Genomics data from The Cancer Genome Atlas (TCGA) project has led to the comprehensive molecular characterization of multiple cancer types. The large sample numbers in TCGA offer an excellent opportunity to address questions associated with tumo heterogeneity. Exploration of the data by cancer researchers and clinicians is imperative to unearth novel therapeutic/diagnostic biomarkers. Various computational tools have been developed to aid researchers in carrying out specific TCGA data analyses; however there is need for resources to facilitate the study of gene expression variations and survival associations across tumors. Here, we report UALCAN, an easy to use, interactive web-portal to perform to in-depth analyses of TCGA gene expression data. UALCAN uses TCGA level 3 RNA-seq and clinical data from 31 cancer types. The portal's user-friendly features allow to perform: 1) analyze relative expression of a query gene(s) across tumor and normal samples, as well as in various tumor sub-groups based on individual cancer stages, tumor grade, race, body weight or other clinicopathologic features, 2) estimate the effect of gene expression level and clinicopathologic features on patient survival; and 3) identify the top over- and under-expressed (up and down-regulated) genes in individual cancer types. This resource serves as a platform for in silico validation of target genes and for identifying tumor sub-group specific candidate biomarkers. Thus, UALCAN web-portal could be extremely helpful in accelerating cancer research. UALCAN is publicly available at http://ualcan.path.uab.edu.

Urothelial carcinoma of the bladder is a common malignancy that causes approximately 150,000 deaths per year worldwide. So far, no molecularly targeted agents have been approved for treatment of the disease. As part of The Cancer Genome Atlas project, we report here an integrated analysis of 131 urothelial carcinomas to provide a comprehensive landscape of molecular alterations. There were statistically significant recurrent mutations in 32 genes, including multiple genes involved in cell-cycle regulation, chromatin regulation, and kinase signalling pathways, as well as 9 genes not previously reported as significantly mutated in any cancer. RNA sequencing revealed four expression subtypes, two of which (papillary-like and basal/squamous-like) were also evident in microRNA sequencing and protein data. Whole-genome and RNA sequencing identified recurrent in-frame activating FGFR3–TACC3 fusions and expression or integration of several viruses (including HPV16) that are associated with gene inactivation. Our analyses identified potential therapeutic targets in 69% of the tumours, including 42% with targets in the phosphatidylinositol-3-OH kinase/AKT/mTOR pathway and 45% with targets (including ERBB2) in the RTK/MAPK pathway. Chromatin regulatory genes were more frequently mutated in urothelial carcinoma than in any other common cancer studied so far, indicating the future possibility of targeted therapy for chromatin abnormalities. This paper reports integrative molecular analyses of urothelial bladder carcinoma at the DNA, RNA, and protein levels performed as part of The Cancer Genome Atlas project; recurrent mutations were found in 32 genes, including those involved in cell-cycle regulation, chromatin regulation and kinase signalling pathways; chromatin regulatory genes were more frequently mutated in urothelial carcinoma than in any other common cancer studied so far. This study of 131 high-grade muscle-invasive urothelial bladder carcinomas, part of The Cancer Genome Atlas (TCGA) project, reports recurrent mutations in 32 genes, including those involved in cell-cycle regulation, chromatin regulation and kinase signalling pathways. Chromatin regulatory genes were more frequently mutated in urothelial carcinoma than in any common cancer studied to date. Recurrent in-frame activating FGFR3–TACC3 fusions and expression or integration of viruses associated with gene inactivation are also identified. Importantly, potential therapeutic targets are identified in 69% of the tumours.

Liver cancer has the second highest worldwide cancer mortality rate and has limited therapeutic options. We analyzed 363 hepatocellular carcinoma (HCC) cases by whole-exome sequencing and DNA copy number analyses, and we analyzed 196 HCC cases by DNA methylation, RNA, miRNA, and proteomic expression also. DNA sequencing and mutation analysis identified significantly mutated genes, including LZTR1, EEF1A1, SF3B1, and SMARCA4. Significant alterations by mutation or downregulation by hypermethylation in genes likely to result in HCC metabolic reprogramming (ALB, APOB, and CPS1) were observed. Integrative molecular HCC subtyping incorporating unsupervised clustering of five data platforms identified three subtypes, one of which was associated with poorer prognosis in three HCC cohorts. Integrated analyses enabled development of a p53 target gene expression signature correlating with poor survival. Potential therapeutic targets for which inhibitors exist include WNT signaling, MDM4, MET, VEGFA, MCL1, IDH1, TERT, and immune checkpoint proteins CTLA-4, PD-1, and PD-L1.

Some breast cancers have been shown to contain a small fraction of cells characterized by CD44 + /CD24 −/low cell-surface antigen profile that have high tumor-initiating potential. In addition, breast cancer cells propagated in vitro as mammospheres (MSs) have also been shown to be enriched for cells capable of self-renewal. In this study, we have defined a gene expression signature common to both CD44 + /CD24 −/low and MS-forming cells. To examine its clinical significance, we determined whether tumor cells surviving after conventional treatments were enriched for cells bearing this CD44 + /CD24 −/low -MS signature. The CD44 + /CD24 −/low -MS signature was found mainly in human breast tumors of the recently identified “claudin-low” molecular subtype, which is characterized by expression of many epithelial-mesenchymal-transition (EMT)-associated genes. Both CD44 + /CD24 −/low -MS and claudin-low signatures were more pronounced in tumor tissue remaining after either endocrine therapy (letrozole) or chemotherapy (docetaxel), consistent with the selective survival of tumor-initiating cells posttreatment. We confirmed an increased expression of mesenchymal markers, including vimentin ( VIM ) in cytokeratin-positive epithelial cells metalloproteinase 2 ( MMP 2), in two separate sets of postletrozole vs. pretreatment specimens. Taken together, these data provide supporting evidence that the residual breast tumor cell populations surviving after conventional treatment may be enriched for subpopulations of cells with both tumor-initiating and mesenchymal features. Targeting proteins involved in EMT may provide a therapeutic strategy for eliminating surviving cells to prevent recurrence and improve long-term survival in breast cancer patients.

Papillary renal-cell carcinoma, which accounts for 15 to 20% of renal-cell carcinomas, is a heterogeneous disease that consists of various types of renal cancer, including tumors with indolent, multifocal presentation and solitary tumors with an aggressive, highly lethal phenotype. Little is known about the genetic basis of sporadic papillary renal-cell carcinoma, and no effective forms of therapy for advanced disease exist.

Cancer genomic, transcriptomic, and proteomic profiling has generated extensive data that necessitate the development of tools for its analysis and dissemination. We developed UALCAN to provide a portal for easy exploring, analyzing, and visualizing these data, allowing users to integrate the data to better understand the gene, proteins, and pathways perturbed in cancer and make discoveries. UALCAN web portal enables analyzing and delivering cancer transcriptome, proteomics, and patient survival data to the cancer research community. With data obtained from The Cancer Genome Atlas (TCGA) project, UALCAN has enabled users to evaluate protein-coding gene expression and its impact on patient survival across 33 types of cancers. The web portal has been used extensively since its release and received immense popularity, underlined by its usage from cancer researchers in more than 100 countries. The present manuscript highlights the task we have undertaken and updates that we have made to UALCAN since its release in 2017. Extensive user feedback motivated us to expand the resource by including data on a) microRNAs (miRNAs), long non-coding RNAs (lncRNAs), and promoter DNA methylation from TCGA and b) mass spectrometry-based proteomics from the Clinical Proteomic Tumor Analysis Consortium (CPTAC). UALCAN provides easy access to pre-computed, tumor subgroup-based gene/protein expression, promoter DNA methylation status, and Kaplan-Meier survival analyses. It also provides new visualization features to comprehend and integrate observations and aids in generating hypotheses for testing. UALCAN is accessible at http://ualcan.path.uab.edu.

Oncogenic mutations in the small GTPase Ras are highly prevalent in cancer, but an understanding of the vulnerabilities of these cancers is lacking. We undertook a genome-wide RNAi screen to identify synthetic lethal interactions with the KRAS oncogene. We discovered a diverse set of proteins whose depletion selectively impaired the viability of Ras mutant cells. Among these we observed a strong enrichment for genes with mitotic functions. We describe a pathway involving the mitotic kinase PLK1, the anaphase-promoting complex/cyclosome, and the proteasome that, when inhibited, results in prometaphase accumulation and the subsequent death of Ras mutant cells. Gene expression analysis indicates that reduced expression of genes in this pathway correlates with increased survival of patients bearing tumors with a Ras transcriptional signature. Our results suggest a previously underappreciated role for Ras in mitotic progression and demonstrate a pharmacologically tractable pathway for the potential treatment of cancers harboring Ras mutations.

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.

Summary

 DNA damage repair (DDR) pathways modulate cancer risk, progression, and therapeutic response. We systematically analyzed somatic alterations to provide a comprehensive view of DDR deficiency across 33 cancer types. Mutations with accompanying loss of heterozygosity were observed in over 1/3 of DDR genes, including TP53 and BRCA1/2. Other prevalent alterations included epigenetic silencing of the direct repair genes EXO5, MGMT, and ALKBH3 in ∼20% of samples. Homologous recombination deficiency (HRD) was present at varying frequency in many cancer types, most notably ovarian cancer. However, in contrast to ovarian cancer, HRD was associated with worse outcomes in several other cancers. Protein structure-based analyses allowed us to predict functional consequences of rare, recurrent DDR mutations. A new machine-learning-based classifier developed from gene expression data allowed us to identify alterations that phenocopy deleterious TP53 mutations. These frequent DDR gene alterations in many human cancers have functional consequences that may determine cancer progression and guide therapy.

We describe the landscape of somatic genomic alterations of 66 chromophobe renal cell carcinomas (ChRCCs) on the basis of multidimensional and comprehensive characterization, including mtDNA and whole-genome sequencing. The result is consistent that ChRCC originates from the distal nephron compared with other kidney cancers with more proximal origins. Combined mtDNA and gene expression analysis implicates changes in mitochondrial function as a component of the disease biology, while suggesting alternative roles for mtDNA mutations in cancers relying on oxidative phosphorylation. Genomic rearrangements lead to recurrent structural breakpoints within TERT promoter region, which correlates with highly elevated TERT expression and manifestation of kataegis, representing a mechanism of TERT upregulation in cancer distinct from previously observed amplifications and point mutations.