Abstract Transcript alterations often result from somatic changes in cancer genomes 1 . Various forms of RNA alterations have been described in cancer, including overexpression 2 , altered splicing 3 and gene fusions 4 ; however, it is difficult to attribute these to underlying genomic changes owing to heterogeneity among patients and tumour types, and the relatively small cohorts of patients for whom samples have been analysed by both transcriptome and whole-genome sequencing. Here we present, to our knowledge, the most comprehensive catalogue of cancer-associated gene alterations to date, obtained by characterizing tumour transcriptomes from 1,188 donors of the Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes (PCAWG) Consortium of the International Cancer Genome Consortium (ICGC) and The Cancer Genome Atlas (TCGA) 5 . Using matched whole-genome sequencing data, we associated several categories of RNA alterations with germline and somatic DNA alterations, and identified probable genetic mechanisms. Somatic copy-number alterations were the major drivers of variations in total gene and allele-specific expression. We identified 649 associations of somatic single-nucleotide variants with gene expression in cis , of which 68.4% involved associations with flanking non-coding regions of the gene. We found 1,900 splicing alterations associated with somatic mutations, including the formation of exons within introns in proximity to Alu elements. In addition, 82% of gene fusions were associated with structural variants, including 75 of a new class, termed ‘bridged’ fusions, in which a third genomic location bridges two genes. We observed transcriptomic alteration signatures that differ between cancer types and have associations with variations in DNA mutational signatures. This compendium of RNA alterations in the genomic context provides a rich resource for identifying genes and mechanisms that are functionally implicated in cancer.

Abstract About half of all cancers have somatic integrations of retrotransposons. Here, to characterize their role in oncogenesis, we analyzed the patterns and mechanisms of somatic retrotransposition in 2,954 cancer genomes from 38 histological cancer subtypes within the framework of the Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes (PCAWG) project. We identified 19,166 somatically acquired retrotransposition events, which affected 35% of samples and spanned a range of event types. Long interspersed nuclear element (LINE-1; L1 hereafter) insertions emerged as the first most frequent type of somatic structural variation in esophageal adenocarcinoma, and the second most frequent in head-and-neck and colorectal cancers. Aberrant L1 integrations can delete megabase-scale regions of a chromosome, which sometimes leads to the removal of tumor-suppressor genes, and can induce complex translocations and large-scale duplications. Somatic retrotranspositions can also initiate breakage–fusion–bridge cycles, leading to high-level amplification of oncogenes. These observations illuminate a relevant role of 22 L1 retrotransposition in remodeling the cancer genome, with potential implications for the development of human tumors.

ABSTRACT Most human protein-coding genes are regulated by multiple, distinct promoters, suggesting that the choice of promoter is as important as its level of transcriptional activity. While the role of promoters as driver elements in cancer has been recognized, the contribution of alternative promoters to regulation of the cancer transcriptome remains largely unexplored. Here we infer active promoters using RNA-Seq data from 1,188 cancer samples with matched whole genome sequencing data. We find that alternative promoters are a major contributor to context-specific regulation of isoform expression and that alternative promoters are frequently deregulated in cancer, affecting known cancer-genes and novel candidates. Our study suggests that a highly dynamic landscape of active promoters shapes the cancer transcriptome, opening many opportunities to further explore the interplay of regulatory mechanism and noncoding somatic mutations with transcriptional aberrations in cancer.

Summary Targeting cancer stem cells (CSCs) is crucial for effective cancer treatment 1 . However, the molecular mechanisms underlying resistance to LGR5 + CSCs depletion in colorectal cancer (CRC) 2,3 remain largely elusive. Here, we unveil the existence of a primitive cell state dubbed the oncofetal (OnF) state, which works in tandem with the LGR5 + stem cells (SCs) to fuel tumor evolution in CRC. OnF cells emerge early during intestinal tumorigenesis and exhibit features of lineage plasticity. Normally suppressed by the Retinoid X Receptor (RXR) in mature SCs, the OnF program is triggered by genetic deletion of the gatekeeper APC. We demonstrate that diminished RXR activity unlocks an epigenetic circuity governed by the cooperative action of YAP and AP1, leading to OnF reprogramming. This high-plasticity state is inherently resistant to conventional chemotherapies and its adoption by LGR5 + CSCs enables them to enter a drug-tolerant state. Furthermore, through phenotypic tracing and ablation experiments, we uncover a functional redundancy between the OnF and stem cell (SC) states and show that targeting both cellular states is essential for sustained tumor regression in vivo . Collectively, these findings establish a mechanistic foundation for developing effective combination therapies with enduring impact on CRC treatment.

Abstract Diabetes ultimately results from an inadequate number of functional, insulin-producing human beta cells. Although current attempts to replenish the remaining beta cell pool in people with diabetes are encouraging, scalability and cost limit access for the millions of people with diabetes. The small molecule DYRK1A inhibitor class of beta cell regenerative drugs, either alone or in combination with GLP1 receptor agonists or TGFβ superfamily inhibitors, are capable of inducing beta cell replication in vitro and increasing beta cell mass in vivo . Despite these advances, the precise mechanisms of action of DYRK1A inhibitors remain incompletely understood. To address the mechanisms more deeply, we performed single cell RNA sequencing on human pancreatic islets treated with a DYRK1A inhibitor, either alone, or in combination with a GLP1 receptor agonist or a TGFβ superfamily inhibitor. We identify a cluster of Cycling Alpha Cells as the cells most responsive to DYRK1A inhibition. Velocity and pseudotime lineage trajectory analyses suggest that Cycling Alpha Cells serve as the primary target cell type for of DYRK1A inhibitors, and may serve as precursor cells that transdifferentiate into functional human beta cells in response to the DYRK1A inhibition. In addition to providing a novel mechanism of action for DYRK1A inhibitors, our findings suggest that efforts to target regenerative drugs to human beta cells may be mis-directed: the proper target may be Cycling Alpha Cells.

We present the most comprehensive catalogue of cancer-associated gene alterations through characterization of tumor transcriptomes from 1,188 donors of the Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes project. Using matched whole-genome sequencing data, we attributed RNA alterations to germline and somatic DNA alterations, revealing likely genetic mechanisms. We identified 444 associations of gene expression with somatic non-coding single-nucleotide variants. We found 1,872 splicing alterations associated with somatic mutation in intronic regions, including novel exonization events associated with Alu elements. Somatic copy number alterations were the major driver of total gene and allele-specific expression (ASE) variation. Additionally, 82% of gene fusions had structural variant support, including 75 of a novel class called "bridged" fusions, in which a third genomic location bridged two different genes. Globally, we observe transcriptomic alteration signatures that differ between cancer types and have associations with DNA mutational signatures. Given this unique dataset of RNA alterations, we also identified 1,012 genes significantly altered through both DNA and RNA mechanisms. Our study represents an extensive catalog of RNA alterations and reveals new insights into the heterogeneous molecular mechanisms of cancer gene alterations.