Commonly-mutated genes have been found for many cancers, but less is known about mutations in cis-regulatory elements. We leverage gains in tumor-specific enhancer activity, coupled with allele-biased mutation detection from H3K27ac ChIP-seq data, to pinpoint potential enhancer-activating mutations in colorectal cancer (CRC). Analysis of a genetically-diverse cohort of CRC specimens revealed that microsatellite instable (MSI) samples have a high indel rate within active enhancers. Enhancers with indels show evidence of positive selection, increased target gene expression, and a subset is highly recurrent. The indels affect short homopolymer tracts of A/T and increase affinity for FOX transcription factors. We further demonstrate that signature mismatch-repair (MMR) mutations activate enhancers using a xenograft tumor metastasis model, where mutations are induced naturally via CRISPR/Cas9 inactivation of MLH1 prior to tumor cell injection. Our results suggest that MMR signature mutations activate or augment enhancers in CRC tumor epigenomes to provide a selective advantage.

Abstract Transposable elements become increasingly active in both cancerous and aging cells, driven by loss of DNA methylation as cells divide. Here we leverage the epigenomes of colon cancers with matched adjacent tissue, in addition to non-cancerous normals and cell line models, to assess the role of transposable elements as drivers or passengers in cancer development. Using the baseline of activity from normal and adjacent tissue, we show that the youngest subfamilies of the LINE1 (L1) family exhibit a degree of activity and recurrence across patients that goes beyond what is expected from hypomethylation and cell division, suggesting an additional mechanism of oncogenic reactivation. We characterize this mechanism and find that the loss of the tumor suppressor PLZF drives young L1 reactivation in a cell-division-independent manner. PLZF de-repression exposes abundant motifs for tumor core factors in the L1 5’UTR. Active young L1s act as oncogenic enhancers, interacting with oncogenes via gained chromatin loops. We uncover oncogenic L1 reactivation as a hallmark of colon cancer, where young L1s activate universally in our cohort at high levels of recurrence, act as enhancers to oncogenes, and become wired into the core regulatory circuitry of colon cancer.