ABSTRACT Mosaic mutations in blood are common with increasing age and are prognostic markers for cancer, cardiovascular dysfunction and other diseases. This group of acquired mutations include megabase-scale mosaic chromosomal alterations (mCAs). These large mutations have mainly been surveyed using SNP array data from individuals of European (EA) or Japanese genetic ancestry. To gain a better understanding of mCA rates and associated risk factors in genetically diverse populations, we surveyed whole genome sequencing data from 67,390 individuals, including 20,132 individuals of African ancestry (AA), and 7,608 of Hispanic ancestry (HA) with deep (30X) whole genome sequencing data from the NHLBI Trans Omics for Precision Medicine (TOPMed) program. We adapted an existing mCA calling algorithm for application to WGS data, and observed higher sensitivity with WGS data, compared with array-based data, in uncovering mCAs at low mutant cell fractions. As in previous reports, we observed a strong association with age and a non-uniform distribution of mCAs across the genome. The presence of autosomal (but not chromosome X) mCAs was associated with an increased risk of both lymphoid and myeloid malignancies. After adjusting for age, we found that individuals of European ancestry have the highest rates of autosomal mCAs, mirroring the higher rate of leukemia in this group. Our analysis also uncovered higher rates of chromosome X mCAs in AA and HA compared to EA, again after adjusting for age. Germline variants in ATM and MPL showed strong associations with mCAs in cis , including ancestry specific variants. And rare variant gene-burden analysis confirmed the association of putatively protein altering variants in ATM and MPL with mCAs in cis . Individual rare variants in DCPS, ADM17, PPP1R16B , and TET2 were all associated with autosomal mCAs and rare variants in OR4C16 were associated with chromosome X mCAs in females. There was significant enrichment of co-occurrence of CHIP mutations and mCAs both altering cancer associated genes TET2, DNMT3A, JAK2, CUX1 , and TP53 . Overall, our study demonstrates that rates of mCAs differ across populations and that rare inherited germline variants are strongly associated with mCAs across genetically diverse populations. These results strongly motivate further studies of mCAs in under-represented populations to better understand the causes and consequences of this class of somatic variation.

Abstract Intraductal papillary mucinous neoplasms (IPMNs) are cystic precursor lesions to pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). IPMNs undergo multistep progression from low grade (LG) to high grade (HG) dysplasia, culminating in invasive neoplasia. While patterns of IPMN progression have been analyzed using multi-region sequencing for somatic mutations, there is no integrated assessment of molecular events, including copy number alterations (CNAs) and transcriptomics changes, that accompany IPMN progression. We performed laser capture microdissection on surgically resected IPMNs of varying grades of histological dysplasia obtained from 24 patients (total of 74 independent histological lesions), followed by whole exome and whole transcriptome sequencing. Overall, HG IPMNs displayed a significantly greater aneuploidy score than LG lesions, with chromosome 1q amplification, in particular, being associated with HG progression and with cases that harbored cooccurring PDAC. Furthermore, the combined assessment of single nucleotide variants (SNVs) and CNAs identified both linear and branched evolutionary trajectories, underscoring the heterogeneity in the progression of LG lesions to HG and PDAC. At the transcriptome level, upregulation of MYC-regulated targets and downregulation of transcripts associated with the MHC class I antigen presentation machinery was a common feature of progression to HG. Taken together, this work emphasizes the role of 1q copy number amplification as a putative biomarker of high-risk IPMNs, underscores the importance of immune evasion even in non-invasive precursor lesions, and supports a previously underappreciated role of CNA-driven branching evolution as an avenue for IPMN progression. Our study provides important molecular context for risk stratification and cancer interception opportunities in IPMNs. Significance Integrated molecular analysis of genomic and transcriptomic alterations in the multistep progression of intraductal papillary mucinous neoplasms (IPMNs), which are bona fide precursors of pancreatic cancer, identifies features associated with progression of low-risk lesions to high-risk lesions and cancer, which might enable patient stratification and cancer interception strategies.

Understanding the impact of clonal hematopoiesis of indeterminate potential (CHIP) and mosaic chromosomal alterations (mCAs) on solid tumor risk and mortality can shed light on novel cancer pathways.

ABSTRACT Malignant peripheral nerve sheath tumor (MPNST) development is characterized by an altered DNA methylation landscape, which presents a promising area for developing MPNST‐specific biomarkers for screening patients with NF1. Genome‐wide DNA methylation profiling of a cohort of 13 patients with MPNST (29 samples of tumor and adjacent neurofibroma tissues) and of NF1‐MPNST cell lines was performed to identify and validate candidate MPNST‐specific CpG sites (CpGs). A logistic regression prediction model was constructed to select MPNST‐specific CpGs distinct from adjacent neurofibromas and normal tissues. To test if hypermethylation at selected CpGs can also be detected in plasma from patients with MPNST, cfMBD‐seq was applied to profile the cfDNA methylome of blood from patients with MPNST and NF1. Based on stringent feature‐selection criteria and predictive modeling, we identified 73 candidate MPNST‐specific CpGs (67 with unique CpG island locations) that reliably discriminated MPNSTs from neurofibromas. Validation of five candidate biomarkers confirmed successful MPNST detection (sensitivity: > 88%, specificity: > 91%) in tissues. In plasma samples, 63 of 67 selected genomic regions had greater than 1.2‐fold higher methylation in patients with MPNST than those with NF1. Further, we identified 15 CpG islands that consistently separated plasma from patients with confirmed MPNST diagnosis from plasma of individuals with NF1 without a diagnosis of malignant transformation (FDR < 0.1). Our findings confirmed a unique hypermethylation pattern present during malignant transformation. This study highlights the potential to be investigated further as biomarkers in clinical settings for early MPNST detection in patients with NF1.

10595 Background: Mucosal melanoma (MM) is a rare and aggressive subtype of melanoma. Outcomes for MM are significantly worse than for cutaneous melanoma (CM). While somatic mutations induced by UV radiation are known to cause CM, less is known about environmental and genetic alterations associated with MM. High penetrance alleles have been identified in familial cases of CM but the contribution of germline mutations to development of MM is not understood. Further, whilst population-based risk has been elaborated in CM, little is known for MM. The aim of this study is to characterize the germline genetic architecture of MM from high penetrance alleles to patient population genetics. Methods: A large retrospective cohort of MM patients (n=247) seen at MD Anderson Cancer Center were identified. Demographics, primary tumor sites, and presence of somatic mutations in BRAF, NRAS and KIT were extracted. Germline sequencing was performed on PBMC derived genomic DNA from the cohort using a gene panel of 322 major cancer genes. Frequency of identified germline alleles were compared to expected population control rate based on TOPMED using Fisher’s exact test. For genome wide association analysis (GWAS), genotyping will be performed on the MM cohort and the control group using the Infinium Global Screening Array. Cancer-free controls matched 3:1 based on MM cohort demographics have been assembled from existing case-control studies at MD Anderson. Following standard quality control procedures, we will impute variants from TOPMed using the Michigan Imputation Server. SNPtest v2.5.268 software will be utilized to perform association tests, using a multivariate logistic regression model incorporating gender and principal components. In addition to variants that may surpass a genome-wide significance score, we will inspect results for an enrichment of cancer genes. Results: Median age of MM cohort is 63, female predominant (60%), primarily White (84.6%), with gastrointestinal (36%), genitourinary (34%) and head & neck (30%) being the most common MM subtypes. Characteristics of the cohort were representative of the US MM population. Somatic mutations in KIT (26%) were most common. Germline mutations were found in 10.9% of the cohort, with most common detected variations in MITF (c.G952A:p.E318K) (2.4%) at OR of 13.9 (95%CI 5.0, 30.9), and CHEK2 (c.1100delC:p.T367fs) (1.6%) at OR of 16.4 (4.4, 42.9) compared to population control rate. Conclusions: Our study is the first to demonstrate the distribution of germline mutations in the largest cohort of MM patients. The MITF E318K allele is a known risk factor for CM, while CHEK2 1100delC allele has mixed evidence for conferring CM risk. GWAS data are currently being analyzed and these updated results will be presented in the context of the comprehensive analyses of germline risk alleles in MM patients.

Exposure to cancer therapies is associated with an increased risk of clonal hematopoiesis (CH). The objective of our study was to investigate the genesis and evolution of CH following cancer therapy. In this prospective study, we undertook error-corrected duplex DNA sequencing in blood samples collected prior to and at two timepoints following chemoradiation in patients with esophageal or lung cancer recruited from 2013-2018. We applied a customized workflow to identify the earliest changes in CH mutation count and clone size and determine their association with clinical outcomes. Our study included 29 patients (87 samples). Their median age was 67 years, 76% (n = 22) were male; the median follow-up period was 3.9 years. The most mutated genes were DNMT3A, TET2, TP53, and ASXL1. We observed a two-fold increase in the number of mutations from before to after treatment in TP53, which differed from all other genes examined (P &lt; .001). Among mutations detected before and after treatment, we observed an increased clone size in 38% and a decreased clone size in 5% of TP53 mutations (odds ratio = 3.7; 95% CI = 1.75-7.84; P &lt; .001). Changes in mutation count and clone size were not observed in other genes. Individuals with an increase in the number of TP53 mutations following chemoradiation experienced shorter overall survival (hazard ratio = 7.07; 95% CI = 1.50-33.46; P = .014). In summary, we found an increase in the number and size of TP53 CH clones following chemoradiation that were associated with clinical outcomes.

Mosaic loss of Y (mLOY) is the most common somatic chromosomal alteration detected in human blood. The presence of mLOY is associated with altered blood cell counts and increased risk of Alzheimer disease, solid tumors, and other age-related diseases. We sought to gain a better understanding of genetic drivers and associated phenotypes of mLOY through analyses of whole-genome sequencing (WGS) of a large set of genetically diverse males from the Trans-Omics for Precision Medicine (TOPMed) program. We show that haplotype-based calling methods can be used with WGS data to successfully identify mLOY events. This approach enabled us to identify differences in mLOY frequencies across populations defined by genetic similarity, revealing a higher frequency of mLOY in the European (EUR) ancestry group compared to other ancestries. We identify multiple loci associated with mLOY susceptibility and show that subsets of human hematopoietic stem cells are enriched for the activity of mLOY susceptibility variants. Finally, we found that certain alleles on chromosome Y are more likely to be lost than others in detectable mLOY clones.