Human cancer cells typically harbour multiple chromosomal aberrations, nucleotide substitutions and epigenetic modifications that drive malignant transformation. The Cancer Genome Atlas (TCGA) pilot project aims to assess the value of large-scale multi-dimensional analysis of these molecular characteristics in human cancer and to provide the data rapidly to the research community. Here we report the interim integrative analysis of DNA copy number, gene expression and DNA methylation aberrations in 206 glioblastomas—the most common type of adult brain cancer—and nucleotide sequence aberrations in 91 of the 206 glioblastomas. This analysis provides new insights into the roles of ERBB2, NF1 and TP53, uncovers frequent mutations of the phosphatidylinositol-3-OH kinase regulatory subunit gene PIK3R1, and provides a network view of the pathways altered in the development of glioblastoma. Furthermore, integration of mutation, DNA methylation and clinical treatment data reveals a link between MGMT promoter methylation and a hypermutator phenotype consequent to mismatch repair deficiency in treated glioblastomas, an observation with potential clinical implications. Together, these findings establish the feasibility and power of TCGA, demonstrating that it can rapidly expand knowledge of the molecular basis of cancer. The Cancer Genome Atlas, a large-scale genomics project to catalogue cancer-linked mutations, is starting to produce results. Glioblastoma, the most common brain cancer, was the first target for the project and the initial results, published AOP on 4 September, are now in print. Genes newly implicated in glioblastoma include tumour suppressors (NF1, RB1, ATM and APC) and several tyrosine kinase genes. Glioblastoma is extremely resistant to therapy, hence the potential importance of the development of a possible model system. Zheng et al. report that mice lacking the tumour suppressors p53 and Pten develop tumours resembling human glioblastomas, associated with increased Myc protein levels. As well as offering a potential system for testing therapeutics, this points to c-Myc as a possible drug target. With a comprehensive analysis of sequencing data, DNA copy number, gene expression and DNA methylation in a large number of human glioblastomas, The Cancer Genome Atlas project initiative provides a broad overview of the genes and pathways that are altered in this cancer type.

Therapy development for adult diffuse glioma is hindered by incomplete knowledge of somatic glioma driving alterations and suboptimal disease classification. We defined the complete set of genes associated with 1,122 diffuse grade II-III-IV gliomas from The Cancer Genome Atlas and used molecular profiles to improve disease classification, identify molecular correlations, and provide insights into the progression from low- to high-grade disease. Whole-genome sequencing data analysis determined that ATRX but not TERT promoter mutations are associated with increased telomere length. Recent advances in glioma classification based on IDH mutation and 1p/19q co-deletion status were recapitulated through analysis of DNA methylation profiles, which identified clinically relevant molecular subsets. A subtype of IDH mutant glioma was associated with DNA demethylation and poor outcome; a group of IDH-wild-type diffuse glioma showed molecular similarity to pilocytic astrocytoma and relatively favorable survival. Understanding of cohesive disease groups may aid improved clinical outcomes.

Aneuploidy, whole chromosome or chromosome arm imbalance, is a near-universal characteristic of human cancers. In 10,522 cancer genomes from The Cancer Genome Atlas, aneuploidy was correlated with TP53 mutation, somatic mutation rate, and expression of proliferation genes. Aneuploidy was anti-correlated with expression of immune signaling genes, due to decreased leukocyte infiltrates in high-aneuploidy samples. Chromosome arm-level alterations show cancer-specific patterns, including loss of chromosome arm 3p in squamous cancers. We applied genome engineering to delete 3p in lung cells, causing decreased proliferation rescued in part by chromosome 3 duplication. This study defines genomic and phenotypic correlates of cancer aneuploidy and provides an experimental approach to study chromosome arm aneuploidy.

Summary

 DNA damage repair (DDR) pathways modulate cancer risk, progression, and therapeutic response. We systematically analyzed somatic alterations to provide a comprehensive view of DDR deficiency across 33 cancer types. Mutations with accompanying loss of heterozygosity were observed in over 1/3 of DDR genes, including TP53 and BRCA1/2. Other prevalent alterations included epigenetic silencing of the direct repair genes EXO5, MGMT, and ALKBH3 in ∼20% of samples. Homologous recombination deficiency (HRD) was present at varying frequency in many cancer types, most notably ovarian cancer. However, in contrast to ovarian cancer, HRD was associated with worse outcomes in several other cancers. Protein structure-based analyses allowed us to predict functional consequences of rare, recurrent DDR mutations. A new machine-learning-based classifier developed from gene expression data allowed us to identify alterations that phenocopy deleterious TP53 mutations. These frequent DDR gene alterations in many human cancers have functional consequences that may determine cancer progression and guide therapy.

We conducted the largest investigation of predisposition variants in cancer to date, discovering 853 pathogenic or likely pathogenic variants in 8% of 10,389 cases from 33 cancer types. Twenty-one genes showed single or cross-cancer associations, including novel associations of SDHA in melanoma and PALB2 in stomach adenocarcinoma. The 659 predisposition variants and 18 additional large deletions in tumor suppressors, including ATM, BRCA1, and NF1, showed low gene expression and frequent (43%) loss of heterozygosity or biallelic two-hit events. We also discovered 33 such variants in oncogenes, including missenses in MET, RET, and PTPN11 associated with high gene expression. We nominated 47 additional predisposition variants from prioritized VUSs supported by multiple evidences involving case-control frequency, loss of heterozygosity, expression effect, and co-localization with mutations and modified residues. Our integrative approach links rare predisposition variants to functional consequences, informing future guidelines of variant classification and germline genetic testing in cancer.

We analyzed molecular data on 2,579 tumors from The Cancer Genome Atlas (TCGA) of four gynecological types plus breast. Our aims were to identify shared and unique molecular features, clinically significant subtypes, and potential therapeutic targets. We found 61 somatic copy-number alterations (SCNAs) and 46 significantly mutated genes (SMGs). Eleven SCNAs and 11 SMGs had not been identified in previous TCGA studies of the individual tumor types. We found functionally significant estrogen receptor-regulated long non-coding RNAs (lncRNAs) and gene/lncRNA interaction networks. Pathway analysis identified subtypes with high leukocyte infiltration, raising potential implications for immunotherapy. Using 16 key molecular features, we identified five prognostic subtypes and developed a decision tree that classified patients into the subtypes based on just six features that are assessable in clinical laboratories.

This integrated, multiplatform PanCancer Atlas study co-mapped and identified distinguishing molecular features of squamous cell carcinomas (SCCs) from five sites associated with smoking and/or human papillomavirus (HPV). SCCs harbor 3q, 5p, and other recurrent chromosomal copy-number alterations (CNAs), DNA mutations, and/or aberrant methylation of genes and microRNAs, which are correlated with the expression of multi-gene programs linked to squamous cell stemness, epithelial-to-mesenchymal differentiation, growth, genomic integrity, oxidative damage, death, and inflammation. Low-CNA SCCs tended to be HPV(+) and display hypermethylation with repression of TET1 demethylase and FANCF, previously linked to predisposition to SCC, or harbor mutations affecting CASP8, RAS-MAPK pathways, chromatin modifiers, and immunoregulatory molecules. We uncovered hypomethylation of the alternative promoter that drives expression of the ΔNp63 oncogene and embedded miR944. Co-expression of immune checkpoint, T-regulatory, and Myeloid suppressor cells signatures may explain reduced efficacy of immune therapy. These findings support possibilities for molecular classification and therapeutic approaches.

Abstract Papillary tumor of the pineal region (PTPR) is an uncommon tumor of the pineal region with distinctive histopathologic and molecular characteristics. Experience is limited with respect to its molecular heterogeneity and clinical characteristics. Here, we describe 39 new cases and combine these with 37 previously published cases for a cohort of 76 PTPR’s, all confirmed by methylation profiling. As previously reported, two main methylation groups were identified (PTPR-A and PTPR-B). In our analysis we extended the subtyping into three subtypes: PTPR-A, PTPR-B1 and PTPR-B2 supported by DNA methylation profile and genomic copy number variations. Frequent loss of chromosome 3 or 14 was found in PTPR-B1 tumors but not in PTPR-B2. Examination of clinical outcome showed that nearly half (14/30, 47%) of examined patients experienced tumor progression with significant difference among the subtypes ( p value = 0.046). Our analysis extends the understanding of this uncommon but distinct neuroepithelial tumor by describing its molecular heterogeneity and clinical outcomes, including its tendency towards tumor recurrence.

SRSF1 governs splicing of over 1,500 mRNA transcripts. SRSF1 contains two RNA-recognition motifs (RRMs) and a C-terminal Arg/Ser-rich region (RS). It has been thought that SRSF1 RRMs exclusively recognize single-stranded exonic splicing enhancers, while RS lacks RNA-binding specificity. With our success in solving the insolubility problem of SRSF1, we can explore the unknown RNA-binding landscape of SRSF1. We find that SRSF1 RS prefers purine over pyrimidine. Moreover, SRSF1 binds to the G-quadruplex (GQ) from the ARPC2 mRNA, with both RRMs and RS being crucial. Our binding assays show that the traditional RNA-binding sites on the RRM tandem and the Arg in RS are responsible for GQ binding. Interestingly, our FRET and circular dichroism data reveal that SRSF1 unfolds the ARPC2 GQ, with RS leading unfolding and RRMs aiding. Our saturation transfer difference NMR results discover that Arg residues in SRSF1 RS interact with the guanine base but other nucleobases, underscoring the uniqueness of the Arg/guanine interaction. Our luciferase assays confirm that SRSF1 can alleviate the inhibitory effect of GQ on gene expression in the cell. Given the prevalence of RNA GQ and SR proteins, our findings unveil unexplored SR protein functions with broad implications in RNA splicing and translation.