Tumor molecular profiling is a fundamental component of precision oncology, enabling the identification of genomic alterations in genes and pathways that can be targeted therapeutically. The existence of recurrent targetable alterations across distinct histologically defined tumor types, coupled with an expanding portfolio of molecularly targeted therapies, demands flexible and comprehensive approaches to profile clinically relevant genes across the full spectrum of cancers. We established a large-scale, prospective clinical sequencing initiative using a comprehensive assay, MSK-IMPACT, through which we have compiled tumor and matched normal sequence data from a unique cohort of more than 10,000 patients with advanced cancer and available pathological and clinical annotations. Using these data, we identified clinically relevant somatic mutations, novel noncoding alterations, and mutational signatures that were shared by common and rare tumor types. Patients were enrolled on genomically matched clinical trials at a rate of 11%. To enable discovery of novel biomarkers and deeper investigation into rare alterations and tumor types, all results are publicly accessible.

Fusions involving one of three tropomyosin receptor kinases (TRK) occur in diverse cancers in children and adults. We evaluated the efficacy and safety of larotrectinib, a highly selective TRK inhibitor, in adults and children who had tumors with these fusions.

The identification of specific genetic alterations as key oncogenic drivers and the development of targeted therapies are together transforming clinical oncology and creating a pressing need for increased breadth and throughput of clinical genotyping. Next-generation sequencing assays allow the efficient and unbiased detection of clinically actionable mutations. To enable precision oncology in patients with solid tumors, we developed Memorial Sloan Kettering-Integrated Mutation Profiling of Actionable Cancer Targets (MSK-IMPACT), a hybridization capture-based next-generation sequencing assay for targeted deep sequencing of all exons and selected introns of 341 key cancer genes in formalin-fixed, paraffin-embedded tumors. Barcoded libraries from patient-matched tumor and normal samples were captured, sequenced, and subjected to a custom analysis pipeline to identify somatic mutations. Sensitivity, specificity, reproducibility of MSK-IMPACT were assessed through extensive analytical validation. We tested 284 tumor samples with previously known point mutations and insertions/deletions in 47 exons of 19 cancer genes. All known variants were accurately detected, and there was high reproducibility of inter- and intrarun replicates. The detection limit for low-frequency variants was approximately 2% for hotspot mutations and 5% for nonhotspot mutations. Copy number alterations and structural rearrangements were also reliably detected. MSK-IMPACT profiles oncogenic DNA alterations in clinical solid tumor samples with high accuracy and sensitivity. Paired analysis of tumors and patient-matched normal samples enables unambiguous detection of somatic mutations to guide treatment decisions.

Metastatic colorectal cancers (mCRCs) are clinically heterogeneous, but the genomic basis of this variability remains poorly understood. We performed prospective targeted sequencing of 1,134 CRCs. We identified splice alterations in intronic regions of APC and large in-frame deletions in CTNNB1, increasing oncogenic WNT pathway alterations to 96% of CRCs. Right-sided primary site in microsatellite stable mCRC was associated with shorter survival, older age at diagnosis, increased mutations, and enrichment of oncogenic alterations in KRAS, BRAF, PIK3CA, AKT1, RNF43, and SMAD4 compared with left-sided primaries. Left-sided tumors frequently had no identifiable genetic alteration in mitogenic signaling, but exhibited higher mitogenic ligand expression. Our results suggest different pathways to tumorigenesis in right- and left-sided microsatellite stable CRC that may underlie clinical differences.

The anti-programmed cell death protein 1 (PD-1) antibody pembrolizumab is approved by the US Food and Drug Administration for the treatment of microsatellite instability-high (MSI-H) or mismatch repair-deficient (dMMR) solid tumors, but the prevalence of MSI-H/dMMR prostate cancer and the clinical utility of immune checkpoint blockade in this disease subset are unknown.To define the prevalence of MSI-H/dMMR prostate cancer and the clinical benefit of anti-PD-1/programmed cell death 1 ligand 1 (PD-L1) therapy in this molecularly defined population.In this case series, 1551 tumors from 1346 patients with prostate cancer undergoing treatment at Memorial Sloan Kettering Cancer Center were prospectively analyzed using a targeted sequencing assay from January 1, 2015, through January 31, 2018. Patients had a diagnosis of prostate cancer and consented to tumor molecular profiling when a tumor biopsy was planned or archival tissue was available. For each patient, clinical outcomes were reported, with follow-up until May 31, 2018.Tumor mutation burden and MSIsensor score, a quantitative measure of MSI, were calculated. Mutational signature analysis and immunohistochemistry for MMR protein expression were performed in select cases.Among the 1033 patients who had adequate tumor quality for MSIsensor analysis (mean [SD] age, 65.6 [9.3] years), 32 (3.1%) had MSI-H/dMMR prostate cancer. Twenty-three of 1033 patients (2.2%) had tumors with high MSIsensor scores, and an additional 9 had indeterminate scores with evidence of dMMR. Seven of the 32 MSI-H/dMMR patients (21.9%) had a pathogenic germline mutation in a Lynch syndrome-associated gene. Six patients had more than 1 tumor analyzed, 2 of whom displayed an acquired MSI-H phenotype later in their disease course. Eleven patients with MSI-H/dMMR castration-resistant prostate cancer received anti-PD-1/PD-L1 therapy. Six of these (54.5%) had a greater than 50% decline in prostate-specific antigen levels, 4 of whom had radiographic responses. As of May 2018, 5 of the 6 responders (5 of 11 total [45.5%]) were still on therapy for as long as 89 weeks.The MSI-H/dMMR molecular phenotype is uncommon yet therapeutically meaningful in prostate cancer and can be somatically acquired during disease evolution. Given the potential for durable responses to anti-PD-1/PD-L1 therapy, these findings support the use of prospective tumor sequencing to screen all patients with advanced prostate cancer for MSI-H/dMMR. Because not all patients with the MSI-H/dMMR phenotype respond, further studies should explore mechanisms of resistance.

PURPOSE Microsatellite instability (MSI) and/or mismatch repair deficiency (MMR-D) testing has traditionally been performed in patients with colorectal (CRC) and endometrial cancer (EC) to screen for Lynch syndrome (LS)–associated cancer predisposition. The recent success of immunotherapy in high-frequency MSI (MSI-H) and/or MMR-D tumors now supports testing for MSI in all advanced solid tumors. The extent to which LS accounts for MSI-H across heterogeneous tumor types is unknown. Here, we establish the prevalence of LS across solid tumors according to MSI status. METHODS MSI status was determined using targeted next-generation sequencing, with tumors classified as MSI-H, MSI-indeterminate, or microsatellite-stable. Matched germline DNA was analyzed for mutations in LS-associated mismatch repair genes ( MLH1, MSH2, MSH6, PMS2, EPCAM). In patients with LS with MSI-H/I tumors, immunohistochemical staining for MMR-D was assessed. RESULTS Among 15,045 unique patients (more than 50 cancer types), LS was identified in 16.3% (53 of 326), 1.9% (13 of 699), and 0.3% (37 of 14,020) of patients with MSI-H, MSI-indeterminate, and microsatellite-stable tumors, respectively ( P < .001). Among patients with LS with MSI-H/I tumors, 50% (33 of 66) had tumors other than CRC/EC, including urothelial, prostate, pancreas, adrenocortical, small bowel, sarcoma, mesothelioma, melanoma, gastric, and germ cell tumors. In these patients with non-CRC/EC tumors, 45% (15 of 33) did not meet LS genetic testing criteria on the basis of personal/family history. Immunohistochemical staining of LS-positive MSI-H/I tumors demonstrated MMR-D in 98.2% (56 of 57) of available cases. CONCLUSION MSI-H/MMR-D is predictive of LS across a much broader tumor spectrum than currently appreciated. Given implications for cancer surveillance and prevention measures in affected families, these data support germline genetic assessment for LS for patients with an MSI-H/MMR-D tumor, regardless of cancer type or family cancer history.

High mutational load gets a response Cancers harbor many genetic mutations. Defects in DNA mismatch repair prevent tumors from repairing certain types of DNA damage and lead to a hypermutable genomic state known as microsatellite instability (MSI). Some tumors with a high degree of MSI may be treatable with PD-1 (programmed cell death–1) immunotherapy, but patient response is highly variable. Mandal et al. studied drivers of differential response to immunotherapy in these patients and found that MSI intensity and insertion-deletion mutations strongly affected therapeutic outcome. Science , this issue p. 485

Prior molecular profiling of hepatocellular carcinoma (HCC) has identified actionable findings that may have a role in guiding therapeutic decision-making and clinical trial enrollment. We implemented prospective next-generation sequencing (NGS) in the clinic to determine whether such analyses provide predictive and/or prognostic information for HCC patients treated with contemporary systemic therapies.Matched tumor/normal DNA from patients with HCC (N = 127) were analyzed using a hybridization capture-based NGS assay designed to target 341 or more cancer-associated genes. Demographic and treatment data were prospectively collected with the goal of correlating treatment outcomes and drug response with molecular profiles.WNT/β-catenin pathway (45%) and TP53 (33%) alterations were frequent and represented mutually exclusive molecular subsets. In sorafenib-treated patients (n = 81), oncogenic PI3K-mTOR pathway alterations were associated with lower disease control rates (DCR, 8.3% vs. 40.2%), shorter median progression-free survival (PFS; 1.9 vs. 5.3 months), and shorter median overall survival (OS; 10.4 vs. 17.9 months). For patients treated with immune checkpoint inhibitors (n = 31), activating alteration WNT/β-catenin signaling were associated with lower DCR (0% vs. 53%), shorter median PFS (2.0 vs. 7.4 months), and shorter median OS (9.1 vs. 15.2 months). Twenty-four percent of patients harbored potentially actionable alterations including TSC1/2 (8.5%) inactivating/truncating mutations, FGF19 (6.3%) and MET (1.5%) amplifications, and IDH1 missense mutations (<1%). Six percent of patients treated with systemic therapy were matched to targeted therapeutics.Linking NGS to routine clinical care has the potential to identify those patients with HCC likely to benefit from standard systemic therapies and can be used in an investigational context to match patients to genome-directed targeted therapies.See related commentary by Pinyol et al., p. 2021.

With the FDA approval of larotrectinib, NTRK fusion assessment has recently become a standard part of management for patients with locally advanced or metastatic cancers. Unlike somatic mutation assessment, the detection of NTRK fusions is not straightforward, and various assays exist at the DNA, RNA, and protein level. Here, we investigate the performance of immunohistochemistry and DNA-based next-generation sequencing to indirectly or directly detect NTRK fusions relative to an RNA-based next-generation sequencing approach in the largest cohort of NTRK fusion positive solid tumors to date. A retrospective analysis of 38,095 samples from 33,997 patients sequenced by a targeted DNA-based next-generation sequencing panel (MSK-IMPACT), 2189 of which were also examined by an RNA-based sequencing assay (MSK-Fusion), identified 87 patients with oncogenic NTRK1-3 fusions. All available institutional NTRK fusion positive cases were assessed by pan-Trk immunohistochemistry along with a cohort of control cases negative for NTRK fusions by next-generation sequencing. DNA-based sequencing showed an overall sensitivity and specificity of 81.1% and 99.9%, respectively, for the detection of NTRK fusions when compared to RNA-based sequencing. False negatives occurred when fusions involved breakpoints not covered by the assay. Immunohistochemistry showed overall sensitivity of 87.9% and specificity of 81.1%, with high sensitivity for NTRK1 (96%) and NTRK2 (100%) fusions and lower sensitivity for NTRK3 fusions (79%). Specificity was 100% for carcinomas of the colon, lung, thyroid, pancreas, and biliary tract. Decreased specificity was seen in breast and salivary gland carcinomas (82% and 52%, respectively), and positive staining was often seen in tumors with neural differentiation. Both sensitivity and specificity were poor in sarcomas. Selection of the appropriate assay for NTRK fusion detection therefore depends on tumor type and genes involved, as well as consideration of other factors such as available material, accessibility of various clinical assays, and whether comprehensive genomic testing is needed concurrently.

Abstract Purpose: Various genetic driver aberrations have been identified among distinct anatomic and clinical subtypes of intrahepatic and extrahepatic cholangiocarcinoma, and these molecular alterations may be prognostic biomarkers and/or predictive of drug response. Experimental Design: Tumor samples from patients with cholangiocarcinoma who consented prospectively were analyzed using the MSK-IMPACT platform, a targeted next-generation sequencing assay that analyzes all exons and selected introns of 410 cancer-associated genes. Fisher exact tests were performed to identify associations between clinical characteristics and genetic alterations. Results: A total of 195 patients were studied: 78% intrahepatic and 22% extrahepatic cholangiocarcinoma. The most commonly altered genes in intrahepatic cholangiocarcinoma were IDH1 (30%), ARID1A (23%), BAP1 (20%), TP53 (20%), and FGFR2 gene fusions (14%). A tendency toward mutual exclusivity was seen between multiple genes in intrahepatic cholangiocarcinoma including TP53:IDH1, IDH1:KRAS, TP53:BAP1, and IDH1:FGFR2. Alterations in CDKN2A/B and ERBB2 were associated with reduced survival and time to progression on chemotherapy in patients with locally advanced or metastatic disease. Genetic alterations with potential therapeutic implications were identified in 47% of patients, leading to biomarker-directed therapy or clinical trial enrollment in 16% of patients. Conclusions: Cholangiocarcinoma is a genetically diverse cancer. Alterations in CDKN2A/B and ERBB2 are associated with negative prognostic implications in patients with advanced disease. Somatic alterations with therapeutic implications were identified in almost half of patients. These prospective data provide a contemporary benchmark for guiding the development of targeted therapies in molecularly profiled cholangiocarcinoma, and support to the use of molecular profiling to guide therapy selection in patients with advanced biliary cancers. Clin Cancer Res; 24(17); 4154–61. ©2018 AACR.