Jessica Zucman-Rossi and colleagues report exome sequences of 243 hepatocellular carcinomas. They identify mutational signatures associated with specific risk factors such as alcohol, tobacco and aflatoxin B1 and find genetic alterations potentially targetable by FDA-approved drugs in 28% of the tumors. Genomic analyses promise to improve tumor characterization to optimize personalized treatment for patients with hepatocellular carcinoma (HCC). Exome sequencing analysis of 243 liver tumors identified mutational signatures associated with specific risk factors, mainly combined alcohol and tobacco consumption and exposure to aflatoxin B1. We identified 161 putative driver genes associated with 11 recurrently altered pathways. Associations of mutations defined 3 groups of genes related to risk factors and centered on CTNNB1 (alcohol), TP53 (hepatitis B virus, HBV) and AXIN1. Analyses according to tumor stage progression identified TERT promoter mutation as an early event, whereas FGF3, FGF4, FGF19 or CCND1 amplification and TP53 and CDKN2A alterations appeared at more advanced stages in aggressive tumors. In 28% of the tumors, we identified genetic alterations potentially targetable by US Food and Drug Administration (FDA)–approved drugs. In conclusion, we identified risk factor–specific mutational signatures and defined the extensive landscape of altered genes and pathways in HCC, which will be useful to design clinical trials for targeted therapy.

Jessica Zucman-Rossi and colleagues report exome sequencing of 24 hepatocellular carcinomas and non-tumor liver tissues and copy-number analysis of 125 tumors. They identify new recurrent mutations in ARID1A, RPS6KA3, NFE2L2 and IRF2 in HCC. Hepatocellular carcinoma (HCC) is the most common primary liver malignancy. Here, we performed high-resolution copy-number analysis on 125 HCC tumors and whole-exome sequencing on 24 of these tumors. We identified 135 homozygous deletions and 994 somatic mutations of genes with predicted functional consequences. We found new recurrent alterations in four genes (ARID1A, RPS6KA3, NFE2L2 and IRF2) not previously described in HCC. Functional analyses showed tumor suppressor properties for IRF2, whose inactivation, exclusively found in hepatitis B virus (HBV)-related tumors, led to impaired TP53 function. In contrast, inactivation of chromatin remodelers was frequent and predominant in alcohol-related tumors. Moreover, association of mutations in specific genes (RPS6KA3-AXIN1 and NFE2L2-CTNNB1) suggested that Wnt/β-catenin signaling might cooperate in liver carcinogenesis with both oxidative stress metabolism and Ras/mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathways. This study provides insight into the somatic mutational landscape in HCC and identifies interactions between mutations in oncogene and tumor suppressor gene mutations related to specific risk factors.

Paragangliomas are neuroendocrine tumors frequently associated with mutations in RET, NF1, VHL, and succinate dehydrogenase (SDHx) genes. Methylome analysis of a large paraganglioma cohort identified three stable clusters, associated with distinct clinical features and mutational status. SDHx-related tumors displayed a hypermethylator phenotype, associated with downregulation of key genes involved in neuroendocrine differentiation. Succinate accumulation in SDH-deficient mouse chromaffin cells led to DNA hypermethylation by inhibition of 2-OG-dependent histone and DNA demethylases and established a migratory phenotype reversed by decitabine treatment. Epigenetic silencing was particularly severe in SDHB-mutated tumors, potentially explaining their malignancy. Finally, inactivating FH mutations were identified in the only hypermethylated tumor without SDHx mutations. These findings emphasize the interplay between the Krebs cycle, epigenomic changes, and cancer.

•CTNNB1 and TP53 mutations define two distinct tumour phenotypes. •Histological subtypes of HCC are associated with clinical and molecular features. •The novel macrotrabecular-massive subtype has clinical and biological relevance. •Relationships between HCC phenotype and biology has translational implications. Background & Aims Our increasing understanding of hepatocellular carcinoma (HCC) biology holds promise for personalized care, however its translation into clinical practice requires a precise knowledge of its relationship to tumour phenotype. Methods We aimed at investigating molecular-phenotypic correlations in a large series of HCC. To this purpose, 343 surgically resected HCC samples were investigated by pathological review, immunohistochemistry, gene expression profiling and sequencing. Results CTNNB1 (40%) and TP53 (21%) mutations were mutually exclusive and defined two major groups of HCC characterized by distinct phenotypes. CTNNB1 mutated tumours were large (p = 0.002), well-differentiated (p <0.001), cholestatic (p <0.001), with microtrabecular (p <0.001) and pseudoglandular (p <0.001) patterns and without inflammatory infiltrates (p <0.001). TP53 mutated tumours were poorly differentiated (p <0.001) with a compact pattern (p = 0.02), multinucleated (p = 0.01) and pleomorphic (p = 0.02) cells and frequent vascular invasion (p = 0.02). World Health Organization (WHO) classification of histological subtypes were also strongly related to molecular features. The scirrhous subtype was associated with TSC1/TSC2 mutations (p = 0.005), epithelial-to-mesenchymal transition and a progenitor expression profile. The steatohepatitic subtype showed frequent IL-6/JAK/STAT activation without CTNNB1, TERT and TP53 pathway alterations (p = 0.01). Pathological review identified a novel subtype, designated as “macrotrabecular-massive” associated with poor survival (p <0.001), high alpha-fetoprotein serum level (p = 0.02), vascular invasion (p <0.001), TP53 mutations (p <0.001) and FGF19 amplifications (p = 0.02), features also validated in The Cancer Genome Atlas (TCGA) data. Finally, integration of HCC pathological characteristics with its transcriptomic classification showed phenotypically distinct tumour subclasses closely related to G1-G6 subgroups. Conclusion HCC phenotypes are tightly associated with gene mutations and transcriptomic classification. These findings may help in translating our knowledge of HCC biology into clinical practice. Lay summary: HCC is a very heterogenous tumour, both at the pathological and molecular levels. We show here that HCC phenotype is tightly associated to its molecular alterations and underlying oncogenic pathways. Our increasing understanding of hepatocellular carcinoma (HCC) biology holds promise for personalized care, however its translation into clinical practice requires a precise knowledge of its relationship to tumour phenotype. We aimed at investigating molecular-phenotypic correlations in a large series of HCC. To this purpose, 343 surgically resected HCC samples were investigated by pathological review, immunohistochemistry, gene expression profiling and sequencing. CTNNB1 (40%) and TP53 (21%) mutations were mutually exclusive and defined two major groups of HCC characterized by distinct phenotypes. CTNNB1 mutated tumours were large (p = 0.002), well-differentiated (p <0.001), cholestatic (p <0.001), with microtrabecular (p <0.001) and pseudoglandular (p <0.001) patterns and without inflammatory infiltrates (p <0.001). TP53 mutated tumours were poorly differentiated (p <0.001) with a compact pattern (p = 0.02), multinucleated (p = 0.01) and pleomorphic (p = 0.02) cells and frequent vascular invasion (p = 0.02). World Health Organization (WHO) classification of histological subtypes were also strongly related to molecular features. The scirrhous subtype was associated with TSC1/TSC2 mutations (p = 0.005), epithelial-to-mesenchymal transition and a progenitor expression profile. The steatohepatitic subtype showed frequent IL-6/JAK/STAT activation without CTNNB1, TERT and TP53 pathway alterations (p = 0.01). Pathological review identified a novel subtype, designated as “macrotrabecular-massive” associated with poor survival (p <0.001), high alpha-fetoprotein serum level (p = 0.02), vascular invasion (p <0.001), TP53 mutations (p <0.001) and FGF19 amplifications (p = 0.02), features also validated in The Cancer Genome Atlas (TCGA) data. Finally, integration of HCC pathological characteristics with its transcriptomic classification showed phenotypically distinct tumour subclasses closely related to G1-G6 subgroups. HCC phenotypes are tightly associated with gene mutations and transcriptomic classification. These findings may help in translating our knowledge of HCC biology into clinical practice.

Epigenetic deregulation has emerged as a driver in human malignancies. There is no clear understanding of the epigenetic alterations in hepatocellular carcinoma (HCC) and of the potential role of DNA methylation markers as prognostic biomarkers. Analysis of tumor tissue from 304 patients with HCC treated with surgical resection allowed us to generate a methylation‐based prognostic signature using a training‐validation scheme. Methylome profiling was done with the Illumina HumanMethylation450 array (Illumina, Inc., San Diego, CA), which covers 96% of known cytosine‐phosphate‐guanine (CpG) islands and 485,000 CpG, and transcriptome profiling was performed with Affymetrix Human Genome U219 Plate (Affymetrix, Inc., Santa Clara, CA) and miRNA Chip 2.0. Random survival forests enabled us to generate a methylation signature based on 36 methylation probes. We computed a risk score of mortality for each individual that accurately discriminated patient survival both in the training (221 patients; 47% hepatitis C–related HCC) and validation sets (n = 83; 47% alcohol‐related HCC). This signature correlated with known predictors of poor outcome and retained independent prognostic capacity of survival along with multinodularity and platelet count. The subset of patients identified by this signature was enriched in the molecular subclass of proliferation with progenitor cell features. The study confirmed a high prevalence of genes known to be deregulated by aberrant methylation in HCC (e.g., Ras association [RalGDS/AF‐6] domain family member 1 , insulin‐like growth factor 2 , and adenomatous polyposis coli ) and other solid tumors (e.g., NOTCH3 ) and describes potential candidate epidrivers (e.g., septin 9 and ephrin B2 ). Conclusions : A validated signature of 36 DNA methylation markers accurately predicts poor survival in patients with HCC. Patients with this methylation profile harbor messenger RNA–based signatures indicating tumors with progenitor cell features. (H epatology 2015;61:1945–1956)

Hepatocellular adenomas (HCAs) are benign liver tumors that can be assigned to molecular subtypes based on inactivating mutations in hepatocyte nuclear factor 1A, activating mutations in β-catenin, or activation of inflammatory signaling pathways. We aimed to update the classification system for HCA and associate the subtypes with disease risk factors and complications.We analyzed expression levels of 20 genes and sequenced exon regions of 8 genes (HNF1A, IL6ST, CTNNB1, FRK, STAT3, GNAS, JAK1, and TERT) in 607 samples of 533 HCAs from 411 patients, collected from 28 centers mainly in France from 2000 and 2014. We performed gene expression profile, RNA sequence, whole-exome and genome sequence, and immunohistochemical analyses of select samples. Molecular data were associated with risk factors, histopathology, bleeding, and malignant transformation.Symptomatic bleeding occurred in 14% of the patients (85% of cases were female, median age, 38 years); 7% of the nodules were borderline between HCA and hepatocellular carcinoma, and 3% of patients developed hepatocellular carcinoma from HCA. Based on molecular features, we classified HCA into 8 subgroups. One new subgroup, composed of previously unclassified HCA, represented 4% of HCAs overall and was associated with obesity and bleeding. These tumors were characterized by activation of sonic hedgehog signaling, due to focal deletions that fuse the promoter of INHBE with GLI1. Analysis of genetic heterogeneity among multiple HCAs, from different patients, revealed a molecular subtype field effect; multiple tumors had different mutations that deregulated similar pathways. Specific molecular subtypes of HCA associated with various HCA risk factors, including imbalances in estrogen or androgen hormones. Specific molecular subgroup of HCA with β-catenin and sonic hedgehog activation associated with malignant transformation and bleeding, respectively.Using sequencing and gene expression analyses, we identified a subgroup of HCA characterized by fusion of the INHBE and GLI1 genes and activation of sonic hedgehog pathway. Molecular subtypes of HCAs associated with different patients' risk factors for HCA, disease progression, and pathology features of tumors. This classification system might be used to select treatment strategies for patients with HCA.

Muscle-invasive bladder carcinoma (MIBC) constitutes a heterogeneous group of tumors with a poor outcome. Molecular stratification of MIBC may identify clinically relevant tumor subgroups and help to provide effective targeted therapies. From seven series of large-scale transcriptomic data (383 tumors), we identified an MIBC subgroup accounting for 23.5% of MIBC, associated with shorter survival and displaying a basal-like phenotype, as shown by the expression of epithelial basal cell markers. Basal-like tumors presented an activation of the epidermal growth factor receptor (EGFR) pathway linked to frequent EGFR gains and activation of an EGFR autocrine loop. We used a 40-gene expression classifier derived from human tumors to identify human bladder cancer cell lines and a chemically induced mouse model of bladder cancer corresponding to human basal-like bladder cancer. We showed, in both models, that tumor cells were sensitive to anti-EGFR therapy. Our findings provide preclinical proof of concept that anti-EGFR therapy can be used to target a subset of particularly aggressive MIBC tumors expressing basal cell markers and provide diagnostic tools for identifying these tumors.

Abstract Genomic alterations driving tumorigenesis result from the interaction of environmental exposures and endogenous cellular processes. With a diversity of risk factors, liver cancer is an ideal model to study these interactions. Here, we analyze the whole genomes of 44 new and 264 published liver cancers and we identify 10 mutational and 6 structural rearrangement signatures showing distinct relationships with environmental exposures, replication, transcription, and driver genes. The liver cancer-specific signature 16, associated with alcohol, displays a unique feature of transcription-coupled damage and is the main source of CTNNB1 mutations. Flood of insertions/deletions (indels) are identified in very highly expressed hepato-specific genes, likely resulting from replication-transcription collisions. Reconstruction of sub-clonal architecture reveals mutational signature evolution during tumor development exemplified by the vanishing of aflatoxin B1 signature in African migrants. Finally, chromosome duplications occur late and may represent rate-limiting events in tumorigenesis. These findings shed new light on the natural history of liver cancers.