihood for reproducibility. We developed a workflow that allows flexibility for high and mid-throughput analysis for three blood-based proteomes: naive plasma, plasma depleted of the 14 most abundant proteins, and dried blood. Methods Optimal conditions for sample preparation and DIA-MS analysis were established in plasma then automated and adapted for depleted plasma and whole blood. The MS workflow was modified to facilitate sensitive high-throughput or deep profile analysis with mid-throughput analysis. Analytical performance was evaluated from 5 complete workflows repeated over 3 days as well as a linearity analysis of a 5–6-point dilution curve. Result Using our high-throughput workflow, 74%, 93%, 87% of peptides displayed an inter-day CV<30% in plasma, depleted plasma and whole blood. While the mid-throughput workflow had 67%, 90%, 78% of peptides in plasma, depleted plasma and whole blood meeting the CV<30% standard. Lower limits of detection and quantitation were determined for proteins and peptides observed in each biofluid and workflow. Combining the analysis of both high-throughput plasma fractions exceeded the number of reliably identified proteins for individual biofluids in the mid-throughput workflows. Conclusion The workflow established here allowed for reliable detection of proteins covering a broad dynamic range. We envisage that implementation of this standard workflow on a large scale will facilitate the translation of candidate markers into clinical use.

This Technical Note presents a comprehensive proteomics workflow for the new combination of Orbitrap and Astral mass analyzers across biofluids, cells, and tissues. Central to our workflow is the integration of Adaptive Focused Acoustics (AFA) technology for cells and tissue lysis to ensure robust and reproducible sample preparation in a high-throughput manner. Furthermore, we automated the detergent-compatible single-pot, solid-phase-enhanced sample Preparation (SP3) method for protein digestion. The synergy of these advanced methodologies facilitates a robust and high-throughput approach for cell and tissue analysis, an important consideration in translational research. This work disseminates our platform workflow, analyzes the effectiveness, demonstrates the reproducibility of the results, and highlights the potential of these technologies in biomarker discovery and disease pathology. For cells and tissues (heart, liver, lung, and intestine) proteomics analysis by data-independent acquisition mode, identifications exceeding 10,000 proteins can be achieved with a 24 min active gradient. In 200 ng injections of HeLa digest across multiple gradients, an average of more than 80% of proteins have a CV less than 20%, and a 45 min run covers ∼90% of the expressed proteome. This complete workflow allows for large swaths of the proteome to be identified and is compatible with diverse sample types.