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.

Pheochromocytomas are neural crest-derived tumors that arise from inherited or sporadic mutations in at least six independent genes. The proteins encoded by these multiple genes regulate distinct functions. We show here a functional link between tumors with VHL mutations and those with disruption of the genes encoding for succinate dehydrogenase (SDH) subunits B (SDHB) and D (SDHD). A transcription profile of reduced oxidoreductase is detected in all three of these tumor types, together with an angiogenesis/hypoxia profile typical of VHL dysfunction. The oxidoreductase defect, not previously detected in VHL-null tumors, is explained by suppression of the SDHB protein, a component of mitochondrial complex II. The decrease in SDHB is also noted in tumors with SDHD mutations. Gain-of-function and loss-of-function analyses show that the link between hypoxia signals (via VHL) and mitochondrial signals (via SDH) is mediated by HIF1alpha. These findings explain the shared features of pheochromocytomas with VHL and SDH mutations and suggest an additional mechanism for increased HIF1alpha activity in tumors.

—Recent clinical and morphological evidence established that adrenoleukodystrophy is a distinct X-linked genetic disorder. Fatty acid compositions of lipids in the brain, adrenal and serum from seven patients were examined. Cholesterol esters of both brain and adrenal contained substantial proportions of fatty acids longer than C22 (11.8–41.9% of total in the brain and 13.4-34.8% of total in the adrenal), while cholesterol esters from normal and pathological control specimens contained very little. These very long chain fatty acids were generally saturated in brain cholesterol esters but significant amounts of unsaturated long chain fatty acids were also present in adrenal cholesterol esters. The long chain fatty acids showed bell-shaped distribution with C25 or C26 at the peak. Ganglio-sides from patients’white matter also showed increased proportions of very long-chain fatty acids, up to 50% of the total. Qualitatively similar but much milder fatty acid abnormalities were also found in galactosylceramide of the brain. On the other hand, fatty acids and fatty aldehydes of brain glycerophospholipids, adrenal free fatty acids, triglycerides and glycerophospholipids were not abnormal. Furthermore, serum cholesterol esters from two patients did not show the long-chain fatty acid abnormality found in brain and adrenal cholesterol esters. Sequential extractions with acetone and hexane established that the characteristic birefringent material in the brain and adrenal is indeed cholesterol esters with very long chain fatty acids. This type of fatty acid abnormality has not been described in other pathological conditions and may well represent the unique biochemical abnormality that is directly related to the fundamental genetic defect underlying adrenoleukodystrophy.

This 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.