We have sequenced the genomes of 110 small cell lung cancers (SCLC), one of the deadliest human cancers. In nearly all the tumours analysed we found bi-allelic inactivation of TP53 and RB1, sometimes by complex genomic rearrangements. Two tumours with wild-type RB1 had evidence of chromothripsis leading to overexpression of cyclin D1 (encoded by the CCND1 gene), revealing an alternative mechanism of Rb1 deregulation. Thus, loss of the tumour suppressors TP53 and RB1 is obligatory in SCLC. We discovered somatic genomic rearrangements of TP73 that create an oncogenic version of this gene, TP73Δex2/3. In rare cases, SCLC tumours exhibited kinase gene mutations, providing a possible therapeutic opportunity for individual patients. Finally, we observed inactivating mutations in NOTCH family genes in 25% of human SCLC. Accordingly, activation of Notch signalling in a pre-clinical SCLC mouse model strikingly reduced the number of tumours and extended the survival of the mutant mice. Furthermore, neuroendocrine gene expression was abrogated by Notch activity in SCLC cells. This first comprehensive study of somatic genome alterations in SCLC uncovers several key biological processes and identifies candidate therapeutic targets in this highly lethal form of cancer.

While genomically targeted therapies have improved outcomes for patients with lung adenocarcinoma, little is known about the genomic alterations which drive squamous cell lung cancer. Sanger sequencing of the tyrosine kinome identified mutations in the DDR2 kinase gene in 3.8% of squamous cell lung cancers and cell lines. Squamous lung cancer cell lines harboring DDR2 mutations were selectively killed by knock-down of DDR2 by RNAi or by treatment with the multi-targeted kinase inhibitor dasatinib. Tumors established from a DDR2 mutant cell line were sensitive to dasatinib in xenograft models. Expression of mutated DDR2 led to cellular transformation which was blocked by dasatinib. A squamous cell lung cancer patient with a response to dasatinib and erlotinib treatment harbored a DDR2 kinase domain mutation. These data suggest that gain-of-function mutations in DDR2 are important oncogenic events and are amenable to therapy with dasatinib. As dasatinib is already approved for use, these findings could be rapidly translated into clinical trials.DDR2 mutations are present in 4% of lung SCCs, and DDR2 mutations are associated with sensitivity to dasatinib. These findings provide a rationale for designing clinical trials with the FDA-approved drug dasatinib in patients with lung SCCs.

The pattern of mutations in human lung cancer differs by tumor subtype and is a useful addition to histology for selecting targeted therapy and improving patient survival.

Purpose Approximately 1% of lung adenocarcinomas are driven by oncogenic ROS1 rearrangement. Crizotinib is a potent inhibitor of both ROS1 and ALK kinase domains. Patients and Methods In the absence of a prospective clinical trial in Europe, we conducted a retrospective study in centers that tested for ROS1 rearrangement. Eligible patients had stage IV lung adenocarcinoma, had ROS1 rearrangement according to fluorescent in situ hybridization, and had received crizotinib therapy through an individual off-label use. Best response was assessed locally using RECIST (version 1.1). All other data were analyzed centrally. Results We identified 32 eligible patients. One patient was excluded because next-generation sequencing was negative for ROS1 fusion. Median age was 50.5 years, 64.5% of patients were women, and 67.7% were never-smokers. Thirty patients were evaluable for progression-free survival (PFS), and 29 patients were evaluable for best response. We observed four patients with disease progression, two patients with stable disease, and objective response in 24 patients, including five complete responses (overall response rate, 80%; disease control rate, 86.7%). Median PFS was 9.1 months, and the PFS rate at 12 months was 44%. No unexpected adverse effects were observed. Twenty-six patients received pemetrexed (either alone or in combination with platinum and either before or after crizotinib) and had a response rate of 57.7% and a median PFS of 7.2 months. Conclusion Crizotinib was highly active at treating lung cancer in patients with a ROS1 rearrangement, suggesting that patients with lung adenocarcinomas should be tested for ROS1. Prospective clinical trials with crizotinib and other ROS1 inhibitors are ongoing or planned.

Abstract Pulmonary large-cell neuroendocrine carcinomas (LCNECs) have similarities with other lung cancers, but their precise relationship has remained unclear. Here we perform a comprehensive genomic ( n = 60) and transcriptomic ( n = 69) analysis of 75 LCNECs and identify two molecular subgroups: “type I LCNECs” with bi-allelic TP53 and STK11 / KEAP1 alterations (37%), and “type II LCNECs” enriched for bi-allelic inactivation of TP53 and RB1 (42%). Despite sharing genomic alterations with adenocarcinomas and squamous cell carcinomas, no transcriptional relationship was found; instead LCNECs form distinct transcriptional subgroups with closest similarity to SCLC. While type I LCNECs and SCLCs exhibit a neuroendocrine profile with ASCL1 high / DLL3 high / NOTCH low , type II LCNECs bear TP53 and RB1 alterations and differ from most SCLC tumors with reduced neuroendocrine markers, a pattern of ASCL1 low / DLL3 low / NOTCH high , and an upregulation of immune-related pathways. In conclusion, LCNECs comprise two molecularly defined subgroups, and distinguishing them from SCLC may allow stratified targeted treatment of high-grade neuroendocrine lung tumors.

Pulmonary carcinoids are rare neuroendocrine tumours of the lung. The molecular alterations underlying the pathogenesis of these tumours have not been systematically studied so far. Here we perform gene copy number analysis (n=54), genome/exome (n=44) and transcriptome (n=69) sequencing of pulmonary carcinoids and observe frequent mutations in chromatin-remodelling genes. Covalent histone modifiers and subunits of the SWI/SNF complex are mutated in 40 and 22.2% of the cases, respectively, with MEN1, PSIP1 and ARID1A being recurrently affected. In contrast to small-cell lung cancer and large-cell neuroendocrine lung tumours, TP53 and RB1 mutations are rare events, suggesting that pulmonary carcinoids are not early progenitor lesions of the highly aggressive lung neuroendocrine tumours but arise through independent cellular mechanisms. These data also suggest that inactivation of chromatin-remodelling genes is sufficient to drive transformation in pulmonary carcinoids. Pulmonary carcinoids account for about 2% of pulmonary neoplasms. Here, the authors carry out gene copy number analysis, genome/exome, and transcriptome sequencing of pulmonary carcinoids and identify frequent mutations in chromatin-remodelling genes that can drive tumorigenesis in these tumours.

Abstract We discovered a novel somatic gene fusion, CD74–NRG1, by transcriptome sequencing of 25 lung adenocarcinomas of never smokers. By screening 102 lung adenocarcinomas negative for known oncogenic alterations, we found four additional fusion-positive tumors, all of which were of the invasive mucinous subtype. Mechanistically, CD74–NRG1 leads to extracellular expression of the EGF-like domain of NRG1 III-β3, thereby providing the ligand for ERBB2–ERBB3 receptor complexes. Accordingly, ERBB2 and ERBB3 expression was high in the index case, and expression of phospho-ERBB3 was specifically found in tumors bearing the fusion (P < 0.0001). Ectopic expression of CD74–NRG1 in lung cancer cell lines expressing ERBB2 and ERBB3 activated ERBB3 and the PI3K–AKT pathway, and led to increased colony formation in soft agar. Thus, CD74–NRG1 gene fusions are activating genomic alterations in invasive mucinous adenocarcinomas and may offer a therapeutic opportunity for a lung tumor subtype with, so far, no effective treatment. Significance: CD74–NRG1 fusions may represent a therapeutic opportunity for invasive mucinous lung adenocarcinomas, a tumor with no effective treatment that frequently presents with multifocal unresectable disease. Cancer Discov; 4(4); 415–22. ©2014 AACR. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 377