Ian Tomlinson and colleagues report the identification of germline variants in POLE and POLD1 that are susceptibility alleles for colorectal cancer. POLE and POLD1 encode DNA polymerases that function in DNA replication. Many individuals with multiple or large colorectal adenomas or early-onset colorectal cancer (CRC) have no detectable germline mutations in the known cancer predisposition genes. Using whole-genome sequencing, supplemented by linkage and association analysis, we identified specific heterozygous POLE or POLD1 germline variants in several multiple-adenoma and/or CRC cases but in no controls. The variants associated with susceptibility, POLE p.Leu424Val and POLD1 p.Ser478Asn, have high penetrance, and POLD1 mutation was also associated with endometrial cancer predisposition. The mutations map to equivalent sites in the proofreading (exonuclease) domain of DNA polymerases ɛ and δ and are predicted to cause a defect in the correction of mispaired bases inserted during DNA replication. In agreement with this prediction, the tumors from mutation carriers were microsatellite stable but tended to acquire base substitution mutations, as confirmed by yeast functional assays. Further analysis of published data showed that the recently described group of hypermutant, microsatellite-stable CRCs is likely to be caused by somatic POLE mutations affecting the exonuclease domain.

Familial adenomatous polyposis (FAP) is a well-described inherited syndrome, which is responsible for <1% of all colorectal cancer (CRC) cases. The syndrome is characterised by the development of hundreds to thousands of adenomas in the colorectum. Almost all patients will develop CRC if they are not identified and treated at an early stage. The syndrome is inherited as an autosomal dominant trait and caused by mutations in the APC gene. Recently, a second gene has been identified that also gives rise to colonic adenomatous polyposis, although the phenotype is less severe than typical FAP. The gene is the MUTYH gene and the inheritance is autosomal recessive. In April 2006 and February 2007, a workshop was organised in Mallorca by European experts on hereditary gastrointestinal cancer aiming to establish guidelines for the clinical management of FAP and to initiate collaborative studies. Thirty-one experts from nine European countries participated in these workshops. Prior to the meeting, various participants examined the most important management issues according to the latest publications. A systematic literature search using Pubmed and reference lists of retrieved articles, and manual searches of relevant articles, was performed. During the workshop, all recommendations were discussed in detail. Because most of the studies that form the basis for the recommendations were descriptive and/or retrospective in nature, many of them were based on expert opinion. The guidelines described herein may be helpful in the appropriate management of FAP families. In order to improve the care of these families further, prospective controlled studies should be undertaken.

Consensus abstract Background The management of primary rectal cancer beyond total mesorectal excision planes (PRC-bTME) and recurrent rectal cancer (RRC) is challenging. There is global variation in standards and no guidelines exist. To achieve cure most patients require extended, multivisceral, exenterative surgery, beyond conventional total mesorectal excision planes. The aim of the Beyond TME Group was to achieve consensus on the definitions and principles of management, and to identify areas of research priority. Methods Delphi methodology was used to achieve consensus. The Group consisted of invited experts from surgery, radiology, oncology and pathology. The process included two international dedicated discussion conferences, formal feedback, three rounds of editing and two rounds of anonymized web-based voting. Consensus was achieved with more than 80 per cent agreement; less than 80 per cent agreement indicated low consensus. During conferences held in September 2011 and March 2012, open discussion took place on areas in which there is a low level of consensus. Results The final consensus document included 51 voted statements, making recommendations on ten key areas of PRC-bTME and RRC. Consensus agreement was achieved on the recommendations of 49 statements, with 34 achieving consensus in over 95 per cent. The lowest level of consensus obtained was 76 per cent. There was clear identification of the need for referral to a specialist multidisciplinary team for diagnosis, assessment and further management. Conclusion The consensus process has provided guidance for the management of patients with PRC-bTME or RRC, taking into account global variations in surgical techniques and technology. It has further identified areas of research priority.

Aneuploidy, defined as the loss and gain of whole and part chromosomes, is a near-ubiquitous feature of cancer genomes, is prognostic, and likely an important determinant of cancer cell biology. In colorectal cancer (CRC), aneuploidy is found in virtually all tumours, including precursor adenomas. However, the temporal evolutionary dynamics that select for aneuploidy remain broadly uncharacterised. Here we perform genomic analysis of 755 samples from a total of 167 patients with colorectal-derived neoplastic lesions that cross-sectionally represent the distinct stages of tumour evolution, and longitudinally track individual tumours through metastasis and treatment. Precancer lesions (adenomas) exhibited low levels of aneuploidy but high intra-tumour heterogeneity, whereas cancers had high aneuploidy but low heterogeneity, indicating that progression is through a genetic bottleneck that suppresses diversity. Individual CRC glands from the same tumour have similar karyotypes, despite prior evidence of ongoing instability at the cell level. Pseudo-stable aneuploid genomes were observed in metastatic lesions sampled from liver and other organs, after chemo- or targeted therapies, and late recurrences detected many years after the diagnosis of a primary tumour. Modelling indicates that these data are consistent with the action of stabilising selection that "traps" cancer cell genomes on a fitness peak defined by the specific pattern of aneuploidy. These data show that the initial progression of CRC requires the traversal of a rugged fitness landscape and subsequent genomic evolution, including metastatic dissemination and therapeutic resistance, is constrained by stabilising selection.

Abstract Molecular clocks record cellular ancestry. However, currently used clocks ‘tick too slowly’ to measure the short-timescale dynamics of cellular renewal in adult tissues. Here we develop ‘rapidly oscillating DNA methylation clocks’ where ongoing (de)methylation causes the clock to ‘tick-tock’ back-and-forth between methylated and unmethylated states like a pendulum. We identify oscillators using standard methylation arrays and develop a mathematical modelling framework to quantitatively measure human adult stem cell dynamics from these data. Small intestinal crypts were inferred to contain slightly more stem cells than colon (6.5 ± 1.0 vs 5.8 ± 1.7 stem cells/crypt) with slower stem cell replacement in small intestine (0.79 ± 0.5 vs 1.1 ± 0.8 replacements/stem cell/year). Germline APC mutation increased the number of replacements per crypt (13.0 ± 2.4 replacements/crypt/year vs 6.9 ± 4.6 for healthy colon). In blood, we measure rapid expansion of acute leukaemia and slower growth of chronic disease. Rapidly oscillating molecular clocks are a new methodology to quantitatively measure human somatic cell dynamics.