Tumor-infiltrating myeloid cells (TIMs) comprise monocytes, macrophages, dendritic cells, and neutrophils, and have emerged as key regulators of cancer growth. These cells can diversify into a spectrum of states, which might promote or limit tumor outgrowth but remain poorly understood. Here, we used single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) to map TIMs in non-small-cell lung cancer patients. We uncovered 25 TIM states, most of which were reproducibly found across patients. To facilitate translational research of these populations, we also profiled TIMs in mice. In comparing TIMs across species, we identified a near-complete congruence of population structures among dendritic cells and monocytes; conserved neutrophil subsets; and species differences among macrophages. By contrast, myeloid cell population structures in patients’ blood showed limited overlap with those of TIMs. This study determines the lung TIM landscape and sets the stage for future investigations into the potential of TIMs as immunotherapy targets.

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.

Abstract Malignant pleural mesothelioma (MPM) is a highly lethal cancer of the lining of the chest cavity. To expand our understanding of MPM, we conducted a comprehensive integrated genomic study, including the most detailed analysis of BAP1 alterations to date. We identified histology-independent molecular prognostic subsets, and defined a novel genomic subtype with TP53 and SETDB1 mutations and extensive loss of heterozygosity. We also report strong expression of the immune-checkpoint gene VISTA in epithelioid MPM, strikingly higher than in other solid cancers, with implications for the immune response to MPM and for its immunotherapy. Our findings highlight new avenues for further investigation of MPM biology and novel therapeutic options. Significance: Through a comprehensive integrated genomic study of 74 MPMs, we provide a deeper understanding of histology-independent determinants of aggressive behavior, define a novel genomic subtype with TP53 and SETDB1 mutations and extensive loss of heterozygosity, and discovered strong expression of the immune-checkpoint gene VISTA in epithelioid MPM. See related commentary by Aggarwal and Albelda, p. 1508. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1494

Activation of the PI3K/AKT pathway may contribute to tumorigenesis. AKT mediates survival signals that protect cells from apoptosis and, thus, is a potentially important therapeutic target. To determine the frequency of AKT activation in human ovarian cancer, we screened a tumor tissue microarray with a phospho-specific pan-AKT (Ser473) antibody, which revealed elevated staining in 21 of 31 (68%) ovarian carcinomas. Phospho-AKT staining was associated with that of phospho (active)-mTOR in 27 of 31 (87%) ovarian tumors, with 17 (55%) tumors showing elevated phospho-mTOR positivity. We tested the effects of AKT/mTOR activation on the therapeutic sensitivity of ovarian cancer cells. Pretreatment of SKOV3 cells, which exhibit constitutive AKT activity under low serum conditions, with the PI3K inhibitor LY294002 augmented cisplatin-induced apoptosis. In contrast, ovarian cancer cell lines OVCAR4 and OVCAR5, which have low basal levels of AKT activity, did not show increased cisplatin-induced apoptosis when pretreated with LY294002. In addition, inhibition of mTOR activity with rapamycin resulted in G1 arrest in SKOV3 cells, but not in OVCAR4 or OVCAR5 cells. Collectively, these findings indicate that active AKT and downstream mTOR represent potentially important therapeutic and/or chemopreventive targets in ovarian cancer.

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

ABSTRACT Pleural mesothelioma (PM) comprises sarcomatoid, epithelioid and biphasic histologic subtypes. Bulk PM RNA-sequencing identifies a histology-associated molecular gradient with features of epithelial-mesenchymal (EM) transition but cannot parse malignant, stromal, and immune tumor components. The mechanisms driving PM malignant cell phenotype and associated histology is not well-characterized. Here, we use single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) paired with exome, bulk RNA-sequencing, and histologic analysis of adjacent samples to characterize malignant cell EM state, parse the tumor microenvironment (TME), and identify candidate drivers of PM cell fate. We observe EM variation in malignant cells analogous to bulk samples. We characterize epithelioid and sarcomatoid malignant cell programs and identify a new uncommitted malignant cell EM phenotype enriched in biphasic histology samples. Using inferred CNVs we observe that single individual PM clones consist of cells exhibiting all three EM cell states. We find that distinct non-malignant microenvironments associated with tumors consisting of mostly cells in each state, and identify WNT inhibition, GAS6-AXL , and HBEGF-EGFR signaling as pathways associated with distinct EM cell states. These findings provide deeper insight into the molecular drivers of PM malignant cells and identify non-malignant cell signals as potential EMT and growth drivers in PM.