The tumor microenvironment of colorectal carcinoma is a complex community of genomically altered cancer cells, nonneoplastic cells, and a diverse collection of microorganisms. Each of these components may contribute to carcinogenesis; however, the role of the microbiota is the least well understood. We have characterized the composition of the microbiota in colorectal carcinoma using whole genome sequences from nine tumor/normal pairs. Fusobacterium sequences were enriched in carcinomas, confirmed by quantitative PCR and 16S rDNA sequence analysis of 95 carcinoma/normal DNA pairs, while the Bacteroidetes and Firmicutes phyla were depleted in tumors. Fusobacteria were also visualized within colorectal tumors using FISH. These findings reveal alterations in the colorectal cancer microbiota; however, the precise role of Fusobacteria in colorectal carcinoma pathogenesis requires further investigation.

The secretion of hepatocyte growth factor by stromal cells in the tumour micro-environment can make melanoma resistant to RAF inhibitors, through the activation of the MET signalling pathway, but a combination of RAF and MET inhibitors can overcome this resistance. Targeted anticancer therapies are gaining ground in clinical applications as researchers begin to understand the genetic changes underlying tumorigenesis and the factors that determine an individual patient's response to a drug. However, resistance is a challenging problem in most clinical trials of targeted therapies. Two complementary papers show that the secretion of growth factors from the tumour microenvironment can cause resistance to a range of anticancer drugs, through their ability to drive tumour growth by activating redundant signalling pathways. Both papers provide evidence that stromal production of hepatocyte growth factor can confer resistance to a class of drugs called BRAF inhibitors, such as vemurafenib, in patients with melanoma, through activation of the MET signalling pathway. They show that a combination of BRAF and MET inhibitors can overcome resistance, suggesting that this combination should be tested in patients with melanoma. Drug resistance presents a challenge to the treatment of cancer patients. Many studies have focused on cell-autonomous mechanisms of drug resistance. By contrast, we proposed that the tumour micro-environment confers innate resistance to therapy. Here we developed a co-culture system to systematically assay the ability of 23 stromal cell types to influence the innate resistance of 45 cancer cell lines to 35 anticancer drugs. We found that stroma-mediated resistance is common, particularly to targeted agents. We characterized further the stroma-mediated resistance of BRAF-mutant melanoma to RAF inhibitors because most patients with this type of cancer show some degree of innate resistance1,2,3,4. Proteomic analysis showed that stromal cell secretion of hepatocyte growth factor (HGF) resulted in activation of the HGF receptor MET, reactivation of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) and phosphatidylinositol-3-OH kinase (PI(3)K)–AKT signalling pathways, and immediate resistance to RAF inhibition. Immunohistochemistry experiments confirmed stromal cell expression of HGF in patients with BRAF-mutant melanoma and showed a significant correlation between HGF expression by stromal cells and innate resistance to RAF inhibitor treatment. Dual inhibition of RAF and either HGF or MET resulted in reversal of drug resistance, suggesting RAF plus HGF or MET inhibitory combination therapy as a potential therapeutic strategy for BRAF-mutant melanoma. A similar resistance mechanism was uncovered in a subset of BRAF-mutant colorectal and glioblastoma cell lines. More generally, this study indicates that the systematic dissection of interactions between tumours and their micro-environment can uncover important mechanisms underlying drug resistance.

Colonoscopy and sigmoidoscopy provide protection against colorectal cancer, but the magnitude and duration of protection, particularly against cancer of the proximal colon, remain uncertain.

Colorectal cancers comprise a complex mixture of malignant cells, nontransformed cells, and microorganisms. Fusobacterium nucleatum is among the most prevalent bacterial species in colorectal cancer tissues. Here we show that colonization of human colorectal cancers with Fusobacterium and its associated microbiome-including Bacteroides, Selenomonas, and Prevotella species-is maintained in distal metastases, demonstrating microbiome stability between paired primary and metastatic tumors. In situ hybridization analysis revealed that Fusobacterium is predominantly associated with cancer cells in the metastatic lesions. Mouse xenografts of human primary colorectal adenocarcinomas were found to retain viable Fusobacterium and its associated microbiome through successive passages. Treatment of mice bearing a colon cancer xenograft with the antibiotic metronidazole reduced Fusobacterium load, cancer cell proliferation, and overall tumor growth. These observations argue for further investigation of antimicrobial interventions as a potential treatment for patients with Fusobacterium-associated colorectal cancer.

Serrated lesions of the colorectum are the precursors of perhaps one-third of colorectal cancers (CRCs). Cancers arising in serrated lesions are usually in the proximal colon, and account for a disproportionate fraction of cancer identified after colonoscopy. We sought to provide guidance for the clinical management of serrated colorectal lesions based on current evidence and expert opinion regarding definitions, classification, and significance of serrated lesions. A consensus conference was held over 2 days reviewing the topic of serrated lesions from the perspectives of histology, molecular biology, epidemiology, clinical aspects, and serrated polyposis. Serrated lesions should be classified pathologically according to the World Health Organization criteria as hyperplastic polyp, sessile serrated adenoma/polyp (SSA/P) with or without cytological dysplasia, or traditional serrated adenoma (TSA). SSA/P and TSA are premalignant lesions, but SSA/P is the principal serrated precursor of CRCs. Serrated lesions have a distinct endoscopic appearance, and several lines of evidence suggest that on average they are more difficult to detect than conventional adenomatous polyps. Effective colonoscopy requires an endoscopist trained in the endoscopic appearance of serrated lesions. We recommend that all serrated lesions proximal to the sigmoid colon and all serrated lesions in the rectosigmoid >5 mm in size, be completely removed. Recommendations are made for post-polypectomy surveillance of serrated lesions and for surveillance of serrated polyposis patients and their relatives.

Large-scale genomic characterization of tumors from prospective cohort studies may yield new insights into cancer pathogenesis. We performed whole-exome sequencing of 619 incident colorectal cancers (CRCs) and integrated the results with tumor immunity, pathology, and survival data. We identified recurrently mutated genes in CRC, such as BCL9L, RBM10, CTCF, and KLF5, that were not previously appreciated in this disease. Furthermore, we investigated the genomic correlates of immune-cell infiltration and found that higher neoantigen load was positively associated with overall lymphocytic infiltration, tumor-infiltrating lymphocytes (TILs), memory T cells, and CRC-specific survival. The association with TILs was evident even within microsatellite-stable tumors. We also found positive selection of mutations in HLA genes and other components of the antigen-processing machinery in TIL-rich tumors. These results may inform immunotherapeutic approaches in CRC. More generally, this study demonstrates a framework for future integrative molecular epidemiology research in colorectal and other malignancies.

Objective

 Accumulating evidence links the intestinal microbiota and colorectal carcinogenesis. Fusobacterium nucleatum may promote colorectal tumour growth and inhibit T cell-mediated immune responses against colorectal tumours. Thus, we hypothesised that the amount of F. nucleatum in colorectal carcinoma might be associated with worse clinical outcome. 

Design

 We used molecular pathological epidemiology database of 1069 rectal and colon cancer cases in the Nurses’ Health Study and the Health Professionals Follow-up Study, and measured F. nucleatum DNA in carcinoma tissue. Cox proportional hazards model was used to compute hazard ratio (HR), controlling for potential confounders, including microsatellite instability (MSI, mismatch repair deficiency), CpG island methylator phenotype (CIMP), KRAS, BRAF, and PIK3CA mutations, and LINE-1 hypomethylation (low-level methylation). 

Results

 Compared with F. nucleatum-negative cases, multivariable HRs (95% CI) for colorectal cancer-specific mortality in F. nucleatum-low cases and F. nucleatum-high cases were 1.25 (0.82 to 1.92) and 1.58 (1.04 to 2.39), respectively, (p for trend=0.020). The amount of F. nucleatum was associated with MSI-high (multivariable odd ratio (OR), 5.22; 95% CI 2.86 to 9.55) independent of CIMP and BRAF mutation status, whereas CIMP and BRAF mutation were associated with F. nucleatum only in univariate analyses (p<0.001) but not in multivariate analysis that adjusted for MSI status. 

Conclusions

 The amount of F. nucleatum DNA in colorectal cancer tissue is associated with shorter survival, and may potentially serve as a prognostic biomarker. Our data may have implications in developing cancer prevention and treatment strategies through targeting GI microflora by diet, probiotics and antibiotics.

Background:

 The CpG island methylator phenotype (CIMP), characterised by widespread promoter methylation, is associated with microsatellite instability (MSI) and BRAF mutation in colorectal cancer. The independent effect of CIMP, MSI and BRAF mutation on prognosis remains uncertain. 

Methods:

 Utilising 649 colon cancers (stage I–IV) in two independent cohort studies, we quantified DNA methylation in eight CIMP-specific promoters (CACNA1G, CDKN2A (p16), CRABP1, IGF2, MLH1, NEUROG1, RUNX3 and SOCS1) as well as CHFR, HIC1, IGFBP3, MGMT, MINT1, MINT31, p14, and WRN by using MethyLight technology. We examined MSI, KRAS and BRAF status. Cox proportional hazard models computed hazard ratios (HRs) for colon cancer-specific and overall mortalities, adjusting for patient characteristics and tumoral molecular features. 

Results:

 After adjustment for other predictors of patient survival, patients with CIMP-high cancers (126 (19%) tumours with ⩾6/8 methylated CIMP-specific promoters) experienced a significantly low colon cancer-specific mortality (multivariate HR 0.44, 95% confidence interval (CI) 0.22 to 0.88), whereas the BRAF mutation was significantly associated with a high cancer-specific mortality (multivariate HR 1.97, 95% CI 1.13 to 3.42). A trend toward a low cancer-specific mortality was observed for MSI-high tumours (multivariate HR 0.70, 95% CI 0.36 to 1.37). In stratified analyses, CIMP-high tumours were associated with a significant reduction in colon cancer-specific mortality, regardless of both MSI and BRAF status. The relation between CIMP-high and lower mortality appeared to be consistent across all stages. KRAS mutation was unrelated to prognostic significance. 

Conclusion:

 CIMP-high appears to be an independent predictor of a low colon cancer-specific mortality, while BRAF mutation is associated with a high colon cancer-specific mortality.

Regular use of aspirin reduces the risk of a colorectal neoplasm, but the mechanism by which aspirin affects carcinogenesis in the colon is not well understood.

Adam Bass, Gad Getz and colleagues report whole-exome sequencing of 149 esophageal adenocarcinomas (EACs) and whole-genome sequencing of 15 EACs. They identify a mutational signature defined by a high prevalence of A>C transversions, as well as 26 genes mutated at high frequency in EACs. The incidence of esophageal adenocarcinoma (EAC) has risen 600% over the last 30 years. With a 5-year survival rate of ∼15%, the identification of new therapeutic targets for EAC is greatly important. We analyze the mutation spectra from whole-exome sequencing of 149 EAC tumor-normal pairs, 15 of which have also been subjected to whole-genome sequencing. We identify a mutational signature defined by a high prevalence of A>C transversions at AA dinucleotides. Statistical analysis of exome data identified 26 significantly mutated genes. Of these genes, five (TP53, CDKN2A, SMAD4, ARID1A and PIK3CA) have previously been implicated in EAC. The new significantly mutated genes include chromatin-modifying factors and candidate contributors SPG20, TLR4, ELMO1 and DOCK2. Functional analyses of EAC-derived mutations in ELMO1 identifies increased cellular invasion. Therefore, we suggest the potential activation of the RAC1 pathway as a contributor to EAC tumorigenesis.