Among patients with non-small-cell lung cancer (NSCLC), data on intratumor heterogeneity and cancer genome evolution have been limited to small retrospective cohorts. We wanted to prospectively investigate intratumor heterogeneity in relation to clinical outcome and to determine the clonal nature of driver events and evolutionary processes in early-stage NSCLC.

Although lymphoid tissue is absent in normal gastric mucosa, primary lymphomas arise in the stomach and most of these recapitulate the features of mucosa-associated lymphoid tissue (MALT). Gastric lymphoid tissue is known to be acquired in response to local infection by Helicobacter pylori, and we have confirmed this in 450 patients with H pylori-associated gastritis of whom 125 showed mucosal lymphoid follicles. In 8 patients, B lymphocytes infiltrated epithelium, which is a feature characteristic of MALT. We also examined 110 cases of gastric MALT lymphoma and found H pylori infection in 101 of these (92%). We conclude that gastric MALT is acquired in H pylori infection and that this provides the necessary background in which MALT lymphoma might develop.

The early detection of relapse following primary surgery for non-small-cell lung cancer and the characterization of emerging subclones, which seed metastatic sites, might offer new therapeutic approaches for limiting tumour recurrence. The ability to track the evolutionary dynamics of early-stage lung cancer non-invasively in circulating tumour DNA (ctDNA) has not yet been demonstrated. Here we use a tumour-specific phylogenetic approach to profile the ctDNA of the first 100 TRACERx (Tracking Non-Small-Cell Lung Cancer Evolution Through Therapy (Rx)) study participants, including one patient who was also recruited to the PEACE (Posthumous Evaluation of Advanced Cancer Environment) post-mortem study. We identify independent predictors of ctDNA release and analyse the tumour-volume detection limit. Through blinded profiling of postoperative plasma, we observe evidence of adjuvant chemotherapy resistance and identify patients who are very likely to experience recurrence of their lung cancer. Finally, we show that phylogenetic ctDNA profiling tracks the subclonal nature of lung cancer relapse and metastasis, providing a new approach for ctDNA-driven therapeutic studies. Circulating tumour DNA profiling in early-stage non-small-cell lung cancer can be used to track single-nucleotide variants in plasma to predict lung cancer relapse and identify tumour subclones involved in the metastatic process. Circulating tumour DNA (ctDNA) has proven useful for detecting and monitoring cancer progression from plasma samples. The authors have applied a bespoke multiplex-PCR next-generation sequencing approach to profile ctDNA in the prospective TRACERx lung cancer clinical trial study. The assay tracks clonal and subclonal variants, in pre- and post-surgery samples. In pre-surgery samples ctDNA detection is associated with histological subtype and other pathological variables and correlates with tumour volume. Blinded longitudinal profiling suggests that ctDNA detection also associates with relapse, and provides insight into the evolutionary patterns of tumour cell subclones during progression. These results advance our understanding of how liquid biopsies can be applied clinically to improve monitoring of cancer.

Summary

 Immune evasion is a hallmark of cancer. Losing the ability to present neoantigens through human leukocyte antigen (HLA) loss may facilitate immune evasion. However, the polymorphic nature of the locus has precluded accurate HLA copy-number analysis. Here, we present loss of heterozygosity in human leukocyte antigen (LOHHLA), a computational tool to determine HLA allele-specific copy number from sequencing data. Using LOHHLA, we find that HLA LOH occurs in 40% of non-small-cell lung cancers (NSCLCs) and is associated with a high subclonal neoantigen burden, APOBEC-mediated mutagenesis, upregulation of cytolytic activity, and PD-L1 positivity. The focal nature of HLA LOH alterations, their subclonal frequencies, enrichment in metastatic sites, and occurrence as parallel events suggests that HLA LOH is an immune escape mechanism that is subject to strong microenvironmental selection pressures later in tumor evolution. Characterizing HLA LOH with LOHHLA refines neoantigen prediction and may have implications for our understanding of resistance mechanisms and immunotherapeutic approaches targeting neoantigens. 

Video Abstract

Spatial and temporal dissection of the genomic changes occurring during the evolution of human non–small cell lung cancer (NSCLC) may help elucidate the basis for its dismal prognosis. We sequenced 25 spatially distinct regions from seven operable NSCLCs and found evidence of branched evolution, with driver mutations arising before and after subclonal diversification. There was pronounced intratumor heterogeneity in copy number alterations, translocations, and mutations associated with APOBEC cytidine deaminase activity. Despite maintained carcinogen exposure, tumors from smokers showed a relative decrease in smoking-related mutations over time, accompanied by an increase in APOBEC-associated mutations. In tumors from former smokers, genome-doubling occurred within a smoking-signature context before subclonal diversification, which suggested that a long period of tumor latency had preceded clinical detection. The regionally separated driver mutations, coupled with the relentless and heterogeneous nature of the genome instability processes, are likely to confound treatment success in NSCLC.

The TARGIT-A trial compared risk-adapted radiotherapy using single-dose targeted intraoperative radiotherapy (TARGIT) versus fractionated external beam radiotherapy (EBRT) for breast cancer. We report 5-year results for local recurrence and the first analysis of overall survival.TARGIT-A was a randomised, non-inferiority trial. Women aged 45 years and older with invasive ductal carcinoma were enrolled and randomly assigned in a 1:1 ratio to receive TARGIT or whole-breast EBRT, with blocks stratified by centre and by timing of delivery of targeted intraoperative radiotherapy: randomisation occurred either before lumpectomy (prepathology stratum, TARGIT concurrent with lumpectomy) or after lumpectomy (postpathology stratum, TARGIT given subsequently by reopening the wound). Patients in the TARGIT group received supplemental EBRT (excluding a boost) if unforeseen adverse features were detected on final pathology, thus radiotherapy was risk-adapted. The primary outcome was absolute difference in local recurrence in the conserved breast, with a prespecified non-inferiority margin of 2·5% at 5 years; prespecified analyses included outcomes as per timing of randomisation in relation to lumpectomy. Secondary outcomes included complications and mortality. This study is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT00983684.Patients were enrolled at 33 centres in 11 countries, between March 24, 2000, and June 25, 2012. 1721 patients were randomised to TARGIT and 1730 to EBRT. Supplemental EBRT after TARGIT was necessary in 15·2% [239 of 1571] of patients who received TARGIT (21·6% prepathology, 3·6% postpathology). 3451 patients had a median follow-up of 2 years and 5 months (IQR 12-52 months), 2020 of 4 years, and 1222 of 5 years. The 5-year risk for local recurrence in the conserved breast was 3·3% (95% CI 2·1-5·1) for TARGIT versus 1·3% (0·7-2·5) for EBRT (p=0·042). TARGIT concurrently with lumpectomy (prepathology, n=2298) had much the same results as EBRT: 2·1% (1·1-4·2) versus 1·1% (0·5-2·5; p=0·31). With delayed TARGIT (postpathology, n=1153) the between-group difference was larger than 2·5% (TARGIT 5·4% [3·0-9·7] vs EBRT 1·7% [0·6-4·9]; p=0·069). Overall, breast cancer mortality was much the same between groups (2·6% [1·5-4·3] for TARGIT vs 1·9% [1·1-3·2] for EBRT; p=0·56) but there were significantly fewer non-breast-cancer deaths with TARGIT (1·4% [0·8-2·5] vs 3·5% [2·3-5·2]; p=0·0086), attributable to fewer deaths from cardiovascular causes and other cancers. Overall mortality was 3·9% (2·7-5·8) for TARGIT versus 5·3% (3·9-7·3) for EBRT (p=0·099). Wound-related complications were much the same between groups but grade 3 or 4 skin complications were significantly reduced with TARGIT (four of 1720 vs 13 of 1731, p=0·029).TARGIT concurrent with lumpectomy within a risk-adapted approach should be considered as an option for eligible patients with breast cancer carefully selected as per the TARGIT-A trial protocol, as an alternative to postoperative EBRT.University College London Hospitals (UCLH)/UCL Comprehensive Biomedical Research Centre, UCLH Charities, National Institute for Health Research Health Technology Assessment programme, Ninewells Cancer Campaign, National Health and Medical Research Council, and German Federal Ministry of Education and Research.

BackgroundAfter breast-conserving surgery, 90% of local recurrences occur within the index quadrant despite the presence of multicentric cancers elsewhere in the breast. Thus, restriction of radiation therapy to the tumour bed during surgery might be adequate for selected patients. We compared targeted intraoperative radiotherapy with the conventional policy of whole breast external beam radiotherapy.MethodsHaving safely piloted the new technique of single-dose targeted intraoperative radiotherapy with Intrabeam, we launched the TARGIT-A trial on March 24, 2000. In this prospective, randomised, non-inferiority trial, women aged 45 years or older with invasive ductal breast carcinoma undergoing breast-conserving surgery were enrolled from 28 centres in nine countries. Patients were randomly assigned in a 1:1 ratio to receive targeted intraoperative radiotherapy or whole breast external beam radiotherapy, with blocks stratified by centre and by timing of delivery of targeted intraoperative radiotherapy. Neither patients nor investigators or their teams were masked to treatment assignment. Postoperative discovery of predefined factors (eg, lobular carcinoma) could trigger addition of external beam radiotherapy to targeted intraoperative radiotherapy (in an expected 15% of patients). The primary outcome was local recurrence in the conserved breast. The predefined non-inferiority margin was an absolute difference of 2·5% in the primary endpoint. All randomised patients were included in the intention-to-treat analysis. This trial is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT00983684.Findings1113 patients were randomly allocated to targeted intraoperative radiotherapy and 1119 were allocated to external beam radiotherapy. Of 996 patients who received the allocated treatment in the targeted intraoperative radiotherapy group, 854 (86%) received targeted intraoperative radiotherapy only and 142 (14%) received targeted intraoperative radiotherapy plus external beam radiotherapy. 1025 (92%) patients in the external beam radiotherapy group received the allocated treatment. At 4 years, there were six local recurrences in the intraoperative radiotherapy group and five in the external beam radiotherapy group. The Kaplan-Meier estimate of local recurrence in the conserved breast at 4 years was 1·20% (95% CI 0·53–2·71) in the targeted intraoperative radiotherapy and 0·95% (0·39–2·31) in the external beam radiotherapy group (difference between groups 0·25%, −1·04 to 1·54; p=0·41). The frequency of any complications and major toxicity was similar in the two groups (for major toxicity, targeted intraoperative radiotherapy, 37 [3·3%] of 1113 vs external beam radiotherapy, 44 [3·9%] of 1119; p=0·44). Radiotherapy toxicity (Radiation Therapy Oncology Group grade 3) was lower in the targeted intraoperative radiotherapy group (six patients [0·5%]) than in the external beam radiotherapy group (23 patients [2·1%]; p=0·002).InterpretationFor selected patients with early breast cancer, a single dose of radiotherapy delivered at the time of surgery by use of targeted intraoperative radiotherapy should be considered as an alternative to external beam radiotherapy delivered over several weeks.FundingUniversity College London Hospitals (UCLH)/UCL Comprehensive Biomedical Research Centre, UCLH Charities, National Institute for Health Research Health Technology Assessment programme, Ninewells Cancer Campaign, National Health and Medical Research Council, and German Federal Ministry of Education and Research (BMBF).

Clear-cell renal cell carcinoma (ccRCC) exhibits a broad range of metastatic phenotypes that have not been systematically studied to date. Here, we analyzed 575 primary and 335 metastatic biopsies across 100 patients with metastatic ccRCC, including two cases sampledat post-mortem. Metastatic competence was afforded by chromosome complexity, and we identify 9p loss as a highly selected event driving metastasis and ccRCC-related mortality (p = 0.0014). Distinct patterns of metastatic dissemination were observed, including rapid progression to multiple tissue sites seeded by primary tumors of monoclonal structure. By contrast, we observed attenuated progression in cases characterized by high primary tumor heterogeneity, with metastatic competence acquired gradually and initial progression to solitary metastasis. Finally, we observed early divergence of primitive ancestral clones and protracted latency of up to two decades as a feature of pancreatic metastases.

CD25 is expressed at high levels on regulatory T (Treg) cells and was initially proposed as a target for cancer immunotherapy. However, anti-CD25 antibodies have displayed limited activity against established tumors. We demonstrated that CD25 expression is largely restricted to tumor-infiltrating Treg cells in mice and humans. While existing anti-CD25 antibodies were observed to deplete Treg cells in the periphery, upregulation of the inhibitory Fc gamma receptor (FcγR) IIb at the tumor site prevented intra-tumoral Treg cell depletion, which may underlie the lack of anti-tumor activity previously observed in pre-clinical models. Use of an anti-CD25 antibody with enhanced binding to activating FcγRs led to effective depletion of tumor-infiltrating Treg cells, increased effector to Treg cell ratios, and improved control of established tumors. Combination with anti-programmed cell death protein-1 antibodies promoted complete tumor rejection, demonstrating the relevance of CD25 as a therapeutic target and promising substrate for future combination approaches in immune-oncology.

TRACERx, a prospective study of patients with primary non-small cell lung cancer, aims to map the genomic landscape of lung cancer by tracking clonal heterogeneity and tumour evolution from diagnosis to relapse.