Muscle-invasive bladder cancers (MIBCs) are biologically heterogeneous and have widely variable clinical outcomes and responses to conventional chemotherapy. We discovered three molecular subtypes of MIBC that resembled established molecular subtypes of breast cancer. Basal MIBCs shared biomarkers with basal breast cancers and were characterized by p63 activation, squamous differentiation, and more aggressive disease at presentation. Luminal MIBCs contained features of active PPARγ and estrogen receptor transcription and were enriched with activating FGFR3 mutations and potential FGFR inhibitor sensitivity. p53-like MIBCs were consistently resistant to neoadjuvant methotrexate, vinblastine, doxorubicin and cisplatin chemotherapy, and all chemoresistant tumors adopted a p53-like phenotype after therapy. Our observations have important implications for prognostication, the future clinical development of targeted agents, and disease management with conventional chemotherapy.

Aneuploidy, whole chromosome or chromosome arm imbalance, is a near-universal characteristic of human cancers. In 10,522 cancer genomes from The Cancer Genome Atlas, aneuploidy was correlated with TP53 mutation, somatic mutation rate, and expression of proliferation genes. Aneuploidy was anti-correlated with expression of immune signaling genes, due to decreased leukocyte infiltrates in high-aneuploidy samples. Chromosome arm-level alterations show cancer-specific patterns, including loss of chromosome arm 3p in squamous cancers. We applied genome engineering to delete 3p in lung cells, causing decreased proliferation rescued in part by chromosome 3 duplication. This study defines genomic and phenotypic correlates of cancer aneuploidy and provides an experimental approach to study chromosome arm aneuploidy.

Summary

 DNA damage repair (DDR) pathways modulate cancer risk, progression, and therapeutic response. We systematically analyzed somatic alterations to provide a comprehensive view of DDR deficiency across 33 cancer types. Mutations with accompanying loss of heterozygosity were observed in over 1/3 of DDR genes, including TP53 and BRCA1/2. Other prevalent alterations included epigenetic silencing of the direct repair genes EXO5, MGMT, and ALKBH3 in ∼20% of samples. Homologous recombination deficiency (HRD) was present at varying frequency in many cancer types, most notably ovarian cancer. However, in contrast to ovarian cancer, HRD was associated with worse outcomes in several other cancers. Protein structure-based analyses allowed us to predict functional consequences of rare, recurrent DDR mutations. A new machine-learning-based classifier developed from gene expression data allowed us to identify alterations that phenocopy deleterious TP53 mutations. These frequent DDR gene alterations in many human cancers have functional consequences that may determine cancer progression and guide therapy.

We conducted the largest investigation of predisposition variants in cancer to date, discovering 853 pathogenic or likely pathogenic variants in 8% of 10,389 cases from 33 cancer types. Twenty-one genes showed single or cross-cancer associations, including novel associations of SDHA in melanoma and PALB2 in stomach adenocarcinoma. The 659 predisposition variants and 18 additional large deletions in tumor suppressors, including ATM, BRCA1, and NF1, showed low gene expression and frequent (43%) loss of heterozygosity or biallelic two-hit events. We also discovered 33 such variants in oncogenes, including missenses in MET, RET, and PTPN11 associated with high gene expression. We nominated 47 additional predisposition variants from prioritized VUSs supported by multiple evidences involving case-control frequency, loss of heterozygosity, expression effect, and co-localization with mutations and modified residues. Our integrative approach links rare predisposition variants to functional consequences, informing future guidelines of variant classification and germline genetic testing in cancer.

We analyzed molecular data on 2,579 tumors from The Cancer Genome Atlas (TCGA) of four gynecological types plus breast. Our aims were to identify shared and unique molecular features, clinically significant subtypes, and potential therapeutic targets. We found 61 somatic copy-number alterations (SCNAs) and 46 significantly mutated genes (SMGs). Eleven SCNAs and 11 SMGs had not been identified in previous TCGA studies of the individual tumor types. We found functionally significant estrogen receptor-regulated long non-coding RNAs (lncRNAs) and gene/lncRNA interaction networks. Pathway analysis identified subtypes with high leukocyte infiltration, raising potential implications for immunotherapy. Using 16 key molecular features, we identified five prognostic subtypes and developed a decision tree that classified patients into the subtypes based on just six features that are assessable in clinical laboratories.

Responses to anti-PD-1 immunotherapy occur but are infrequent in bladder cancer. The specific T cells that mediate tumor rejection are unknown. T cells from human bladder tumors and non-malignant tissue were assessed with single-cell RNA and paired T cell receptor (TCR) sequencing of 30,604 T cells from 7 patients. We find that the states and repertoires of CD8+ T cells are not distinct in tumors compared with non-malignant tissues. In contrast, single-cell analysis of CD4+ T cells demonstrates several tumor-specific states, including multiple distinct states of regulatory T cells. Surprisingly, we also find multiple cytotoxic CD4+ T cell states that are clonally expanded. These CD4+ T cells can kill autologous tumors in an MHC class II-dependent fashion and are suppressed by regulatory T cells. Further, a gene signature of cytotoxic CD4+ T cells in tumors predicts a clinical response in 244 metastatic bladder cancer patients treated with anti-PD-L1.

Highlights•SCCs show chromosome or methylation alterations affecting multiple related genes•These regulate squamous stemness, differentiation, growth, survival, and inflammation•Copy-quiet SCCs have hypermethylated (FANCF, TET1) or mutated (CASP8, MAPK-RAS) genes•Potential targets include ΔNp63, WEE1, IAPs, PI3K-mTOR/MAPK, and immune responsesSummaryThis integrated, multiplatform PanCancer Atlas study co-mapped and identified distinguishing molecular features of squamous cell carcinomas (SCCs) from five sites associated with smoking and/or human papillomavirus (HPV). SCCs harbor 3q, 5p, and other recurrent chromosomal copy-number alterations (CNAs), DNA mutations, and/or aberrant methylation of genes and microRNAs, which are correlated with the expression of multi-gene programs linked to squamous cell stemness, epithelial-to-mesenchymal differentiation, growth, genomic integrity, oxidative damage, death, and inflammation. Low-CNA SCCs tended to be HPV(+) and display hypermethylation with repression of TET1 demethylase and FANCF, previously linked to predisposition to SCC, or harbor mutations affecting CASP8, RAS-MAPK pathways, chromatin modifiers, and immunoregulatory molecules. We uncovered hypomethylation of the alternative promoter that drives expression of the ΔNp63 oncogene and embedded miR944. Co-expression of immune checkpoint, T-regulatory, and Myeloid suppressor cells signatures may explain reduced efficacy of immune therapy. These findings support possibilities for molecular classification and therapeutic approaches.Graphical abstract

Active surveillance (AS) is an option for the initial management of early-stage prostate cancer. Current risk stratification schema identify patients with low-risk disease who are presumed to be most suitable for AS. However, some men with higher risk disease also elect AS; outcomes for such men have not been widely reported.Men managed with AS at University of California, San Francisco, were classified as low- or intermediate-risk based on serum prostate-specific antigen (PSA), Gleason grade, extent of biopsy involvement, and T stage. Clinical and demographic characteristics, and progression in terms of Gleason score, PSA kinetics, and active treatment were compared between men with low- and intermediate-risk tumors.Compared to men with low-risk tumors, those with intermediate-risk tumors were older (mean, 64.9 v 62.3 years) with higher mean PSA values (10.9 v 5.1 ng/mL), and more tumor involvement (mean, 20.4% v 15.3% positive biopsy cores; all P < .01). Within 4 years of the first positive biopsy, the clinical risk group did not differ in terms of the proportions experiencing progression-free survival, (low [54%] v intermediate [61%]; log-rank P = .22) or the proportions who underwent active treatment (low [30%] v intermediate [35%]; log-rank P = .88). Among men undergoing surgery, none were node positive and none had biochemical recurrence within 3 years.Selected men with intermediate-risk features be appropriate candidates for AS, and are not necessarily more likely to progress. AS for these men may provide an opportunity to further reduce overtreatment of disease that is unlikely to progress to advanced cancer.

PURPOSE There is significant interest in identifying complete responders to neoadjuvant chemotherapy (NAC) before radical cystectomy (RC) to potentially avoid removal of a pathologically benign bladder. However, clinical restaging after NAC is highly inaccurate. The objective of this study was to develop a next-generation sequencing–based molecular assay using urine to enhance clinical staging of patients with bladder cancer. METHODS Urine samples from 20 and 44 patients with bladder cancer undergoing RC were prospectively collected for retrospective analysis for molecular correlate analysis from two clinical trials, respectively. The first cohort was used to benchmark the assay, and the second was used to determine the performance characteristics of the test as it correlates to responder status as measured by pathologic examination. RESULTS First, to benchmark the assay, known mutations identified in the tissue (M T ) of patients from the Accelerated Methotrexate, Vinblastine, Doxorubicin, Cisplatin trial (ClinicalTrials.gov identifier: NCT01611662 , n = 16) and a cohort from University of California-San Francisco (n = 4) were cross referenced against mutation profiles from urine (M U ). We then determined the correlation between M U persistence and residual disease in pre-RC urine samples from a second prospective clinical trial (The pT0 trial; ClinicalTrials.gov identifier: NCT02968732 ). Residual M U status correlated strongly with residual disease status (pT0 trial; n = 44; P = .0092) when M U from urine supernatant and urine pellet were assessed separately and analyzed in tandem. The sensitivity, specificity, PPV, and NPV were 91%, 50%, 86%, and 63% respectively, with an overall accuracy of 82% for this second cohort. CONCLUSION M U are representative of M T and thus can be used to enhance clinical staging of urothelial carcinoma. Urine biopsy may be used as a reliable tool that can be further developed to identify complete response to NAC in anticipation of safe RC avoidance.