Turcot's syndrome is characterized clinically by the concurrence of a primary brain tumor and multiple colorectal adenomas. We attempted to define the syndrome at the molecular level.Fourteen families with Turcot's syndrome identified in two registries and the family originally described by Turcot and colleagues were studied. Germ-line mutations in the adenomatous polyposis coli (APC) gene characteristic of familial adenomatous polyposis were evaluated, as well as DNA replication errors and germline mutations in nucleotide mismatch-repair genes characteristic of hereditary nonpolyposis colorectal cancer. In addition, a formal risk analysis for brain tumors in familial adenomatous polyposis was performed with a registry data base.Genetic abnormalities were identified in 13 of the 14 registry families. Germ-line APC mutations were detected in 10. The predominant brain tumor in these 10 families was medulloblastoma (11 of 14 patients, or 79 percent), and the relative risk of cerebellar medulloblastoma in patients with familial adenomatous polyposis was 92 times that in the general population (95 percent confidence interval, 29 to 269; P < 0.001). In contrast, the type of brain tumor in the other four families was glioblastoma multiforme. The glioblastomas and colorectal tumors in three of these families and in the original family studied by Turcot had replication errors characteristic of hereditary nonpolyposis colorectal cancer. In addition, germ-line mutations in the mismatch-repair genes hMLH1 or hPMS2 were found in two families.The association between brain tumors and multiple colorectal adenomas can result from two distinct types of germ-line defects: mutation of the APC gene or mutation of a mismatch-repair gene. Molecular diagnosis may contribute to the appropriate care of affected patients.

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.

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.

Paul Boutros, Robert Bristow and colleagues report a molecular analysis of the spatial heterogeneity of clinically localized, multifocal prostate cancer. They find that multifocal tumors are highly heterogeneous, and they identify a novel recurrent amplification of MYCL1. Herein we provide a detailed molecular analysis of the spatial heterogeneity of clinically localized, multifocal prostate cancer to delineate new oncogenes or tumor suppressors. We initially determined the copy number aberration (CNA) profiles of 74 patients with index tumors of Gleason score 7. Of these, 5 patients were subjected to whole-genome sequencing using DNA quantities achievable in diagnostic biopsies, with detailed spatial sampling of 23 distinct tumor regions to assess intraprostatic heterogeneity in focal genomics. Multifocal tumors are highly heterogeneous for single-nucleotide variants (SNVs), CNAs and genomic rearrangements. We identified and validated a new recurrent amplification of MYCL, which is associated with TP53 deletion and unique profiles of DNA damage and transcriptional dysregulation. Moreover, we demonstrate divergent tumor evolution in multifocal cancer and, in some cases, tumors of independent clonal origin. These data represent the first systematic relation of intraprostatic genomic heterogeneity to predicted clinical outcome and inform the development of novel biomarkers that reflect individual prognosis.

The cancer transcriptome is remarkably complex, including low-abundance transcripts, many not polyadenylated. To fully characterize the transcriptome of localized prostate cancer, we performed ultra-deep total RNA-seq on 144 tumors with rich clinical annotation. This revealed a linear transcriptomic subtype associated with the aggressive intraductal carcinoma sub-histology and a fusion profile that differentiates localized from metastatic disease. Analysis of back-splicing events showed widespread RNA circularization, with the average tumor expressing 7,232 circular RNAs (circRNAs). The degree of circRNA production was correlated to disease progression in multiple patient cohorts. Loss-of-function screening identified 11.3% of highly abundant circRNAs as essential for cell proliferation; for ∼90% of these, their parental linear transcripts were not essential. Individual circRNAs can have distinct functions, with circCSNK1G3 promoting cell growth by interacting with miR-181. These data advocate for adoption of ultra-deep RNA-seq without poly-A selection to interrogate both linear and circular transcriptomes.

Highlights•SCCs show chromosome or methylation alterations affecting multiple related genes•These regulate squamous stemness, differentiation, growth, survival, and inflammation•Copy-quiet SCCs have hypermethylated (FANCF, TET1) or mutated (CASP8, MAPK-RAS) genes•Potential targets include ΔNp63, WEE1, IAPs, PI3K-mTOR/MAPK, and immune responsesSummaryThis 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.Graphical abstract

Introduction The localization, density but mostly the phenotype of tumor infiltrating lymphocytes (TIL) provide important information on the initial interaction between the host immune system and the tumor. Our objective was to assess the prognostic significance of T (CD3 + ), T regulatory (T reg ) (FoxP3 + ) and T memory (T mem ) (CD45RO + ) infiltrating lymphocytes and of genes associated with TIL in prostate cancer (PCa). Methods Immunohistochemistry (IHC) was used to assess the infiltration of CD3 + , FoxP3 + and CD45RO + cells in the tumor area, tumor margin and adjacent normal-like epithelium of a series of 98 PCa samples with long clinical follow-up. Expression of a panel of 31 TIL-associated genes was analyzed by Taqman Low-Density Array (TLDA) technology in another series of 50 tumors with long clinical follow-up. Kaplan-Meier and Cox proportional hazards regression analyses were performed to determine association of these markers with biochemical recurrence (BCR), need for definitive androgen deprivation therapy (ADT) or lethal PCa. Results TIL subtypes were present at different densities in the tumor, tumor margin and adjacent normal-like epithelium, but their density and phenotype in the tumor area were the most predictive of clinical outcomes. In multivariate analyses, a high density of T reg (high FoxP3 + /CD3 + cell ratio) predicted a higher risk for need of definitive ADT (HR=7.69, p=0.001) and lethal PCa (HR=4.37, p=0.04). Conversely, a high density of T mem (high CD45RO + /CD3 + cell ratio) predicted a reduced risk of lethal PCa (HR=0.06, p=0.04). TLDA analyses showed that a high expression of FoxP3 was associated with a higher risk of lethal PCa (HR=5.26, p=0.02). Expression of CTLA-4, PD-1, TIM-3 and LAG-3 were correlated with that of FoxP3. Amongst these, only a high expression of TIM-3 was associated with a significant higher risk for definitive ADT in univariate Cox regression analysis (HR=3.11, p=0.01). Conclusion These results show that the proportion of T reg and T mem found within the tumor area is a strong and independent predictor of late systemic progression of PCa. Our results also suggest that inhibition of TIM-3 might be a potential approach to counter the immunosuppressive functions of T reg in order to improve the anti-tumor immune response against PCa.