Summary

 For a decade, The Cancer Genome Atlas (TCGA) program collected clinicopathologic annotation data along with multi-platform molecular profiles of more than 11,000 human tumors across 33 different cancer types. TCGA clinical data contain key features representing the democratized nature of the data collection process. To ensure proper use of this large clinical dataset associated with genomic features, we developed a standardized dataset named the TCGA Pan-Cancer Clinical Data Resource (TCGA-CDR), which includes four major clinical outcome endpoints. In addition to detailing major challenges and statistical limitations encountered during the effort of integrating the acquired clinical data, we present a summary that includes endpoint usage recommendations for each cancer type. These TCGA-CDR findings appear to be consistent with cancer genomics studies independent of the TCGA effort and provide opportunities for investigating cancer biology using clinical correlates at an unprecedented scale.

We performed a prospective, randomized study in patients with previously untreated advanced (Stage III or IV) laryngeal squamous carcinoma to compare the results of induction chemotherapy followed by definitive radiation therapy with those of conventional laryngectomy and postoperative radiation.

Like many epithelial tumors, head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) contains a heterogeneous population of cancer cells. We developed an immunodeficient mouse model to test the tumorigenic potential of different populations of cancer cells derived from primary, unmanipulated human HNSCC samples. We show that a minority population of CD44 + cancer cells, which typically comprise <10% of the cells in a HNSCC tumor, but not the CD44 − cancer cells, gave rise to new tumors in vivo . Immunohistochemistry revealed that the CD44 + cancer cells have a primitive cellular morphology and costain with the basal cell marker Cytokeratin 5/14, whereas the CD44 − cancer cells resemble differentiated squamous epithelium and express the differentiation marker Involucrin. The tumors that arose from purified CD44 + cells reproduced the original tumor heterogeneity and could be serially passaged, thus demonstrating the two defining properties of stem cells: ability to self-renew and to differentiate. Furthermore, the tumorigenic CD44 + cells differentially express the BMI1 gene, at both the RNA and protein levels. By immunohistochemical analysis, the CD44 + cells in the tumor express high levels of nuclear BMI1, and are arrayed in characteristic tumor microdomains. BMI1 has been demonstrated to play a role in self-renewal in other stem cell types and to be involved in tumorigenesis. Taken together, these data demonstrate that cells within the CD44 + population of human HNSCC possess the unique properties of cancer stem cells in functional assays for cancer stem cell self-renewal and differentiation and form unique histological microdomains that may aid in cancer diagnosis.

Since the first description of the radical neck dissection by George Crile almost a century ago, many variations and modifications of the procedure have been added. These include the functional neck dissection, the modified radical neck dissection, and various selective neck dissections. In response to the need for an organized approach in describing these operations, the Committee for Head and Neck Surgery and Oncology of the American Academy of Otolaryngology-Head and Neck Surgery (AAO-HNS) in 1988 initiated an effort to develop a standardized classification system for neck dissection (Table 1). During this process, input was obtained from the Education Committee of the American Society for Head and Neck Surgery (ASHNS) and its Council. The final product, endorsed by the ASHNS and the AAO-HNS, was published in the ARCHIVES 1 and as a monograph 2 by the AAO-HNS in 1991.

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.

To prospectively identify markers of response to therapy and outcome in an organ-sparing trial for advanced oropharyngeal cancer.Pretreatment biopsies were examined for expression of epidermal growth factor receptor (EGFR), p16, Bcl-xL, and p53 as well as for p53 mutation. These markers were assessed for association with high-risk human papillomavirus (HPV), response to therapy, and survival. Patient variables included smoking history, sex, age, primary site, tumor stage, and nodal status.EGFR expression was inversely associated with response to induction chemotherapy (IC) (P = .01), chemotherapy/radiotherapy (CRT; P = .055), overall survival (OS; P = .001), and disease-specific survival (DSS; P = .002) and was directly associated with current smoking (P = .04), female sex (P = .053), and lower HPV titer (P = .03). HPV titer was significantly associated with p16 expression (P < .0001); p16 was significantly associated with response to IC (P = .008), CRT (P = .009), OS (P = .001), and DSS (P = .003). As combined markers, lower HPV titer and high EGFR expression were associated with worse OS (rho(EGFR) = 0.008; rho(HPV) = 0.03) and DSS (rho(EGFR) = 0.01; rho(HPV) = 0.016). In 36 of 42 biopsies, p53 was wild-type, and only one HPV-positive tumor had mutant p53. The combination of low p53 and high Bcl-xL expression was associated with poor OS (P = .005) and DSS (P = .002).Low EGFR and high p16 (or higher HPV titer) expression are markers of good response to organ-sparing therapy and outcome, whereas high EGFR expression, combined low p53/high Bcl-xL expression, female sex, and smoking are associated with a poor outcome. Smoking cessation and strategies to target EGFR and Bcl-xL are important adjuncts to the treatment of oropharyngeal 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.

To objectively assess swallowing function after an intensive chemoradiation regimen for locally advanced head-and-neck cancer and to assess the clinical implications of swallowing dysfunction.Twenty-nine patients with nonresectable Stage IV head-and-neck cancer participated in a Phase I study of radiation, 70 Gy/7 weeks, concurrent with weekly gemcitabine. Because of a high rate of mucosal toxicity, reduced drug doses were delivered to subsequent patient groups: 300, 150, 50, and 10 mg/m(2)/week. Twenty-six of these patients underwent prospective evaluation of swallowing function with videofluoroscopy and esophagogram. Studies were performed pretherapy, early post-therapy (1-3 months), and late post-therapy (6-12 months).Complete tests were performed pretherapy in 22 patients, early post-therapy in 20, and late post-therapy in 13. Twenty-five patients had at least one post-therapy study. Post-therapy dysfunction was characterized by reduced inversion of the epiglottis, delayed swallow initiation and uncoordinated timing of the propulsion of the bolus, opening of the cricopharyngeal muscle, and closure of the larynx, all of which promoted aspiration during and after the swallow. In addition, reduced base-of-tongue retraction with reduced contact to the posterior pharyngeal wall and incomplete cricopharyngeal relaxation resulted in pooling in the pyriform sinuses and vallecula of residue, which was frequently aspirated after the swallow. Post-therapy aspirations were typically "silent," eliciting no cough reflex, or the cough was delayed and noneffective in expelling the residue. Aspiration was observed in 3 patients (14%) in the pretherapy studies, in 13 (65%) in the early post-therapy studies, and in 8 (62%) in the late post-therapy studies (aspiration rates post-therapy vs. pretherapy: p = 0.0002). Six patients had pneumonia requiring hospitalization 1-14 months after therapy (median: 2.5 months), being the likely cause of death in 2 patients. Five cases of pneumonia occurred among 17 patients who had demonstrated aspiration in the post-therapy studies, compared with no cases of pneumonia among 8 patients who had not demonstrated aspiration (p = 0.1). Of the 4 patients who had not undergone any post-therapy study, 1 developed pneumonia. Mucositis scores, prolonged tube feeding, presence of tracheostomy tube, and gemcitabine doses were not found to be related to aspiration or pneumonia risk.After intensive chemoradiotherapy, significant objective swallowing dysfunction is prevalent. It promotes aspiration, which may not elicit a cough reflex and may be associated with pneumonia. Aspiration pneumonia may be an underdocumented complication of chemoradiotherapy for head-and-neck cancer. Future studies should examine whether routine post-therapy videofluoroscopy and training aspirating patients in safe swallowing strategies can reduce this risk.