Aneuploidy, whole chromosome or chromosome arm imbalance, is a near-universal characteristic of human cancers. In 10,522 cancer genomes from The Cancer Genome Atlas, aneuploidy was correlated with TP53 mutation, somatic mutation rate, and expression of proliferation genes. Aneuploidy was anti-correlated with expression of immune signaling genes, due to decreased leukocyte infiltrates in high-aneuploidy samples. Chromosome arm-level alterations show cancer-specific patterns, including loss of chromosome arm 3p in squamous cancers. We applied genome engineering to delete 3p in lung cells, causing decreased proliferation rescued in part by chromosome 3 duplication. This study defines genomic and phenotypic correlates of cancer aneuploidy and provides an experimental approach to study chromosome arm aneuploidy.

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.

Brain-derived neurotrophic factor has been associated previously with the regulation of food intake. To help elucidate the role of this neurotrophin in weight regulation, we have generated conditional mutants in which brain-derived neurotrophic factor has been eliminated from the brain after birth through the use of the cre-loxP recombination system. Brain-derived neurotrophic factor conditional mutants were hyperactive after exposure to stressors and had higher levels of anxiety when evaluated in the light/dark exploration test. They also had mature onset obesity characterized by a dramatic 80-150% increase in body weight, increased linear growth, and elevated serum levels of leptin, insulin, glucose, and cholesterol. In addition, the mutants had an abnormal starvation response and elevated basal levels of POMC, an anorexigenic factor and the precursor for alpha-MSH. Our results demonstrate that brain derived neurotrophic factor has an essential maintenance function in the regulation of anxiety-related behavior and in food intake through central mediators in both the basal and fasted state.

We conducted the largest investigation of predisposition variants in cancer to date, discovering 853 pathogenic or likely pathogenic variants in 8% of 10,389 cases from 33 cancer types. Twenty-one genes showed single or cross-cancer associations, including novel associations of SDHA in melanoma and PALB2 in stomach adenocarcinoma. The 659 predisposition variants and 18 additional large deletions in tumor suppressors, including ATM, BRCA1, and NF1, showed low gene expression and frequent (43%) loss of heterozygosity or biallelic two-hit events. We also discovered 33 such variants in oncogenes, including missenses in MET, RET, and PTPN11 associated with high gene expression. We nominated 47 additional predisposition variants from prioritized VUSs supported by multiple evidences involving case-control frequency, loss of heterozygosity, expression effect, and co-localization with mutations and modified residues. Our integrative approach links rare predisposition variants to functional consequences, informing future guidelines of variant classification and germline genetic testing in cancer.

We analyzed molecular data on 2,579 tumors from The Cancer Genome Atlas (TCGA) of four gynecological types plus breast. Our aims were to identify shared and unique molecular features, clinically significant subtypes, and potential therapeutic targets. We found 61 somatic copy-number alterations (SCNAs) and 46 significantly mutated genes (SMGs). Eleven SCNAs and 11 SMGs had not been identified in previous TCGA studies of the individual tumor types. We found functionally significant estrogen receptor-regulated long non-coding RNAs (lncRNAs) and gene/lncRNA interaction networks. Pathway analysis identified subtypes with high leukocyte infiltration, raising potential implications for immunotherapy. Using 16 key molecular features, we identified five prognostic subtypes and developed a decision tree that classified patients into the subtypes based on just six features that are assessable in clinical laboratories.

Prolonged fasting is associated with a number of changes in the thyroid axis manifested by low serum T3 and T4 levels and, paradoxically, low or normal TSH. This response is, at least partly, caused by suppression of proTRH gene expression in neurons of the hypothalamic paraventricular nucleus (PVN) and reduced hypothalamic TRH release. Because the fall in thyroid hormone levels can be blunted in mice by the systemic administration of leptin, we raised the possibility that leptin may have an important role in the neuroendocrine regulation of the thyroid axis, through effects on hypophysiotropic neurons producing proTRH. Adult male, Sprague-Dawley rats were either fed normally, fasted for 3 days, or fasted and administered leptin at a dose of 0.5 μg/gm BW ip every 6 h. Fasted animals showed significant reduction in plasma total and free T4 and T3 levels compared with controls, that were restored toward normal by the administration of leptin. Percent free T4, but not percent free T3, increased during fasting, further suggesting a reduction in plasma transthyretin levels that did not return to fed levels after leptin administration. By semiquantitative analysis of in situ hybridization autoradiograms, proTRH messenger RNA in medial parvocellular PVN neurons was markedly suppressed in the fasting animals but was restored to normal by leptin administration [fed vs. fast vs. fast/leptin (density units × 108): 8.5 ± 0.4, 3.2 ± 0.2, 8.1 ± 0.8]. In contrast, proTRH messenger RNA in adjacent neurons in the lateral hypothalamus that do not have a hypophysiotropic function remained unchanged by any of the experimental manipulations. These findings indicate that leptin has a selective, central action to modulate the hypothalamic-pituitary-thyroid axis by regulating proTRH gene expression in the PVN but does not have peripheral effects on thyroid-binding proteins. We propose that the fall in circulating leptin levels during fasting resets the set point for feedback inhibition by thyroid hormones on the biosynthesis of hypophysiotropic proTRH, thereby allowing adaptation to starvation.

To characterize the precursor of mammalian thyrotropin-releasing hormone (TRH), a rat hypothalamic λgt11 library was screened with an antiserum directed against a synthetic peptide representing a portion of the rat TRH prohormone. The nucleotide sequence of the immunopositive complementary DNA encoded a protein with a molecular weight of 29,247. This protein contained five copies of the sequence Gln-His-Pro-Gly flanked by paired basic amino acids and could therefore generate five TRH molecules. In addition, potential cleavage sites in the TRH precursor could produce other non-TRH peptides, which may be secreted. In situ hybridization to rat brain sections demonstrated that the pre-proTRH complementary DNA detected neurons concentrated in the parvocellular division of the paraventricular nucleus, the same location as cells detected by immunohistochemistry. These findings indicate that mammalian TRH arises by posttranslational processing of a larger precursor protein. The ability of the TRH prohormone to generate multiple copies of the bioactive peptide may be an important mechanism in the amplification of hormone production.

To determine whether the cytokine, interleukin-1 beta, is present in the rat brain as has been reported in human brain, immunocytochemical studies were performed using an antiserum that recognizes recombinant, rat IL-1 beta. Immunoreaction product was present in the periventricular and medial hypothalamus, mossy fiber distribution in the hippocampus and olfactory tubercle. These studies demonstrate that IL-1 beta is part of a diffuse intrinsic neural system in the rat central nervous system, associated with regions involved with hypophysiotropic, autonomic, limbic and extrapyramidal functions.

Thyroid hormone is important in the regulation of synthesis and secretion of thyroid-stimulating hormone (TSH) in the anterior pituitary, but its role in the control of hypothalamic thyrotropin-releasing hormone (TRH) is controversial. To determine whether thyroid hormone regulates the function of TRH in the hypothalamic tuberoinfundibular system, a study was made of the effect of hypothyroidism on thyrotropin-releasing hormone messenger RNA (proTRH mRNA) and TRH prohormone in the rat paraventricular nucleus. Extracts of rat hypothalamic paraventricular nucleus were examined by quantitative Northern blot analysis, and coronal sections of rat brain were examined by in situ hybridization histochemistry and immunocytochemistry. A nearly twofold increase in proTRH mRNA was observed in hypothyroid animals; this increase could be obliterated by levothyroxine treatment, suggesting an inverse relation between circulating thyroid hormone and proTRH mRNA. In situ hybridization showed that this response occurred exclusively in medial parvocellular neurons of the paraventricular nucleus. A simultaneous increase in proTRH mRNA and immunoreactive TRH prohormone in this region suggests that hypothyroidism induces both transcription and translation of the TRH prohormone in the paraventricular nucleus.

This integrated, multiplatform PanCancer Atlas study co-mapped and identified distinguishing molecular features of squamous cell carcinomas (SCCs) from five sites associated with smoking and/or human papillomavirus (HPV). SCCs harbor 3q, 5p, and other recurrent chromosomal copy-number alterations (CNAs), DNA mutations, and/or aberrant methylation of genes and microRNAs, which are correlated with the expression of multi-gene programs linked to squamous cell stemness, epithelial-to-mesenchymal differentiation, growth, genomic integrity, oxidative damage, death, and inflammation. Low-CNA SCCs tended to be HPV(+) and display hypermethylation with repression of TET1 demethylase and FANCF, previously linked to predisposition to SCC, or harbor mutations affecting CASP8, RAS-MAPK pathways, chromatin modifiers, and immunoregulatory molecules. We uncovered hypomethylation of the alternative promoter that drives expression of the ΔNp63 oncogene and embedded miR944. Co-expression of immune checkpoint, T-regulatory, and Myeloid suppressor cells signatures may explain reduced efficacy of immune therapy. These findings support possibilities for molecular classification and therapeutic approaches.