Abstract Genomic alterations driving tumorigenesis result from the interaction of environmental exposures and endogenous cellular processes. With a diversity of risk factors, liver cancer is an ideal model to study these interactions. Here, we analyze the whole genomes of 44 new and 264 published liver cancers and we identify 10 mutational and 6 structural rearrangement signatures showing distinct relationships with environmental exposures, replication, transcription, and driver genes. The liver cancer-specific signature 16, associated with alcohol, displays a unique feature of transcription-coupled damage and is the main source of CTNNB1 mutations. Flood of insertions/deletions (indels) are identified in very highly expressed hepato-specific genes, likely resulting from replication-transcription collisions. Reconstruction of sub-clonal architecture reveals mutational signature evolution during tumor development exemplified by the vanishing of aflatoxin B1 signature in African migrants. Finally, chromosome duplications occur late and may represent rate-limiting events in tumorigenesis. These findings shed new light on the natural history of liver cancers.

The cytidine analogues azacytidine and 5-aza-2'-deoxycytidine (decitabine) are commonly used to treat myelodysplastic syndromes, with or without a myeloproliferative component. It remains unclear whether the response to these hypomethylating agents results from a cytotoxic or an epigenetic effect. In this study, we address this question in chronic myelomonocytic leukaemia. We describe a comprehensive analysis of the mutational landscape of these tumours, combining whole-exome and whole-genome sequencing. We identify an average of 14±5 somatic mutations in coding sequences of sorted monocyte DNA and the signatures of three mutational processes. Serial sequencing demonstrates that the response to hypomethylating agents is associated with changes in DNA methylation and gene expression, without any decrease in the mutation allele burden, nor prevention of new genetic alteration occurence. Our findings indicate that cytosine analogues restore a balanced haematopoiesis without decreasing the size of the mutated clone, arguing for a predominantly epigenetic effect.

Abstract European genetic ancestry originates from three main ancestral populations - Western hunter-gatherers, early European farmers and Yamnaya Eurasian herders - whose edges geographically met in present-day France. Despite its central role to our understanding of how the ancestral populations interacted and gave rise to modern population structure, the population history of France has remained largely understudied. Here, we analysed the high-coverage whole-genome sequences and genome-wide genotype profiles of respectively 856 and 3,234 present-day individuals from the northern half of France, and merged them with publicly available present-day and ancient Europe-wide genotype datasets. We also explored, for the first time, the whole-genome sequences of six mediaeval individuals (300-1100 CE) from Western France to gain insights into the genetic impact of what is commonly known as the Migration Period in Europe. We found extensive fine-scale population structure across Brittany and the downstream Loire basin, emphasising the need for investigating local populations to better understand the distribution of rare and putatively deleterious variants across space. Overall, we observed an increased population differentiation between the northern and southern sides of the river Loire, which are characterised by different proportions of steppe vs. Neolithic-related ancestry. Samples from Western Brittany carry the largest levels of steppe ancestry and show high levels of allele sharing with individuals associated with the Bell Beaker complex, levels that are only comparable with those found in populations lying on the northwestern edges of Europe. Together, our results imply that present-day individuals from Western Brittany retain substantial legacy of the genetic changes that occurred in Northwestern Europe following the arrival of the Bell Beaker people c. 2500 BCE. Such genetic legacy may explain the sharing of disease-related alleles with other present-day populations from Western Britain and Ireland.

Summary Malignant Pleural Mesothelioma (MPM) is an aggressive cancer with rising incidence and challenging clinical management. Using the largest series of whole-genome sequencing data integrated with transcriptomic and epigenomic data using multi-omic factor analysis, we demonstrate that MPM heterogeneity arises from four sources of variation: tumor cell morphology, ploidy, adaptive immune response, and CpG island methylator phenotype. Previous genomic studies focused on describing only the tumor cell morphology factor, although we robustly find the three other sources in all publicly available cohorts. We prove how these sources of variation explain the biological functions performed by the cancer cells, and how genomic events shape MPM molecular profiles. We show how these new sources of variation help understand the heterogeneity of the clinical behavior of MPM and drug responses measured in cell lines. These findings unearth the interplay between MPM functional biology and its genomic history, and ultimately, inform classification, prognostication and treatment. Graphical abstract

Abstract Highlanders and lowlanders of Papua New Guinea (PNG) have faced distinct environmental conditions. These environmental differences lead to specific stress on PNG highlanders and lowlanders, such as hypoxia and environment-specific pathogen exposure, respectively. We hypothesise that these constraints induced specific selective pressures that shaped the genomes of both populations. In this study, we explored signatures of selection in newly sequenced whole genomes of 54 PNG highlanders and 74 PNG lowlanders. Based on multiple methods to detect selection, we investigated the 21 and 23 genomic top candidate regions for positive selection in PNG highlanders and PNG lowlanders, respectively. To identify the most likely candidate SNP driving selection in each of these regions, we computationally reconstructed allele frequency trajectories of variants in each of these regions and chose the SNP with the highest likelihood of being under selection with CLUES. We show that regions with signatures of positive selection in PNG highlanders genomes encompass genes associated with the hypoxia-inducible factors pathway, brain development, blood composition, and immunity, while selected genomic regions in PNG lowlanders contain genes related to immunity and blood composition. We found that several candidate driver SNPs are associated with haematological phenotypes in the UK biobank. Moreover, using phenotypes measured from the sequenced Papuans, we found that two candidate SNPs are significantly associated with altered heart rates in PNG highlanders and lowlanders. Furthermore, we found that 16 of the 44 selection candidate regions harboured archaic introgression. In four of these regions, the selection signal might be driven by the introgressed archaic haplotypes, suggesting a significant role of archaic admixture in local adaptation in PNG populations.

In cancer, clonal evolution is characterized based on single nucleotide variants and copy number alterations. Nonetheless, previous methods failed to combine information from both sources to accurately reconstruct clonal populations in a given tumor sample or in a set of tumor samples coming from the same patient. Moreover, previous methods accepted as input all variants predicted by variant-callers, regardless of differences in dispersion of variant allele frequencies (VAFs) due to uneven depth of coverage and possible presence of strand bias, prohibiting accurate inference of clonal architecture. We present a general framework for assignment of functional mutations to specific cancer clones, which is based on distinction between passenger variants with expected low dispersion of VAF versus putative functional variants, which may not be used for the reconstruction of cancer clonal architecture but can be assigned to inferred clones at the final stage. The key element of our framework is QuantumClone, a method to cluster variants into clones, which we have thoroughly tested on simulated data. QuantumClone takes into account VAFs and genotypes of corresponding regions together with information about normal cell contamination. We applied our framework to whole genome sequencing data for 19 neuroblastoma trios each including constitutional, diagnosis and relapse samples. We discovered specific pathways recurrently altered by deleterious mutations in different clonal populations. Some such pathways were previously reported (e.g., MAPK and neuritogenesis) while some were novel (e.g., epithelial–mesenchymal transition, cell survival and DNA repair). Most pathways and their modules had more mutations at relapse compared to diagnosis.

Abstract Background Interest in genomic medicine for human health studies and clinical applications is rapidly increasing. Clinical applications require contamination-free samples to avoid misleading results and provide a sound basis for diagnosis. Results Here we present ContaTester, a tool which requires only allele balance information gathered from a VCF file to detect cross-contamination in germline human DNA samples. Based on a regression model of allele balance distribution, ContaTester allows fast checking of contamination levels for single samples or large cohorts (less than two minutes per sample). We demonstrate the efficiency of ContaTester using experimental validations: ContaTester shows similar results to methods requiring alignment data but with a significantly reduced storage footprint and less computation time. Additionally, for contamination levels above 5%, ContaTester can identify contaminants across a cohort, providing important clues for troubleshooting and quality assessment. Conclusions ContaTester estimates contamination levels from VCF files generated from whole genome sequencing normal sample and provides reliable contaminant identification for cohorts or experimental batches.

The demographical history of France remains largely understudied despite its central role toward understanding modern population structure across Western Europe. Here, by exploring publicly available Europe-wide genotype datasets together with the genomes of 3234 present-day and six newly sequenced medieval individuals from Northern France, we found extensive fine-scale population structure across Brittany and the downstream Loire basin and increased population differentiation between the northern and southern sides of the river Loire, associated with higher proportions of steppe vs. Neolithic-related ancestry. We also found increased allele sharing between individuals from Western Brittany and those associated with the Bell Beaker complex. Our results emphasise the need for investigating local populations to better understand the distribution of rare (putatively deleterious) variants across space and the importance of common genetic legacy in understanding the sharing of disease-related alleles between Brittany and people from western Britain and Ireland.

ABSTRACT Background The duplication of genes is one of the main genetic mechanisms that led to the gain in complexity of biological tissue. Although the implication of duplicated gene expression in brain evolution was extensively studied through comparisons between organs, their role in the regional specialization of the adult human central nervous system has not yet been well described. Results Our work explored intra-organ expression properties of paralogs through multiple territories of the human central nervous system (CNS) using transcriptome data generated by the Genotype-Tissue Expression (GTEx) consortium. Interestingly, we found that paralogs were associated with region-specific expression in CNS, suggesting their involvement in the differentiation of these territories. Beside the influence of gene expression level on region-specificity, we observed the contribution of both duplication age and duplication type to the CNS region-specificity of paralogs. Indeed, we found that small scale duplicated genes (SSDs) and in particular ySSDs (SSDs younger than the 2 rounds of whole genome duplications) were more CNS region-specific than other paralogs. Next, by studying the two paralogs of ySSD pairs, we observed that when they were region-specific, they tend to be specific to the same region more often than for other paralogs, showing the high co-expression of ySSD pairs. Extension of this analysis to families of paralogs showed that the families with co-expressed gene members (i.e. homogeneous families) were enriched in ySSDs. Furthermore, these homogeneous families tended to be region-specific families, where the majority of their gene members were specifically expressed in the same region. Conclusions Overall, our study suggests the major involvement of ySSDs in the differentiation of human central nervous system territories. Therefore, we show the relevance of exploring region-specific expression of paralogs at the intra-organ level.