Phages and cancer immunity Gut bacteria are involved in the education of T cell immune responses, and the intestinal ecosystem influences anticancer immunity. Fluckiger et al. report microbial antigens that might cross-react with antigens associated with tumor cells. They found that a type of intestinal bacteria called enterococci harbor a bacteriophage that modulates immune responses. In mouse models, administration of enterococci containing the bacteriophage boosted T cell responses after treatment with chemotherapy or programmed cell death protein 1 (PD-1) blockade. In humans, the presence of the bacteriophage was associated with improved survival after PD-1 immunotherapy. A fraction of human T cells specific for naturally processed melanoma epitopes appeared to be able to recognize microbial peptides. This “molecular mimicry” may represent cross-reactivity between tumors and microbial antigens. Science , this issue p. 936

ABSTRACT Prostate cancer (PCa) harboring BRCA1/2 mutations is often exquisitely sensitive to PARP inhibition. However, genomic alterations in other DNA damage response genes have not been consistently predictive of clinical response to PARP inhibitors (PARPis). Here, we perform genome-wide CRISPR-Cas9 knockout screens in BRCA1/2-proficient PCa cell lines and identify novel genes whose loss has a profound impact on PARPi sensitivity and resistance. Specifically, MMS22L deletion, frequently observed (up to 14%) in PCa, renders cells hypersensitive to PARPis by disrupting RAD51 loading required for homologous recombination repair, although this response is TP53-dependent. Unexpectedly, loss of CHEK2 confers resistance rather than sensitivity to PARPis in PCa cells through increased expression of BRCA2, a target of CHEK2-TP53-E2F7-mediated transcriptional repression. Combined PARP and ATR inhibition overcomes PARPi resistance caused by CHEK2 loss. Our findings may inform the use of PARPis beyond BRCA1/2-deficient tumors and support reevaluation of currently used biomarkers for PARPi treatment in PCa.

Abstract Current targeted cancer therapies are largely guided by mutations of a single gene, which overlooks concurrent genomic alterations. Here, we show that RNASEH2B, RB1, and BRCA2, three closely located genes on chromosome 13q, are frequently deleted in prostate cancer individually or jointly. Loss of RNASEH2B confers cancer cells sensitivity to poly(ADP–ribose) polymerase (PARP) inhibition due to impaired ribonucleotide excision repair and PARP trapping. When co-deleted with RB1, however, cells lose their sensitivity, in part, through E2F1-induced BRCA2 expression, thereby enhancing homologous recombination repair capacity. Nevertheless, loss of BRCA2 re-sensitizes RNASEH2B/RB1 co-deleted cells to PARP inhibition. Our results may explain some of the disparate clinical results from PARP inhibition due to interaction between multiple genomic alterations and support a comprehensive genomic testing to determine who may benefit from PARP inhibition. Finally, we show that ATR inhibition can disrupt E2F1-induced BRCA2 expression and overcome PARP inhibitor resistance caused by RB1 loss.

ABSTRACT Formalin-fixed paraffin-embedded (FFPE) tissue, the most common tissue specimen stored in clinical practice, presents challenges in the analysis due to formalin-induced artifacts. Here we present SOBDetector, that is designed to remove these artifacts from a list of variants, which were extracted from next-generation sequencing data, using the posterior predictive distribution of a Bayesian logistic regression model trained on TCGA whole exomes. Based on a concordance analysis, SOBDetector outperforms the currently publicly available FFPE-filtration techniques (Accuracy: 0.9 ± 0.015, AUC = 0.96). SOBDetector is implemented in Java 1.8 and is freely available online.

Gastroesophageal adenocarcinoma (GEA) is an aggressive, often lethal, malignancy that displays marked chromosomal instability (CIN). To understand adaptive responses that enable CIN, we analyzed paired normal, premalignant, and malignant gastric lesions from human specimens and a carcinogen-induced mouse model, observing activation of replication stress, DNA damage response (DDR), and cell cycle regulator p21 in neoplastic progression. In GEA cell lines, expression of DDR markers correlated with ploidy abnormalities, including high-level focal amplifications and whole-genome duplication (WGD). Moreover, high expression of DNA damage marker H2AX correlated with CIN, WGD, and inferior patient survival. By developing and implementing a composite diagnostic score that incorporates TP53 mutation status, ploidy abnormalities, and H2AX expression, among other genomic information, we can identify GEA cell lines with enhanced sensitivity to DDR pathway inhibitors targeting Chk1/2 and Wee1. Anti-tumor properties were further augmented in combination with irinotecan (SN38) but not gemcitabine chemotherapy. These results implicate specific DDR biomarkers and ploidy abnormalities as diagnostic proxy that may predict premalignant progression and response to DDR pathway inhibitors.

Background Consistent with their assumed mechanism of action, PARP inhibitors show significant therapeutic efficacy in breast, ovarian and prostate cancer, which are the solid tumor types most often associated with the loss of function of key homologous recombination genes. It remains unknown, however, how frequent homologous recombination deficiency (HRD) is in other solid tumor types. Since it is well established, that HRD induces specific DNA aberration profiles and genomic scars that can be captured by various next-generation sequencing (NGS) based biomarkers, it is possible to assess the presence or absence of this DNA repair pathway aberration in any given tumor biopsy.Methods We derived the various HRD associated mutational signatures from whole genome and whole exome sequencing data in the lung adenocarcinoma (LUAD) and lung squamous carcinoma (LUSC) cases from TCGA, in a patient of ours with stage IVA lung cancer with exceptionally good response to platinum-based therapy and in lung cancer cell lines.Results We have found evidence that a subset of the investigated cases shows robust signs of HR deficiency, some of which exhibiting similar patterns to those with a complete loss of function of either BRCA1 or BRCA2 genes, however, without any signs of genetic alterations being present in either of those genes. The extreme platinum responder case also showed a robust HRD associated genomic mutational profile. HRD associated mutational signatures were also associated with PARP inhibitor sensitivity in lung cancer cell lines.Conclusions Lung cancer cases with high levels of HRD associated mutational signatures could be candidates for PARP inhibitor treatment, and in general, the prioritization of patients for clinical trials might be achieved using the combined analysis of the HRD-related next-generation sequencing-based mutational signatures.

Due to a demonstrated lack of DNA repair deficiencies, clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) has not benefitted from targeted synthetic lethality-based therapies. We investigated whether nucleotide excision repair (NER) deficiency is present in an identifiable subset of ccRCC cases that would render those tumors sensitive to therapy targeting this specific DNA repair pathway aberration.We used functional assays that detect UV-induced 6-4 pyrimidine-pyrimidone photoproducts to quantify NER deficiency in ccRCC cell lines. We also measured sensitivity to irofulven, an experimental cancer therapeutic agent that specifically targets cells with inactivated transcription-coupled nucleotide excision repair (TC-NER). In order to detect NER deficiency in clinical biopsies, we assessed whole exome sequencing data for the presence of an NER deficiency associated mutational signature previously identified in ERCC2 mutant bladder cancer.Functional assays showed NER deficiency in ccRCC cells. Irofulven sensitivity increased in some cell lines. Prostaglandin reductase 1 (PTGR1), which activates irofulven, was also associated with this sensitivity. Next generation sequencing data of the cell lines showed NER deficiency-associated mutational signatures. A significant subset of ccRCC patients had the same signature and high PTGR1 expression.ccRCC cell line based analysis showed that NER deficiency is likely present in this cancer type. Approximately 10% of ccRCC patients in the TCGA cohort showed mutational signatures consistent with ERCC2 inactivation associated NER deficiency and also substantial levels of PTGR1 expression. These patients may be responsive to irofulven, a previously abandoned anticancer agent that has minimal activity in NER-proficient cells.

Background: Prostate cancers with mutations in genes involved in homologous recombination (HR), most commonly BRCA2, respond favorably to PARP inhibition and platinum-based chemotherapy. It is not clear, however, whether other prostate tumors that do not harbor deleterious mutations in these particular genes can similarly be deficient in HR, rendering them sensitive to HR-directed therapies. To identify a more comprehensive set of prostate cancer cases with homologous recombination deficiency (HRD) including those cases that do not harbor mutations in known HR genes. HRD levels can be estimated using various mutational signatures derived from next-generation sequencing data. We used this approach to determine whether prostate cancer cases display clear signs of HRD in somatic tumor biopsies. Whole genome (n=311) and whole exome sequencing data (n=498) of both primary and metastatic prostate adenocarcinomas (PRAD) were analyzed. Results: Known BRCA-deficient samples showed robust signs of HR-deficiency associated mutational signatures. HRD-patterns were also detected in a subset of patients who did not harbor germline or somatic mutations in BRCA1/2 or other HR related genes. Patients with HRD signatures had a significantly worse prognosis than patients without signs of HRD. Conclusions: These findings may expand the number of cases likely to respond to PARP-inhibitor treatment. Based on the HRD associated mutational signatures, 5-8 % of prostate cancer cases may be good candidates for PARP-inhibitor treatment (including those with BRCA1/2 mutations).

Due to its mechanism of action, PARP inhibitor therapy is expected to benefit mainly tumor cases with homologous recombination deficiency (HRD). Various measures of genomic scarring based HRD scores were developed as a companion diagnostic in order to correlate it with PARP inhibitor sensitivity. We compared a variety of HRD scores in primary tumors and their corresponding brain metastases and found a significant increase in this measure in brain metastases for all measures of HRD that were tested. This discrepancy warrants further investigation to assess whether this observation is common to other metastatic sites, and potentially a significant adjustment of strategy in the application of HRD measures in clinical trials for the prioritization of patients for PARP inhibitor therapy.

ABSTRACT Background and aims DNA repair deficiency is a common feature of cancer. Homologous recombination (HR) and nucleotide excision repair (NER) are the two most frequently disabled DNA repair pathways in solid tumors. HR deficient breast, ovarian, pancreatic and prostate cancers respond well to platinum chemotherapy and PARP inhibitors. However, the frequency of DNA repair pathway deficiency in gastric and esophageal adenocarcinoma (GEA) still lacks diagnostic and functional validation. Furthermore, whether DNA repair deficient GEA have enhanced responsiveness to platinum chemotherapy and sensitivity to PARP inhibitors is not well characterized. Methods Using whole exome and genome sequencing data, we measured various HR deficiency-associated mutational signatures in patient specimen of gastric, esophageal and colorectal cancer specimens and gastric cancer cell lines. Gold-standard immunofluorescence assays were used to confirm HR and NER deficiency in cancer cell lines. The relationship between PARP inhibitor treatment and tumor response was evaluated in patients with gastric cancer. Drug sensitivity was determined using standard in vitro cell culture assays. Single-cell RNA-sequencing was performed to evaluate gastric cancer response to commonly used chemotherapeutics. Results We found that a significant subset of GEA, but very few colorectal tumors, show evidence of HR deficiency by mutational signature analysis (HRD score). Gastric cancer cell lines with high HRD mutational signature scores demonstrated functional HR deficiency by RAD51 assay and increased sensitivity to platinum and PARP inhibitors. There was a positive association between HRD scores and tumor response in patients with gastric cancer treated with a PARP inhibitor on a clinical trial. A gastric cancer cell line with strong sensitivity to cisplatin showed HR proficiency but exhibited NER deficiency by DDB2 proteo-probe assay. Single-cell RNA-sequencing revealed that, in addition to inducing general apoptosis, cisplatin treatment triggered ferroptosis in a NER-deficient gastric cancer, which may explain the outlier sensitivity. Conclusion A subset of upper gastrointestinal tumors have genomic features of HR and NER deficiency and therefore may be more likely to benefit from platinum chemotherapy and PARP inhibition.