The implementation of targeted therapies for acute myeloid leukaemia (AML) has been challenging because of the complex mutational patterns within and across patients as well as a dearth of pharmacologic agents for most mutational events. Here we report initial findings from the Beat AML programme on a cohort of 672 tumour specimens collected from 562 patients. We assessed these specimens using whole-exome sequencing, RNA sequencing and analyses of ex vivo drug sensitivity. Our data reveal mutational events that have not previously been detected in AML. We show that the response to drugs is associated with mutational status, including instances of drug sensitivity that are specific to combinatorial mutational events. Integration with RNA sequencing also revealed gene expression signatures, which predict a role for specific gene networks in the drug response. Collectively, we have generated a dataset-accessible through the Beat AML data viewer (Vizome)-that can be leveraged to address clinical, genomic, transcriptomic and functional analyses of the biology of AML.

The molecular causes of many hematologic cancers remain unclear. Among these cancers are chronic neutrophilic leukemia (CNL) and atypical (BCR-ABL1–negative) chronic myeloid leukemia (CML), both of which are diagnosed on the basis of neoplastic expansion of granulocytic cells and exclusion of genetic drivers that are known to occur in other myeloproliferative neoplasms and myeloproliferative–myelodysplastic overlap neoplasms.

C57BL/6J (B6) and DBA/2J (D2) are two of the most commonly used inbred mouse strains in neuroscience research. However, the only currently available mouse genome is based entirely on the B6 strain sequence. Subsequently, oligonucleotide microarray probes are based solely on this B6 reference sequence, making their application for gene expression profiling comparisons across mouse strains dubious due to their allelic sequence differences, including single nucleotide polymorphisms (SNPs). The emergence of next-generation sequencing (NGS) and the RNA-Seq application provides a clear alternative to oligonucleotide arrays for detecting differential gene expression without the problems inherent to hybridization-based technologies. Using RNA-Seq, an average of 22 million short sequencing reads were generated per sample for 21 samples (10 B6 and 11 D2), and these reads were aligned to the mouse reference genome, allowing 16,183 Ensembl genes to be queried in striatum for both strains. To determine differential expression, ‘digital mRNA counting’ is applied based on reads that map to exons. The current study compares RNA-Seq (Illumina GA IIx) with two microarray platforms (Illumina MouseRef-8 v2.0 and Affymetrix MOE 430 2.0) to detect differential striatal gene expression between the B6 and D2 inbred mouse strains. We show that by using stringent data processing requirements differential expression as determined by RNA-Seq is concordant with both the Affymetrix and Illumina platforms in more instances than it is concordant with only a single platform, and that instances of discordance with respect to direction of fold change were rare. Finally, we show that additional information is gained from RNA-Seq compared to hybridization-based techniques as RNA-Seq detects more genes than either microarray platform. The majority of genes differentially expressed in RNA-Seq were only detected as present in RNA-Seq, which is important for studies with smaller effect sizes where the sensitivity of hybridization-based techniques could bias interpretation.

Abstract Using incipient lines of the Collaborative Cross (CC), a murine genetic reference population, we previously identified a quantitative trait loci (QTL) associated with low SARS-CoV titer. In this study, we integrated sequence information and RNA expression of genes within the QTL to identify mucin 4 ( Muc4 ) as a high priority candidate for controlling SARS-CoV titer in the lung. To test this hypothesis, we infected Muc4 -/- mice and found that female, but not male, Muc4 -/- mice developed more weight loss and disease following infection with SARS-CoV. Female Muc4 -/- mice also had more difficulty breathing despite reduced lung pathology; however, no change in viral titers was observed. Comparing across viral families, studies with chikungunya virus, a mosquito-borne arthralgic virus, suggests that Muc4’s impact on viral pathogenesis may be widespread. Although not confirming the original titer QTL, our data identifies a role for Muc4 in the SARS-CoV disease and viral pathogenesis. Importance Given the recent emergence of SARS-CoV-2, this work suggest that Muc4 expression plays a protective role in female mice not conserved in male mice following SARS-CoV infection. With the SARS-CoV-2 outbreak continuing, treatments that modulate or enhance Muc4 activity may provide an avenue for treatment and improved outcomes. In addition, the work highlights the importance of studying host factors including host genetics and biological sex as key parameters influencing infection and disease outcomes.

Abstract Monosomy 7 is among the most frequent cytogenetic abnormalities in hematological disorders and is associated with short survival and drug resistance. Despite its high prevalence and detrimental impact, the therapeutic vulnerabilities underlying monosomy 7-associated blood disorders remain largely elusive, impeding progress toward improved patient care. The homeostatic cellular requirement for a normal dosage of essential genes creates an opportunity to target vulnerabilities that arise due to reduced levels of proteins encoded by a haploinsufficient essential gene. Briefly, the loss of one copy of a dosage-sensitive essential gene (gene X), in combination with the inhibition of itself or a related gene (gene Y), or an associated pathway results in lethal consequences for cells. The remarkable and selective clinical efficacy of lenalidomide for the treatment of del(5q) MDS has demonstrated how allelic haploinsufficiency underlies the sensitivity to this drug by synthetic lethality. Differential expression analysis of gene and protein expression in primary AML samples with monosomy 7 revealed significant downregulation of multiple proteasome pathway members at the protein level, but not at the RNA level. Primary AML samples with -7/del(7q) exhibited increased sensitivity (low IC50) to the proteasome inhibitor bortezomib, as evidenced by two independent ex vivo drug screening cohorts (the Beat AML and the FIMM study). Chromosome 7 harbors four proteasome subunits, PSMA2, PSMC2, PSMG3, and SEM1. We performed gene expression, protein expression, copy number analysis, and individual gene knockout experiments. The results have revealed PSMA2 to be a haploinsufficient essential gene on chromosome 7. PSMA2 knockout confers leukemia a growth disadvantage for multiple AML cell clines in both TP53 wild-type and knockout backgrounds. We generated PSMA2 isogenic hemizygous deletion and diploid single-cell clones. PSMA2 hemizygous deletion cells exhibited approximately half the protein expression compared to diploid controls, confirming that PSMA2 is a haploinsufficient gene. PSMA2hemizygous deletion single-cell clones showed significantly enhanced sensitivity to all three evaluated proteasome inhibitors (bortezomib, ixazomib, and carfilzomib), aligning with the sensitivity observed in primary -7/del(7q) leukemia samples. PSMA2 hemizygous deletion cell clones displayed increased p38 and decreased pERK levels upon treatment with proteasome inhibitors, potentially contributing to their increased sensitivity to proteasome inhibitors. Proteomics analysis and in vivo validation is ongoing. As such, we have identified haploinsufficient essential gene PSMA2 mediated proteasome pathway vulnerability in monosomy 7 associated leukemia and further showed that proteasome inhibitors as promising therapeutic approaches for treating hematological disorders associated with monosomy 7. Citation Format: Haijiao Zhang, Basil Allen, Daniel Bottomly, Peter Ryabinin, Schannon K. Targeting proteasome vulnerabilities for the treatment of monosomy 7 associated blood disorders [abstract]. In: Proceedings of the AACR Special Conference in Cancer Research: Expanding and Translating Cancer Synthetic Vulnerabilities; 2024 Jun 10-13; Montreal, Quebec, Canada. Philadelphia (PA): AACR; Mol Cancer Ther 2024;23(6 Suppl):Abstract nr A012.

ABSTRACT The recent FDA approval of the FLT3 inhibitor, gilteritinib, for AML represents a major breakthrough for treatment of FLT3 mutated AML. However, patients only respond to gilteritinib for 6-7 months due to the emergence of drug resistance. Clinical resistance to gilteritinib is often associated with expansion of NRAS mutations, and less commonly via gatekeeper mutations in FLT3, with F691L being the most common. We developed an in vitro model that charts the temporal evolution of resistance to gilteritinib from early microenvironmental-mediated resistance to late intrinsic resistance mutations. Our model system accurately recapitulates the expansion of NRAS mutations and the F691L gatekeeper mutations found in AML patients. As part of this study, we also identified a novel FLT3 N701K mutation that also appeared to promote resistance to gilteritinib. Using the Ba/F3 system, we demonstrate that N701K mutations effectively act like a gatekeeper mutation and block gilteritinib from binding to FLT3, thereby promoting resistance. Structural modeling of FLT3 reveals how N701K, and other reported gilteritinib resistance mutations, obstruct the gilteritinib binding pocket on FLT3. Interestingly, FLT3 N701K does not block quizartinib binding, suggesting that FLT3 N701K mutations are more specific for type 1 FLT3 inhibitors (gilteritinib, midostaurin, and crenolanib). Thus, our data suggests that for the FLT3 N701K mutation, switching classes of FLT3 inhibitors may restore clinical response. As the use of gilteritinib expands in the clinic, this information will become critical to define clinical strategies to manage gilteritinib resistance.

Summary Upregulation of the Wilms' tumour 1 ( WT1 ) gene is common in acute myeloid leukaemia (AML) and is associated with poor prognosis. WT1 generates 12 primary transcripts through different translation initiation sites and alternative splicing. The short WT1 transcripts express abundantly in primary leukaemia samples. We observed that overexpression of short WT1 transcripts lacking exon 5 with and without the KTS motif ( sWT1 +/− and sWT1 −/−) led to reduced cell growth. However, only sWT1+/− overexpression resulted in decreased CD71 expression, G1 arrest, and cytarabine resistance. Primary AML patient cells with low CD71 expression exhibit resistance to cytarabine, suggesting that CD71 may serve as a potential biomarker for chemotherapy. RNAseq differential expressed gene analysis identified two transcription factors, HOXA3 and GATA2 , that are specifically upregulated in sWT1+/− cells, whereas CDKN1A is upregulated in sWT1−/− cells. Overexpression of either HOXA3 or GATA2 reproduced the effects of sWT1+/−, including decreased cell growth, G1 arrest, reduced CD71 expression and cytarabine resistance. HOXA3 expression correlates with chemotherapy response and overall survival in NPM1 mutation‐negative leukaemia specimens. Overexpression of HOXA3 leads to drug resistance against a broad spectrum of chemotherapeutic agents. Our results suggest that WT1 regulates cell proliferation and drug sensitivity in an isoform‐specific manner.