Increased translocation of intestinal bacteria is a hallmark of chronic liver disease and contributes to hepatic inflammation and fibrosis. Here we tested the hypothesis that the intestinal microbiota and Toll-like receptors (TLRs) promote hepatocellular carcinoma (HCC), a long-term consequence of chronic liver injury, inflammation, and fibrosis. Hepatocarcinogenesis in chronically injured livers depended on the intestinal microbiota and TLR4 activation in non-bone-marrow-derived resident liver cells. TLR4 and the intestinal microbiota were not required for HCC initiation but for HCC promotion, mediating increased proliferation, expression of the hepatomitogen epiregulin, and prevention of apoptosis. Gut sterilization restricted to late stages of hepatocarcinogenesis reduced HCC, suggesting that the intestinal microbiota and TLR4 represent therapeutic targets for HCC prevention in advanced liver disease.

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.

Adolfo Ferrando and colleagues report the exome sequencing of peripheral T cell lymphomas. They identified recurrent mutations in RHOA, TET2, DNMT3A, IDH2, FYN, ATM, B2M and CD58. Peripheral T cell lymphomas (PTCLs) are a heterogeneous and poorly understood group of non-Hodgkin lymphomas1,2. Here we combined whole-exome sequencing of 12 tumor-normal DNA pairs, RNA sequencing analysis and targeted deep sequencing to identify new genetic alterations in PTCL transformation. These analyses identified highly recurrent epigenetic factor mutations in TET2, DNMT3A and IDH2 as well as a new highly prevalent RHOA mutation encoding a p.Gly17Val alteration present in 22 of 35 (67%) angioimmunoblastic T cell lymphoma (AITL) samples and in 8 of 44 (18%) PTCL, not otherwise specified (PTCL-NOS) samples. Mechanistically, the RHOA Gly17Val protein interferes with RHOA signaling in biochemical and cellular assays, an effect potentially mediated by the sequestration of activated guanine-exchange factor (GEF) proteins. In addition, we describe new and recurrent, albeit less frequent, genetic defects including mutations in FYN, ATM, B2M and CD58 implicating SRC signaling, impaired DNA damage response and escape from immune surveillance mechanisms in the pathogenesis of PTCL.

Follicular lymphoma (FL) is an indolent disease, but 30%-40% of cases undergo histologic transformation to an aggressive malignancy, typically represented by diffuse large B cell lymphoma (DLBCL). The pathogenesis of this process remains largely unknown. Using whole-exome sequencing and copy-number analysis, we show here that the dominant clone of FL and transformed FL (tFL) arise by divergent evolution from a common mutated precursor through the acquisition of distinct genetic events. Mutations in epigenetic modifiers and antiapoptotic genes are introduced early in the common precursor, whereas tFL is specifically associated with alterations deregulating cell-cycle progression and DNA damage responses (CDKN2A/B, MYC, and TP53) as well as aberrant somatic hypermutation. The genomic profile of tFL shares similarities with that of germinal center B cell-type de novo DLBCL but also displays unique combinations of altered genes with diagnostic and therapeutic implications.

A mouse model shows that osteoblast activating β-catenin mutations alone are sufficient to initiate the development of acute myeloid leukaemia acting through increased Notch signalling. The tumour microenvironment has profound influences on tumorigenesis, and genetic alterations in stromal cells can contribute to the development of cancer. Stavroula Kousteni and colleagues show in a mouse model that activating mutations in β-catenin in osteoblasts are sufficient to initiate the development of acute myeloid leukaemia (AML). These mutations trigger the release of ligands from osteoblasts that activate the Notch signalling pathway in haematopoietic cells; inhibition of the Notch pathway ameliorates the disease. The observation of increased β-catenin signalling in osteoblasts in patients with myeloproliferative disease and AML suggests that a similar mechanism may contribute to leukaemia in humans. Cells of the osteoblast lineage affect the homing1,2 and the number of long-term repopulating haematopoietic stem cells3,4, haematopoietic stem cell mobilization and lineage determination and B cell lymphopoiesis5,6,7. Osteoblasts were recently implicated in pre-leukaemic conditions in mice8,9. However, a single genetic change in osteoblasts that can induce leukaemogenesis has not been shown. Here we show that an activating mutation of β-catenin in mouse osteoblasts alters the differentiation potential of myeloid and lymphoid progenitors leading to development of acute myeloid leukaemia with common chromosomal aberrations and cell autonomous progression. Activated β-catenin stimulates expression of the Notch ligand jagged 1 in osteoblasts. Subsequent activation of Notch signalling in haematopoietic stem cell progenitors induces the malignant changes. Genetic or pharmacological inhibition of Notch signalling ameliorates acute myeloid leukaemia and demonstrates the pathogenic role of the Notch pathway. In 38% of patients with myelodysplastic syndromes or acute myeloid leukaemia, increased β-catenin signalling and nuclear accumulation was identified in osteoblasts and these patients showed increased Notch signalling in haematopoietic cells. These findings demonstrate that genetic alterations in osteoblasts can induce acute myeloid leukaemia, identify molecular signals leading to this transformation and suggest a potential novel pharmacotherapeutic approach to acute myeloid leukaemia.

Key Points The integration of mutations and cytogenetic lesions improves the accuracy of survival prediction in chronic lymphocytic leukemia.

The genetic lesions identified in chronic lymphocytic leukemia (CLL) do not entirely recapitulate the disease pathogenesis and the development of serious complications, such as chemorefractoriness. While investigating the coding genome of fludarabine-refractory CLL, we observed that mutations of SF3B1, encoding a splicing factor and representing a critical component of the cell spliceosome, were recurrent in 10 of 59 (17%) fludarabine-refractory cases, with a frequency significantly greater than that observed in a consecutive CLL cohort sampled at diagnosis (17/301, 5%; P = .002). Mutations were somatically acquired, were generally represented by missense nucleotide changes, clustered in selected HEAT repeats of the SF3B1 protein, recurrently targeted 3 hotspots (codons 662, 666, and 700), and were predictive of a poor prognosis. In fludarabine-refractory CLL, SF3B1 mutations and TP53 disruption distributed in a mutually exclusive fashion (P = .046). The identification of SF3B1 mutations points to splicing regulation as a novel pathogenetic mechanism of potential clinical relevance in CLL.

Teresa Palomero, Adolfo Ferrando, Raul Rabadan and colleagues report the results of an exome sequencing study of cutaneous T cell lymphoma (CTCL). They identify highly recurrent chromosomal deletions along with a broad spectrum of somatic mutations in genes involved in epigenetic regulation and signaling. Sézary syndrome is a leukemic and aggressive form of cutaneous T cell lymphoma (CTCL) resulting from the malignant transformation of skin-homing central memory CD4+ T cells. Here we performed whole-exome sequencing of tumor-normal sample pairs from 25 patients with Sézary syndrome and 17 patients with other CTCLs. These analyses identified a distinctive pattern of somatic copy number alterations in Sézary syndrome, including highly prevalent chromosomal deletions involving the TP53, RB1, PTEN, DNMT3A and CDKN1B tumor suppressors. Mutation analysis identified a broad spectrum of somatic mutations in key genes involved in epigenetic regulation (TET2, CREBBP, KMT2D (MLL2), KMT2C (MLL3), BRD9, SMARCA4 and CHD3) and signaling, including MAPK1, BRAF, CARD11 and PRKG1 mutations driving increased MAPK, NF-κB and NFAT activity upon T cell receptor stimulation. Collectively, our findings provide new insights into the genetics of Sézary syndrome and CTCL and support the development of personalized therapies targeting key oncogenically activated signaling pathways for the treatment of these diseases.

Segments of the 2009 human H1N1 strains have coexisted in swine influenza virus strains for more than 10 years. Vladimir Trifonov, Hossein Khiabanian, and Raul Rabadan describe the evolution of the H1N1 virus.

Acute lymphoblastic leukemia (ALL) is an aggressive hematological tumor resulting from the malignant transformation of lymphoid progenitors. Despite intensive chemotherapy, 20% of pediatric patients and over 50% of adult patients with ALL do not achieve a complete remission or relapse after intensified chemotherapy, making disease relapse and resistance to therapy the most substantial challenge in the treatment of this disease. Using whole-exome sequencing, we identify mutations in the cytosolic 5'-nucleotidase II gene (NT5C2), which encodes a 5'-nucleotidase enzyme that is responsible for the inactivation of nucleoside-analog chemotherapy drugs, in 20/103 (19%) relapse T cell ALLs and 1/35 (3%) relapse B-precursor ALLs. NT5C2 mutant proteins show increased nucleotidase activity in vitro and conferred resistance to chemotherapy with 6-mercaptopurine and 6-thioguanine when expressed in ALL lymphoblasts. These results support a prominent role for activating mutations in NT5C2 and increased nucleoside-analog metabolism in disease progression and chemotherapy resistance in ALL.