Abstract Cancer is driven by genetic change, and the advent of massively parallel sequencing has enabled systematic documentation of this variation at the whole-genome scale 1–3 . Here we report the integrative analysis of 2,658 whole-cancer genomes and their matching normal tissues across 38 tumour types from the Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes (PCAWG) Consortium of the International Cancer Genome Consortium (ICGC) and The Cancer Genome Atlas (TCGA). We describe the generation of the PCAWG resource, facilitated by international data sharing using compute clouds. On average, cancer genomes contained 4–5 driver mutations when combining coding and non-coding genomic elements; however, in around 5% of cases no drivers were identified, suggesting that cancer driver discovery is not yet complete. Chromothripsis, in which many clustered structural variants arise in a single catastrophic event, is frequently an early event in tumour evolution; in acral melanoma, for example, these events precede most somatic point mutations and affect several cancer-associated genes simultaneously. Cancers with abnormal telomere maintenance often originate from tissues with low replicative activity and show several mechanisms of preventing telomere attrition to critical levels. Common and rare germline variants affect patterns of somatic mutation, including point mutations, structural variants and somatic retrotransposition. A collection of papers from the PCAWG Consortium describes non-coding mutations that drive cancer beyond those in the TERT promoter 4 ; identifies new signatures of mutational processes that cause base substitutions, small insertions and deletions and structural variation 5,6 ; analyses timings and patterns of tumour evolution 7 ; describes the diverse transcriptional consequences of somatic mutation on splicing, expression levels, fusion genes and promoter activity 8,9 ; and evaluates a range of more-specialized features of cancer genomes 8,10–18 .

The diagnosis of pancreatic neuroendocrine tumours (PanNETs) is increasing owing to more sensitive detection methods, and this increase is creating challenges for clinical management. We performed whole-genome sequencing of 102 primary PanNETs and defined the genomic events that characterize their pathogenesis. Here we describe the mutational signatures they harbour, including a deficiency in G:C > T:A base excision repair due to inactivation of MUTYH, which encodes a DNA glycosylase. Clinically sporadic PanNETs contain a larger-than-expected proportion of germline mutations, including previously unreported mutations in the DNA repair genes MUTYH, CHEK2 and BRCA2. Together with mutations in MEN1 and VHL, these mutations occur in 17% of patients. Somatic mutations, including point mutations and gene fusions, were commonly found in genes involved in four main pathways: chromatin remodelling, DNA damage repair, activation of mTOR signalling (including previously undescribed EWSR1 gene fusions), and telomere maintenance. In addition, our gene expression analyses identified a subgroup of tumours associated with hypoxia and HIF signalling. The genomes of 102 primary pancreatic neuroendocrine tumours have been sequenced, revealing mutations in genes with functions such as chromatin remodelling, DNA damage repair, mTOR activation and telomere maintenance, and a greater-than-expected contribution from germ line mutations. Pancreatic neuroendocrine tumours (PanNETs) are the second most common epithelial neoplasm of the pancreas. Aldo Scarpa, Sean Grimmond and colleagues report whole-genome sequencing of 102 primary PanNETs and present analysis of their mutational signatures as part of the International Cancer Genome Consortium. They find frequent mutations in genes with functions that include chromatin remodelling, DNA damage repair, activation of mTOR signalling, and telomere maintenance. They also identify mutational signatures, including one resulting from inactivation of the DNA repair gene MUTYH, and report a larger than expected germline contribution to PanNET development.

Preoperative chemotherapy (CT) and preoperative chemoradiation therapy (CRT) for resectable oesophageal cancer have been shown to improve overall survival in meta-analyses. There are limited data comparing these preoperative therapies. We report the outcomes of a randomised phase II trial comparing preoperative CT and CRT for resectable adenocarcinoma of the oesophagus and gastro-oesophageal junction.Patients were randomised to receive preoperative CT with cisplatin (80 mg/m(2)) and infusional 5 fluorouracil (1000 mg/m(2)/d) on days 1 and 21, or preoperative CRT with the same drugs accompanied by concurrent radiation therapy commencing on day 21 of chemotherapy and the 5 fluorouracil reduced to 800 mg/m(2)/d. The radiation dose was 35 Gy in 15 fractions over 3 weeks. The endpoints were toxicity, response rates, resection (R) status, progression-free survival (PFS), overall survival (OS) and quality of life.Seventy-five patients were enrolled on the study: 36 received preoperative CT and 39 preoperative CRT. Toxicity was similar for CT and CRT. Eight patients (11%) did not proceed to resection. The histopathological response rate (CRT 31% versus CT 8%, p = 0.01) and R1 resection rate (CRT 0% versus CT 11%, p = 0.04) favoured those receiving CRT. The median PFS was 14 and 26 months for CT and CRT respectively (p = 0.37). The median OS was 29 months for CT compared with 32 months for CRT (p = 0.83).Despite no difference in survival, the improvement from preoperative CRT with respect to margin involvement makes this treatment a reasonable option for bulky, locally advanced resectable adenocarcinoma of the oesophagus.

Abstract Here, as part of the Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes (PCAWG) Consortium, for which whole-genome and—for a subset—whole-transcriptome sequencing data from 2,658 cancers across 38 tumor types was aggregated, we systematically investigated potential viral pathogens using a consensus approach that integrated three independent pipelines. Viruses were detected in 382 genome and 68 transcriptome datasets. We found a high prevalence of known tumor-associated viruses such as Epstein–Barr virus (EBV), hepatitis B virus (HBV) and human papilloma virus (HPV; for example, HPV16 or HPV18). The study revealed significant exclusivity of HPV and driver mutations in head-and-neck cancer and the association of HPV with APOBEC mutational signatures, which suggests that impaired antiviral defense is a driving force in cervical, bladder and head-and-neck carcinoma. For HBV, HPV16, HPV18 and adeno-associated virus-2 (AAV2), viral integration was associated with local variations in genomic copy numbers. Integrations at the TERT promoter were associated with high telomerase expression evidently activating this tumor-driving process. High levels of endogenous retrovirus (ERV1) expression were linked to a worse survival outcome in patients with kidney cancer.

Mitochondria are essential cellular organelles that play critical roles in cancer. Here, as part of the International Cancer Genome Consortium/The Cancer Genome Atlas Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes Consortium, which aggregated whole-genome sequencing data from 2,658 cancers across 38 tumor types, we performed a multidimensional, integrated characterization of mitochondrial genomes and related RNA sequencing data. Our analysis presents the most definitive mutational landscape of mitochondrial genomes and identifies several hypermutated cases. Truncating mutations are markedly enriched in kidney, colorectal and thyroid cancers, suggesting oncogenic effects with the activation of signaling pathways. We find frequent somatic nuclear transfers of mitochondrial DNA, some of which disrupt therapeutic target genes. Mitochondrial copy number varies greatly within and across cancers and correlates with clinical variables. Co-expression analysis highlights the function of mitochondrial genes in oxidative phosphorylation, DNA repair and the cell cycle, and shows their connections with clinically actionable genes. Our study lays a foundation for translating mitochondrial biology into clinical applications.

Oesophageal adenocarcinoma (EAC) incidence is rapidly increasing in Western countries. A better understanding of EAC underpins efforts to improve early detection and treatment outcomes. While large EAC exome sequencing efforts to date have found recurrent loss-of-function mutations, oncogenic driving events have been underrepresented. Here we use a combination of whole-genome sequencing (WGS) and single-nucleotide polymorphism-array profiling to show that genomic catastrophes are frequent in EAC, with almost a third (32%, n=40/123) undergoing chromothriptic events. WGS of 22 EAC cases show that catastrophes may lead to oncogene amplification through chromothripsis-derived double-minute chromosome formation (MYC and MDM2) or breakage-fusion-bridge (KRAS, MDM2 and RFC3). Telomere shortening is more prominent in EACs bearing localized complex rearrangements. Mutational signature analysis also confirms that extreme genomic instability in EAC can be driven by somatic BRCA2 mutations. These findings suggest that genomic catastrophes have a significant role in the malignant transformation of EAC.

Abstract Heterogeneous subtypes of cancer-associated fibroblasts (CAFs) coexist within pancreatic cancer tissues and can both promote and restrain disease progression. Here, we interrogate how cancer cells harboring distinct alterations in p53 manipulate CAFs. We reveal the existence of a p53-driven hierarchy, where cancer cells with a gain-of-function (GOF) mutant p53 educate a dominant population of CAFs that establish a pro-metastatic environment for GOF and null p53 cancer cells alike. We also demonstrate that CAFs educated by null p53 cancer cells may be reprogrammed by either GOF mutant p53 cells or their CAFs. We identify perlecan as a key component of this pro-metastatic environment. Using intravital imaging, we observe that these dominant CAFs delay cancer cell response to chemotherapy. Lastly, we reveal that depleting perlecan in the stroma combined with chemotherapy prolongs mouse survival, supporting it as a potential target for anti-stromal therapies in pancreatic cancer.