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.

Defects in BRCA1, BRCA2, and other members of the homologous recombination pathway have potential therapeutic relevance when used to support agents that introduce or exploit double-stranded DNA breaks. This study examines the association between homologous recombination defects and genomic patterns of loss of heterozygosity (LOH).Ovarian tumours from two independent data sets were characterised for defects in BRCA1, BRCA2, and RAD51C, and LOH profiles were generated. Publically available data were downloaded for a third independent data set. The same analyses were performed on 57 cancer cell lines.Loss of heterozygosity regions of intermediate size were observed more frequently in tumours with defective BRCA1 or BRCA2 (P=10(-11)). The homologous recombination deficiency (HRD) score was defined as the number of these regions observed in a tumour sample. The association between HRD score and BRCA deficiency was validated in two independent ovarian cancer data sets (P=10(-5) and 10(-29)), and identified breast and pancreatic cell lines with BRCA defects.The HRD score appears capable of detecting homologous recombination defects regardless of aetiology or mechanism. This score could facilitate the use of PARP inhibitors and platinum in breast, ovarian, and other cancers.

Colorectal carcinogenesis (CRC) progression requires additional molecular mechanisms to APC mutations/aberrant β-catenin signaling. PPARD is a druggable ligand-activated nuclear receptor that regulates essential genes involved in cell fate. PPARD is upregulated in intestinal epithelial cells (IECs) of human colorectal adenomas and adenocarcinomas. The mechanistic significance of PPARD upregulation in CRC remains unknown. Here we show that targeted PPARD overexpression in IECs of mice strongly augmented β-catenin activation via BMP7/TAK1 signaling, promoted intestinal tumorigenesis in Apcmin mice, and accelerated CRC progression and invasiveness in mice with IEC-targeted ApcΔ580 mutation. Human CRC invasive fronts had higher PPARD expression than their paired adenomas. A PPARD agonist (GW501516) enhanced APCΔ580 mutation-driven CRC, while a PPARD antagonist (GSK3787) suppressed it. Functional proteomics analyses and subsequent validation studies uncovered PPARD upregulation of multiple pro-invasive pathways that drive CRC progression (e.g. PDGFRβ, AKT1, CDK1 and EIF4G1). Our results identify novel mechanisms by which PPARD promotes CRC invasiveness and provide the rational for the development of PPARD antagonists to suppress CRC.