The most common human cancers are malignant neoplasms of the skin1,2. Incidence of cutaneous melanoma is rising especially steeply, with minimal progress in non-surgical treatment of advanced disease3,4. Despite significant effort to identify independent predictors of melanoma outcome, no accepted histopathological, molecular or immunohistochemical marker defines subsets of this neoplasm2,3. Accordingly, though melanoma is thought to present with different ‘taxonomic’ forms, these are considered part of a continuous spectrum rather than discrete entities2. Here we report the discovery of a subset of melanomas identified by mathematical analysis of gene expression in a series of samples. Remarkably, many genes underlying the classification of this subset are differentially regulated in invasive melanomas that form primitive tubular networks in vitro, a feature of some highly aggressive metastatic melanomas5. Global transcript analysis can identify unrecognized subtypes of cutaneous melanoma and predict experimentally verifiable phenotypic characteristics that may be of importance to disease progression.

What to expect after a year in space Space is the final frontier for understanding how extreme environments affect human physiology. Following twin astronauts, one of which spent a year-long mission on the International Space Station, Garrett-Bakelman et al. examined molecular and physiological traits that may be affected by time in space (see the Perspective by Löbrich and Jeggo). Sequencing the components of whole blood revealed that the length of telomeres, which is important to maintain in dividing cells and may be related to human aging, changed substantially during space flight and again upon return to Earth. Coupled with changes in DNA methylation in immune cells and cardiovascular and cognitive effects, this study provides a basis to assess the hazards of long-term space habitation. Science , this issue p. eaau8650 ; see also p. 127

Here 106 genomic loci associated with age at menarche, a marker of puberty timing in females, are identified; these loci show enrichment for genes involved in nuclear hormone receptor function, body mass index, and rare disorders of puberty, and for genes located in imprinted regions, with parent-of-origin specific effects at several loci. The age at which females first experience menstruation, called menarche, is a heritable trait associated with risks for obesity, type 2 diabetes, cardiovascular disease, breast cancer and general mortality. This large-scale genome-wide association study identifies 123 signals at 106 genomic loci associated with age at menarche. New findings include parent-of-origin-specific allelic associations (both maternally and paternally driven) at three imprinted loci and the implication of retinoic acid and GABAB receptor II signalling and lysine-specific histone demethylation. These data bring new insights into the genetic architecture of puberty timing and suggest a model involving thousands of genetic variants. Age at menarche is a marker of timing of puberty in females. It varies widely between individuals, is a heritable trait and is associated with risks for obesity, type 2 diabetes, cardiovascular disease, breast cancer and all-cause mortality1. Studies of rare human disorders of puberty and animal models point to a complex hypothalamic-pituitary-hormonal regulation2,3, but the mechanisms that determine pubertal timing and underlie its links to disease risk remain unclear. Here, using genome-wide and custom-genotyping arrays in up to 182,416 women of European descent from 57 studies, we found robust evidence (P < 5 × 10−8) for 123 signals at 106 genomic loci associated with age at menarche. Many loci were associated with other pubertal traits in both sexes, and there was substantial overlap with genes implicated in body mass index and various diseases, including rare disorders of puberty. Menarche signals were enriched in imprinted regions, with three loci (DLK1-WDR25, MKRN3-MAGEL2 and KCNK9) demonstrating parent-of-origin-specific associations concordant with known parental expression patterns. Pathway analyses implicated nuclear hormone receptors, particularly retinoic acid and γ-aminobutyric acid-B2 receptor signalling, among novel mechanisms that regulate pubertal timing in humans. Our findings suggest a genetic architecture involving at least hundreds of common variants in the coordinated timing of the pubertal transition.

Luis Pérez-Jurado, Stephen Chanock and colleagues detect clonal chromosomal abnormalities in peripheral blood or buccal samples from individuals in the general population. They show that the frequency of such events increases with age and is associated with elevated risk of developing subsequent hematological cancers. In an analysis of 31,717 cancer cases and 26,136 cancer-free controls from 13 genome-wide association studies, we observed large chromosomal abnormalities in a subset of clones in DNA obtained from blood or buccal samples. We observed mosaic abnormalities, either aneuploidy or copy-neutral loss of heterozygosity, of >2 Mb in size in autosomes of 517 individuals (0.89%), with abnormal cell proportions of between 7% and 95%. In cancer-free individuals, frequency increased with age, from 0.23% under 50 years to 1.91% between 75 and 79 years (P = 4.8 × 10−8). Mosaic abnormalities were more frequent in individuals with solid tumors (0.97% versus 0.74% in cancer-free individuals; odds ratio (OR) = 1.25; P = 0.016), with stronger association with cases who had DNA collected before diagnosis or treatment (OR = 1.45; P = 0.0005). Detectable mosaicism was also more common in individuals for whom DNA was collected at least 1 year before diagnosis with leukemia compared to cancer-free individuals (OR = 35.4; P = 3.8 × 10−11). These findings underscore the time-dependent nature of somatic events in the etiology of cancer and potentially other late-onset diseases.

Although prostate cancer is the most common non-cutaneous malignancy diagnosed in men in the United States1,2, little is known about inherited factors that influence its genetic predisposition3,4,5. Here we report that germline mutations in the gene encoding 2′-5′-oligoadenylate(2-5A)–dependent RNase L (RNASEL)6,7,8 segregate in prostate cancer families that show linkage to the HPC1 (hereditary prostate cancer 1) region at 1q24–25 (ref. 9). We identified RNASEL by a positional cloning/candidate gene method, and show that a nonsense mutation and a mutation in an initiation codon of RNASEL segregate independently in two HPC1-linked families. Inactive RNASEL alleles are present at a low frequency in the general population. RNASEL regulates cell proliferation and apoptosis through the interferon-regulated 2-5A pathway and has been suggested to be a candidate tumor suppressor gene10,11,12. We found that microdissected tumors with a germline mutation showed loss of heterozygosity and loss of RNase L protein, and that RNASEL activity was reduced in lymphoblasts from heterozyogous individuals compared with family members who were homozygous with respect to the wildtype allele. Thus, germline mutations in RNASEL may be of diagnostic value, and the 2-5A pathway might provide opportunities for developing therapies for those with prostate cancer.

John Perry, Ken Ong and colleagues analyze genotype data on ∼370,000 women and identify 389 independent signals that associate with age at menarche, implicating ∼250 genes. Their analyses suggest causal inverse associations, independent of BMI, between puberty timing and risks for breast and endometrial cancers in women and prostate cancer in men. The timing of puberty is a highly polygenic childhood trait that is epidemiologically associated with various adult diseases. Using 1000 Genomes Project–imputed genotype data in up to ∼370,000 women, we identify 389 independent signals (P < 5 × 10−8) for age at menarche, a milestone in female pubertal development. In Icelandic data, these signals explain ∼7.4% of the population variance in age at menarche, corresponding to ∼25% of the estimated heritability. We implicate ∼250 genes via coding variation or associated expression, demonstrating significant enrichment in neural tissues. Rare variants near the imprinted genes MKRN3 and DLK1 were identified, exhibiting large effects when paternally inherited. Mendelian randomization analyses suggest causal inverse associations, independent of body mass index (BMI), between puberty timing and risks for breast and endometrial cancers in women and prostate cancer in men. In aggregate, our findings highlight the complexity of the genetic regulation of puberty timing and support causal links with cancer susceptibility.

Montserrat Garcia-Closas and colleagues report a genome-wide association study for bladder cancer. They identify three new susceptibility loci on chromosomes 22q13.1, 19q12 and 2q37.1. We conducted a multi-stage, genome-wide association study of bladder cancer with a primary scan of 591,637 SNPs in 3,532 affected individuals (cases) and 5,120 controls of European descent from five studies followed by a replication strategy, which included 8,382 cases and 48,275 controls from 16 studies. In a combined analysis, we identified three new regions associated with bladder cancer on chromosomes 22q13.1, 19q12 and 2q37.1: rs1014971, (P = 8 × 10−12) maps to a non-genic region of chromosome 22q13.1, rs8102137 (P = 2 × 10−11) on 19q12 maps to CCNE1 and rs11892031 (P = 1 × 10−7) maps to the UGT1A cluster on 2q37.1. We confirmed four previously identified genome-wide associations on chromosomes 3q28, 4p16.3, 8q24.21 and 8q24.3, validated previous candidate associations for the GSTM1 deletion (P = 4 × 10−11) and a tag SNP for NAT2 acetylation status (P = 4 × 10−11), and found interactions with smoking in both regions. Our findings on common variants associated with bladder cancer risk should provide new insights into the mechanisms of carcinogenesis.

Timothy Bishop and colleagues from GenoMEL present a genome-wide association study for melanoma. They report three loci associated with susceptibility to melanoma, of which two were previously associated with pigmentation. We report a genome-wide association study of melanoma conducted by the GenoMEL consortium based on 317K tagging SNPs for 1,650 selected cases and 4,336 controls, with replication in an additional two cohorts (1,149 selected cases and 964 controls from GenoMEL, and a population-based case-control study in Leeds of 1,163 cases and 903 controls). The genome-wide screen identified five loci with genotyped or imputed SNPs reaching P < 5 × 10−7. Three of these loci were replicated: 16q24 encompassing MC1R (combined P = 2.54 × 10−27 for rs258322), 11q14-q21 encompassing TYR (P = 2.41 × 10−14 for rs1393350) and 9p21 adjacent to MTAP and flanking CDKN2A (P = 4.03 × 10−7 for rs7023329). MC1R and TYR are associated with pigmentation, freckling and cutaneous sun sensitivity, well-recognized melanoma risk factors. Common variants within the 9p21 locus have not previously been associated with melanoma. Despite wide variation in allele frequency, these genetic variants show notable homogeneity of effect across populations of European ancestry living at different latitudes and show independent association to disease risk.