Intratumor heterogeneity may foster tumor evolution and adaptation and hinder personalized-medicine strategies that depend on results from single tumor-biopsy samples.

A high-quality sequence assembly of the zebrafish genome reveals the largest gene set of any vertebrate and provides information on key genomic features, and comparison to the human reference genome shows that approximately 70% of human protein-coding genes have at least one clear zebrafish orthologue. The genome of the zebrafish — a key model organism for the study of development and human disease — has now been sequenced and published as a well-annotated reference genome. Zebrafish turns out to have the largest gene set of any vertebrate so far sequenced, and few pseudogenes. Importantly for disease studies, comparison between human and zebrafish sequences reveals that 70% of human genes have at least one obvious zebrafish orthologue. A second paper reports on an ongoing effort to identify and phenotype disruptive mutations in every zebrafish protein-coding gene. Using the reference genome sequence along with high-throughput sequencing and efficient chemical mutagenesis, the project's initial results — covering 38% of all known protein-coding genes — they describe phenotypic consequences of more than 1,000 alleles. The long-term goal is the creation of a knockout allele in every protein-coding gene in the zebrafish genome. All mutant alleles and data are freely available at go.nature.com/en6mos . Zebrafish have become a popular organism for the study of vertebrate gene function1,2. The virtually transparent embryos of this species, and the ability to accelerate genetic studies by gene knockdown or overexpression, have led to the widespread use of zebrafish in the detailed investigation of vertebrate gene function and increasingly, the study of human genetic disease3,4,5. However, for effective modelling of human genetic disease it is important to understand the extent to which zebrafish genes and gene structures are related to orthologous human genes. To examine this, we generated a high-quality sequence assembly of the zebrafish genome, made up of an overlapping set of completely sequenced large-insert clones that were ordered and oriented using a high-resolution high-density meiotic map. Detailed automatic and manual annotation provides evidence of more than 26,000 protein-coding genes6, the largest gene set of any vertebrate so far sequenced. Comparison to the human reference genome shows that approximately 70% of human genes have at least one obvious zebrafish orthologue. In addition, the high quality of this genome assembly provides a clearer understanding of key genomic features such as a unique repeat content, a scarcity of pseudogenes, an enrichment of zebrafish-specific genes on chromosome 4 and chromosomal regions that influence sex determination.

Charles Swanton and colleagues used multiregion exome sequencing to study the evolutionary histories of ten clear cell renal cell carcinomas. They observed marked intratumoral heterogeneity in all cases, with extensive evidence of parallel evolution of tumor subclones and only a small number of truncal driver events. Clear cell renal carcinomas (ccRCCs) can display intratumor heterogeneity (ITH). We applied multiregion exome sequencing (M-seq) to resolve the genetic architecture and evolutionary histories of ten ccRCCs. Ultra-deep sequencing identified ITH in all cases. We found that 73–75% of identified ccRCC driver aberrations were subclonal, confounding estimates of driver mutation prevalence. ITH increased with the number of biopsies analyzed, without evidence of saturation in most tumors. Chromosome 3p loss and VHL aberrations were the only ubiquitous events. The proportion of C>T transitions at CpG sites increased during tumor progression. M-seq permits the temporal resolution of ccRCC evolution and refines mutational signatures occurring during tumor development.

Summary

 Immune evasion is a hallmark of cancer. Losing the ability to present neoantigens through human leukocyte antigen (HLA) loss may facilitate immune evasion. However, the polymorphic nature of the locus has precluded accurate HLA copy-number analysis. Here, we present loss of heterozygosity in human leukocyte antigen (LOHHLA), a computational tool to determine HLA allele-specific copy number from sequencing data. Using LOHHLA, we find that HLA LOH occurs in 40% of non-small-cell lung cancers (NSCLCs) and is associated with a high subclonal neoantigen burden, APOBEC-mediated mutagenesis, upregulation of cytolytic activity, and PD-L1 positivity. The focal nature of HLA LOH alterations, their subclonal frequencies, enrichment in metastatic sites, and occurrence as parallel events suggests that HLA LOH is an immune escape mechanism that is subject to strong microenvironmental selection pressures later in tumor evolution. Characterizing HLA LOH with LOHHLA refines neoantigen prediction and may have implications for our understanding of resistance mechanisms and immunotherapeutic approaches targeting neoantigens. 

Video Abstract

Spatial and temporal dissection of the genomic changes occurring during the evolution of human non–small cell lung cancer (NSCLC) may help elucidate the basis for its dismal prognosis. We sequenced 25 spatially distinct regions from seven operable NSCLCs and found evidence of branched evolution, with driver mutations arising before and after subclonal diversification. There was pronounced intratumor heterogeneity in copy number alterations, translocations, and mutations associated with APOBEC cytidine deaminase activity. Despite maintained carcinogen exposure, tumors from smokers showed a relative decrease in smoking-related mutations over time, accompanied by an increase in APOBEC-associated mutations. In tumors from former smokers, genome-doubling occurred within a smoking-signature context before subclonal diversification, which suggested that a long period of tumor latency had preceded clinical detection. The regionally separated driver mutations, coupled with the relentless and heterogeneous nature of the genome instability processes, are likely to confound treatment success in NSCLC.

The evolutionary features of clear-cell renal cell carcinoma (ccRCC) have not been systematically studied to date. We analyzed 1,206 primary tumor regions from 101 patients recruited into the multi-center prospective study, TRACERx Renal. We observe up to 30 driver events per tumor and show that subclonal diversification is associated with known prognostic parameters. By resolving the patterns of driver event ordering, co-occurrence, and mutual exclusivity at clone level, we show the deterministic nature of clonal evolution. ccRCC can be grouped into seven evolutionary subtypes, ranging from tumors characterized by early fixation of multiple mutational and copy number drivers and rapid metastases to highly branched tumors with >10 subclonal drivers and extensive parallel evolution associated with attenuated progression. We identify genetic diversity and chromosomal complexity as determinants of patient outcome. Our insights reconcile the variable clinical behavior of ccRCC and suggest evolutionary potential as a biomarker for both intervention and surveillance.

CD25 is expressed at high levels on regulatory T (Treg) cells and was initially proposed as a target for cancer immunotherapy. However, anti-CD25 antibodies have displayed limited activity against established tumors. We demonstrated that CD25 expression is largely restricted to tumor-infiltrating Treg cells in mice and humans. While existing anti-CD25 antibodies were observed to deplete Treg cells in the periphery, upregulation of the inhibitory Fc gamma receptor (FcγR) IIb at the tumor site prevented intra-tumoral Treg cell depletion, which may underlie the lack of anti-tumor activity previously observed in pre-clinical models. Use of an anti-CD25 antibody with enhanced binding to activating FcγRs led to effective depletion of tumor-infiltrating Treg cells, increased effector to Treg cell ratios, and improved control of established tumors. Combination with anti-programmed cell death protein-1 antibodies promoted complete tumor rejection, demonstrating the relevance of CD25 as a therapeutic target and promising substrate for future combination approaches in immune-oncology.

Esophageal adenocarcinomas are associated with a dismal prognosis. Deciphering the evolutionary history of this disease may shed light on therapeutically tractable targets and reveal dynamic mutational processes during the disease course and following neoadjuvant chemotherapy (NAC). We exome sequenced 40 tumor regions from 8 patients with operable esophageal adenocarcinomas, before and after platinum-containing NAC. This revealed the evolutionary genomic landscape of esophageal adenocarcinomas with the presence of heterogeneous driver mutations, parallel evolution, early genome-doubling events, and an association between high intratumor heterogeneity and poor response to NAC. Multiregion sequencing demonstrated a significant reduction in thymine to guanine mutations within a CpTpT context when comparing early and late mutational processes and the presence of a platinum signature with enrichment of cytosine to adenine mutations within a CpC context following NAC. Esophageal adenocarcinomas are characterized by early chromosomal instability leading to amplifications containing targetable oncogenes persisting through chemotherapy, providing a rationale for future therapeutic approaches.

Abstract Background The development of novel anti-microbial drugs for multidrug-resistant (MDR) is a significant challenge. This study aimed to synthesize various derivatives of (Z)-4-(2-aminothiazol-5-yl)-N-benzohydrazide (DT01-DT10) that are effective against a wide variety of anti-bacterial and antifungal pathogens. Results The binding energy of the compounds ranged from − 9.0 to − 10.0 kcal/mol. Molecular simulations produced a major result in improving the representation of the real biological conditions with an average RMSD of 0.110 nm. The derivatives DT03, DT04, and DT06 showed overall good anti-microbial activity at lower concentrations of 1.8 µg/ml. Compound DT03 showed significant activity against Gram-positive, Gram-negative bacteria and fungal strains, with inhibition zone diameters of 17, 19 and 16 mm, respectively. Compound DT04 showed promising anti-bacterial effects against S.mutans and C.albicans , with inhibition zone diameters of 18 and 17 mm, and moderate activity against B. cereus . Compound DT06 showed enhanced activity against P.aeruginosa . Conclusion The derivative 4-(2-amino-1,3-thiazol-5-yl)-N′-(Z)-(2-nitrophenyl) methylidene benzohydrazide (DT06), which contained a nitro group displayed potent activity at 1.8 µg/ml with an IC 50 of 50.31 and a selectivity index of 61.33. Graphical abstract