Abstract While expression quantitative trait loci (eQTL) have been powerful in identifying susceptibility genes from genome-wide association studies (GWAS) findings, most trait-associated loci are not explained by eQTL alone. Alternative QTLs including DNA methylation QTL (meQTL) are emerging, but cell-type-specific meQTL using cells of disease origin has been lacking. Here we established an meQTL dataset using primary melanocytes from 106 individuals and identified 1,497,502 significant cis -meQTLs. Multi-QTL colocalization using meQTL, eQTL, and mRNA splice-junction QTL from the same individuals together with imputed methylome-wide and transcriptome-wide association studies identified susceptibility genes at 63% of melanoma GWAS loci. Among three molecular QTLs, meQTLs were the single largest contributor. To compare melanocyte meQTLs with those from malignant melanomas, we performed meQTL analysis on skin cutaneous melanomas from The Cancer Genome Atlas (n = 444). A substantial proportion of meQTL probes (45.9%) in primary melanocytes are preserved in melanomas, while a smaller fraction of eQTL genes is preserved (12.7%). Integration of melanocyte multi-QTL and melanoma meQTL identified candidate susceptibility genes at 72% of melanoma GWAS loci. Beyond GWAS annotation, meQTL-eQTL colocalization in melanocytes suggested that 841 unique genes potentially share a causal variant with a nearby methylation probe in melanocytes. Finally, melanocyte trans -meQTL identified a hotspot for rs12203592, a cis -eQTL of a transcription factor, IRF4, with 131 candidate target CpGs. Motif enrichment and IRF4 ChIPseq analysis demonstrated that these target CpGs are enriched in IRF4 binding sites, suggesting an IRF4-mediated regulatory network. Our study highlights the utility of cell-type-specific meQTL.

The AS04-adjuvanted human papillomavirus (HPV)16/18 vaccine, an L1-based vaccine, provides strong vaccine efficacy (VE) against vaccine-targeted type infections, and partial cross-protection to phylogenetically-related types, which may be affected by variant-level heterogeneity. We compared VE against incident HPV31, 33, 35, and 45 detections between lineages and SNPs in the L1 region among 2846 HPV-vaccinated and 5465 HPV-unvaccinated women through 11-years of follow-up in the Costa Rica HPV Vaccine Trial. VE was lower against HPV31-lineage-B (VE=60.7%;95%CI = 23.4%,82.8%) compared to HPV31-lineage-A (VE=94.3%;95%CI = 83.7%,100.0%) (VE-ratio = 0.64;95%CI = 0.25,0.90). Differential VE was observed at several lineage-associated HPV31-L1-SNPs, including a nonsynonymous substitution at position 6372 on the FG-loop, an important neutralization domain. For HPV35, the only SNP-level difference was at position 5939 on the DE-loop, with significant VE against nucleotide-G (VE=65.0%;95%CI = 28.0,87.8) but not for more the common nucleotide-A (VE=7.4%;95%CI = -34.1,36.7). Because of the known heterogeneity in precancer/cancer risk across cross-protected HPV genotype variants by race and region, our results of differential variant-level AS04-adjuvanted HPV16/18 vaccine efficacy has global health implications.

We investigated intratumor heterogeneity and clonal evolution of papillary renal cell carcinoma (pRCC) and rarer kidney cancer subtypes, integrating whole-genome sequencing and DNA methylation data. In 29 tumors, up to 10 samples from the center to the periphery of each tumor, and metastatic samples in 2 cases, enabled phylogenetic analysis of spatial features of clonal expansion, which showed congruent patterns of genomic and epigenomic evolution. In contrast to previous studies of clear cell renal cell carcinoma, in pRCC driver gene mutations and most arm-level somatic copy number alterations (SCNAs) were clonal. These findings suggest that a single biopsy would be sufficient to identify the important genetic drivers and targeting large-scale SCNAs may improve pRCC treatment, which is currently poor. While type 1 pRCC displayed near absence of structural variants (SVs), the more aggressive type 2 pRCC and the rarer subtypes had numerous SVs, which should be pursued for prognostic significance.

Disease heterogeneity of immune gene expression patterns of luminal breast cancer (BC) has not been well studied. We performed immune gene expression profiling of tumor and adjacent normal tissue in 92 Asian luminal BC patients and identified three distinct immune subtypes. Tumors in one subtype exhibited signs of T-cell activation, lower ESR1/ESR2 expression ratio and higher expression of immune checkpoint genes, nonsynonymous mutation burden, APOBEC-signature mutations, and increasing body mass index compared to other luminal tumors. Tumors in a second subtype were characterized by increased expression of interferon-stimulated genes and enrichment for TP53 somatic mutations. The presence of three immune subtypes within luminal BC was replicated in cases drawn from The Cancer Genome Atlas and a Korean breast cancer study. Our findings suggest that immune gene expression and associated genomic features could be useful to further stratify luminal BC beyond the current luminal A/B classification.

Abstract Genome-wide association studies have identified a melanoma-associated locus on chromosome band 7p21.1 with rs117132860 as the lead SNP, and a secondary independent signal marked by rs73069846. rs117132860 is also associated with tanning ability and cutaneous squamous cell carcinoma (cSCC). As ultraviolet radiation (UVR) is a key environmental exposure for all three traits, we investigated the mechanisms by which this locus contributes to melanoma risk, focusing on cellular response to UVR. Fine-mapping of melanoma GWAS identified four independent sets of candidate causal variants. A GWAS region-focused Capture-C study of primary melanocytes identified physical interactions between two causal sets and the promoter of the aryl hydrocarbon receptor gene ( AHR ). Subsequent chromatin state annotation, eQTL, and luciferase assays identified rs117132860 as a functional variant and reinforced AHR as a likely causal gene. As AHR plays critical roles in cellular response to dioxin and UVR, we explored links between this SNP and AHR expression after both 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) and ultraviolet B (UVB) exposure. Allele-specific AHR binding to rs117132860-G was enhanced following both, consistent with predicted weakened AHR binding to the risk/poor-tanning rs117132860-A allele, and allele-preferential AHR expression driven from the protective rs117132860-G allele was observed following UVB exposure. Small deletions surrounding rs117132860 via CRISPR abrogates AHR binding, reduces melanocyte cell growth, and prolongs growth arrest following UVB exposure. These data suggest AHR is a melanoma susceptibility gene at the 7p21.1 risk locus, and rs117132860 is a functional variant within a UVB-responsive element, leading to allelic AHR expression, and altering melanocyte growth phenotypes upon exposure.

Germline genetic testing for patients with severe aplastic anemia (SAA) is recommended to guide treatment, including the use of immunosuppressive therapy and/or adjustment of hematopoietic cell transplantation (HCT) modalities. Hemophagocytic lymphohistiocytosis (HLH) is a life threatening hyperinflammatory condition often associated with cytopenias with autosomal recessive (AR) or X-linked recessive (XLR) inheritance. HLH is part of the SAA differential diagnosis and genetic testing may identify variants in HLH genes in patients with SAA. The impact of pathogenic/likely pathogenic (P/LP) variants in HLH genes on HCT outcomes in SAA is unclear. We aimed to determine the frequency of HLH gene variants in a large cohort of patients with acquired SAA and to evaluate their association(s) with HCT outcomes. The Transplant Outcomes in Aplastic Anemia project, a collaboration between the National Cancer Institute and the Center for International Blood and Marrow Transplant Research, consists of genomic and clinical data from 824 patients who underwent HCT for SAA between 1989 and 2015. We excluded 140 patients with inherited bone marrow failure syndromes and used exome sequencing data from the remaining 684 patients with acquired SAA to identify P/LP variants in 14 HLH-associated genes (11 AR, 3 XLR) curated using ACMG/AMP criteria. Deleterious variants of uncertain significance (del-VUS) were defined as those not meeting ACMG/AMP P/LP criteria but with damaging predictions in ≥3/5 meta-predictors (BayesDel, REVEL, CADD, MetaSVM and/or EIGEN). Kaplan-Meier estimator was used to calculate the probability of overall survival (OS) after HCT, and cumulative incidence calculator was used for other HCT outcomes accounting for relevant competing risks. There were 46 HLH variants in 49 patients (7.2%; N total=684). Seventeen variants in 19 patients (2.8%) were P/LP; 8 of these were loss of function variants. Among 19 patients with P/LP HLH variants, 16 (84%) had monoallelic variants in genes with AR inheritance, and three had variants in XLR genes. PRF1 was the most frequently affected gene (8/19 patients). We found no statistically significant differences in transplant-related factors between patients with and without P/LP HLH variants. The 5-year survival probabilities were 89% (95% CI=72-99), and 70% (95% CI=53-85%) in patients with P/LP and del-VUS HLH variants, respectively, as compared with 66% (95% CI=62-70) in those without variants (p-log-rank=0.16). The median time to neutrophil engraftment was 16 days for patients with P/LP HLH variants versus 18 days in those with del-VUS or without variants, combined (p-Gray's test=0.01). No statistically significant associations between P/LP HLH variants and the risk of acute or chronic graft-versus-host disease were noted. In this large cohort of acquired SAA, we found that 2.8% of patients harbor a P/LP variant in an HLH gene. No negative effect on post-HCT survival was noted with HLH gene variants. The small number of patients with P/LP HLH variants limit the study ability to provide conclusive evidence. Yet, our data suggest no need for special transplant considerations for patients with SAA carrying P/LP variants.