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.

Malignant pleural mesotheliomas (MPMs) often show CDKN2A and NF2 inactivation, but other highly recurrent mutations have not been described. To identify additional driver genes, we used an integrated genomic analysis of 53 MPM tumor samples to guide a focused sequencing effort that uncovered somatic inactivating mutations in BAP1 in 23% of MPMs. The BAP1 nuclear deubiquitinase is known to target histones (together with ASXL1 as a Polycomb repressor subunit) and the HCF1 transcriptional co-factor, and we show that BAP1 knockdown in MPM cell lines affects E2F and Polycomb target genes. These findings implicate transcriptional deregulation in the pathogenesis of MPM.

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.

Mesothelioma is a highly aggressive tumour for which there are no reliable serum tumour markers. Identification of such a marker would be useful in diagnosis of mesothelioma and for monitoring responses to treatment and screening at-risk individuals.We assayed serum concentrations of soluble mesothelin-related proteins (SMR) using a double determinant (sandwich) ELISA in a blinded study of serum samples from 44 patients with histologically proven mesothelioma; 68 matched healthy controls, 40 of whom had been exposed to asbestos; and 160 patients with other inflammatory or malignant lung and pleural diseases.37 (84%) of 44 patients with mesothelioma had raised concentrations of SMR at a serum dilution of 1/80, compared with three (2%) of 160 patients with other cancers or other inflammatory lung or pleural diseases, and with none of 28 controls who had not been exposed to asbestos. SMR concentrations correlated with tumour size and increased during tumour progression. Seven of the 40 asbestos-exposed individuals had increased serum concentrations of SMR; three of those seven developed mesothelioma and one developed lung carcinoma within 1-5 years. None of the 33 asbestos-exposed participants whose serum samples had normal concentrations of SMR and who were followed up over 8 years developed mesothelioma.Determination of SMR in serum could be a useful marker for diagnosis of mesothelioma and to monitor disease progression. It might also prove helpful for screening asbestos-exposed individuals for early evidence of mesothelioma.

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

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