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.

Purpose Based on the pivotal role of Ras-Raf-MAP-ERK signaling and vascular endothelial growth factor (VEGF) in papillary thyroid cancer (PTC), we conducted a phase II clinical trial of sorafenib targeting RAF and VEGF receptor kinases in PTC. Patients and Methods The primary end point was the objective response rate. Secondary end points included response correlation with serum thyroglobulin (Tg); functional imaging; tumor genotype; and signaling inhibition in tumor biopsies. Using a Simon minimax two-stage design, 16 or 25 chemotherapy-naïve metastatic PTC patients were to be enrolled in arm A (accessible tumor for biopsy). Arm B patients had other subtypes of thyroid carcinoma or prior chemotherapy, and did not require tumor biopsies. Patients received 400 mg orally twice per day of sorafenib. Response was assessed every 2 months using RECIST (Response Evaluation Criteria in Solid Tumors). Results Of 41 PTC patients, six patients had a partial response (PR; 15%; 95% CI, 6 to 29) and 23 patients (56%; 95% CI, 40 to 72) had stable disease longer than 6 months. Median duration of PR was 7.5 months (range, 6 to 14). Median progression-free survival was 15 months (95% CI, 10 to 27.5). In 14 (78%) of 18 Tg-assessable PTC patients, Tg declined more than 25%. Common grade 3 adverse events included hand-foot skin reaction, musculoskeletal pain, and fatigue. BRAF mutation was detected in 17 (77%) of 22 PTCs analyzed. Four of 10 paired tumor biopsies from PTC patients showed a reduction in levels of vascular endothelial growth factor receptor phosphorylation, ERK phosphorylation, and in VEGF expression during sorafenib therapy. No PRs were noted among non-PTC patients. Conclusion Sorafenib is reasonably well-tolerated therapy with clinical and biologic antitumor activity in metastatic PTC.

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.

Purpose Mutations in the RET proto-oncogene and vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR) activity are critical in the pathogenesis of medullary thyroid cancer (MTC). Sorafenib, a multikinase inhibitor targeting Ret and VEGFR, showed antitumor activity in preclinical studies of MTC. Patients and Methods In this phase II trial of sorafenib in patients with advanced MTC, the primary end point was objective response. Secondary end points included toxicity assessment and response correlation with tumor markers, functional imaging, and RET mutations. Using a two-stage design, 16 or 25 patients were to be enrolled onto arms A (hereditary) and B (sporadic). Patients received sorafenib 400 mg orally twice daily. Results Of 16 patients treated in arm B, one achieved partial response (PR; 6.3%; 95% CI, 0.2% to 30.2%), 14 had stable disease (SD; 87.5%; 95% CI, 61.7% to 99.5%), and one was nonevaluable. In a post hoc analysis of 10 arm B patients with progressive disease (PD) before study, one patient had PR of 21+ months, four patients had SD ≥ 15 months, four patients had SD ≤ 6 months, and one patient had clinical PD. Median progression-free survival was 17.9 months. Arm A was prematurely terminated because of slow accrual. Common adverse events (AEs) included diarrhea, hand-foot-skin reaction, rash, and hypertension. Although serious AEs were rare, one death was seen. Tumor markers decreased in the majority of patients, and RET mutations were detected in 10 of 12 sporadic MTCs analyzed. Conclusion Sorafenib is reasonably well tolerated, with suggestion of clinical benefit for patients with sporadic MTC. Caution should be taken because of the rare but fatal toxicity potentially associated with sorafenib.

Tumor human papillomavirus (HPV) status is a prognostic factor for oropharyngeal cancer, but classification methods are not standardized. Here we validate the HPV classification methods used in US cooperative group trials. Tumor DNA and RNA purified from 240 paraffin-embedded oropharyngeal cancers diagnosed from 2000 to 2009 were scored as evaluable if positive for DNA and mRNA controls by quantitative polymerase chain reaction (PCR). Eighteen high-risk (HR) HPV types were detected in tumors by consensus PCR, followed by HR-HPV E6/7 oncogene expression analysis by quantitative reverse transcriptase PCR. The sensitivity (S), specificity (SP), and positive (PPV) and negative predictive values (NPV) of p16 expression detected by immunohistochemistry (IHC) and HPV16 detected by in situ hybridization (ISH) were evaluated in comparison with HR-HPV E6/7 oncogene expression. Interrater agreement among 3 pathologists was evaluated by κ statistics. Of 235 evaluable tumors, 158 (67%; 95% confidence interval, 61.2-73.3) were positive for HR-HPV E6/7 oncogene expression [HPV type 16 (92%), 18 (3%), 33 (3%), 35 (1%), or 58 (1%)]. p16 IHC had high sensitivity (S 96.8%, SP 83.8%, PPV 92.7%, and NPV 92.5%), whereas HPV16 ISH had high specificity (S 88.0%, SP 94.7%, PPV 97.2%, and NPV 78.9%) for HR-HPV oncogene expression. Interrater agreement was excellent for p16 (κ=0.95 to 0.98) and HPV16 ISH (κ=0.83 to 0.91). Receiver operating curve analysis determined the cross-product of p16 intensity score and percentage of tumor staining to optimally discriminate HR-HPV E6/7-positive and HR-HPV E6/7-negative tumors. p16 IHC and HPV16 ISH assays show excellent performance, with high sensitivity and specificity, respectively. A new validated H-score for p16 IHC assessment is proposed. Appropriate assay choice depends on clinical implications of a false-positive or false-negative test.

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