So far, two genes associated with familial melanoma have been identified, accounting for a minority of genetic risk in families. Mutations in CDKN2A account for approximately 40% of familial cases, and predisposing mutations in CDK4 have been reported in a very small number of melanoma kindreds. Here we report the whole-genome sequencing of probands from several melanoma families, which we performed in order to identify other genes associated with familial melanoma. We identify one individual carrying a novel germline variant (coding DNA sequence c.G1075A; protein sequence p.E318K; rs149617956) in the melanoma-lineage-specific oncogene microphthalmia-associated transcription factor (MITF). Although the variant co-segregated with melanoma in some but not all cases in the family, linkage analysis of 31 families subsequently identified to carry the variant generated a log of odds (lod) score of 2.7 under a dominant model, indicating E318K as a possible intermediate risk variant. Consistent with this, the E318K variant was significantly associated with melanoma in a large Australian case-control sample. Likewise, it was similarly associated in an independent case-control sample from the United Kingdom. In the Australian sample, the variant allele was significantly over-represented in cases with a family history of melanoma, multiple primary melanomas, or both. The variant allele was also associated with increased naevus count and non-blue eye colour. Functional analysis of E318K showed that MITF encoded by the variant allele had impaired sumoylation and differentially regulated several MITF targets. These data indicate that MITF is a melanoma-predisposition gene and highlight the utility of whole-genome sequencing to identify novel rare variants associated with disease susceptibility.

Timothy Bishop and colleagues from GenoMEL present a genome-wide association study for melanoma. They report three loci associated with susceptibility to melanoma, of which two were previously associated with pigmentation. We report a genome-wide association study of melanoma conducted by the GenoMEL consortium based on 317K tagging SNPs for 1,650 selected cases and 4,336 controls, with replication in an additional two cohorts (1,149 selected cases and 964 controls from GenoMEL, and a population-based case-control study in Leeds of 1,163 cases and 903 controls). The genome-wide screen identified five loci with genotyped or imputed SNPs reaching P < 5 × 10−7. Three of these loci were replicated: 16q24 encompassing MC1R (combined P = 2.54 × 10−27 for rs258322), 11q14-q21 encompassing TYR (P = 2.41 × 10−14 for rs1393350) and 9p21 adjacent to MTAP and flanking CDKN2A (P = 4.03 × 10−7 for rs7023329). MC1R and TYR are associated with pigmentation, freckling and cutaneous sun sensitivity, well-recognized melanoma risk factors. Common variants within the 9p21 locus have not previously been associated with melanoma. Despite wide variation in allele frequency, these genetic variants show notable homogeneity of effect across populations of European ancestry living at different latitudes and show independent association to disease risk.

Abstract Streptococcus gallolyticus subspecies gallolyticus ( Sgg ) has a strong clinical association with colorectal cancer (CRC) and actively promotes the development of colon tumors. Previous work showed that this organism stimulates CRC cells proliferation and tumor growth. However, the molecular mechanisms underlying these activities are not well understood. Here, we found that Sgg upregulates the expression of several types of collagens in HT29 and HCT116 cells, with type VI collagen (ColVI) being the highest upregulated collagen type. Knockdown of ColVI abolished the ability of Sgg to induce cell proliferation and reduced the adherence of Sgg to CRC cells. The extracellular matrix (ECM) is an important regulator of cell proliferation. Therefore, we further examined the role of decellularized matrix (dc-matrix), which is free of live bacteria or cells, in Sgg -induced cell proliferation. Dc-matrix prepared from Sgg -treated cells showed a significantly higher pro-proliferative activity than that from untreated cells or cells treated with the control bacteria. On the other hand, dc-matrix from Sgg -treated ColVI knockdown cells showed no difference in the capacity to support cell proliferation compared to that from untreated ColVI knockdown cells, suggesting that the ECM by itself is a mediator of Sgg -induced cell proliferation. Furthermore, Sgg -treated CRC cells formed significantly larger tumors in vivo , whereas Sgg treatment had no effect on ColVI knockdown cells, suggesting that ColVI is important for Sgg to promote tumor growth in vivo . These results highlight a dynamic bidirectional interplay between Sgg and the ECM, where Sgg upregulates collagen expression. The Sgg -modified ECM in turn affects the ability of Sgg to adhere to host cells and more importantly, acts as a mediator for Sgg -induced CRC cell proliferation. Taken together, our results reveal a novel mechanism in which Sgg stimulates CRC proliferation through modulation of the ECM. Author Summary Colorectal cancer (CRC) is a leading cause of cancer-related death. The development of CRC can be strongly influenced by specific gut microbes. Understanding how gut microbes modulate CRC is critical to developing novel strategies to improve clinical diagnosis and treatment of this disease. S. gallolyticus subsp. gallolyticus ( Sgg ) has a strong clinical association with CRC and actively promotes the development of colon tumors. However, the mechanisms Sgg utilizes to promote tumors are not well understood. Our results showed for the first time a dynamic interplay between Sgg and the extracellular matrix. We found that Sgg upregulates the expression of collagens which in turn affects the interaction between Sgg and CRC cells and mediates CRC cell proliferation. These findings draw attention to a previously unrecognized dynamic bidirectional interplay between a CRC-associated microbe and the extracellular matrix (ECM). Given the importance of the ECM in normal homeostasis and in tumor microenvironment, these findings have important implications in the context of microbial contribution to cancer.

Genome-wide association studies (GWAS) have identified ~20 melanoma susceptibility loci. To identify susceptibility genes and variants simultaneously from multiple GWAS loci, we integrated massively-parallel reporter assays (MPRA) with cell type-specific epigenomic data as well as melanocyte-specific expression quantitative trait loci (eQTL) profiling. Starting from 16 melanoma loci, we selected 832 variants overlapping active regions of chromatin in cells of melanocytic lineage and identified 39 candidate functional variants displaying allelic transcriptional activity by MPRA. For four of these loci, we further identified four colocalizing melanocyte cis -eQTL genes ( CTSS , CASP8 , MX2 , and MAFF ) matching the allelic activity of MPRA functional variants. Among these, we further characterized the locus encompassing the HIV-1 restriction gene, MX2 , on chromosome band Chr21q22.3 and validated a functional variant, rs398206, among multiple high LD variants. rs398206 mediates allelic transcriptional activity via binding of the transcription factor, YY1. This allelic transcriptional regulation is consistent with a significant cis -eQTL of MX2 in primary human melanocytes, where the melanoma risk-associated A allele of rs398206 is correlated with higher MX2 levels. Melanocyte-specific transgenic expression of human MX2 in a zebrafish model demonstrated accelerated melanoma formation in a BRAF V600E background. Thus, using an efficient scalable approach to streamline GWAS follow-up functional studies, we identified multiple candidate melanoma susceptibility genes and variants, and uncovered a pleiotropic function of MX2 in melanoma susceptibility.

The total number of acquired melanocytic nevi on the skin is strongly correlated with melanoma risk. Here we report a meta-analysis of 11 nevus GWAS from Australia, Netherlands, United Kingdom, and United States, comprising a total of 52,506 phenotyped individuals. We confirm known loci including MTAP, PLA2G6, and IRF4, and detect novel SNPs at a genome-wide level of significance in KITLG, DOCK8, and a broad region of 9q32. In a bivariate analysis combining the nevus results with those from a recent melanoma GWAS meta-analysis (12,874 cases, 23,203 controls), SNPs near GPRC5A, CYP1B1, PPARGC1B, HDAC4, FAM208B and SYNE2 reached global significance, and other loci, including MIR146A and OBFC1, reached a suggestive level of significance. Overall, we conclude that most nevus genes affect melanoma risk (KITLG an exception), while many melanoma risk loci do not alter nevus count. For example, variants in TERC and OBFC1 affect both traits, but other telomere length maintenance genes seem to affect melanoma risk only. Our findings implicate multiple pathways in nevogenesis via genes we can show to be expressed under control of the MITF melanocytic cell lineage regulator.