We analysed primary breast cancers by genomic DNA copy number arrays, DNA methylation, exome sequencing, messenger RNA arrays, microRNA sequencing and reverse-phase protein arrays. Our ability to integrate information across platforms provided key insights into previously defined gene expression subtypes and demonstrated the existence of four main breast cancer classes when combining data from five platforms, each of which shows significant molecular heterogeneity. Somatic mutations in only three genes (TP53, PIK3CA and GATA3) occurred at >10% incidence across all breast cancers; however, there were numerous subtype-associated and novel gene mutations including the enrichment of specific mutations in GATA3, PIK3CA and MAP3K1 with the luminal A subtype. We identified two novel protein-expression-defined subgroups, possibly produced by stromal/microenvironmental elements, and integrated analyses identified specific signalling pathways dominant in each molecular subtype including a HER2/phosphorylated HER2/EGFR/phosphorylated EGFR signature within the HER2-enriched expression subtype. Comparison of basal-like breast tumours with high-grade serous ovarian tumours showed many molecular commonalities, indicating a related aetiology and similar therapeutic opportunities. The biological finding of the four main breast cancer subtypes caused by different subsets of genetic and epigenetic abnormalities raises the hypothesis that much of the clinically observable plasticity and heterogeneity occurs within, and not across, these major biological subtypes of breast cancer. The Cancer Genome Atlas Network describe their multifaceted analyses of primary breast cancers, shedding light on breast cancer heterogeneity; although only three genes (TP53, PIK3CA and GATA3) are mutated at a frequency greater than 10% across all breast cancers, numerous subtype-associated and novel mutations were identified. This Article from the Cancer Genome Atlas consortium describes a multifaceted analysis of primary breast cancers in 825 people. Exome sequencing, copy number variation, DNA methylation, messenger RNA arrays, microRNA sequencing and proteomic analyses were performed and integrated to shed light on breast-cancer heterogeneity. Just three genes — TP53, PIK3CA and GATA3 — are mutated at greater than 10% frequency across all breast cancers. Many subtype-associated and novel mutations were identified, as well as two breast-cancer subgroups with specific signalling-pathway signatures. The analyses also suggest that much of the clinically observable plasticity and heterogeneity occurs within, and not across, the major subtypes of breast cancer.

Human cancer cells typically harbour multiple chromosomal aberrations, nucleotide substitutions and epigenetic modifications that drive malignant transformation. The Cancer Genome Atlas (TCGA) pilot project aims to assess the value of large-scale multi-dimensional analysis of these molecular characteristics in human cancer and to provide the data rapidly to the research community. Here we report the interim integrative analysis of DNA copy number, gene expression and DNA methylation aberrations in 206 glioblastomas—the most common type of adult brain cancer—and nucleotide sequence aberrations in 91 of the 206 glioblastomas. This analysis provides new insights into the roles of ERBB2, NF1 and TP53, uncovers frequent mutations of the phosphatidylinositol-3-OH kinase regulatory subunit gene PIK3R1, and provides a network view of the pathways altered in the development of glioblastoma. Furthermore, integration of mutation, DNA methylation and clinical treatment data reveals a link between MGMT promoter methylation and a hypermutator phenotype consequent to mismatch repair deficiency in treated glioblastomas, an observation with potential clinical implications. Together, these findings establish the feasibility and power of TCGA, demonstrating that it can rapidly expand knowledge of the molecular basis of cancer. The Cancer Genome Atlas, a large-scale genomics project to catalogue cancer-linked mutations, is starting to produce results. Glioblastoma, the most common brain cancer, was the first target for the project and the initial results, published AOP on 4 September, are now in print. Genes newly implicated in glioblastoma include tumour suppressors (NF1, RB1, ATM and APC) and several tyrosine kinase genes. Glioblastoma is extremely resistant to therapy, hence the potential importance of the development of a possible model system. Zheng et al. report that mice lacking the tumour suppressors p53 and Pten develop tumours resembling human glioblastomas, associated with increased Myc protein levels. As well as offering a potential system for testing therapeutics, this points to c-Myc as a possible drug target. With a comprehensive analysis of sequencing data, DNA copy number, gene expression and DNA methylation in a large number of human glioblastomas, The Cancer Genome Atlas project initiative provides a broad overview of the genes and pathways that are altered in this cancer type.

A catalogue of molecular aberrations that cause ovarian cancer is critical for developing and deploying therapies that will improve patients’ lives. The Cancer Genome Atlas project has analysed messenger RNA expression, microRNA expression, promoter methylation and DNA copy number in 489 high-grade serous ovarian adenocarcinomas and the DNA sequences of exons from coding genes in 316 of these tumours. Here we report that high-grade serous ovarian cancer is characterized by TP53 mutations in almost all tumours (96%); low prevalence but statistically recurrent somatic mutations in nine further genes including NF1, BRCA1, BRCA2, RB1 and CDK12; 113 significant focal DNA copy number aberrations; and promoter methylation events involving 168 genes. Analyses delineated four ovarian cancer transcriptional subtypes, three microRNA subtypes, four promoter methylation subtypes and a transcriptional signature associated with survival duration, and shed new light on the impact that tumours with BRCA1/2 (BRCA1 or BRCA2) and CCNE1 aberrations have on survival. Pathway analyses suggested that homologous recombination is defective in about half of the tumours analysed, and that NOTCH and FOXM1 signalling are involved in serous ovarian cancer pathophysiology. The Cancer Genome Atlas (TCGA) project reports here its analysis of messenger RNA and microRNA expression, promoter methylation, DNA copy number and exome sequences in 489 high-grade serous ovarian adenocarcinomas. The analyses help establish new tumour subtypes. Among other insights is the finding that while the gene encoding p53 tumour suppressor is mutated in almost all tumours, nine other loci including NF1, BRCA1, BRCA2, RB1 and CDK12 carry recurrent albeit low-prevalence mutations. Homologous recombination is defective in about half of the tumours studied, and Notch and FOXM1 signalling are involved in the pathophysiology.

Gastric cancer is a leading cause of cancer deaths, but analysis of its molecular and clinical characteristics has been complicated by histological and aetiological heterogeneity. Here we describe a comprehensive molecular evaluation of 295 primary gastric adenocarcinomas as part of The Cancer Genome Atlas (TCGA) project. We propose a molecular classification dividing gastric cancer into four subtypes: tumours positive for Epstein-Barr virus, which display recurrent PIK3CA mutations, extreme DNA hypermethylation, and amplification of JAK2, CD274 (also known as PD-L1) and PDCD1LG2 (also known as PD-L2); microsatellite unstable tumours, which show elevated mutation rates, including mutations of genes encoding targetable oncogenic signalling proteins; genomically stable tumours, which are enriched for the diffuse histological variant and mutations of RHOA or fusions involving RHO-family GTPase-activating proteins; and tumours with chromosomal instability, which show marked aneuploidy and focal amplification of receptor tyrosine kinases. Identification of these subtypes provides a roadmap for patient stratification and trials of targeted therapies.

We performed an integrated genomic, transcriptomic and proteomic characterization of 373 endometrial carcinomas using array- and sequencing-based technologies. Uterine serous tumours and ∼25% of high-grade endometrioid tumours had extensive copy number alterations, few DNA methylation changes, low oestrogen receptor/progesterone receptor levels, and frequent TP53 mutations. Most endometrioid tumours had few copy number alterations or TP53 mutations, but frequent mutations in PTEN, CTNNB1, PIK3CA, ARID1A and KRAS and novel mutations in the SWI/SNF chromatin remodelling complex gene ARID5B. A subset of endometrioid tumours that we identified had a markedly increased transversion mutation frequency and newly identified hotspot mutations in POLE. Our results classified endometrial cancers into four categories: POLE ultramutated, microsatellite instability hypermutated, copy-number low, and copy-number high. Uterine serous carcinomas share genomic features with ovarian serous and basal-like breast carcinomas. We demonstrated that the genomic features of endometrial carcinomas permit a reclassification that may affect post-surgical adjuvant treatment for women with aggressive tumours. An integrative genomic analysis of several hundred endometrial carcinomas shows that a minority of tumour samples carry copy number alterations or TP53 mutations and many contain key cancer-related gene mutations, such as those involved in canonical pathways and chromatin remodelling; a reclassification of endometrial tumours into four distinct types is proposed, which may have an effect on patient treatment regimes. This paper from The Cancer Genome Atlas Research Network presents an in-depth genome-wide analysis of endometrial (uterine) carcinomas from more than 350 patients. Based on a series of genomic features including newly identified hotspot mutations in the DNA polymerase gene POLE, and novel mutations in the ARID5B DNA-binding protein, the authors propose a reclassification of endometrial tumours into four distinct types. This might have clinical relevance for post-surgical adjuvant treatment of women with aggressive tumours.

Many mutations that contribute to the pathogenesis of acute myeloid leukemia (AML) are undefined. The relationships between patterns of mutations and epigenetic phenotypes are not yet clear.

Cancer is a disease driven by genetic variation and mutation. Exome sequencing can be utilized for discovering these variants and mutations across hundreds of tumors. Here we present an analysis tool, VarScan 2, for the detection of somatic mutations and copy number alterations (CNAs) in exome data from tumor-normal pairs. Unlike most current approaches, our algorithm reads data from both samples simultaneously; a heuristic and statistical algorithm detects sequence variants and classifies them by somatic status (germline, somatic, or LOH); while a comparison of normalized read depth delineates relative copy number changes. We apply these methods to the analysis of exome sequence data from 151 high-grade ovarian tumors characterized as part of the Cancer Genome Atlas (TCGA). We validated some 7790 somatic coding mutations, achieving 93% sensitivity and 85% precision for single nucleotide variant (SNV) detection. Exome-based CNA analysis identified 29 large-scale alterations and 619 focal events per tumor on average. As in our previous analysis of these data, we observed frequent amplification of oncogenes (e.g., CCNE1, MYC) and deletion of tumor suppressors (NF1, PTEN, and CDKN2A). We searched for additional recurrent focal CNAs using the correlation matrix diagonal segmentation (CMDS) algorithm, which identified 424 significant events affecting 582 genes. Taken together, our results demonstrate the robust performance of VarScan 2 for somatic mutation and CNA detection and shed new light on the landscape of genetic alterations in ovarian cancer.

The Cancer Genome Atlas (TCGA) has used the latest sequencing and analysis methods to identify somatic variants across thousands of tumours. Here we present data and analytical results for point mutations and small insertions/deletions from 3,281 tumours across 12 tumour types as part of the TCGA Pan-Cancer effort. We illustrate the distributions of mutation frequencies, types and contexts across tumour types, and establish their links to tissues of origin, environmental/carcinogen influences, and DNA repair defects. Using the integrated data sets, we identified 127 significantly mutated genes from well-known (for example, mitogen-activated protein kinase, phosphatidylinositol-3-OH kinase, Wnt/β-catenin and receptor tyrosine kinase signalling pathways, and cell cycle control) and emerging (for example, histone, histone modification, splicing, metabolism and proteolysis) cellular processes in cancer. The average number of mutations in these significantly mutated genes varies across tumour types; most tumours have two to six, indicating that the number of driver mutations required during oncogenesis is relatively small. Mutations in transcriptional factors/regulators show tissue specificity, whereas histone modifiers are often mutated across several cancer types. Clinical association analysis identifies genes having a significant effect on survival, and investigations of mutations with respect to clonal/subclonal architecture delineate their temporal orders during tumorigenesis. Taken together, these results lay the groundwork for developing new diagnostics and individualizing cancer treatment. As part of The Cancer Genome Atlas Pan-Cancer effort, data analysis for point mutations and small indels from 3,281 tumours and 12 tumour types is presented; among the findings are 127 significantly mutated genes from cellular processes with both established and emerging links in cancer, and an indication that the number of driver mutations required for oncogenesis is relatively small. As part of The Cancer Genome Atlas Pan-Cancer project, these authors present data analysis for point mutations and small indels from more than 3,000 tumours representing 12 tumour types. Among the findings are 127 significantly mutated genes from cellular processes with both established and emerging links to cancer, and an indication that the number of driver mutations required for oncogenesis is relatively small. Additional analyses also identify genes with significant impact on survival and a likely temporal order of mutational events during tumorigenesis.

Determining the genetic basis of cancer requires comprehensive analyses of large collections of histopathologically well-classified primary tumours. Here we report the results of a collaborative study to discover somatic mutations in 188 human lung adenocarcinomas. DNA sequencing of 623 genes with known or potential relationships to cancer revealed more than 1,000 somatic mutations across the samples. Our analysis identified 26 genes that are mutated at significantly high frequencies and thus are probably involved in carcinogenesis. The frequently mutated genes include tyrosine kinases, among them the EGFR homologue ERBB4; multiple ephrin receptor genes, notably EPHA3; vascular endothelial growth factor receptor KDR; and NTRK genes. These data provide evidence of somatic mutations in primary lung adenocarcinoma for several tumour suppressor genes involved in other cancers--including NF1, APC, RB1 and ATM--and for sequence changes in PTPRD as well as the frequently deleted gene LRP1B. The observed mutational profiles correlate with clinical features, smoking status and DNA repair defects. These results are reinforced by data integration including single nucleotide polymorphism array and gene expression array. Our findings shed further light on several important signalling pathways involved in lung adenocarcinoma, and suggest new molecular targets for treatment.

The full complement of DNA mutations that are responsible for the pathogenesis of acute myeloid leukemia (AML) is not yet known.