Colonoscopy and sigmoidoscopy provide protection against colorectal cancer, but the magnitude and duration of protection, particularly against cancer of the proximal colon, remain uncertain.

CD44 is an adhesion molecule expressed in cancer stem-like cells. Here, we show that a CD44 variant (CD44v) interacts with xCT, a glutamate-cystine transporter, and controls the intracellular level of reduced glutathione (GSH). Human gastrointestinal cancer cells with a high level of CD44 expression showed an enhanced capacity for GSH synthesis and defense against reactive oxygen species (ROS). Ablation of CD44 induced loss of xCT from the cell surface and suppressed tumor growth in a transgenic mouse model of gastric cancer. It also induced activation of p38MAPK, a downstream target of ROS, and expression of the gene for the cell cycle inhibitor p21CIP1/WAF1. These findings establish a function for CD44v in regulation of ROS defense and tumor growth.

Adam Bass, Gad Getz and colleagues report whole-exome sequencing of 149 esophageal adenocarcinomas (EACs) and whole-genome sequencing of 15 EACs. They identify a mutational signature defined by a high prevalence of A>C transversions, as well as 26 genes mutated at high frequency in EACs. The incidence of esophageal adenocarcinoma (EAC) has risen 600% over the last 30 years. With a 5-year survival rate of ∼15%, the identification of new therapeutic targets for EAC is greatly important. We analyze the mutation spectra from whole-exome sequencing of 149 EAC tumor-normal pairs, 15 of which have also been subjected to whole-genome sequencing. We identify a mutational signature defined by a high prevalence of A>C transversions at AA dinucleotides. Statistical analysis of exome data identified 26 significantly mutated genes. Of these genes, five (TP53, CDKN2A, SMAD4, ARID1A and PIK3CA) have previously been implicated in EAC. The new significantly mutated genes include chromatin-modifying factors and candidate contributors SPG20, TLR4, ELMO1 and DOCK2. Functional analyses of EAC-derived mutations in ELMO1 identifies increased cellular invasion. Therefore, we suggest the potential activation of the RAC1 pathway as a contributor to EAC tumorigenesis.

Colorectal cancer is typically classified into proximal colon, distal colon and rectal cancer. Tumour genetic and epigenetic features differ by tumour location. Considering a possible role of bowel contents (including microbiome) in carcinogenesis, this study hypothesised that tumour molecular features might gradually change along bowel subsites, rather than change abruptly at splenic flexure.Utilising 1443 colorectal cancers in two US nationwide prospective cohort studies, the frequencies of molecular features (CpG island methylator phenotype (CIMP), microsatellite instability (MSI), LINE-1 methylation and BRAF, KRAS and PIK3CA mutations) were examined along bowel subsites (rectum, rectosigmoid junction, sigmoid, descending colon, splenic flexure, transverse colon, hepatic flexure, ascending colon and caecum). The linearity and non-linearity of molecular relations along subsites were statistically tested by multivariate logistic or linear regression analysis.The frequencies of CIMP-high, MSI-high and BRAF mutations gradually increased from the rectum (<2.3%) to ascending colon (36-40%), followed by falls in the caecum (12-22%). By linearity tests, these molecular relations were significantly linear from rectum to ascending colon (p<0.0001), and there was little evidence of non-linearity (p>0.09). Caecal cancers exhibited the highest frequency of KRAS mutations (52% vs 27-35% in other sites; p<0.0001).The frequencies of CIMP-high, MSI-high and BRAF mutations in cancer increased gradually along colorectum subsites from the rectum to ascending colon. These novel data challenge the common conception of discrete molecular features of proximal versus distal colorectal cancers, and have a substantial impact on clinical, translational and epidemiology research, which has typically been performed with the dichotomous classification of proximal versus distal tumours.

BRAF mutation in colorectal cancer is associated with microsatellite instability (MSI) through its relationship with high-level CpG island methylator phenotype (CIMP) and MLH1 promoter methylation. MSI and BRAF mutation analyses are routinely used for familial cancer risk assessment. To clarify clinical outcome associations of combined MSI/BRAF subgroups, we investigated survival in 1253 rectal and colon cancer patients within the Nurses' Health Study and Health Professionals Follow-up Study with available data on clinical and other molecular features, including CIMP, LINE-1 hypomethylation, and KRAS and PIK3CA mutations. Compared with the majority subtype of microsatellite stable (MSS)/BRAF-wild-type, MSS/BRAF-mutant, MSI-high/BRAF-mutant, and MSI-high/BRAF-wild-type subtypes showed multivariable colorectal cancer-specific mortality hazard ratios of 1.60 (95% confidence interval [CI] =1.12 to 2.28; P = .009), 0.48 (95% CI = 0.27 to 0.87; P = .02), and 0.25 (95% CI = 0.12 to 0.52; P < .001), respectively. No evidence existed for a differential prognostic role of BRAF mutation by MSI status (P(interaction) > .50). Combined BRAF/MSI status in colorectal cancer is a tumor molecular biomarker for prognosic risk stratification.

MicroRNAs are approximately 22 nucleotide noncoding RNA molecules that posttranscriptionally regulate gene expression. The aim of this study was (a) to determine a role of microRNA-21 in esophageal squamous cell carcinoma and (b) to elucidate the regulation of the programmed cell death 4 (PDCD4) gene by microRNA-21.MicroRNA-21 expression was investigated in 20 matched normal esophageal epitheliums and esophageal squamous cell carcinomas and seven esophageal squamous cell carcinoma cell lines (TE6, TE8, TE10, TE11, TE12, TE14, KYSE30) by TaqMan quantitative real-time PCR and in situ hybridization. To evaluate the role of microRNA-21, cell proliferation and invasion were analyzed with anti-microRNA-21-transfected cells. In addition, the regulation of PDCD4 by microRNA-21 was elucidated to identify the mechanisms of this regulation.Of 20 paired samples, 18 cancer tissues overexpressed microRNA-21 in comparison with matched normal epitheliums. Specifically, patients with lymph node metastasis or venous invasion showed significantly high expression of microRNA-21. In situ hybridization for microRNA-21 showed strong positive staining in paraffin-embedded esophageal squamous cell carcinoma tissues. All seven esophageal squamous cell carcinoma cell lines also overexpressed microRNA-21, and anti-microRNA-21-transfected cells showed significant reduction in cellular proliferation and invasion. The PDCD4 protein levels in esophageal squamous cell carcinoma cells have an inverse correlation with microRNA-21 expression. Anti-microRNA-21-transfected cells increased PDCD4 protein expression without changing the PDCD4 mRNA level and increased a luciferase-reporter activity containing the PDCD4-3' untranslated region construct.MicroRNA-21 targets PDCD4 at the posttranscriptional level and regulates cell proliferation and invasion in esophageal squamous cell carcinoma. It may serve as a novel therapeutic target in esophageal squamous cell carcinoma.

Abstract Gastroesophageal adenocarcinoma (GEA) is a lethal disease where targeted therapies, even when guided by genomic biomarkers, have had limited efficacy. A potential reason for the failure of such therapies is that genomic profiling results could commonly differ between the primary and metastatic tumors. To evaluate genomic heterogeneity, we sequenced paired primary GEA and synchronous metastatic lesions across multiple cohorts, finding extensive differences in genomic alterations, including discrepancies in potentially clinically relevant alterations. Multiregion sequencing showed significant discrepancy within the primary tumor (PT) and between the PT and disseminated disease, with oncogene amplification profiles commonly discordant. In addition, a pilot analysis of cell-free DNA (cfDNA) sequencing demonstrated the feasibility of detecting genomic amplifications not detected in PT sampling. Lastly, we profiled paired primary tumors, metastatic tumors, and cfDNA from patients enrolled in the personalized antibodies for GEA (PANGEA) trial of targeted therapies in GEA and found that genomic biomarkers were recurrently discrepant between the PT and untreated metastases. Divergent primary and metastatic tissue profiling led to treatment reassignment in 32% (9/28) of patients. In discordant primary and metastatic lesions, we found 87.5% concordance for targetable alterations in metastatic tissue and cfDNA, suggesting the potential for cfDNA profiling to enhance selection of therapy. Significance: We demonstrate frequent baseline heterogeneity in targetable genomic alterations in GEA, indicating that current tissue sampling practices for biomarker testing do not effectively guide precision medicine in this disease and that routine profiling of metastatic lesions and/or cfDNA should be systematically evaluated. Cancer Discov; 8(1); 37–48. ©2017 AACR. See related commentary by Sundar and Tan, p. 14. See related article by Janjigian et al., p. 49. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1

A more detailed understanding of the somatic genetic events that drive gastrointestinal adenocarcinomas is necessary to improve diagnosis and therapy. Using data from high-density genomic profiling arrays, we conducted an analysis of somatic copy-number aberrations in 486 gastrointestinal adenocarcinomas including 296 esophageal and gastric cancers. Focal amplifications were substantially more prevalent in gastric/esophageal adenocarcinomas than colorectal tumors. We identified 64 regions of significant recurrent amplification and deletion, some shared and others unique to the adenocarcinoma types examined. Amplified genes were noted in 37% of gastric/esophageal tumors, including in therapeutically targetable kinases such as ERBB2, FGFR1, FGFR2, EGFR, and MET, suggesting the potential use of genomic amplifications as biomarkers to guide therapy of gastric and esophageal cancers where targeted therapeutics have been less developed compared with colorectal cancers. Amplified loci implicated genes with known involvement in carcinogenesis but also pointed to regions harboring potentially novel cancer genes, including a recurrent deletion found in 15% of esophageal tumors where the Runt transcription factor subunit RUNX1 was implicated, including by functional experiments in tissue culture. Together, our results defined genomic features that were common and distinct to various gut-derived adenocarcinomas, potentially informing novel opportunities for targeted therapeutic interventions.

Mesenchymal tumor subpopulations secrete pro-tumorigenic cytokines and promote treatment resistance1–4. This phenomenon has been implicated in chemorefractory small cell lung cancer and resistance to targeted therapies5–8, but remains incompletely defined. Here, we identify a subclass of endogenous retroviruses (ERVs) that engages innate immune signaling in these cells. Stimulated 3 prime antisense retroviral coding sequences (SPARCS) are oriented inversely in 3′ untranslated regions of specific genes enriched for regulation by STAT1 and EZH2. Derepression of these loci results in double-stranded RNA generation following IFN-γ exposure due to bi-directional transcription from the STAT1-activated gene promoter and the 5′ long terminal repeat of the antisense ERV. Engagement of MAVS and STING activates downstream TBK1, IRF3, and STAT1 signaling, sustaining a positive feedback loop. SPARCS induction in human tumors is tightly associated with major histocompatibility complex class 1 expression, mesenchymal markers, and downregulation of chromatin modifying enzymes, including EZH2. Analysis of cell lines with high inducible SPARCS expression reveals strong association with an AXL/MET-positive mesenchymal cell state. While SPARCS-high tumors are immune infiltrated, they also exhibit multiple features of an immune-suppressed microenviroment. Together, these data unveil a subclass of ERVs whose derepression triggers pathologic innate immune signaling in cancer, with important implications for cancer immunotherapy. Retroelements located in antisense orientation within interferon-regulated genes are reactivated in a subset of cancer cells and initiate a STING- and MAVS-dependent feed-forward inflammatory loop, driving antitumor immunity and exhaustion.

Abstract Purpose: Mutations in PIK3CA [the gene encoding the p110α catalytic subunit of phosphatidylinositide-3-kinase (PI3K)] play an important role in colorectal carcinogenesis. Experimental evidence suggests that PIK3CA exon 9 and exon 20 mutations trigger different biologic effects, and that concomitant mutations in both exons 9 and 20 synergistically enhance tumorigenic effects. Thus, we hypothesized that PIK3CA exon 9 and exon 20 mutations might have differential effects on clinical outcome in colorectal cancer, and that concomitant PIK3CA exon 9 and 20 mutations might confer aggressive tumor behavior. Experimental Design: We sequenced PIK3CA by pyrosequencing in 1,170 rectal and colon cancers in two prospective cohort studies, and found 189 (16%) PIK3CA mutated tumors. Mortality HR according to PIK3CA status was computed using Cox proportional hazards model, adjusting for clinical and molecular features, including microsatellite instability, CpG island methylator phenotype, LINE-1 methylation, and BRAF and KRAS mutations. Results: Compared with PIK3CA wild-type cases, patients with concomitant PIK3CA mutations in exons 9 and 20 experienced significantly worse cancer-specific survival [log-rank P = 0.031; multivariate HR = 3.51; 95% confidence interval (CI): 1.28–9.62] and overall survival (log-rank P = 0.0008; multivariate HR = 2.68; 95% CI: 1.24–5.77). PIK3CA mutation in either exon 9 or 20 alone was not significantly associated with patient survival. No significant interaction of PIK3CA mutation with BRAF or KRAS mutation was observed in survival analysis. Conclusion: Coexistence of PIK3CA (the PI3K p110α subunit) exon 9 and 20 mutations, but not PIK3CA mutation in either exon 9 or 20 alone, is associated with poor prognosis of colorectal cancer patients. Clin Cancer Res; 18(8); 2257–68. ©2012 AACR.