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.

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.

Abstract Purpose: Aggressive cutaneous squamous cell carcinoma (cSCC) is often a disfiguring and lethal disease. Very little is currently known about the mutations that drive aggressive cSCC. Experimental Design: Whole-exome sequencing was performed on 39 cases of aggressive cSCC to identify driver genes and novel therapeutic targets. Significantly, mutated genes were identified with MutSig or complementary methods developed to specifically identify candidate tumor suppressors based upon their inactivating mutation bias. Results: Despite the very high-mutational background caused by UV exposure, 23 candidate drivers were identified, including the well-known cancer-associated genes TP53, CDKN2A, NOTCH1, AJUBA, HRAS, CASP8, FAT1, and KMT2C (MLL3). Three novel candidate tumor suppressors with putative links to cancer or differentiation, NOTCH2, PARD3, and RASA1, were also identified as possible drivers in cSCC. KMT2C mutations were associated with poor outcome and increased bone invasion. Conclusions: The mutational spectrum of cSCC is similar to that of head and neck squamous cell carcinoma and dominated by tumor-suppressor genes. These results improve the foundation for understanding this disease and should aid in identifying and treating aggressive cSCC. Clin Cancer Res; 20(24); 6582–92. ©2014 AACR.

The survival of patients with oral squamous cell carcinoma (OSCC) has not changed significantly in several decades, leading clinicians and investigators to search for promising molecular targets. To this end, we conducted comprehensive genomic analysis of gene expression, copy number, methylation, and point mutations in OSCC. Integrated analysis revealed more somatic events than previously reported, identifying four major driver pathways (mitogenic signaling, Notch, cell cycle, and TP53) and two additional key genes (FAT1, CASP8). The Notch pathway was defective in 66% of patients, and in follow-up studies of mechanism, functional NOTCH1 signaling inhibited proliferation of OSCC cell lines. Frequent mutation of caspase-8 (CASP8) defines a new molecular subtype of OSCC with few copy number changes. Although genomic alterations are dominated by loss of tumor suppressor genes, 80% of patients harbored at least one genomic alteration in a targetable gene, suggesting that novel approaches to treatment may be possible for this debilitating subset of head and neck cancers.

Summary

 On the basis of multidimensional and comprehensive molecular characterization (including DNA methalylation and copy number, RNA, and protein expression), we classified 894 renal cell carcinomas (RCCs) of various histologic types into nine major genomic subtypes. Site of origin within the nephron was one major determinant in the classification, reflecting differences among clear cell, chromophobe, and papillary RCC. Widespread molecular changes associated with TFE3 gene fusion or chromatin modifier genes were present within a specific subtype and spanned multiple subtypes. Differences in patient survival and in alteration of specific pathways (including hypoxia, metabolism, MAP kinase, NRF2-ARE, Hippo, immune checkpoint, and PI3K/AKT/mTOR) could further distinguish the subtypes. Immune checkpoint markers and molecular signatures of T cell infiltrates were both highest in the subtype associated with aggressive clear cell RCC. Differences between the genomic subtypes suggest that therapeutic strategies could be tailored to each RCC disease subset.