Abstract Cancer is driven by genetic change, and the advent of massively parallel sequencing has enabled systematic documentation of this variation at the whole-genome scale 1–3 . Here we report the integrative analysis of 2,658 whole-cancer genomes and their matching normal tissues across 38 tumour types from the Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes (PCAWG) Consortium of the International Cancer Genome Consortium (ICGC) and The Cancer Genome Atlas (TCGA). We describe the generation of the PCAWG resource, facilitated by international data sharing using compute clouds. On average, cancer genomes contained 4–5 driver mutations when combining coding and non-coding genomic elements; however, in around 5% of cases no drivers were identified, suggesting that cancer driver discovery is not yet complete. Chromothripsis, in which many clustered structural variants arise in a single catastrophic event, is frequently an early event in tumour evolution; in acral melanoma, for example, these events precede most somatic point mutations and affect several cancer-associated genes simultaneously. Cancers with abnormal telomere maintenance often originate from tissues with low replicative activity and show several mechanisms of preventing telomere attrition to critical levels. Common and rare germline variants affect patterns of somatic mutation, including point mutations, structural variants and somatic retrotransposition. A collection of papers from the PCAWG Consortium describes non-coding mutations that drive cancer beyond those in the TERT promoter 4 ; identifies new signatures of mutational processes that cause base substitutions, small insertions and deletions and structural variation 5,6 ; analyses timings and patterns of tumour evolution 7 ; describes the diverse transcriptional consequences of somatic mutation on splicing, expression levels, fusion genes and promoter activity 8,9 ; and evaluates a range of more-specialized features of cancer genomes 8,10–18 .

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.

Skeletal muscle depletion (sarcopenia) predicts morbidity and mortality in the elderly and cancer patients. We tested whether sarcopenia predicts primary colorectal cancer resection outcomes in stage II–IV patients (n=234). Sarcopenia was assessed using preoperative computed tomography images. Administrative hospitalisation data encompassing the index surgical admission, direct transfers for inpatient rehabilitation care and hospital re-admissions within 30 days was searched for International Classification of Disease (ICD)-10 codes for postoperative infections and inpatient rehabilitation care and used to calculate length of stay (LOS). Overall, 38.9% were sarcopenic; 16.7% had an infection and 9.0% had inpatient rehabilitation care. Length of stay was longer for sarcopenic patients overall (15.9±14.2 days vs 12.3±9.8 days, P=0.038) and especially in those ⩾65 years (20.2±16.9 days vs 13.1±8.3 days, P=0.008). Infection risk was greater for sarcopenic patients overall (23.7% vs 12.5%; P=0.025), and especially those ⩾65 years (29.6% vs 8.8%, P=0.005). Most (90%) inpatient rehabilitation care was in patients ⩾65 years. Inpatient rehabilitation was more common in sarcopenic patients overall (14.3% vs 5.6%; P=0.024) and those ⩾65 years (24.1% vs 10.7%, P=0.06). In a multivariate model in patients ⩾65 years, sarcopenia was an independent predictor of both infection (odds ratio (OR) 4.6, (95% confidence interval (CI) 1.5, 13.9) P<0.01) and rehabilitation care (OR 3.1 (95% CI 1.04, 9.4) P<0.04). Sarcopenia predicts postoperative infections, inpatient rehabilitation care and consequently a longer LOS.

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.

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.

Cholangiocarcinoma (CCA) is an aggressive malignancy of the bile ducts, with poor prognosis and limited treatment options. Here, we describe the integrated analysis of somatic mutations, RNA expression, copy number, and DNA methylation by The Cancer Genome Atlas of a set of predominantly intrahepatic CCA cases and propose a molecular classification scheme. We identified an IDH mutant-enriched subtype with distinct molecular features including low expression of chromatin modifiers, elevated expression of mitochondrial genes, and increased mitochondrial DNA copy number. Leveraging the multi-platform data, we observed that ARID1A exhibited DNA hypermethylation and decreased expression in the IDH mutant subtype. More broadly, we found that IDH mutations are associated with an expanded histological spectrum of liver tumors with molecular features that stratify with CCA. Our studies reveal insights into the molecular pathogenesis and heterogeneity of cholangiocarcinoma and provide classification information of potential therapeutic significance.

Abstract Here, as part of the Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes (PCAWG) Consortium, for which whole-genome and—for a subset—whole-transcriptome sequencing data from 2,658 cancers across 38 tumor types was aggregated, we systematically investigated potential viral pathogens using a consensus approach that integrated three independent pipelines. Viruses were detected in 382 genome and 68 transcriptome datasets. We found a high prevalence of known tumor-associated viruses such as Epstein–Barr virus (EBV), hepatitis B virus (HBV) and human papilloma virus (HPV; for example, HPV16 or HPV18). The study revealed significant exclusivity of HPV and driver mutations in head-and-neck cancer and the association of HPV with APOBEC mutational signatures, which suggests that impaired antiviral defense is a driving force in cervical, bladder and head-and-neck carcinoma. For HBV, HPV16, HPV18 and adeno-associated virus-2 (AAV2), viral integration was associated with local variations in genomic copy numbers. Integrations at the TERT promoter were associated with high telomerase expression evidently activating this tumor-driving process. High levels of endogenous retrovirus (ERV1) expression were linked to a worse survival outcome in patients with kidney cancer.

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is a highly aggressive cancer with poor patient survival. Toward understanding the underlying molecular alterations that drive PDAC oncogenesis, we conducted comprehensive proteogenomic analysis of 140 pancreatic cancers, 67 normal adjacent tissues, and 9 normal pancreatic ductal tissues. Proteomic, phosphoproteomic, and glycoproteomic analyses were used to characterize proteins and their modifications. In addition, whole-genome sequencing, whole-exome sequencing, methylation, RNA sequencing (RNA-seq), and microRNA sequencing (miRNA-seq) were performed on the same tissues to facilitate an integrated proteogenomic analysis and determine the impact of genomic alterations on protein expression, signaling pathways, and post-translational modifications. To ensure robust downstream analyses, tumor neoplastic cellularity was assessed via multiple orthogonal strategies using molecular features and verified via pathological estimation of tumor cellularity based on histological review. This integrated proteogenomic characterization of PDAC will serve as a valuable resource for the community, paving the way for early detection and identification of novel therapeutic targets.

Mitochondria are essential cellular organelles that play critical roles in cancer. Here, as part of the International Cancer Genome Consortium/The Cancer Genome Atlas Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes Consortium, which aggregated whole-genome sequencing data from 2,658 cancers across 38 tumor types, we performed a multidimensional, integrated characterization of mitochondrial genomes and related RNA sequencing data. Our analysis presents the most definitive mutational landscape of mitochondrial genomes and identifies several hypermutated cases. Truncating mutations are markedly enriched in kidney, colorectal and thyroid cancers, suggesting oncogenic effects with the activation of signaling pathways. We find frequent somatic nuclear transfers of mitochondrial DNA, some of which disrupt therapeutic target genes. Mitochondrial copy number varies greatly within and across cancers and correlates with clinical variables. Co-expression analysis highlights the function of mitochondrial genes in oxidative phosphorylation, DNA repair and the cell cycle, and shows their connections with clinically actionable genes. Our study lays a foundation for translating mitochondrial biology into clinical applications.