Although p53 inactivation promotes genomic instability1 and presents a route to malignancy for more than half of all human cancers2,3, the patterns through which heterogenous TP53 (encoding human p53) mutant genomes emerge and influence tumorigenesis remain poorly understood. Here, in a mouse model of pancreatic ductal adenocarcinoma that reports sporadic p53 loss of heterozygosity before cancer onset, we find that malignant properties enabled by p53 inactivation are acquired through a predictable pattern of genome evolution. Single-cell sequencing and in situ genotyping of cells from the point of p53 inactivation through progression to frank cancer reveal that this deterministic behaviour involves four sequential phases-Trp53 (encoding mouse p53) loss of heterozygosity, accumulation of deletions, genome doubling, and the emergence of gains and amplifications-each associated with specific histological stages across the premalignant and malignant spectrum. Despite rampant heterogeneity, the deletion events that follow p53 inactivation target functionally relevant pathways that can shape genomic evolution and remain fixed as homogenous events in diverse malignant populations. Thus, loss of p53-the 'guardian of the genome'-is not merely a gateway to genetic chaos but, rather, can enable deterministic patterns of genome evolution that may point to new strategies for the treatment of TP53-mutant tumours.

ABSTRACT The metazoan genome is compartmentalized in megabase-scale areas of highly interacting chromatin known as topologically associating domains (TADs), typically identified by computational analyses of Hi-C sequencing data. TADs are demarcated by boundaries that are largely conserved across cell types and even across species, although, increasing evidence suggests that the seemingly invariant TAD boundaries may exhibit plasticity and their insulating strength can vary. However, a genome-wide characterization of TAD boundary strength in mammals is still lacking. A systematic classification and characterization of TAD boundaries may generate new insights into their function. In this study, we first use fused two-dimensional lasso as a machine learning method to improve Hi-C contact matrix reproducibility, and, subsequently, we categorize TAD boundaries based on their insulation score. We demonstrate that higher TAD boundary insulation scores are associated with elevated CTCF levels and that they may differ across cell types. Intriguingly, we observe that super-enhancer elements are preferentially insulated by strong boundaries, i.e. boundaries of higher insulation score. Furthermore, we perform a pan-cancer analysis to demonstrate that strong TAD boundaries and super-enhancer elements are frequently co-duplicated in cancer patients. Taken together, our findings suggest that super-enhancers insulated by strong TAD boundaries may be exploited, as a functional unit, by cancer cells to promote oncogenesis.

Methylation of histone 3 at lysine 9 (H3K9) is widely regarded as a major roadblock for cellular reprogramming and interference with associated methyltransferases such as EHMT1 and EHMT2 (also known as GLP and G9A, respectively) increases the efficiencies at which induced pluripotent stem cells (iPSCs) can be derived. Activation of histone and DNA demethylases by ascorbic acid (AA) has become a common approach to facilitate the extensive epigenetic remodeling required for iPSC formation, but possible functional interactions between the H3K9 methylation machinery and AA-stimulated enzymes remain insufficiently explored. Here we show that reduction of EHMT1/2 activity counteracts iPSC formation in an optimized reprogramming system in the presence of AA. Mechanistically, EHMT1/2 activity under these conditions is required for efficient downregulation of somatic genes and transition into an epithelial state. Of note, transient inhibition of EHMT1/2 during reprogramming yields iPSCs that fail to efficiently give rise to viable mice, suggesting persistent molecular defects in these cells. Genetic interference with the H3K9 demethylase KDM3B ameliorated the adverse effect of EHMT1/2 inhibition on iPSC formation. Together, our observations document novel functions of H3K9 methyltransferases during iPSC formation and suggest that the balancing of AA-stimulated enzymes by EHMT1/2 supports efficient and error-free iPSC reprogramming to pluripotency.

Long non-coding RNAs (lncRNAs) have emerged as a class of factors that are important for regulating development and cancer. Computational prediction of lncRNAs from ultra-deep RNA sequencing has been successful in identifying candidate lncRNAs. However, the complexity of handling and integrating different types of genomics data poses significant challenges to experimental laboratories that lack extensive genomics expertise. To address this issue, we have developed lncRNA-screen, a comprehensive pipeline for computationally screening putative lncRNA transcripts over large multimodal datasets. The main objective of this work is to facilitate the computational discovery of lncRNA candidates to be further examined by functional experiments. lncRNA-screen provides a fully automated easy-to-run pipeline which performs data download, RNA-seq alignment, assembly, quality assessment, transcript filtration, novel lncRNA identification, coding potential estimation, expression level quantification, histone mark enrichment profile integration, differential expression analysis, annotation with other type of segmented data (CNVs, SNPs, Hi-C, etc.) and visualization. Importantly, lncRNA-screen generates an interactive report summarizing all interesting lncRNA features including genome browser snapshots and lncRNA-mRNA interactions based on Hi-C data. In summary, our pipeline provides a comprehensive solution for lncRNA discovery and an intuitive interactive report for identifying promising lncRNA candidates. lncRNA-screen is available as free open-source software on GitHub.

Melanoma being one of the most common and deadliest skin cancers, has been rising since the past decade. Patients at advanced stages of the disease have very poor prognoses, as opposed to at the earlier stages. Nowadays the standard-of-care of advanced melanoma is resection followed by immune checkpoint inhibition based immunotherapy. However, a substantial proportion of patients either do not respond or develop resistances. This underscores a need for novel approaches and therapeutic targets as well as a better understanding of the mechanisms of melanoma pathogenesis. Long non-coding RNAs (lncRNAs) comprise a poorly characterized class of functional players and promising targets in promoting malignancy. Certain lncRNAs have been identified to play integral roles in melanoma progression and drug resistances, however systematic screens to uncover novel functional lncRNAs are scarce. Here, we profile differentially expressed lncRNAs in patient derived short-term metastatic cultures and BRAF-MEK-inhibition resistant cells. We conduct a focused growth-related CRISPR-inhibition screen of overexpressed lncRNAs, validate and functionally characterize lncRNA hits with respect to cellular growth, invasive capacities and apoptosis in vitro as well as the transcriptomic impact of our lead candidate the novel lncRNA XLOC_030781. In sum, we extend the current knowledge of ncRNAs and their potential relevance on melanoma.

Abstract Purpose: Even though BRAF fusions are increasingly detected in standard multigene next-generation sequencing panels, few reports have explored their structure and impact on clinical course. Experimental Design: We collected data from patients with BRAF fusion–positive cancers identified through a genotyping protocol of 97,024 samples. Fusions were characterized and reviewed for oncogenic potential (in-frame status, non-BRAF partner gene, and intact BRAF kinase domain). Results: We found 241 BRAF fusion–positive tumors from 212 patients with 82 unique 5′ fusion partners spanning 52 histologies. Thirty-nine fusion partners were not previously reported, and 61 were identified once. BRAF fusion incidence was enriched in pilocytic astrocytomas, gangliogliomas, low-grade neuroepithelial tumors, and acinar cell carcinoma of the pancreas. Twenty-four patients spanning multiple histologies were treated with MAPK-directed therapies, of which 20 were evaluable for RECIST. Best response was partial response (N = 2), stable disease (N = 11), and progressive disease (N = 7). The median time on therapy was 1 month with MEK plus BRAF inhibitors [(N = 11), range 0–18 months] and 8 months for MEK inhibitors [(N = 14), range 1–26 months]. Nine patients remained on treatment for longer than 6 months [pilocytic astrocytomas (N = 6), Erdheim–Chester disease (N = 1), extraventricular neurocytoma (N = 1), and melanoma (N = 1)]. Fifteen patients had acquired BRAF fusions. Conclusions: BRAF fusions are found across histologies and represent an emerging actionable target. BRAF fusions have a diverse set of fusion partners. Durable responses to MAPK therapies were seen, particularly in pilocytic astrocytomas. Acquired BRAF fusions were identified after targeted therapy, underscoring the importance of postprogression biopsies to optimize treatment at relapse in these patients.