Summary Recurrent patterns of chromosomal changes (aneuploidy) are widespread in cancer. These patterns are mainly attributed to selection processes due to an assumption that human chromosomes carry equal chance of being mis-segregated into daughter cells when fidelity of cell division is compromised. Human chromosomes vary widely in size, gene density and other parameters that might generate bias in mis-segregation rates, however technological limitations have precluded a systematic and high throughput analysis of chromosome-specific aneuploidy. Here, using fluorescence In-Situ hybridization (FISH) imaging of specific centromeres coupled with high-throughput single cell analysis, as well as single-cell sequencing we show that human chromosome mis-segregation is non-random. Merotelic kinetochore attachment induced by nocodazole washout leads to elevated aneuploidy of a subset of chromosomes, and high rates of anaphase lagging of chromosomes 1 and 2. Mechanistically, we show that these chromosomes are prone to cohesion fatigue that results in anaphase lagging upon release from nocodazole or Eg5 inhibition. Our findings suggest that inherent properties of specific chromosomes can influence chromosome mis-segregation and aneuploidy, with implications for studies on aneuploidy in human disease.

Chromosomal instability (CIN), the continual gain and loss of chromosomes or parts of chromosomes, occurs in the majority of cancers and confers poor prognosis. Mechanisms driving CIN remain unknown in most cancer types due to a scarcity of functional studies. High-grade serous ovarian carcinoma (HGSC), the most common subtype of ovarian cancer, is the major cause of death due to gynaecological malignancy in the Western world with chemotherapy resistance developing in almost all patients. HGSC exhibits high rates of chromosome aberrations and knowledge of causative mechanisms is likely to represent an important step towards combating the poor prognosis of this disease. However, very little is known about the nature of chromosomal instability exhibited by this cancer type in particular due to a historical lack of appropriate cell line models. Here we perform the first in-depth functional characterisation of mechanisms driving CIN in HGSC by analysing eight cell lines that accurately recapitulate HGSC genetics as defined by recent studies. We show, using a range of established functional CIN assays combined with live cell imaging and single molecule DNA fibre analysis, that multiple mechanisms co-exist to drive CIN in HGSC. These include supernumerary centrosomes, elevated microtubule dynamics and DNA replication stress. By contrast, the spindle assembly checkpoint was intact. These findings are relevant for developing therapeutic approaches to manipulating CIN in ovarian cancer, and suggests that such approaches may need to be multimodal to combat multiple co-existing CIN drivers.