Cohesin is present in almost all active enhancer regions, where it is associated with transcription factors. Cohesin frequently colocalizes with CTCF (CCCTC-binding factor), affecting genomic stability, expression and epigenetic homeostasis. Cohesin subunits are mutated in cancer, but CTCF/cohesin-binding sites (CBSs) in DNA have not been examined for mutations. Here we report frequent mutations at CBSs in cancers displaying a mutational signature where mutations in A•T base pairs predominate. Integration of whole-genome sequencing data from 213 colorectal cancer (CRC) samples and chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-exo) data identified frequent point mutations at CBSs. In contrast, CRCs showing an ultramutator phenotype caused by defects in the exonuclease domain of DNA polymerase ɛ (POLE) displayed significantly fewer mutations at and adjacent to CBSs. Analysis of public data showed that multiple cancer types accumulate CBS mutations. CBSs are a major mutational hotspot in the noncoding cancer genome.

Abstract Colorectal cancer (CRC) is a leading cause of cancer-related death worldwide, and has a strong heritable basis. We report a genome-wide association analysis of 34,627 CRC cases and 71,379 controls of European ancestry that identifies SNPs at 31 new CRC risk loci. We also identify eight independent risk SNPs at the new and previously reported European CRC loci, and a further nine CRC SNPs at loci previously only identified in Asian populations. We use in situ promoter capture Hi-C (CHi-C), gene expression, and in silico annotation methods to identify likely target genes of CRC SNPs. Whilst these new SNP associations implicate target genes that are enriched for known CRC pathways such as Wnt and BMP, they also highlight novel pathways with no prior links to colorectal tumourigenesis. These findings provide further insight into CRC susceptibility and enhance the prospects of applying genetic risk scores to personalised screening and prevention.

Genomic instability pathways in colorectal cancer (CRC) have been extensively studied, but the role of retrotransposition in colorectal carcinogenesis remains poorly understood. Although retrotransposons are usually repressed, they become active in several human cancers, in particular those of the gastrointestinal tract. Here we characterize retrotransposon insertions in 202 colorectal tumor whole genomes and investigate their associations with molecular and clinical characteristics. We found highly variable retrotransposon activity among tumors and identified recurrent insertions in 15 known cancer genes. In approximately 1% of the cases we identified insertions in APC, likely to be tumor-initiating events. Insertions were positively associated with the CpG island methylator phenotype and the genomic fraction of allelic imbalance. Clinically, high number of insertions was independently associated with poor disease-specific survival.

Abstract Microsatellite unstable colorectal cancer (MSI-CRC) can arise through germline mutations in mismatch repair (MMR) genes in individuals with Lynch syndrome (LS), or sporadically through promoter methylation of the MMR gene MLH1. Despite the different origins of hereditary and sporadic MSI tumours, their genomic features have not been extensively compared. A prominent feature of MMR-deficient genomes is the occurrence of many indels in short repeat sequences, an understudied mutation type due to the technical challenges of variant calling in these regions. In this study, we performed whole genome sequencing and RNA-sequencing on 29 sporadic and 14 hereditary MSI-CRCs. We compared the tumour groups by analysing genome-wide mutation densities, microsatellite repeat indels, recurrent protein-coding variants, signatures of single base, doublet base, and indel mutations, and changes in gene expression. We show that the mutational landscapes of hereditary and sporadic MSI-CRCs, including mutational signatures and mutation densities genome-wide and in microsatellites, are highly similar. Only a low number of differentially expressed genes were found, enriched to interferon-γ regulated immune response pathways. Analysis of the variance in allelic fractions of somatic variants in each tumour group revealed higher clonal heterogeneity in sporadic MSI-CRCs. Our results suggest that the differing molecular origins of MMR deficiency in hereditary and sporadic MSI-CRCs do not result in substantial differences in the mutational landscapes of these tumours. The divergent patterns of clonal evolution between the tumour groups may have clinical implications, as high clonal heterogeneity has been associated with decreased tumour immunosurveillance and reduced responsiveness to immunotherapy.

Abstract MicroRNAs (miRs) are non-coding RNA-molecules that regulate gene expression. Global circulating miR (c-miR) expression patterns (c-miRnome) change with carcinogenesis in various sporadic cancers. Therefore, aberrantly expressed c-miRs could have diagnostic, predictive and prognostic potential in molecular profiling of cancers. c-miR functions in carriers of inherited pathogenic mismatch-repair gene variants ( path_MMR ), also known as Lynch syndrome (LS), have remained understudied. LS cohort provides an ideal population for biomarker mining due to increased lifelong cancer risk and excessive cancer occurrence. Using high-throughput sequencing and bioinformatic approaches, we conducted an exploratory analysis to characterize systemic c-miRnomes of path_MMR carriers. Our discovery cohort included 81 healthy path_MMR carriers and 37 non-LS controls. Our analysis also included cancer cohort comprised of 13 path_MMR carriers with varying cancers and 24 sporadic rectal cancer patients. We showed for the first time that c-miRnome can discern healthy path_MMR carriers from non-LS controls but does not distinguish healthy path_MMR carriers from cancer patients with or without path_MMR . Our c-miR expression analysis combined with in silico tools suggest ongoing alterations of biological pathways shared in LS and sporadic carcinogenesis. We observed that these alterations can produce a c-miR signature which can be used to track oncogenic stress in cancer-free path_MMR carriers. Thus, c-miRs hold potential in monitoring which cancer patients would require more intensive surveillance or clinical management. Significance C-miRnome can discern between healthy persons with or without path_MMR but does not distinguish healthy path_MMR carriers from cancer patients with or without path_MMR , indicating an ongoing alteration of biological pathways that can be used to track oncogenic stress at cancer-free state.