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.

Abstract Deregulation of the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) pathway either through loss of PTEN or mutation of the catalytic subunit α of PI3K (PIK3CA) occurs frequently in human cancer. We identified PIK3CA mutations in 26% of 342 human breast tumor samples and cell lines at about equal frequency in tumor stages I to IV. To investigate the relationship between PTEN and PIK3CA, we generated a cohort of tumors that had lost PTEN expression and compared it with a matched control set that had retained PTEN. A highly significant association between PIK3CA mutations and retention of PTEN protein expression was observed. In addition, PIK3CA mutations were associated with expression of estrogen and progesterone receptors (ER/PR), lymph node metastasis, and ERBB2 overexpression. The fact that PIK3CA mutations and PTEN loss are nearly mutually exclusive implies that deregulated phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate (PIP3) is critical for tumorigenesis in a significant fraction of breast cancers and that loss of PIP3 homeostasis by abrogation of either PIK3CA or PTEN relieves selective pressure for targeting of the other gene. The correlation of PIK3CA mutation to ER/PR-positive tumors and PTEN loss to ER/PR-negative tumors argues for disparate branches of tumor evolution. Furthermore, the association between ERBB2 overexpression and PIK3CA mutation implies that more than one input activating the PI3K/AKT pathway may be required to overcome intact PTEN. Thus, mutation of PIK3CA is frequent, occurs early in carcinoma development, and has prognostic and therapeutic implications.

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.

Basal-like breast cancer (BBC) is a subtype of breast cancer with poor prognosis1,2,3. Inherited mutations of BRCA1, a cancer susceptibility gene involved in double-strand DNA break (DSB) repair, lead to breast cancers that are nearly always of the BBC subtype3,4,5; however, the precise molecular lesions and oncogenic consequences of BRCA1 dysfunction are poorly understood. Here we show that heterozygous inactivation of the tumor suppressor gene Pten leads to the formation of basal-like mammary tumors in mice, and that loss of PTEN expression is significantly associated with the BBC subtype in human sporadic and BRCA1-associated hereditary breast cancers. In addition, we identify frequent gross PTEN mutations, involving intragenic chromosome breaks, inversions, deletions and micro copy number aberrations, specifically in BRCA1-deficient tumors. These data provide an example of a specific and recurrent oncogenic consequence of BRCA1-dependent dysfunction in DNA repair and provide insight into the pathogenesis of BBC with therapeutic implications. These findings also argue that obtaining an accurate census of genes mutated in cancer will require a systematic examination for gross gene rearrangements, particularly in tumors with deficient DSB repair.

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.

Bulk tumor tissues comprise intermixed populations of neoplastic cells and multiple stromal cell lineages. We used laser capture microdissection and RNA sequencing to disentangle the transcriptional programs active in the malignant epithelium and stroma of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA). This led to the development of a new algorithm (ADVOCATE) that accurately predicts the compartment fractions of bulk tumor samples and can computationally purify bulk gene expression data from PDA. We also present novel stromal subtypes, derived from 110 microdissected PDA stroma samples, that were enriched in extracellular matrix- and immune-associated processes. Finally, we applied ADVOCATE to systematically evaluate cross-compartment subtypes spanning four patient cohorts, revealing consistent functional classes and survival associations despite substantial compositional differences.