Abstract Cancer is driven by genetic change, and the advent of massively parallel sequencing has enabled systematic documentation of this variation at the whole-genome scale 1–3 . Here we report the integrative analysis of 2,658 whole-cancer genomes and their matching normal tissues across 38 tumour types from the Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes (PCAWG) Consortium of the International Cancer Genome Consortium (ICGC) and The Cancer Genome Atlas (TCGA). We describe the generation of the PCAWG resource, facilitated by international data sharing using compute clouds. On average, cancer genomes contained 4–5 driver mutations when combining coding and non-coding genomic elements; however, in around 5% of cases no drivers were identified, suggesting that cancer driver discovery is not yet complete. Chromothripsis, in which many clustered structural variants arise in a single catastrophic event, is frequently an early event in tumour evolution; in acral melanoma, for example, these events precede most somatic point mutations and affect several cancer-associated genes simultaneously. Cancers with abnormal telomere maintenance often originate from tissues with low replicative activity and show several mechanisms of preventing telomere attrition to critical levels. Common and rare germline variants affect patterns of somatic mutation, including point mutations, structural variants and somatic retrotransposition. A collection of papers from the PCAWG Consortium describes non-coding mutations that drive cancer beyond those in the TERT promoter 4 ; identifies new signatures of mutational processes that cause base substitutions, small insertions and deletions and structural variation 5,6 ; analyses timings and patterns of tumour evolution 7 ; describes the diverse transcriptional consequences of somatic mutation on splicing, expression levels, fusion genes and promoter activity 8,9 ; and evaluates a range of more-specialized features of cancer genomes 8,10–18 .

Analysis of the genomes of four patients with chronic lymphocytic leukaemia, and validation in more than 300 patients, has identified four genes — NOTCH1, MYD88, XPO1 and KLHL6 — that are recurrently mutated in the condition. Mutations in NOTCH1, MYD88 and XPO1 are thought to contribute to the clinical evolution of the disease. Evidence that NOTCH1 and MYD88 mutations are activating events highlights them as potential therapeutic targets. Chronic lymphocytic leukaemia (CLL), the most frequent leukaemia in adults in Western countries, is a heterogeneous disease with variable clinical presentation and evolution1,2. Two major molecular subtypes can be distinguished, characterized respectively by a high or low number of somatic hypermutations in the variable region of immunoglobulin genes3,4. The molecular changes leading to the pathogenesis of the disease are still poorly understood. Here we performed whole-genome sequencing of four cases of CLL and identified 46 somatic mutations that potentially affect gene function. Further analysis of these mutations in 363 patients with CLL identified four genes that are recurrently mutated: notch 1 (NOTCH1), exportin 1 (XPO1), myeloid differentiation primary response gene 88 (MYD88) and kelch-like 6 (KLHL6). Mutations in MYD88 and KLHL6 are predominant in cases of CLL with mutated immunoglobulin genes, whereas NOTCH1 and XPO1 mutations are mainly detected in patients with unmutated immunoglobulins. The patterns of somatic mutation, supported by functional and clinical analyses, strongly indicate that the recurrent NOTCH1, MYD88 and XPO1 mutations are oncogenic changes that contribute to the clinical evolution of the disease. To our knowledge, this is the first comprehensive analysis of CLL combining whole-genome sequencing with clinical characteristics and clinical outcomes. It highlights the usefulness of this approach for the identification of clinically relevant mutations in cancer.

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 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.

Significance This is a comprehensive whole-genome/whole-exome analysis of mantle cell lymphoma (MCL). We sequenced 29 MCL cases and validated the findings by target sequencing of 172 additional tumors. We identified recurrent mutations in genes regulating chromatin modification and genes such as NOTCH2 that have a major impact on clinical outcome. Additionally, we demonstrated the subclonal heterogeneity of the tumors already at diagnosis and the modulation of the mutational architecture in the progression of the disease. The identification of new molecular mechanisms may open perspectives for the management of MCL patients.

Abstract Mantle cell lymphoma (MCL) is typically a very aggressive disease with poor outcomes, but some cases display an indolent behavior that might not necessitate treatment at diagnosis. To define molecular criteria that might permit recognition of such cases, we compared the clinicopathologic features, gene expression, and genomic profile of patients who had indolent or conventional disease (iMCL or cMCL). Patients with iMCL displayed nonnodal leukemic disease with predominantly hypermutated IGVH and noncomplex karyotypes. iMCL and cMCL shared a common gene expression profile that differed from other leukemic lymphoid neoplasms. However, we identified a signature of 13 genes that was highly expressed in cMCL but underexpressed in iMCL. SOX11 was notable in this signature and we confirmed a restriction of SOX11 protein expression to cMCL. To validate the potential use of SOX11 as a biomarker for cMCL, we evaluated SOX11 protein expression in an independent series of 112 cases of MCL. Fifteen patients with SOX11-negative tumors exhibited more frequent nonnodal presentation and better survival compared with 97 patients with SOX11-positive MCL (5-year overall survival of 78% versus 36%, respectively; P = 0.001). In conclusion, we defined nonnodal presentation, predominantly hypermutated IGVH, lack of genomic complexity, and absence of SOX11 expression as qualities of a specific subtype of iMCL with excellent outcomes that might be managed more conservatively than cMCL. Cancer Res; 70(4); 1408–18

Mitochondria are essential cellular organelles that play critical roles in cancer. Here, as part of the International Cancer Genome Consortium/The Cancer Genome Atlas Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes Consortium, which aggregated whole-genome sequencing data from 2,658 cancers across 38 tumor types, we performed a multidimensional, integrated characterization of mitochondrial genomes and related RNA sequencing data. Our analysis presents the most definitive mutational landscape of mitochondrial genomes and identifies several hypermutated cases. Truncating mutations are markedly enriched in kidney, colorectal and thyroid cancers, suggesting oncogenic effects with the activation of signaling pathways. We find frequent somatic nuclear transfers of mitochondrial DNA, some of which disrupt therapeutic target genes. Mitochondrial copy number varies greatly within and across cancers and correlates with clinical variables. Co-expression analysis highlights the function of mitochondrial genes in oxidative phosphorylation, DNA repair and the cell cycle, and shows their connections with clinically actionable genes. Our study lays a foundation for translating mitochondrial biology into clinical applications.