Liver cancer has the second highest worldwide cancer mortality rate and has limited therapeutic options. We analyzed 363 hepatocellular carcinoma (HCC) cases by whole-exome sequencing and DNA copy number analyses, and we analyzed 196 HCC cases by DNA methylation, RNA, miRNA, and proteomic expression also. DNA sequencing and mutation analysis identified significantly mutated genes, including LZTR1, EEF1A1, SF3B1, and SMARCA4. Significant alterations by mutation or downregulation by hypermethylation in genes likely to result in HCC metabolic reprogramming (ALB, APOB, and CPS1) were observed. Integrative molecular HCC subtyping incorporating unsupervised clustering of five data platforms identified three subtypes, one of which was associated with poorer prognosis in three HCC cohorts. Integrated analyses enabled development of a p53 target gene expression signature correlating with poor survival. Potential therapeutic targets for which inhibitors exist include WNT signaling, MDM4, MET, VEGFA, MCL1, IDH1, TERT, and immune checkpoint proteins CTLA-4, PD-1, and PD-L1.

We report a comprehensive analysis of 412 muscle-invasive bladder cancers characterized by multiple TCGA analytical platforms. Fifty-eight genes were significantly mutated, and the overall mutational load was associated with APOBEC-signature mutagenesis. Clustering by mutation signature identified a high-mutation subset with 75% 5-year survival. mRNA expression clustering refined prior clustering analyses and identified a poor-survival “neuronal” subtype in which the majority of tumors lacked small cell or neuroendocrine histology. Clustering by mRNA, long non-coding RNA (lncRNA), and miRNA expression converged to identify subsets with differential epithelial-mesenchymal transition status, carcinoma in situ scores, histologic features, and survival. Our analyses identified 5 expression subtypes that may stratify response to different treatments.

We have sequenced and annotated the genome of fission yeast (Schizosaccharomyces pombe), which contains the smallest number of protein-coding genes yet recorded for a eukaryote: 4,824. The centromeres are between 35 and 110 kilobases (kb) and contain related repeats including a highly conserved 1.8-kb element. Regions upstream of genes are longer than in budding yeast (Saccharomyces cerevisiae), possibly reflecting more-extended control regions. Some 43% of the genes contain introns, of which there are 4,730. Fifty genes have significant similarity with human disease genes; half of these are cancer related. We identify highly conserved genes important for eukaryotic cell organization including those required for the cytoskeleton, compartmentation, cell-cycle control, proteolysis, protein phosphorylation and RNA splicing. These genes may have originated with the appearance of eukaryotic life. Few similarly conserved genes that are important for multicellular organization were identified, suggesting that the transition from prokaryotes to eukaryotes required more new genes than did the transition from unicellular to multicellular organization.

Follicular lymphoma (FL) and diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) are the two most common non-Hodgkin lymphomas (NHLs). Here we sequenced tumour and matched normal DNA from 13 DLBCL cases and one FL case to identify genes with mutations in B-cell NHL. We analysed RNA-seq data from these and another 113 NHLs to identify genes with candidate mutations, and then re-sequenced tumour and matched normal DNA from these cases to confirm 109 genes with multiple somatic mutations. Genes with roles in histone modification were frequent targets of somatic mutation. For example, 32% of DLBCL and 89% of FL cases had somatic mutations in MLL2, which encodes a histone methyltransferase, and 11.4% and 13.4% of DLBCL and FL cases, respectively, had mutations in MEF2B, a calcium-regulated gene that cooperates with CREBBP and EP300 in acetylating histones. Our analysis suggests a previously unappreciated disruption of chromatin biology in lymphomagenesis. Despite being a focus of research activity for many years, the mutations driving the two most common non-Hodgkin lymphomas — follicular lymphoma and diffuse large B-cell lymphoma — have remained cryptic. Whole genome sequencing, combined with transcriptome analysis and further resequencing of candidate genes in additional tumours, now show that histone methyltransferases and acetylases are frequently affected by mutations in these tumours. This study suggests a previously unappreciated importance of chromatin biology in lymphomagenesis.

The social amoebae are exceptional in their ability to alternate between unicellular and multicellular forms. Here we describe the genome of the best-studied member of this group, Dictyostelium discoideum. The gene-dense chromosomes of this organism encode approximately 12,500 predicted proteins, a high proportion of which have long, repetitive amino acid tracts. There are many genes for polyketide synthases and ABC transporters, suggesting an extensive secondary metabolism for producing and exporting small molecules. The genome is rich in complex repeats, one class of which is clustered and may serve as centromeres. Partial copies of the extrachromosomal ribosomal DNA (rDNA) element are found at the ends of each chromosome, suggesting a novel telomere structure and the use of a common mechanism to maintain both the rDNA and chromosomal termini. A proteome-based phylogeny shows that the amoebozoa diverged from the animal-fungal lineage after the plant-animal split, but Dictyostelium seems to have retained more of the diversity of the ancestral genome than have plants, animals or fungi.

Salmonella enterica serovar Typhi (S. typhi) is the aetiological agent of typhoid fever, a serious invasive bacterial disease of humans with an annual global burden of approximately 16 million cases, leading to 600,000 fatalities1. Many S. enterica serovars actively invade the mucosal surface of the intestine but are normally contained in healthy individuals by the local immune defence mechanisms. However, S. typhi has evolved the ability to spread to the deeper tissues of humans, including liver, spleen and bone marrow. Here we have sequenced the 4,809,037-base pair (bp) genome of a S. typhi (CT18) that is resistant to multiple drugs, revealing the presence of hundreds of insertions and deletions compared with the Escherichia coli genome, ranging in size from single genes to large islands. Notably, the genome sequence identifies over two hundred pseudogenes, several corresponding to genes that are known to contribute to virulence in Salmonella typhimurium. This genetic degradation may contribute to the human-restricted host range for S. typhi. CT18 harbours a 218,150-bp multiple-drug-resistance incH1 plasmid (pHCM1), and a 106,516-bp cryptic plasmid (pHCM2), which shows recent common ancestry with a virulence plasmid of Yersinia pestis.

The Gram-negative bacterium Yersinia pestis is the causative agent of the systemic invasive infectious disease classically referred to as plague, and has been responsible for three human pandemics: the Justinian plague (sixth to eighth centuries), the Black Death (fourteenth to nineteenth centuries) and modern plague (nineteenth century to the present day). The recent identification of strains resistant to multiple drugs and the potential use of Y. pestis as an agent of biological warfare mean that plague still poses a threat to human health. Here we report the complete genome sequence of Y. pestis strain CO92, consisting of a 4.65-megabase (Mb) chromosome and three plasmids of 96.2 kilobases (kb), 70.3 kb and 9.6 kb. The genome is unusually rich in insertion sequences and displays anomalies in GC base-composition bias, indicating frequent intragenomic recombination. Many genes seem to have been acquired from other bacteria and viruses (including adhesins, secretion systems and insecticidal toxins). The genome contains around 150 pseudogenes, many of which are remnants of a redundant enteropathogenic lifestyle. The evidence of ongoing genome fluidity, expansion and decay suggests Y. pestis is a pathogen that has undergone large-scale genetic flux and provides a unique insight into the ways in which new and highly virulent pathogens evolve.

John Maris, Matthew Meyerson, Marco Marra and colleagues report results of a large-scale sequencing study of neuroblastoma. They observe a low median exonic mutation frequency and strikingly few recurrently mutated genes in these tumors, highlighting challenges for developing targeted therapeutic strategies based on frequently mutated oncogenic drivers. Neuroblastoma is a malignancy of the developing sympathetic nervous system that often presents with widespread metastatic disease, resulting in survival rates of less than 50%. To determine the spectrum of somatic mutation in high-risk neuroblastoma, we studied 240 affected individuals (cases) using a combination of whole-exome, genome and transcriptome sequencing as part of the Therapeutically Applicable Research to Generate Effective Treatments (TARGET) initiative. Here we report a low median exonic mutation frequency of 0.60 per Mb (0.48 nonsilent) and notably few recurrently mutated genes in these tumors. Genes with significant somatic mutation frequencies included ALK (9.2% of cases), PTPN11 (2.9%), ATRX (2.5%, and an additional 7.1% had focal deletions), MYCN (1.7%, causing a recurrent p.Pro44Leu alteration) and NRAS (0.83%). Rare, potentially pathogenic germline variants were significantly enriched in ALK, CHEK2, PINK1 and BARD1. The relative paucity of recurrent somatic mutations in neuroblastoma challenges current therapeutic strategies that rely on frequently altered oncogenic drivers.

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.