Loss of MHC class I (MHC-I) antigen presentation in cancer cells can elicit immunotherapy resistance. A genome-wide CRISPR/Cas9 screen identified an evolutionarily conserved function of polycomb repressive complex 2 (PRC2) that mediates coordinated transcriptional silencing of the MHC-I antigen processing pathway (MHC-I APP), promoting evasion of T cell-mediated immunity. MHC-I APP gene promoters in MHC-I low cancers harbor bivalent activating H3K4me3 and repressive H3K27me3 histone modifications, silencing basal MHC-I expression and restricting cytokine-induced upregulation. Bivalent chromatin at MHC-I APP genes is a normal developmental process active in embryonic stem cells and maintained during neural progenitor differentiation. This physiological MHC-I silencing highlights a conserved mechanism by which cancers arising from these primitive tissues exploit PRC2 activity to enable immune evasion.

Abstract Merkel cell carcinoma (MCC) is an uncommon, but highly malignant, cutaneous tumor. Merkel cell polyoma virus (MCV) has been implicated in a majority of MCC tumors; however, viral-negative tumors have been reported to be more prevalent in some geographic regions subject to high sun exposure. While the impact of MCV and viral T-antigens on MCC development has been extensively investigated, little is known about the etiology of viral-negative tumors. We performed targeted capture and massively parallel DNA sequencing of 619 cancer genes to compare the gene mutations and copy number alterations in MCV-positive (n = 13) and -negative (n = 21) MCC tumors and cell lines. We found that MCV-positive tumors displayed very low mutation rates, but MCV-negative tumors exhibited a high mutation burden associated with a UV-induced DNA damage signature. All viral-negative tumors harbored mutations in RB1, TP53, and a high frequency of mutations in NOTCH1 and FAT1. Additional mutated or amplified cancer genes of potential clinical importance included PI3K (PIK3CA, AKT1, PIK3CG) and MAPK (HRAS, NF1) pathway members and the receptor tyrosine kinase FGFR2. Furthermore, looking ahead to potential therapeutic strategies encompassing immune checkpoint inhibitors such as anti-PD-L1, we also assessed the status of T-cell–infiltrating lymphocytes (TIL) and PD-L1 in MCC tumors. A subset of viral-negative tumors exhibited high TILs and PD-L1 expression, corresponding with the higher mutation load within these cancers. Taken together, this study provides new insights into the underlying biology of viral-negative MCC and paves the road for further investigation into new treatment opportunities. Cancer Res; 75(24); 5228–34. ©2015 AACR.

Clinical specimens undergoing diagnostic molecular pathology testing are fixed in formalin due to the necessity for detailed morphological assessment. However, formalin fixation can cause major issues with molecular testing, as it causes DNA damage such as fragmentation and non-reproducible sequencing artefacts after PCR amplification. In the context of massively parallel sequencing (MPS), distinguishing true low frequency variants from sequencing artefacts remains challenging. The prevalence of formalin-induced DNA damage and its impact on molecular testing and clinical genomics remains poorly understood. The Cancer 2015 study is a population-based cancer cohort used to assess the feasibility of mutational screening using MPS in cancer patients from Victoria, Australia. While blocks were formalin-fixed and paraffin-embedded in different anatomical pathology laboratories, they were centrally extracted for DNA utilising the same protocol, and run through the same MPS platform (Illumina TruSeq Amplicon Cancer Panel). The sequencing artefacts in the 1-10% and the 10-25% allele frequency ranges were assessed in 488 formalin-fixed tumours from the pilot phase of the Cancer 2015 cohort. All blocks were less than 2.5 years of age (mean 93 days). Consistent with the signature of DNA damage due to formalin fixation, many formalin-fixed samples displayed disproportionate levels of C>T/G>A changes in the 1-10% allele frequency range. Artefacts were less apparent in the 10-25% allele frequency range. Significantly, changes were inversely correlated with coverage indicating high levels of sequencing artefacts were associated with samples with low amounts of available amplifiable template due to fragmentation. The degree of fragmentation and sequencing artefacts differed between blocks sourced from different anatomical pathology laboratories. In a limited validation of potentially actionable low frequency mutations, a NRAS G12D mutation in a melanoma was shown to be a false positive. These findings indicate that DNA damage following formalin fixation remains a major challenge in laboratories working with MPS. Methodologies that assess, minimise or remove formalin-induced DNA damaged templates as part of MPS protocols will aid in the interpretation of genomic results leading to better patient outcomes.

IntroductionNovel rearranged in transfection (RET)-specific tyrosine kinase inhibitors (TKIs) such as selpercatinib (LOXO-292) have shown unprecedented efficacy in tumors positive for RET fusions or mutations, notably RET fusion-positive NSCLC and RET-mutated medullary thyroid cancer (MTC). However, the mechanisms of resistance to these agents have not yet been described.MethodsAnalysis was performed of circulating tumor DNA and tissue in patients with RET fusion-positive NSCLC and RET-mutation positive MTC who developed disease progression after an initial response to selpercatinib. Acquired resistance was modeled preclinically using a CCDC6-RET fusion-positive NSCLC patient-derived xenograft. The inhibitory activity of anti-RET multikinase inhibitors and selective RET TKIs was evaluated in enzyme and cell-based assays.ResultsAfter a dramatic initial response to selpercatinib in a patient with KIF5B-RET NSCLC, analysis of circulating tumor DNA revealed emergence of RET G810R, G810S, and G810C mutations in the RET solvent front before the emergence of clinical resistance. Postmortem biopsy studies reported intratumor and intertumor heterogeneity with distinct disease subclones containing G810S, G810R, and G810C mutations in multiple disease sites indicative of convergent evolution on the G810 residue resulting in a common mechanism of resistance. Acquired mutations in RET G810 were identified in tumor tissue from a second patient with CCDC6-RET fusion-positive NSCLC and in plasma from patients with additional RET fusion-positive NSCLC and RET-mutant MTC progressing on an ongoing phase 1 and 2 trial of selpercatinib. Preclinical studies reported the presence of RET G810R mutations in a CCDC6-RET patient-derived xenograft (from a patient with NSCLC) model of acquired resistance to selpercatinib. Structural modeling predicted that these mutations sterically hinder the binding of selpercatinib, and in vitro assays confirmed loss of activity for both anti-RET multikinase inhibitors and selective RET TKIs.ConclusionsRET G810 solvent front mutations represent the first described recurrent mechanism of resistance to selective RET inhibition with selpercatinib. Development of potent inhibitor of these mutations and maintaining activity against RET gatekeeper mutations could be an effective strategy to target resistance to selective RET inhibitors.

Summary Antigen-recognition by CD8 + T cells is governed by the pool of peptide antigens presented on the cell surface in the context of HLA class I complexes. Recent studies have shown not only a high degree of plasticity in the immunopeptidome, but also that a considerable fraction of all presented peptides is generated through proteasome-mediated splicing of non-contiguous regions of proteins to form novel peptide antigens. Here we used high-resolution mass-spectrometry combined with new bioinformatic approaches to characterize the immunopeptidome of melanoma cells in the presence or absence of interferon-γ. In total, we identified more than 60,000 peptides from a single patient derived cell line (LM-MEL-44) and demonstrated that interferon-γ induced marked changes in the peptidome with an overlap of only ∼50% between basal and treated cells. Around 6-8% of the peptides were identified as cis -spliced peptides, and 2213 peptides (1827 linear, 386 cis -spliced peptides) were derived from known melanoma-associated antigens. These peptide antigens were equally distributed between the constitutive and interferon-γ induced peptidome. We next examined additional HLA-matched patient derived cell lines to investigate how frequently these peptides were identified and found that a high proportion of both linear and spliced peptides were conserved between individual patient tumors, drawing on data amassing to over 100,000 peptide sequences from these extended data sets. Moreover, several of these peptides showed in vitro immunogenicity across multiple melanoma patients. These observations highlight the breadth and complexity of the repertoire of immunogenic peptides that can be exploited therapeutically and suggest that spliced peptides are a major new class of tumor antigens.

Abstract The use of circulating tumour DNA (ctDNA) to profile mutational signatures represents a non-invasive opportunity for understanding cancer mutational processes. Here we present MisMatchFinder, a liquid biopsy approach for mutational signature detection using low-coverage whole-genome sequencing of ctDNA. Through analysis of 375 plasma samples across 9 cancers, we demonstrate that MisMatchFinder accurately infers single-base and doublet-base substitutions, as well as insertions and deletions to enhance the detection of ctDNA and clinically relevant mutational signatures.

Abstract Despite initial responses to hormone treatment, metastatic prostate cancer invariably evolves to a lethal state. To characterize the intra-patient relationships of metastases that evade treatment, we performed genomewide copy number profiling and bespoke approaches targeting the androgen receptor (AR) on 142 metastatic regions from 10 organs harvested post-mortem from nine men who died from prostate cancer. We identified diverse and patient-unique alterations clustering around the AR in metastases from every patient with evidence of independent acquisition of related genomic changes within an individual and, in some patients, the co-existence of AR -neutral clones. Using the genomic boundaries of pan-autosome copy number change, we confirmed a common clone of origin across metastases and diagnostic biopsies; and identified in individual patients, clusters of metastases occupied by dominant clones with diverged autosomal copy number alterations. Autosome-defined clusters were characterized by cluster-specific AR gene architectures that in two index cases were topologically more congruent than by chance ( p -values 0.03, 3.07×10 -8 ). Integration with anatomical site suggested patterns of spread and points of genomic divergence. Copy number boundaries identified treatment-selected clones with putatively distinct lethal trajectories. Statement of significance Lethal prostate cancer evolves from a single clone of origin and upon a treatment-mediated selection, progresses to lethal disease via a limited number of related clones harboring patient-unique androgen receptor gene architectures.

Background Targeted deep sequencing is a highly effective technology to identify known and novel single nucleotide variants (SNVs) with many applications in translational medicine, disease monitoring and cancer profiling. However, identification of SNVs using deep sequencing data is a challenging computational problem as different sequencing artifacts limit the analytical sensitivity of SNV detection, especially at low variant allele frequencies (VAFs).Methods To address the problem of relatively high noise levels in amplicon-based deep sequencing data (e.g. with the Ion AmpliSeq technology) in the context of SNV calling, we have developed a new bioinformatics tool called AmpliSolve. AmpliSolve uses a set of normal samples to model position-specific, strand-specific and nucleotide-specific background artifacts (noise), and deploys a Poisson model-based statistical framework for SNV detection.Results Our tests on both synthetic and real data indicate that AmpliSolve achieves a good trade-off between precision and sensitivity, even at VAF below 5% and as low as 1%. We further validate AmpliSolve by applying it to the detection of SNVs in 96 circulating tumor DNA samples at three clinically relevant genomic positions and compare the results to digital droplet PCR experiments.Conclusions AmpliSolve is a new tool for in-silico estimation of background noise and for detection of low frequency SNVs in targeted deep sequencing data. Although AmpliSolve has been specifically designed for and tested on amplicon-based libraries sequenced with the Ion Torrent platform it can, in principle, be applied to other sequencing platforms as well. AmpliSolve is freely available at .