Invasive lobular carcinoma (ILC) is the second most prevalent histologic subtype of invasive breast cancer. Here, we comprehensively profiled 817 breast tumors, including 127 ILC, 490 ductal (IDC), and 88 mixed IDC/ILC. Besides E-cadherin loss, the best known ILC genetic hallmark, we identified mutations targeting PTEN, TBX3, and FOXA1 as ILC enriched features. PTEN loss associated with increased AKT phosphorylation, which was highest in ILC among all breast cancer subtypes. Spatially clustered FOXA1 mutations correlated with increased FOXA1 expression and activity. Conversely, GATA3 mutations and high expression characterized luminal A IDC, suggesting differential modulation of ER activity in ILC and IDC. Proliferation and immune-related signatures determined three ILC transcriptional subtypes associated with survival differences. Mixed IDC/ILC cases were molecularly classified as ILC-like and IDC-like revealing no true hybrid features. This multidimensional molecular atlas sheds new light on the genetic bases of ILC and provides potential clinical options.

Somatic mutations have been extensively characterized in breast cancer, but the effects of these genetic alterations on the proteomic landscape remain poorly understood. Here we describe quantitative mass-spectrometry-based proteomic and phosphoproteomic analyses of 105 genomically annotated breast cancers, of which 77 provided high-quality data. Integrated analyses provided insights into the somatic cancer genome including the consequences of chromosomal loss, such as the 5q deletion characteristic of basal-like breast cancer. Interrogation of the 5q trans-effects against the Library of Integrated Network-based Cellular Signatures, connected loss of CETN3 and SKP1 to elevated expression of epidermal growth factor receptor (EGFR), and SKP1 loss also to increased SRC tyrosine kinase. Global proteomic data confirmed a stromal-enriched group of proteins in addition to basal and luminal clusters, and pathway analysis of the phosphoproteome identified a G-protein-coupled receptor cluster that was not readily identified at the mRNA level. In addition to ERBB2, other amplicon-associated highly phosphorylated kinases were identified, including CDK12, PAK1, PTK2, RIPK2 and TLK2. We demonstrate that proteogenomic analysis of breast cancer elucidates the functional consequences of somatic mutations, narrows candidate nominations for driver genes within large deletions and amplified regions, and identifies therapeutic targets. Quantitative mass-spectrometry-based proteomic and phosphoproteomic analyses of genomically annotated human breast cancer samples elucidates functional consequences of somatic mutations, narrows candidate nominations for driver genes within large deletions and amplified regions, and identifies potential therapeutic targets. This large-scale collaborative study describes quantitative-mass spectrometry-based proteomic and phosphoproteomic analyses of 105 breast cancer samples from The Cancer Genome Atlas (TCGA), representing the four principal mRNA-defined breast cancer intrinsic subtypes. The result is a high-quality proteomic resource for human breast cancer investigation, achieved using technologies and analytical approaches that illuminate the connections between genome and proteome. The data narrow candidate nominations for driver genes within large deletions and amplified regions, and identify potential therapeutic targets.

The hallmark of human cancer is heterogeneity, reflecting the complexity and variability of the vast array of somatic mutations acquired during oncogenesis. An ability to dissect this heterogeneity, to identify subgroups that represent common mechanisms of disease, will be critical to understanding the complexities of genetic alterations and to provide a framework to develop rational therapeutic strategies. Here, we describe a classification scheme for human breast cancer making use of patterns of pathway activity to build on previous subtype characterizations using intrinsic gene expression signatures, to provide a functional interpretation of the gene expression data that can be linked to therapeutic options. We show that the identified subgroups provide a robust mechanism for classifying independent samples, identifying tumors that share patterns of pathway activity and exhibit similar clinical and biological properties, including distinct patterns of chromosomal alterations that were not evident in the heterogeneous total population of tumors. We propose that this classification scheme provides a basis for understanding the complex mechanisms of oncogenesis that give rise to these tumors and to identify rational opportunities for combination therapies.

Mounting evidence supports a role for the immune system in breast cancer outcomes. The ability to distinguish highly immunogenic tumors susceptible to anti-tumor immunity from weakly immunogenic or inherently immune-resistant tumors would guide development of therapeutic strategies in breast cancer. Genomic, transcriptomic and clinical data from The Cancer Genome Atlas (TCGA) and Molecular Taxonomy of Breast Cancer International Consortium (METABRIC) breast cancer cohorts were used to examine statistical associations between tumor mutational burden (TMB) and the survival of patients whose tumors were assigned to previously-described prognostic immune subclasses reflecting favorable, weak or poor immune-infiltrate dispositions (FID, WID or PID, respectively). Tumor immune subclasses were associated with survival in patients with high TMB (TMB-Hi, P < 0.001) but not in those with low TMB (TMB-Lo, P = 0.44). This statistical relationship was confirmed in the METABRIC cohort (TMB-Hi, P = 0.047; TMB-Lo, P = 0.39), and also found to hold true in the more-indolent Luminal A tumor subtype (TMB-Hi, P = 0.011; TMB-Lo, P = 0.91). In TMB-Hi tumors, the FID subclass was associated with prolonged survival independent of tumor stage, molecular subtype, age and treatment. Copy number analysis revealed the reproducible, preferential amplification of chromosome 1q immune-regulatory genes in the PID immune subclass. These findings demonstrate a previously unappreciated role for TMB as a determinant of immune-mediated survival of breast cancer patients and identify candidate immune-regulatory mechanisms associated with immunologically cold tumors. Immune subtyping of breast cancers may offer opportunities for therapeutic stratification.

BackgroundCirculating miRNAs are known to play important roles in intercellular communication. However, the effects of exosomal miRNAs on cells are not fully understood.MethodsTo investigate the role of exosomal miR-1246 in ovarian cancer (OC) microenvironment, we performed RPPA as well as many other in vitro functional assays in ovarian cancer cells (sensitive; HeyA8, Skov3ip1, A2780 and chemoresistant; HeyA8-MDR, Skov3-TR, A2780-CP20). Therapeutic effect of miR-1246 inhibitor treatment was tested in OC animal model. We showed the effect of OC exosomal miR-1246 uptake on macrophages by co-culture experiments.FindingsSubstantial expression of oncogenic miR-1246 OC exosomes was found. We showed that Cav1 gene, which is the direct target of miR-1246, is involved in the process of exosomal transfer. A significantly worse overall prognosis were found for OC patients with high miR-1246 and low Cav1 expression based on TCGA data. miR-1246 expression were significantly higher in paclitaxel-resistant OC exosomes than in their sensitive counterparts. Overexpression of Cav1 and anti-miR-1246 treatment significantly sensitized OC cells to paclitaxel. We showed that Cav1 and multi drug resistance (MDR) gene is involved in the process of exosomal transfer. Our proteomic approach also revealed that miR-1246 inhibits Cav1 and acts through PDGFβ receptor at the recipient cells to inhibit cell proliferation. miR-1246 inhibitor treatment in combination with chemotherapy led to reduced tumor burden in vivo. Finally, we demonstrated that when OC cells are co-cultured with macrophages, they are capable of transferring their oncogenic miR-1246 to M2-type macrophages, but not M0-type macrophages.InterpretationOur results suggest that cancer exosomes may contribute to oncogenesis by manipulating neighboring infiltrating immune cells. This study provide a new mechanistic therapeutic approach to overcome chemoresistance and tumor progression through exosomal miR-1246 in OC patients.

Tumor cells rely on increased glycolytic capacity to promote cell growth and progression. While glycolysis is known to be upregulated in the majority of triple negative (TNBC) or basal-like subtype breast cancers, the mechanism remains unclear. Here, we used integrative genomic analyses to identify a subset of basal-like tumors characterized by increased expression of the oncogenic transcription factor SOX4 and its co-factor the SWI/SNF ATPase SMARCA4. These tumors are defined by unique gene expression programs that correspond with increased tumor proliferation and activation of key metabolic pathways, including glycolysis. Mechanistically, we demonstrate that the SOX4-SMARCA4 complex mediates glycolysis through direct transcriptional regulation of Hexokinase 2 (HK2) and that aberrant HK2 expression and altered glycolytic capacity are required to mediate SOX4-SMARCA4-dependent cell growth. Collectively, we have defined the SOX4-SMARCA4-HK2 signaling axis in basal-like breast tumors and established that this axis promotes metabolic reprogramming which is required to maintain tumor cell growth.