Two groups report in this issue that A20 protein, a negative regulator of NF-κB signalling pathways, is frequently inactivated in patients with B-cell lymphoma. Kato et al. show that cells lacking the A20 gene generate tumours in immunodeficient mice, and that tumour formation is suppressed when the protein is re-expressed. Compagno et al. show that A20 is inactivated in around 30% of patients with B-cell lymphoma. Both groups show that A20 protein suppresses cell growth in vitro and prompts cells to commit suicide. Diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) is the most common form of lymphoma in adulthood. Here, mutations in multiple genes that regulate the NK-κB pathway are shown to be present in DLBCL, with the most commonly affected being the A20 gene, which encodes a ubiquitin-modifying enzyme involved in termination of NK-κB responses. Diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL), the most common form of lymphoma in adulthood, comprises multiple biologically and clinically distinct subtypes including germinal centre B-cell-like (GCB) and activated B-cell-like (ABC) DLBCL1. Gene expression profile studies have shown that its most aggressive subtype, ABC-DLBCL, is associated with constitutive activation of the NF-κB transcription complex2. However, except for a small fraction of cases3, it remains unclear whether NF-κB activation in these tumours represents an intrinsic program of the tumour cell of origin or a pathogenetic event. Here we show that >50% of ABC-DLBCL and a smaller fraction of GCB-DLBCL carry somatic mutations in multiple genes, including negative (TNFAIP3, also called A20) and positive (CARD11, TRAF2, TRAF5, MAP3K7 (TAK1) and TNFRSF11A (RANK)) regulators of NF-κB. Of these, the A20 gene, which encodes a ubiquitin-modifying enzyme involved in termination of NF-κB responses, is most commonly affected, with ∼30% of patients displaying biallelic inactivation by mutations and/or deletions. When reintroduced in cell lines carrying biallelic inactivation of the gene, A20 induced apoptosis and cell growth arrest, indicating a tumour suppressor role. Less frequently, missense mutations of TRAF2 and CARD11 produce molecules with significantly enhanced ability to activate NF-κB. Thus, our results demonstrate that NF-κB activation in DLBCL is caused by genetic lesions affecting multiple genes, the loss or activation of which may promote lymphomagenesis by leading to abnormally prolonged NF-κB responses.

Laura Pasqualucci and Riccardo Dalla-Favera and colleagues report exome sequencing and copy-number analyses of diffuse large B-cell lymphomas. Their analyses identified mutations in genes not previously implicated in DLBCL pathogenesis, such as genes encoding chromatin modifiers such as MLL2. Diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) is the most common form of human lymphoma. Although a number of structural alterations have been associated with the pathogenesis of this malignancy, the full spectrum of genetic lesions that are present in the DLBCL genome, and therefore the identity of dysregulated cellular pathways, remains unknown. By combining next-generation sequencing and copy number analysis, we show that the DLBCL coding genome contains, on average, more than 30 clonally represented gene alterations per case. This analysis also revealed mutations in genes not previously implicated in DLBCL pathogenesis, including those regulating chromatin methylation (MLL2; 24% of samples) and immune recognition by T cells. These results provide initial data on the complexity of the DLBCL coding genome and identify novel dysregulated pathways underlying its pathogenesis.

B-cell non-Hodgkin’s lymphoma comprises biologically and clinically distinct diseases the pathogenesis of which is associated with genetic lesions affecting oncogenes and tumour-suppressor genes. We report here that the two most common types—follicular lymphoma and diffuse large B-cell lymphoma—harbour frequent structural alterations inactivating CREBBP and, more rarely, EP300, two highly related histone and non-histone acetyltransferases (HATs) that act as transcriptional co-activators in multiple signalling pathways. Overall, about 39% of diffuse large B-cell lymphoma and 41% of follicular lymphoma cases display genomic deletions and/or somatic mutations that remove or inactivate the HAT coding domain of these two genes. These lesions usually affect one allele, suggesting that reduction in HAT dosage is important for lymphomagenesis. We demonstrate specific defects in acetylation-mediated inactivation of the BCL6 oncoprotein and activation of the p53 tumour suppressor. These results identify CREBBP/EP300 mutations as a major pathogenetic mechanism shared by common forms of B-cell non-Hodgkin’s lymphoma, with direct implications for the use of drugs targeting acetylation/deacetylation mechanisms. In three different subtypes of B-cell lymphomas, two papers report frequent somatic mutations in the genes CREBBP and EP300, which are present in primary tumours or acquired at relapse. These genes encode related acetyltransferases that mainly function to regulate gene expression by acetylating histones and other transcriptional regulators. The mutations disrupt these activities and thus alter chromatin regulation of gene expression, as well as proliferation and potentially the response to anticancer drugs. These studies may provide a rationale for the use of histone deacetylase inhibitors in certain B-cell lymphomas. In three different subtypes of B-cell lymphomas, two papers now report frequent somatic mutations in CREBBP and EP300, present in primary tumours or acquired at relapse. These genes encode related acetyltransferases that mainly function to regulate gene expression by acetylating histones and other transcriptional regulators. The mutations found inactivate these activities and thus alter chromatin regulation of gene expression, as well as proliferation and potentially the response to therapeutic drugs.

The pathogenesis of chronic lymphocytic leukemia (CLL), the most common leukemia in adults, is still largely unknown. The full spectrum of genetic lesions that are present in the CLL genome, and therefore the number and identity of dysregulated cellular pathways, have not been identified. By combining next-generation sequencing and copy number analysis, we show here that the typical CLL coding genome contains <20 clonally represented gene alterations/case, including predominantly nonsilent mutations, and fewer copy number aberrations. These analyses led to the discovery of several genes not previously known to be altered in CLL. Although most of these genes were affected at low frequency in an expanded CLL screening cohort, mutational activation of NOTCH1, observed in 8.3% of CLL at diagnosis, was detected at significantly higher frequency during disease progression toward Richter transformation (31.0%), as well as in chemorefractory CLL (20.8%). Consistent with the association of NOTCH1 mutations with clinically aggressive forms of the disease, NOTCH1 activation at CLL diagnosis emerged as an independent predictor of poor survival. These results provide initial data on the complexity of the CLL coding genome and identify a dysregulated pathway of diagnostic and therapeutic relevance.

PR domain containing 1 with zinc finger domain (PRDM1)/B lymphocyte–induced maturation protein 1 (BLIMP1) is a transcriptional repressor expressed in a subset of germinal center (GC) B cells and in all plasma cells, and required for terminal B cell differentiation. The BLIMP1 locus lies on chromosome 6q21-q22.1, a region frequently deleted in B cell lymphomas, suggesting that it may harbor a tumor suppressor gene. We report here that the BLIMP1 gene is inactivated by structural alterations in 24% (8 out of 34) activated B cell–like diffuse large cell lymphoma (ABC-DLBCL), but not in GC B cell–like (n = 0/37) or unclassified (n = 0/21) DLBCL. BLIMP1 alterations included gene truncations, nonsense mutations, frameshift deletions, and splice site mutations that generate aberrant transcripts encoding truncated BLIMP1 proteins. In all cases studied, both BLIMP1 alleles were inactivated by deletions or mutations. Furthermore, most non–GC type DLBCL cases (n = 20/26, 77%) lack BLIMP1 protein expression, despite the presence of BLIMP1 mRNA. These results indicate that a sizable fraction of ABC-DLBCL carry an inactive BLIMP1 gene, and suggest that the same gene is inactivated by epigenetic mechanisms in an additional large number of cases. These findings point to a role for BLIMP1 as a tumor suppressor gene, whose inactivation may contribute to lymphomagenesis by blocking post–GC differentiation of B cells toward plasma cells.

Abstract Predicting tumor sensitivity to antineoplastics remains an elusive challenge, with no methods demonstrating predictive power. Joint analysis of tumors—from patients with distinct malignancies who had progressed on multiple lines of therapy—and drug perturbation transcriptional profiles predicted sensitivity to 28 of 350 drugs, 26 of which (93%) were confirmed in low-passage, patient-derived xenograft (PDX) models. Drugs were prioritized based on their ability to either invert the activity of individual Master Regulator proteins, with available high-affinity inhibitors, or of the modules they comprise (Tumor-Checkpoints), based on de novo mechanism of action analysis. Of 138 PDX mice enrolled in 16 single and 18 multi-protein treatment arms, a disease control rate (DCR) of 68% and 91 %, and an objective response rate (ORR) of 12% and 17%, were achieved respectively, compared to 6% and 0% in the negative controls arm, with multi-protein drugs achieving significantly more durable responses. Thus, these approaches may effectively complement and expand current precision oncology approaches, as also illustrated by a case study.

Quantitative metrics to objectively assess the fidelity of cancer models, such as cell lines, organoids, or patient-derived xenografts (PDXs), remain elusive, with histological criteria or the presence of specific mutations often used as driving principles. We show that molecular criteria, based on the regulatory proteins responsible for maintaining transcriptional cell state and its regulatory network, are effective in identifying models that can recapitulate drug mechanism of action and drug sensitivity, independent of histological consideration.

Abstract The Mechanism of Action (MoA) of a drug is generally represented as a small, non-tissue-specific repertoire of high-affinity binding targets. Yet, drug activity and polypharmacology are increasingly associated with a broad range of off-target and tissue-specific effector proteins. To address this challenge, we have implemented an efficient integrative experimental and computational framework leveraging the systematic generation and analysis of drug perturbational profiles representing >700 FDA-approved and experimental oncology drugs, in cell lines selected as high-fidelity models of 23 aggressive tumor subtypes. Protein activity-based analyses revealed highly reproducible, drug-mediated modulation of tissue-specific targets, leading to generation of a proteome-wide polypharmacology map, characterization of MoA-related drug clusters and off-target effects, and identification and experimental validation of novel, tissue-specific inhibitors of undruggable oncoproteins. The proposed framework, which is easily extended to elucidating the MoA of novel small-molecule libraries, could help support more systematic and quantitative approaches to precision oncology.

Tumors frequently harbor isogenic yet epigenetically distinct subpopulations of multi-potent cells with high tumor-initiating potential-often called Cancer Stem-Like Cells (CSLCs). These can display preferential resistance to standard-of-care chemotherapy. Single-cell analyses can help elucidate Master Regulator (MR) proteins responsible for governing the transcriptional state of these cells, thus revealing complementary dependencies that may be leveraged via combination therapy. Interrogation of single-cell RNA sequencing profiles from seven metastatic breast cancer patients, using perturbational profiles of clinically relevant drugs, identified drugs predicted to invert the activity of MR proteins governing the transcriptional state of chemoresistant CSLCs, which were then validated by CROP-seq assays. The top drug, the anthelmintic albendazole, depleted this subpopulation in vivo without noticeable cytotoxicity. Moreover, sequential cycles of albendazole and paclitaxel-a commonly used chemotherapeutic-displayed significant synergy in a patient-derived xenograft (PDX) from a TNBC patient, suggesting that network-based approaches can help develop mechanism-based combinatorial therapies targeting complementary subpopulations.