Head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) is a common, morbid, and frequently lethal malignancy. To uncover its mutational spectrum, we analyzed whole-exome sequencing data from 74 tumor-normal pairs. The majority exhibited a mutational profile consistent with tobacco exposure; human papillomavirus was detectable by sequencing DNA from infected tumors. In addition to identifying previously known HNSCC genes (TP53, CDKN2A, PTEN, PIK3CA, and HRAS), our analysis revealed many genes not previously implicated in this malignancy. At least 30% of cases harbored mutations in genes that regulate squamous differentiation (for example, NOTCH1, IRF6, and TP63), implicating its dysregulation as a major driver of HNSCC carcinogenesis. More generally, the results indicate the ability of large-scale sequencing to reveal fundamental tumorigenic mechanisms.

This paper reports one of the largest breast cancer whole-exome and whole-genome sequencing efforts so far, identifying previously unknown recurrent mutations in CBFB, deletions of RUNX1 and recurrent MAGI1–AKT3 fusion; the fusion suggests that the use of ATP-competitive AKT inhibitors should be evaluated in clinical trials. This paper reports one of the largest whole-exome sequencing efforts in human breast cancers so far, complemented by whole-genome sequences of 22 breast cancer/normal pairs. The authors analysed diverse subtypes from patients in Mexico and Vietnam and identified recurrent mutations in the CBFB transcription factor gene and deletions of its partner RUNX1, as well as a recurrent MAGI3–AKT3 fusion enriched in triple-negative breast cancers (those lacking oestrogen and progesterone receptors and ERBB2 expression). The fusion leads to constitutive activation of AKT kinase, which can be counteracted by treatment with a small-molecule inhibitor. Breast carcinoma is the leading cause of cancer-related mortality in women worldwide, with an estimated 1.38 million new cases and 458,000 deaths in 2008 alone1. This malignancy represents a heterogeneous group of tumours with characteristic molecular features, prognosis and responses to available therapy2,3,4. Recurrent somatic alterations in breast cancer have been described, including mutations and copy number alterations, notably ERBB2 amplifications, the first successful therapy target defined by a genomic aberration5. Previous DNA sequencing studies of breast cancer genomes have revealed additional candidate mutations and gene rearrangements6,7,8,9,10. Here we report the whole-exome sequences of DNA from 103 human breast cancers of diverse subtypes from patients in Mexico and Vietnam compared to matched-normal DNA, together with whole-genome sequences of 22 breast cancer/normal pairs. Beyond confirming recurrent somatic mutations in PIK3CA11, TP536, AKT112, GATA313 and MAP3K110, we discovered recurrent mutations in the CBFB transcription factor gene and deletions of its partner RUNX1. Furthermore, we have identified a recurrent MAGI3–AKT3 fusion enriched in triple-negative breast cancer lacking oestrogen and progesterone receptors and ERBB2 expression. The MAGI3–AKT3 fusion leads to constitutive activation of AKT kinase, which is abolished by treatment with an ATP-competitive AKT small-molecule inhibitor.

Cervical cancer is responsible for 10-15% of cancer-related deaths in women worldwide. The aetiological role of infection with high-risk human papilloma viruses (HPVs) in cervical carcinomas is well established. Previous studies have also implicated somatic mutations in PIK3CA, PTEN, TP53, STK11 and KRAS as well as several copy-number alterations in the pathogenesis of cervical carcinomas. Here we report whole-exome sequencing analysis of 115 cervical carcinoma-normal paired samples, transcriptome sequencing of 79 cases and whole-genome sequencing of 14 tumour-normal pairs. Previously unknown somatic mutations in 79 primary squamous cell carcinomas include recurrent E322K substitutions in the MAPK1 gene (8%), inactivating mutations in the HLA-B gene (9%), and mutations in EP300 (16%), FBXW7 (15%), NFE2L2 (4%), TP53 (5%) and ERBB2 (6%). We also observe somatic ELF3 (13%) and CBFB (8%) mutations in 24 adenocarcinomas. Squamous cell carcinomas have higher frequencies of somatic nucleotide substitutions occurring at cytosines preceded by thymines (Tp*C sites) than adenocarcinomas. Gene expression levels at HPV integration sites were statistically significantly higher in tumours with HPV integration compared with expression of the same genes in tumours without viral integration at the same site. These data demonstrate several recurrent genomic alterations in cervical carcinomas that suggest new strategies to combat this disease.

It has been suggested that germline stem cells maintain oogenesis in postnatal mouse ovaries. Here we show that adult mouse ovaries rapidly generate hundreds of oocytes, despite a small premeiotic germ cell pool. In considering the possibility of an extragonadal source of germ cells, we show expression of germline markers in bone marrow (BM). Further, BM transplantation restores oocyte production in wild-type mice sterilized by chemotherapy, as well as in ataxia telangiectasia-mutated gene-deficient mice, which are otherwise incapable of making oocytes. Donor-derived oocytes are also observed in female mice following peripheral blood transplantation. Although the fertilizability and developmental competency of the BM and peripheral blood-derived oocytes remain to be established, their morphology, enclosure within follicles, and expression of germ-cell- and oocyte-specific markers collectively support that these cells are bona fide oocytes. These results identify BM as a potential source of germ cells that could sustain oocyte production in adulthood.

Protein-coding genetic variants that strongly affect disease risk can yield relevant clues to disease pathogenesis. Here we report exome-sequencing analyses of 20,791 individuals with type 2 diabetes (T2D) and 24,440 non-diabetic control participants from 5 ancestries. We identify gene-level associations of rare variants (with minor allele frequencies of less than 0.5%) in 4 genes at exome-wide significance, including a series of more than 30 SLC30A8 alleles that conveys protection against T2D, and in 12 gene sets, including those corresponding to T2D drug targets (P = 6.1 × 10−3) and candidate genes from knockout mice (P = 5.2 × 10−3). Within our study, the strongest T2D gene-level signals for rare variants explain at most 25% of the heritability of the strongest common single-variant signals, and the gene-level effect sizes of the rare variants that we observed in established T2D drug targets will require 75,000–185,000 sequenced cases to achieve exome-wide significance. We propose a method to interpret these modest rare-variant associations and to incorporate these associations into future target or gene prioritization efforts. Exome-sequencing analyses of a large cohort of patients with type 2 diabetes and control individuals without diabetes from five ancestries are used to identify gene-level associations of rare variants that are associated with type 2 diabetes.

Importance

 Latino populations have one of the highest prevalences of type 2 diabetes worldwide. 

Objectives

 To investigate the association between rare protein-coding genetic variants and prevalence of type 2 diabetes in a large Latino population and to explore potential molecular and physiological mechanisms for the observed relationships. 

Design, Setting, and Participants

 Whole-exome sequencing was performed on DNA samples from 3756 Mexican and US Latino individuals (1794 with type 2 diabetes and 1962 without diabetes) recruited from 1993 to 2013. One variant was further tested for allele frequency and association with type 2 diabetes in large multiethnic data sets of 14 276 participants and characterized in experimental assays. 

Main Outcome and Measures

 Prevalence of type 2 diabetes. Secondary outcomes included age of onset, body mass index, and effect on protein function. 

Results

 A single rare missense variant (c.1522G>A [p.E508K]) was associated with type 2 diabetes prevalence (odds ratio [OR], 5.48; 95% CI, 2.83-10.61;P = 4.4 × 10⁻⁷) in hepatocyte nuclear factor 1-α (HNF1A), the gene responsible for maturity onset diabetes of the young type 3 (MODY3). This variant was observed in 0.36% of participants without type 2 diabetes and 2.1% of participants with it. In multiethnic replication data sets, the p.E508K variant was seen only in Latino patients (n = 1443 with type 2 diabetes and 1673 without it) and was associated with type 2 diabetes (OR, 4.16; 95% CI, 1.75-9.92;P = .0013). In experimental assays, HNF-1A protein encoding the p.E508K mutant demonstrated reduced transactivation activity of its target promoter compared with a wild-type protein. In our data, carriers and noncarriers of the p.E508K mutation with type 2 diabetes had no significant differences in compared clinical characteristics, including age at onset. The mean (SD) age for carriers was 45.3 years (11.2) vs 47.5 years (11.5) for noncarriers (P = .49) and the mean (SD) BMI for carriers was 28.2 (5.5) vs 29.3 (5.3) for noncarriers (P = .19). 

Conclusions and Relevance

 Using whole-exome sequencing, we identified a single low-frequency variant in the MODY3-causing geneHNF1Athat is associated with type 2 diabetes in Latino populations and may affect protein function. This finding may have implications for screening and therapeutic modification in this population, but additional studies are required.

Abstract Protein-coding genetic variants that strongly affect disease risk can provide important clues into disease pathogenesis. Here we report an exome sequence analysis of 20,791 type 2 diabetes (T2D) cases and 24,440 controls from five ancestries. We identify rare (minor allele frequency<0.5%) variant gene-level associations in (a) three genes at exome-wide significance, including a T2D-protective series of >30 SLC30A8 alleles, and (b) within 12 gene sets, including those corresponding to T2D drug targets ( p =6.1×10 −3 ) and candidate genes from knockout mice ( p =5.2×10 −3 ). Within our study, the strongest T2D rare variant gene-level signals explain at most 25% of the heritability of the strongest common single-variant signals, and the rare variant gene-level effect sizes we observe in established T2D drug targets will require 110K-180K sequenced cases to exceed exome-wide significance. To help prioritize genes using associations from current smaller sample sizes, we present a Bayesian framework to recalibrate association p -values as posterior probabilities of association, estimating that reaching p <0.05 ( p <0.005) in our study increases the odds of causal T2D association for a nonsynonymous variant by a factor of 1.8 (5.3). To help guide target or gene prioritization efforts, our data are freely available for analysis at www.type2diabetesgenetics.org .