Although genomewide RNA expression analysis has become a routine tool in biomedical research, extracting biological insight from such information remains a major challenge. Here, we describe a powerful analytical method called Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) for interpreting gene expression data. The method derives its power by focusing on gene sets, that is, groups of genes that share common biological function, chromosomal location, or regulation. We demonstrate how GSEA yields insights into several cancer-related data sets, including leukemia and lung cancer. Notably, where single-gene analysis finds little similarity between two independent studies of patient survival in lung cancer, GSEA reveals many biological pathways in common. The GSEA method is embodied in a freely available software package, together with an initial database of 1,325 biologically defined gene sets.

Improving Whole-Genome Screens Improved methods are needed for the knockout of individual genes in genome-scale functional screens. Wang et al. (p. 80 , published online 12 December) and Shalem et al. (p. 84 , published online 12 December) used the bacterial CRISPR/Cas9 system to power-screen protocols that avoid several of the pitfalls associated with small interfering RNA (siRNA) screens. Genome editing by these methods completely disrupts target genes, thus avoiding weak signals that can occur when transcript abundance is partially decreased by siRNA. Furthermore, gene targeting by the CRISPR system is more precise and appears to produce substantially fewer off-target effects than existing methods.

The incidence of hematologic cancers increases with age. These cancers are associated with recurrent somatic mutations in specific genes. We hypothesized that such mutations would be detectable in the blood of some persons who are not known to have hematologic disorders.

A powerful way to discover key genes with causal roles in oncogenesis is to identify genomic regions that undergo frequent alteration in human cancers. Here we present high-resolution analyses of somatic copy-number alterations (SCNAs) from 3,131 cancer specimens, belonging largely to 26 histological types. We identify 158 regions of focal SCNA that are altered at significant frequency across several cancer types, of which 122 cannot be explained by the presence of a known cancer target gene located within these regions. Several gene families are enriched among these regions of focal SCNA, including the BCL2 family of apoptosis regulators and the NF-κΒ pathway. We show that cancer cells containing amplifications surrounding the MCL1 and BCL2L1 anti-apoptotic genes depend on the expression of these genes for survival. Finally, we demonstrate that a large majority of SCNAs identified in individual cancer types are present in several cancer types. Two Articles in this issue add major data sets to the growing picture of the cancer genome. Bignell et al. analysed a large number of homozygous gene deletions in a collection of 746 publicly available cancer cell lines. Combined with information about hemizygous deletions of the same genes, the data suggest that many deletions found in cancer reflect the position of a gene at a fragile site in the genome, rather than as a recessive cancer gene whose loss confers a selective growth advantage. Beroukhim et al. present the largest data set to date on somatic copy-number variations across more than 3,000 specimens of human primary cancers. Many alterations are shared between multiple tumour types. Functional experiments demonstrate an oncogenic role for the apoptosis genes MCL1 and BCL2L1 that are associated with amplifications found in many cancers. One way of discovering genes with key roles in cancer development is to identify genomic regions that are frequently altered in human cancers. Here, high-resolution analyses of somatic copy-number alterations (SCNAs) in numerous cancer specimens provide an overview of regions of focal SCNA that are altered at significant frequency across several cancer types. An oncogenic function is also found for the anti-apoptosis genes MCL1 and BCL2L1, which reside in amplified genome regions in many cancers.

Polycythemia vera (PV), essential thrombocythemia (ET), and myeloid metaplasia with myelofibrosis (MMM) are clonal disorders arising from hematopoietic progenitors. An internet-based protocol was used to collect clinical information and biological specimens from patients with these diseases. High-throughput DNA resequencing identified a recurrent somatic missense mutation JAK2V617F in granulocyte DNA samples of 121 of 164 PV patients, of which 41 had homozygous and 80 had heterozygous mutations. Molecular and cytogenetic analyses demonstrated that homozygous mutations were due to duplication of the mutant allele. JAK2V617F was also identified in granulocyte DNA samples from 37 of 115 ET and 16 of 46 MMM patients, but was not observed in 269 normal individuals. In vitro analysis demonstrated that JAK2V617F is a constitutively active tyrosine kinase.

Clonal hematopoiesis of indeterminate potential (CHIP), which is defined as the presence of an expanded somatic blood-cell clone in persons without other hematologic abnormalities, is common among older persons and is associated with an increased risk of hematologic cancer. We previously found preliminary evidence for an association between CHIP and atherosclerotic cardiovascular disease, but the nature of this association was unclear.We used whole-exome sequencing to detect the presence of CHIP in peripheral-blood cells and associated such presence with coronary heart disease using samples from four case-control studies that together enrolled 4726 participants with coronary heart disease and 3529 controls. To assess causality, we perturbed the function of Tet2, the second most commonly mutated gene linked to clonal hematopoiesis, in the hematopoietic cells of atherosclerosis-prone mice.In nested case-control analyses from two prospective cohorts, carriers of CHIP had a risk of coronary heart disease that was 1.9 times as great as in noncarriers (95% confidence interval [CI], 1.4 to 2.7). In two retrospective case-control cohorts for the evaluation of early-onset myocardial infarction, participants with CHIP had a risk of myocardial infarction that was 4.0 times as great as in noncarriers (95% CI, 2.4 to 6.7). Mutations in DNMT3A, TET2, ASXL1, and JAK2 were each individually associated with coronary heart disease. CHIP carriers with these mutations also had increased coronary-artery calcification, a marker of coronary atherosclerosis burden. Hypercholesterolemia-prone mice that were engrafted with bone marrow obtained from homozygous or heterozygous Tet2 knockout mice had larger atherosclerotic lesions in the aortic root and aorta than did mice that had received control bone marrow. Analyses of macrophages from Tet2 knockout mice showed elevated expression of several chemokine and cytokine genes that contribute to atherosclerosis.The presence of CHIP in peripheral-blood cells was associated with nearly a doubling in the risk of coronary heart disease in humans and with accelerated atherosclerosis in mice. (Funded by the National Institutes of Health and others.).

Abstract Recent genetic analyses of large populations have revealed that somatic mutations in hematopoietic cells leading to clonal expansion are commonly acquired during human aging. Clonally restricted hematopoiesis is associated with an increased risk of subsequent diagnosis of myeloid or lymphoid neoplasia and increased all-cause mortality. Although myelodysplastic syndromes (MDS) are defined by cytopenias, dysplastic morphology of blood and marrow cells, and clonal hematopoiesis, most individuals who acquire clonal hematopoiesis during aging will never develop MDS. Therefore, acquisition of somatic mutations that drive clonal expansion in the absence of cytopenias and dysplastic hematopoiesis can be considered clonal hematopoiesis of indeterminate potential (CHIP), analogous to monoclonal gammopathy of undetermined significance and monoclonal B-cell lymphocytosis, which are precursor states for hematologic neoplasms but are usually benign and do not progress. Because mutations are frequently observed in healthy older persons, detection of an MDS-associated somatic mutation in a cytopenic patient without other evidence of MDS may cause diagnostic uncertainty. Here we discuss the nature and prevalence of CHIP, distinction of this state from MDS, and current areas of uncertainty regarding diagnostic criteria for myeloid malignancies.

Myelodysplastic syndromes are clinically heterogeneous disorders characterized by clonal hematopoiesis, impaired differentiation, peripheral-blood cytopenias, and a risk of progression to acute myeloid leukemia. Somatic mutations may influence the clinical phenotype but are not included in current prognostic scoring systems.

Drug With a (Re)Purpose Thalidomide, once infamous for its deleterious effects on fetal development, has re-emerged as a drug of great interest because of its beneficial immunomodulatory effects. A derivative drug called lenalidomide significantly extends the survival of patients with multiple myeloma, but the molecular mechanisms underlying its efficacy remain unclear (see the Perspective by Stewart ). Building on a previous observation that thalidomide binds to cereblon, a ubiquitin ligase, Lu et al. (p. 305 , published online 28 November) and Krönke et al. (p. 301 , published online 28 November) show that in the presence of lenalidomide, cereblon selectively targets two B cell transcription factors (Ikaros family members, IKZF1 and IKZF3) for degradation. In myeloma cell lines and patient cells, down-regulation of IKZF1 and IKZF3 was necessary and sufficient for the drug's anticancer activity. Thus, lenalidomide may act, at least in part, by “grepurposing” a ubiquitin ligase.