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.

Abstract We investigated the role of microRNAs (miRNAs) in the pathogenesis of human hepatocellular carcinoma (HCC). A genome-wide miRNA microarray was used to identify differentially expressed miRNAs in HCCs arisen on cirrhotic livers. Thirty-five miRNAs were identified. Several of these miRNAs were previously found deregulated in other human cancers, such as members of the let-7 family, mir-221, and mir-145. In addition, the hepato-specific miR-122a was found down-regulated in ∼70% of HCCs and in all HCC-derived cell lines. Microarray data for let-7a, mir-221, and mir-122a were validated by Northern blot and real-time PCR analysis. Understanding the contribution of deregulated miRNAs to cancer requires the identification of gene targets. Here, we show that miR-122a can modulate cyclin G1 expression in HCC-derived cell lines and an inverse correlation between miR-122a and cyclin G1 expression exists in primary liver carcinomas. These results indicate that cyclin G1 is a target of miR-122a and expand our knowledge of the molecular alterations involved in HCC pathogenesis and of the role of miRNAs in human cancer. [Cancer Res 2007;67(13):6092–9]

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.

The identification of target mRNAs is a key step for assessing the role of aberrantly expressed microRNAs in human cancer. MiR-221 is upregulated in human hepatocellular carcinoma (HCC) as well as in other malignancies. One proven target of miR-221 is CDKN1B/p27, whose downregulation affects HCC prognosis. Here, we proved that the cyclin-dependent kinase inhibitor (CDKI) CDKN1C/p57 is also a direct target of miR-221. Indeed, downregulation of both CDKN1B/p27 and CDKN1C/p57 occurs in response to miR-221 transfection into HCC-derived cells and a significant upregulation of both CDKN1B/p27 and CDKN1C/p57 occurs in response to antimiR-221 transfection. A direct interaction of miR-221 with a target site on the 3′ UTR of CDKN1C/p57 mRNA was also demonstrated. By controlling these two CDKIs, upregulation of miR-221 can promote growth of HCC cells by increasing the number of cells in S-phase. To assess the relevance of these studies in primary tumors, matched HCC and cirrhosis samples were assayed for miR-221, for CDKN1B/p27 and CDKN1C/p57 expression. MiR-221 was upregulated in 71% of HCCs, whereas CDKN1B/p27 and CDKN1C/p57 proteins were downregulated in 77% of cases. A significant inverse correlation between miR-221 and both CDKN1B/p27 and CDKN1C/p57 was found in HCCs. In conclusion, we suggest that miR-221 has an oncogenic function in hepatocarcinogenesis by targeting CDKN1B/p27 and CDKN1C/p57, hence promoting proliferation by controlling cell-cycle inhibitors. These findings establish a basis toward the development of therapeutic strategies aimed at blocking miR-221 in HCC.

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.

The identification of target genes is a key step for assessing the role of aberrantly expressed microRNAs (miRNA) in human cancer and for the further development of miRNA-based gene therapy. MiR-122 is a liver-specific miRNA accounting for 70% of the total miRNA population. Its down-regulation is a common feature of both human and mouse hepatocellular carcinoma (HCC). We have previously shown that miR-122 can regulate the expression of cyclin G1, whose high levels have been reported in several human cancers. We evaluated the role of miR-122 and cyclin G1 expression in hepatocarcinogenesis and in response to treatment with doxorubicin and their relevance on survival and time to recurrence (TTR) of HCC patients. We proved that, by modulating cyclin G1, miR-122 influences p53 protein stability and transcriptional activity and reduces invasion capability of HCC-derived cell lines. In addition, in a therapeutic perspective, we assayed the effects of a restored miR-122 expression in triggering doxorubicin-induced apoptosis and we proved that miR-122, as well as cyclin G1 silencing, increases sensitivity to doxorubicin challenge. In patients resected for HCC, lower miR-122 levels were associated with a shorter TTR, whereas higher cyclin G1 expression was related to a lower survival, suggesting that miR-122 might represent an effective molecular target for HCC. Our findings establish a basis toward the development of combined chemo- and miRNA-based therapy for HCC treatment.

MicroRNAs (miRNA) have rapidly emerged as modulators of gene expression in cancer in which they may have great diagnostic and therapeutic import. MicroRNA-199a-3p (miR-199a-3p) is downregulated in several human malignancies including hepatocellular carcinoma (HCC). Here, we show that miR-199a-3p targets mammalian target of rapamycin (mTOR) and c-Met in HCC cells. Restoring attenuated levels of miR-199a-3p in HCC cells led to G(1)-phase cell cycle arrest, reduced invasive capability, enhanced susceptibility to hypoxia, and increased sensitivity to doxorubicin-induced apoptosis. These in vitro findings were confirmed by an analysis of human HCC tissues, which revealed an inverse correlation linking miR-199a-3p and mTOR as well as a shorter time to recurrence after HCC resection in patients with lower miR-199a-3p expression. These results suggest that tactics to regulate mTOR and c-Met by elevating levels of miR-199a-3p may have therapeutic benefits in highly lethal cancers such as HCC.

Conventional criteria for liver transplantation for patients with hepatocellular carcinoma are single HCC ≤ 5 cm or less than or equal to three HCCs ≤ 3 cm. We prospectively evaluated the possibility of slightly extending these criteria in a down-staging protocol, which included patients initially outside conventional criteria: single HCC 5–6 cm or two HCCs ≤ 5 cm or less than six HCCs ≤ 4 cm and sum diameter ≤ 12 cm, but within Milan criteria in the active tumors after the down-staging procedures. The outcome of patients down-staged was compared to that of Milan criteria after liver transplantation and since the first evaluation according to an intention-to-treat principle. From 2003 to 2006, 177 patients with HCC were considered for transplantation: the transplantation rate was comparable between the Milan and down-staging groups: 88/129 cases (68%) versus 32/48 cases (67%), respectively. At a median follow-up of 2.5 years after transplantation, the 1 and 3 years' disease-free survival rates were comparable: 80% and 71% in the Milan group versus 78% and 71% in the down-staging. The actuarial intention-to-treat survival was 27/48 patients (56.3%) in the down-staging and 81/129 cases (62.8%) in the Milan group, p = n.s. The proposed down-staging criteria provide a comparable outcome to the conventional criteria.