Cancers are composed of populations of cells with distinct molecular and phenotypic features, a phenomenon termed intratumor heterogeneity (ITH). ITH in lung cancers has not been well studied. We applied multiregion whole-exome sequencing (WES) on 11 localized lung adenocarcinomas. All tumors showed clear evidence of ITH. On average, 76% of all mutations and 20 out of 21 known cancer gene mutations were identified in all regions of individual tumors, which suggested that single-region sequencing may be adequate to identify the majority of known cancer gene mutations in localized lung adenocarcinomas. With a median follow-up of 21 months after surgery, three patients have relapsed, and all three patients had significantly larger fractions of subclonal mutations in their primary tumors than patients without relapse. These data indicate that a larger subclonal mutation fraction may be associated with increased likelihood of postsurgical relapse in patients with localized lung adenocarcinomas.

Aneuploidy, whole chromosome or chromosome arm imbalance, is a near-universal characteristic of human cancers. In 10,522 cancer genomes from The Cancer Genome Atlas, aneuploidy was correlated with TP53 mutation, somatic mutation rate, and expression of proliferation genes. Aneuploidy was anti-correlated with expression of immune signaling genes, due to decreased leukocyte infiltrates in high-aneuploidy samples. Chromosome arm-level alterations show cancer-specific patterns, including loss of chromosome arm 3p in squamous cancers. We applied genome engineering to delete 3p in lung cells, causing decreased proliferation rescued in part by chromosome 3 duplication. This study defines genomic and phenotypic correlates of cancer aneuploidy and provides an experimental approach to study chromosome arm aneuploidy.

Summary

 DNA damage repair (DDR) pathways modulate cancer risk, progression, and therapeutic response. We systematically analyzed somatic alterations to provide a comprehensive view of DDR deficiency across 33 cancer types. Mutations with accompanying loss of heterozygosity were observed in over 1/3 of DDR genes, including TP53 and BRCA1/2. Other prevalent alterations included epigenetic silencing of the direct repair genes EXO5, MGMT, and ALKBH3 in ∼20% of samples. Homologous recombination deficiency (HRD) was present at varying frequency in many cancer types, most notably ovarian cancer. However, in contrast to ovarian cancer, HRD was associated with worse outcomes in several other cancers. Protein structure-based analyses allowed us to predict functional consequences of rare, recurrent DDR mutations. A new machine-learning-based classifier developed from gene expression data allowed us to identify alterations that phenocopy deleterious TP53 mutations. These frequent DDR gene alterations in many human cancers have functional consequences that may determine cancer progression and guide therapy.

Importance

 Four assays registered with the US Food and Drug Administration (FDA) detect programmed cell death ligand 1 (PD-L1) to enrich for patient response to anti–programmed cell death 1 and anti–PD-L1 therapies. The tests use 4 separate PD-L1 antibodies on 2 separate staining platforms and have their own scoring systems, which raises questions about their similarity and the potential interchangeability of the tests. 

Objective

 To compare the performance of 4 PD-L1 platforms, including 2 FDA-cleared assays, 1 test for investigational use only, and 1 laboratory-developed test. 

Design, Setting, and Participants

 Four serial histologic sections from 90 archival non–small cell lung cancers from January 1, 2008, to December 31, 2010, were distributed to 3 sites that performed the following immunohistochemical assays: 28-8 antibody on the Dako Link 48 platform, 22c3 antibody on the Dako Link 48 platform, SP142 antibody on the Ventana Benchmark platform, and E1L3N antibody on the Leica Bond platform. The slides were scanned and scored by 13 pathologists who estimated the percentage of malignant and immune cells expressing PD-L1. Statistical analyses were performed from December 1, 2015, to August 30, 2016, to compare antibodies and pathologists’ scoring of tumor and immune cells. 

Main Outcomes and Measures

 Percentages of malignant and immune cells expressing PD-L1. 

Results

 Among the 90 samples, the SP142 assay was an outlier, with a significantly lower mean score of PD-L1 expression in both tumor and immune cells (tumor cells: 22c3, 2.96; 28-8, 3.26; SP142, 1.99; E1L3N, 3.20; overall mean, 2.85; and immune cells: 22c3, 2.15; 28-8, 2.28; SP142, 1.62; E1L3N, 2.28; overall mean, 2.08). Pairwise comparisons showed that the scores from the 28-8 and E1L3N tests were not significantly different but that the 22c3 test showed a slight (mean difference, 0.24-0.30) but statistically significant reduction in labeling of PD-L1 expression in tumor cells. Evaluation of intraclass correlation coefficients (ICCs) between antibodies to quantify interassay variability for PD-L1 expression in tumor cells showed high concordance between antibodies for tumor cell scoring (0.813; 95% CI, 0.815-0.839) and lower levels of concordance for immune cell scoring (0.277; 95% CI, 0.222-0.334). When examining variability between pathologists for any single assay, the concordance between pathologists’ scoring for PD-L1 expression in tumor cells ranged from ICCs of 0.832 (95% CI, 0.820-0.844) to 0.882 (95% CI, 0.873-0.891) for each assay, while the ICCs from immune cells for each assay ranged from 0.172 (95% CI, 0.156-0.189) to 0.229 (95% CI, 0.211-0.248). 

Conclusions and Relevance

 The assay using the SP142 antibody is an outlier that detected significantly less PD-L1 expression in tumor cells and immune cells. The assay for antibody 22c3 showed slight yet statistically significantly lower staining than either 28-8 or E1L3N, but this significance was detected only when using the mean of 13 pathologists’ scores. The pathologists showed excellent concordance when scoring tumor cells stained with any antibody but poor concordance for scoring immune cells stained with any antibody. Thus, for tumor cell assessment of PD-L1, 3 of the 4 tests are concordant and reproducible as read by pathologists.

We conducted the largest investigation of predisposition variants in cancer to date, discovering 853 pathogenic or likely pathogenic variants in 8% of 10,389 cases from 33 cancer types. Twenty-one genes showed single or cross-cancer associations, including novel associations of SDHA in melanoma and PALB2 in stomach adenocarcinoma. The 659 predisposition variants and 18 additional large deletions in tumor suppressors, including ATM, BRCA1, and NF1, showed low gene expression and frequent (43%) loss of heterozygosity or biallelic two-hit events. We also discovered 33 such variants in oncogenes, including missenses in MET, RET, and PTPN11 associated with high gene expression. We nominated 47 additional predisposition variants from prioritized VUSs supported by multiple evidences involving case-control frequency, loss of heterozygosity, expression effect, and co-localization with mutations and modified residues. Our integrative approach links rare predisposition variants to functional consequences, informing future guidelines of variant classification and germline genetic testing in cancer.

Despite recent advances in the use of immunotherapy, only a minority of patients with small cell lung cancer (SCLC) respond to immune checkpoint blockade (ICB). Here, we show that targeting the DNA damage response (DDR) proteins PARP and checkpoint kinase 1 (CHK1) significantly increased protein and surface expression of PD-L1. PARP or CHK1 inhibition remarkably potentiated the antitumor effect of PD-L1 blockade and augmented cytotoxic T-cell infiltration in multiple immunocompetent SCLC

Despite molecular and clinical heterogeneity, small cell lung cancer (SCLC) is treated as a single entity with predictably poor results. Using tumor expression data and non-negative matrix factorization, we identify four SCLC subtypes defined largely by differential expression of transcription factors ASCL1, NEUROD1, and POU2F3 or low expression of all three transcription factor signatures accompanied by an Inflamed gene signature (SCLC-A, N, P, and I, respectively). SCLC-I experiences the greatest benefit from the addition of immunotherapy to chemotherapy, while the other subtypes each have distinct vulnerabilities, including to inhibitors of PARP, Aurora kinases, or BCL-2. Cisplatin treatment of SCLC-A patient-derived xenografts induces intratumoral shifts toward SCLC-I, supporting subtype switching as a mechanism of acquired platinum resistance. We propose that matching baseline tumor subtype to therapy, as well as manipulating subtype switching on therapy, may enhance depth and duration of response for SCLC patients.

We analyzed molecular data on 2,579 tumors from The Cancer Genome Atlas (TCGA) of four gynecological types plus breast. Our aims were to identify shared and unique molecular features, clinically significant subtypes, and potential therapeutic targets. We found 61 somatic copy-number alterations (SCNAs) and 46 significantly mutated genes (SMGs). Eleven SCNAs and 11 SMGs had not been identified in previous TCGA studies of the individual tumor types. We found functionally significant estrogen receptor-regulated long non-coding RNAs (lncRNAs) and gene/lncRNA interaction networks. Pathway analysis identified subtypes with high leukocyte infiltration, raising potential implications for immunotherapy. Using 16 key molecular features, we identified five prognostic subtypes and developed a decision tree that classified patients into the subtypes based on just six features that are assessable in clinical laboratories.

Abstract Small cell lung cancer (SCLC) is an aggressive malignancy distinct from non–small cell lung cancer (NSCLC) in its metastatic potential and treatment response. Using an integrative proteomic and transcriptomic analysis, we investigated molecular differences contributing to the distinct clinical behavior of SCLCs and NSCLCs. SCLCs showed lower levels of several receptor tyrosine kinases and decreased activation of phosphoinositide 3-kinase (PI3K) and Ras/mitogen-activated protein (MAP)/extracellular signal–regulated kinase (ERK) kinase (MEK) pathways but significantly increased levels of E2F1-regulated factors including enhancer of zeste homolog 2 (EZH2), thymidylate synthase, apoptosis mediators, and DNA repair proteins. In addition, PARP1, a DNA repair protein and E2F1 co-activator, was highly expressed at the mRNA and protein levels in SCLCs. SCLC growth was inhibited by PARP1 and EZH2 knockdown. Furthermore, SCLC was significantly more sensitive to PARP inhibitors than were NSCLCs, and PARP inhibition downregulated key components of the DNA repair machinery and enhanced the efficacy of chemotherapy. Significance: SCLC is a highly lethal cancer with a 5-year survival rate of less than 10%. To date, no molecularly targeted agents have prolonged survival in patients with SCLCs. As a step toward identifying new targets, we systematically profiled SCLCs with a focus on therapeutically relevant signaling pathways. Our data reveal fundamental differences in the patterns of pathway activation in SCLCs and NSCLCs and identify several potential therapeutic targets for SCLCs, including PARP1 and EZH2. On the basis of these results, clinical studies evaluating PARP and EZH2 inhibition, together with chemotherapy or other agents, warrant further investigation. Cancer Discov; 2(9); 798–811. ©2012 AACR. Read the Commentary on this article by Rosell and Wannesson, p. 769. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 753.

Abstract Malignant pleural mesothelioma (MPM) is a highly lethal cancer of the lining of the chest cavity. To expand our understanding of MPM, we conducted a comprehensive integrated genomic study, including the most detailed analysis of BAP1 alterations to date. We identified histology-independent molecular prognostic subsets, and defined a novel genomic subtype with TP53 and SETDB1 mutations and extensive loss of heterozygosity. We also report strong expression of the immune-checkpoint gene VISTA in epithelioid MPM, strikingly higher than in other solid cancers, with implications for the immune response to MPM and for its immunotherapy. Our findings highlight new avenues for further investigation of MPM biology and novel therapeutic options. Significance: Through a comprehensive integrated genomic study of 74 MPMs, we provide a deeper understanding of histology-independent determinants of aggressive behavior, define a novel genomic subtype with TP53 and SETDB1 mutations and extensive loss of heterozygosity, and discovered strong expression of the immune-checkpoint gene VISTA in epithelioid MPM. See related commentary by Aggarwal and Albelda, p. 1508. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1494