We analysed primary breast cancers by genomic DNA copy number arrays, DNA methylation, exome sequencing, messenger RNA arrays, microRNA sequencing and reverse-phase protein arrays. Our ability to integrate information across platforms provided key insights into previously defined gene expression subtypes and demonstrated the existence of four main breast cancer classes when combining data from five platforms, each of which shows significant molecular heterogeneity. Somatic mutations in only three genes (TP53, PIK3CA and GATA3) occurred at >10% incidence across all breast cancers; however, there were numerous subtype-associated and novel gene mutations including the enrichment of specific mutations in GATA3, PIK3CA and MAP3K1 with the luminal A subtype. We identified two novel protein-expression-defined subgroups, possibly produced by stromal/microenvironmental elements, and integrated analyses identified specific signalling pathways dominant in each molecular subtype including a HER2/phosphorylated HER2/EGFR/phosphorylated EGFR signature within the HER2-enriched expression subtype. Comparison of basal-like breast tumours with high-grade serous ovarian tumours showed many molecular commonalities, indicating a related aetiology and similar therapeutic opportunities. The biological finding of the four main breast cancer subtypes caused by different subsets of genetic and epigenetic abnormalities raises the hypothesis that much of the clinically observable plasticity and heterogeneity occurs within, and not across, these major biological subtypes of breast cancer. The Cancer Genome Atlas Network describe their multifaceted analyses of primary breast cancers, shedding light on breast cancer heterogeneity; although only three genes (TP53, PIK3CA and GATA3) are mutated at a frequency greater than 10% across all breast cancers, numerous subtype-associated and novel mutations were identified. This Article from the Cancer Genome Atlas consortium describes a multifaceted analysis of primary breast cancers in 825 people. Exome sequencing, copy number variation, DNA methylation, messenger RNA arrays, microRNA sequencing and proteomic analyses were performed and integrated to shed light on breast-cancer heterogeneity. Just three genes — TP53, PIK3CA and GATA3 — are mutated at greater than 10% frequency across all breast cancers. Many subtype-associated and novel mutations were identified, as well as two breast-cancer subgroups with specific signalling-pathway signatures. The analyses also suggest that much of the clinically observable plasticity and heterogeneity occurs within, and not across, the major subtypes of breast cancer.

We performed an integrated genomic, transcriptomic and proteomic characterization of 373 endometrial carcinomas using array- and sequencing-based technologies. Uterine serous tumours and ∼25% of high-grade endometrioid tumours had extensive copy number alterations, few DNA methylation changes, low oestrogen receptor/progesterone receptor levels, and frequent TP53 mutations. Most endometrioid tumours had few copy number alterations or TP53 mutations, but frequent mutations in PTEN, CTNNB1, PIK3CA, ARID1A and KRAS and novel mutations in the SWI/SNF chromatin remodelling complex gene ARID5B. A subset of endometrioid tumours that we identified had a markedly increased transversion mutation frequency and newly identified hotspot mutations in POLE. Our results classified endometrial cancers into four categories: POLE ultramutated, microsatellite instability hypermutated, copy-number low, and copy-number high. Uterine serous carcinomas share genomic features with ovarian serous and basal-like breast carcinomas. We demonstrated that the genomic features of endometrial carcinomas permit a reclassification that may affect post-surgical adjuvant treatment for women with aggressive tumours. An integrative genomic analysis of several hundred endometrial carcinomas shows that a minority of tumour samples carry copy number alterations or TP53 mutations and many contain key cancer-related gene mutations, such as those involved in canonical pathways and chromatin remodelling; a reclassification of endometrial tumours into four distinct types is proposed, which may have an effect on patient treatment regimes. This paper from The Cancer Genome Atlas Research Network presents an in-depth genome-wide analysis of endometrial (uterine) carcinomas from more than 350 patients. Based on a series of genomic features including newly identified hotspot mutations in the DNA polymerase gene POLE, and novel mutations in the ARID5B DNA-binding protein, the authors propose a reclassification of endometrial tumours into four distinct types. This might have clinical relevance for post-surgical adjuvant treatment of women with aggressive tumours.

Most mutations in cancer genomes are thought to be acquired after the initiating event, which may cause genomic instability and drive clonal evolution. However, for acute myeloid leukemia (AML), normal karyotypes are common, and genomic instability is unusual. To better understand clonal evolution in AML, we sequenced the genomes of M3-AML samples with a known initiating event (PML-RARA) versus the genomes of normal karyotype M1-AML samples and the exomes of hematopoietic stem/progenitor cells (HSPCs) from healthy people. Collectively, the data suggest that most of the mutations found in AML genomes are actually random events that occurred in HSPCs before they acquired the initiating mutation; the mutational history of that cell is "captured" as the clone expands. In many cases, only one or two additional, cooperating mutations are needed to generate the malignant founding clone. Cells from the founding clone can acquire additional cooperating mutations, yielding subclones that can contribute to disease progression and/or relapse.

The myelodysplastic syndromes are a group of hematologic disorders that often evolve into secondary acute myeloid leukemia (AML). The genetic changes that underlie progression from the myelodysplastic syndromes to secondary AML are not well understood.

Matthew Walter and colleagues report the whole-genome sequencing of a secondary acute myeloid leukemia sample and a matched normal tissue sample. Further analysis of additional subjects identified recurrent mutations in U2AF1 in 13/150 (8.7%) individuals with myelodysplastic syndrome. Myelodysplastic syndromes (MDS) are hematopoietic stem cell disorders that often progress to chemotherapy-resistant secondary acute myeloid leukemia (sAML). We used whole-genome sequencing to perform an unbiased comprehensive screen to discover the somatic mutations in a sample from an individual with sAML and genotyped the loci containing these mutations in the matched MDS sample. Here we show that a missense mutation affecting the serine at codon 34 (Ser34) in U2AF1 was recurrently present in 13 out of 150 (8.7%) subjects with de novo MDS, and we found suggestive evidence of an increased risk of progression to sAML associated with this mutation. U2AF1 is a U2 auxiliary factor protein that recognizes the AG splice acceptor dinucleotide at the 3′ end of introns, and the alterations in U2AF1 are located in highly conserved zinc fingers of this protein1,2. Mutant U2AF1 promotes enhanced splicing and exon skipping in reporter assays in vitro. This previously unidentified, recurrent mutation in U2AF1 implicates altered pre-mRNA splicing as a potential mechanism for MDS pathogenesis.

Alterations in DNA methylation have been implicated in the pathogenesis of myelodysplastic syndromes (MDS), although the underlying mechanism remains largely unknown. Methylation of CpG dinucleotides is mediated by DNA methyltransferases, including DNMT1, DNMT3A and DNMT3B. DNMT3A mutations have recently been reported in patients with de novo acute myeloid leukemia (AML), providing a rationale for examining the status of DNMT3A in MDS samples. In this study, we report the frequency of DNMT3A mutations in patients with de novo MDS, and their association with secondary AML. We sequenced all coding exons of DNMT3A using DNA from bone marrow and paired normal cells from 150 patients with MDS and identified 13 heterozygous mutations with predicted translational consequences in 12/150 patients (8.0%). Amino acid R882, located in the methyltransferase domain of DNMT3A, was the most common mutation site, accounting for 4/13 mutations. DNMT3A mutations were expressed in the majority of cells in all tested mutant samples regardless of myeloblast counts, suggesting that DNMT3A mutations occur early in the course of MDS. Patients with DNMT3A mutations had worse overall survival compared with patients without DNMT3A mutations (P=0.005) and more rapid progression to AML (P=0.007), suggesting that DNMT3A mutation status may have prognostic value in de novo MDS.