The identification of gene fusions from RNA sequencing data is a routine task in cancer research and precision oncology. However, despite the availability of many computational tools, fusion detection remains challenging. Existing methods suffer from poor prediction accuracy and are computationally demanding. We developed Arriba, a novel fusion detection algorithm with high sensitivity and short runtime. When applied to a large collection of published pancreatic cancer samples ( n = 803), Arriba identified a variety of driver fusions, many of which affected druggable proteins, including ALK, BRAF, FGFR2, NRG1, NTRK1, NTRK3, RET, and ROS1. The fusions were significantly associated with KRAS wild-type tumors and involved proteins stimulating the MAPK signaling pathway, suggesting that they substitute for activating mutations in KRAS . In addition, we confirmed the transforming potential of two novel fusions, RRBP1 - RAF1 and RASGRP1 - ATP1A1 , in cellular assays. These results show Arriba's utility in both basic cancer research and clinical translation.

Abstract Despite the extensive catalogue of recurrent mutations in chronic lymphocytic leukaemia (CLL), the diverse molecular driving events and the resulting range of disease phenotypes remain incompletely understood. To study the molecular heterogeneity of CLL, we performed RNA-sequencing on 184 CLL patient samples. Unsupervised analysis revealed two major independent axes of gene expression variation: the first one aligned with the mutational status of the immunoglobulin heavy variable (IGHV) genes, and concomitantly, with the three-group stratification of CLL by global DNA methylation pattern, and affected biological functions including B- and T-cell receptor signaling. The second one aligned with trisomy 12 status and affected chemokine signaling. Furthermore, we searched for differentially expressed genes associated with gene mutations and copy-number aberrations and detected strong signatures for TP53, BRAF and SF3B1 , as well as for del(11)(q22.3), del(17)(p13) and del(13)(q14) beyond the dosage effect. We discovered strong non-additive effects (i.e., genetic interactions, or epistasis) of IGHV mutation status and trisomy 12 on multiple phenotypes, including the expression of 893 genes. Multiple types of epistasis were observed, including synergy, buffering, suppression and inversion. Our study reveals previously underappreciated gene expression signatures for (epi)genomic variants in CLL and the presence of epistasis between them. The findings will serve as a reference for a functional resolution of CLL molecular heterogeneity.

ABSTRACT Linking clinical multi-omics analyses with mechanistic studies provides opportunities to explore the pathogenesis of rare cancers. We leveraged two precision oncology programs to investigate rhabdomyosarcoma with FUS/EWSR1-TFCP2 fusions, an orphan malignancy without effective systemic therapies. All tumors exhibited outlier expression of the ALK receptor tyrosine kinase, which was partly accompanied by intragenic deletions and aberrant splicing, resulting in truncated ALK variants that were oncogenic and sensitive to ALK inhibitors. Additional recurrent alterations included CKDN2A/MTAP co-deletions, providing a rationale for therapies targeting CDK4/6 and PRMT5. Functional studies showed that FUS-TFCP2 blocks myogenic differentiation and induces transcription of ALK and a truncated form of TERT through binding outside their regular promoters. Furthermore, FUS-TFCP2 inhibited DNA double-strand break repair. Consistent with this, and unlike other fusion-driven sarcomas, TFCP2-rearranged tumors exhibited marked genomic instability and signs of defective homologous recombination. DNA methylation profiling indicated a close relationship with undifferentiated sarcomas rather than rhabdomyosarcoma. Finally, we identified patients in whom overt disease was preceded by benign lesions carrying TFCP2 fusions, providing insight into stepwise sarcomagenesis and suggesting new approaches to early detection and interception. SIGNIFICANCE Most rare cancers are poorly understood, and pathogenesis-directed therapies are often lacking, resulting in poor patient outcomes. This study illustrates the potential of linking precision oncology programs with preclinical research to gain insight into the classification, pathogenesis, and therapeutic vulnerabilities of rare cancers that could improve the clinical management of such diseases.