Variation in the CYP3A enzymes, which act in drug metabolism, influences circulating steroid levels and responses to half of all oxidatively metabolized drugs. CYP3A activity is the sum activity of the family of CYP3A genes, including CYP3A5, which is polymorphically expressed at high levels in a minority of Americans of European descent and Europeans (hereafter collectively referred to as 'Caucasians'). Only people with at least one CYP3A5*1 allele express large amounts of CYP3A5. Our findings show that single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in CYP3A5*3 and CYP3A5*6 that cause alternative splicing and protein truncation result in the absence of CYP3A5 from tissues of some people. CYP3A5 was more frequently expressed in livers of African Americans (60%) than in those of Caucasians (33%). Because CYP3A5 represents at least 50% of the total hepatic CYP3A content in people polymorphically expressing CYP3A5, CYP3A5 may be the most important genetic contributor to interindividual and interracial differences in CYP3A-dependent drug clearance and in responses to many medicines.

Treatment of pediatric acute lymphoblastic leukemia (ALL) is based on the concept of tailoring the intensity of therapy to a patient's risk of relapse. To determine whether gene expression profiling could enhance risk assignment, we used oligonucleotide microarrays to analyze the pattern of genes expressed in leukemic blasts from 360 pediatric ALL patients. Distinct expression profiles identified each of the prognostically important leukemia subtypes, including T-ALL, E2A-PBX1, BCR-ABL, TEL-AML1, MLL rearrangement, and hyperdiploid >50 chromosomes. In addition, another ALL subgroup was identified based on its unique expression profile. Examination of the genes comprising the expression signatures provided important insights into the biology of these leukemia subgroups. Further, within some genetic subgroups, expression profiles identified those patients that would eventually fail therapy. Thus, the single platform of expression profiling should enhance the accurate risk stratification of pediatric ALL patients.

Despite best current therapy, up to 20% of pediatric patients with acute lymphoblastic leukemia (ALL) have a relapse. Recent genomewide analyses have identified a high frequency of DNA copy-number abnormalities in ALL, but the prognostic implications of these abnormalities have not been defined.

Philadelphia chromosome–like acute lymphoblastic leukemia (Ph-like ALL) is characterized by a gene-expression profile similar to that of BCR–ABL1–positive ALL, alterations of lymphoid transcription factor genes, and a poor outcome. The frequency and spectrum of genetic alterations in Ph-like ALL and its responsiveness to tyrosine kinase inhibition are undefined, especially in adolescents and adults.

Prophylactic cranial irradiation has been a standard treatment in children with acute lymphoblastic leukemia (ALL) who are at high risk for central nervous system (CNS) relapse.We conducted a clinical trial to test whether prophylactic cranial irradiation could be omitted from treatment in all children with newly diagnosed ALL. A total of 498 patients who could be evaluated were enrolled. Treatment intensity was based on presenting features and the level of minimal residual disease after remission-induction treatment. The duration of continuous complete remission in the 71 patients who previously would have received prophylactic cranial irradiation was compared with that of 56 historical controls who received it.The 5-year event-free and overall survival probabilities for all 498 patients were 85.6% (95% confidence interval [CI], 79.9 to 91.3) and 93.5% (95% CI, 89.8 to 97.2), respectively. The 5-year cumulative risk of isolated CNS relapse was 2.7% (95% CI, 1.1 to 4.3), and that of any CNS relapse (including isolated relapse and combined relapse) was 3.9% (95% CI, 1.9 to 5.9). The 71 patients had significantly longer continuous complete remission than the 56 historical controls (P=0.04). All 11 patients with isolated CNS relapse remained in second remission for 0.4 to 5.5 years. CNS leukemia (CNS-3 status) or a traumatic lumbar puncture with blast cells at diagnosis and a high level of minimal residual disease (> or = 1%) after 6 weeks of remission induction were significantly associated with poorer event-free survival. Risk factors for CNS relapse included the genetic abnormality t(1;19)(TCF3-PBX1), any CNS involvement at diagnosis, and T-cell immunophenotype. Common adverse effects included allergic reactions to asparaginase, osteonecrosis, thrombosis, and disseminated fungal infection.With effective risk-adjusted chemotherapy, prophylactic cranial irradiation can be safely omitted from the treatment of childhood ALL. (ClinicalTrials.gov number, NCT00137111.)

Charles Mullighan, Stephen Hunger, Jinghui Zhang and colleagues report a genomic analysis of 264 pediatric and young adult T-lineage acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) samples. They identify 106 candidate driver genes, 53 of which have not been described previously in pediatric T-ALL, as well as associations between mutations and disease stage or subtype. Genetic alterations that activate NOTCH1 signaling and T cell transcription factors, coupled with inactivation of the INK4/ARF tumor suppressors, are hallmarks of T-lineage acute lymphoblastic leukemia (T-ALL), but detailed genome-wide sequencing of large T-ALL cohorts has not been carried out. Using integrated genomic analysis of 264 T-ALL cases, we identified 106 putative driver genes, half of which had not previously been described in childhood T-ALL (for example, CCND3, CTCF, MYB, SMARCA4, ZFP36L2 and MYCN). We describe new mechanisms of coding and noncoding alteration and identify ten recurrently altered pathways, with associations between mutated genes and pathways, and stage or subtype of T-ALL. For example, NRAS/FLT3 mutations were associated with immature T-ALL, JAK3/STAT5B mutations in HOXA1 deregulated ALL, PTPN2 mutations in TLX1 deregulated T-ALL, and PIK3R1/PTEN mutations in TAL1 deregulated ALL, which suggests that different signaling pathways have distinct roles according to maturational stage. This genomic landscape provides a logical framework for the development of faithful genetic models and new therapeutic approaches.

Background: Thiopurine S-methyltransferase (TPM) catalyzes the S-methylation (that is, inactivation) of mercaptopurine, azathioprine, and thioguanine and exhibits genetic polymorphism. About 10% of patients have intermediate TPM activity because of heterozygosity, and about 1 in 300 inherit TPM deficiency as an autosomal recessive trait. If they receive standard doses of thiopurine medications (for example, 75 mg/m2 body surface area per day), TPM-deficient patients accumulate excessive thioguanine nucleotides in hematopoietic tissues, which leads to severe and possibly fatal myelosuppression. Objective: To elucidate the genetic basis and develop molecular methods for the diagnosis of TPM deficiency and heterozygosity. Design: Diagnostic test evaluation. Setting: Research hospital. Patients: The TPM phenotype was determined in 282 unrelated white persons, and TPM genotype was determined in all persons who had intermediate TPM activity (heterozygotes) and a randomly selected, equal number of persons who had high activity. In addition, genotype was determined in 6 TPM-deficient patients. Measurements: Polymerase chain reaction (PCR) assays were developed to detect the G238C transversion in TPM*2 and the G460A and A719G transitions in TPM*3 alleles. Radiochemical assay was used to measure TPM activity. Mutations of TPM were identified in genomic DNA, and the concordance of TPM genotype and phenotype was determined. Results: 21 patients who had a heterozygous phenotype were identified (7.4% of sample [95% CI, 4.7% to 11.2%]). TPM*3A was the most prevalent mutant allele (18 of 21 mutant alleles in heterozygotes; 85%); TPM*2 and TPM*3C were more rare (about 5% each). All 6 patients who had TPM deficiency had two mutant alleles, 20 of 21 patients (95% [CI, 76% to 99.9%]) who had intermediate TPM activity had one mutant allele, and 21 of 21 patients (100% [CI, 83% to 100%]) who had high activity had no known TPM mutation. Detection of TPM mutations in genomic DNA by PCR coincided perfectly with genotypes detected by complementary DNA sequencing. Conclusions: The major inactivating mutations at the human TPM locus have been identified and can be reliably detected by PCR-based methods, which show an excellent concordance between genotype and phenotype. The detection of TPM mutations provides a molecular diagnostic method for prospectively identifying TPM-deficient and heterozygous patients.

BACKGROUND: Patients with acute lymphoblastic leukemia are often treated with 6-mercaptopurine, and those with homozygous deficiency in thiopurine S -methyltransferase (TPMT) enzyme activity have an extreme sensitivity to this drug as a result of the accumulation of higher cellular concentrations of thioguanine nucleotides. We studied the metabolism, dose requirements, and tolerance of 6-mercaptopurine among patients with different TPMT phenotypes. METHODS: We compared, by use of statistical modeling, 6-mercaptopurine pharmacology and tolerance in 180 patients who achieved remission on St. Jude Children's Research Hospital Protocol Total XII composed of weekly methotrexate (40 mg/m 2 ) and daily oral 6-mercaptopurine (75 mg/m 2 ) given for 2.5 years, interrupted every 6 weeks during the first year for treatment with either high-dose methotrexate or teniposide plus cytarabine. Statistical tests were two-sided. RESULTS: Erythrocyte concentrations of thioguanine nucleotides (pmol/8 × 10 8 erythrocytes) were inversely related to TPMT enzyme activity ( P <.01), with averages (± standard deviations) of 417 (±179), 963 (±752), and 3565 (±1282) in TPMT homozygous wild-type (n = 161), heterozygous (n = 17), and homozygous-deficient (n = 2) patients, respectively. There was complete concordance between TPMT genotype and phenotype in a subset of 28 patients for whom TPMT genotype was determined. There were no sex differences in thioguanine nucleotide concentrations ( P = .24), TPMT enzyme activity ( P = .22), or average weekly prescribed dose of 6-mercaptopurine ( P = .49). The cumulative incidence of 6-mercaptopurine dose reductions due to toxicity was highest among patients homozygous for mutant TPMT (100%), intermediate among heterozygous patients (35%), and lowest among wild-type patients (7%) ( P <.001), with average (± standard deviation) final weekly 6-mercaptopurine doses of 72 (±60), 449 (±160), and 528 (±90) mg/m 2 , respectively. Lowering doses of 6-mercaptopurine in TPMT heterozygotes and in deficient patients allowed administration of full protocol doses of other chemotherapy while maintaining high thioguanine nucleotide concentrations. CONCLUSION: We conclude that genetic polymorphism in TPMT is an important determinant of mercaptopurine toxicity, even among patients who are heterozygous for this trait.

Childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL) is curable with chemotherapy in approximately 80 percent of patients. However, the cause of treatment failure in the remaining 20 percent of patients is largely unknown.We tested leukemia cells from 173 children for sensitivity in vitro to prednisolone, vincristine, asparaginase, and daunorubicin. The cells were then subjected to an assessment of gene expression with the use of 14,500 probe sets to identify differentially expressed genes in drug-sensitive and drug-resistant ALL. Gene-expression patterns that differed according to sensitivity or resistance to the four drugs were compared with treatment outcome in the original 173 patients and an independent cohort of 98 children treated with the same drugs at another institution.We identified sets of differentially expressed genes in B-lineage ALL that were sensitive or resistant to prednisolone (33 genes), vincristine (40 genes), asparaginase (35 genes), or daunorubicin (20 genes). A combined gene-expression score of resistance to the four drugs, as compared with sensitivity to the four, was significantly and independently related to treatment outcome in a multivariate analysis (hazard ratio for relapse, 3.0; P=0.027). Results were confirmed in an independent population of patients treated with the same medications (hazard ratio for relapse, 11.85; P=0.019). Of the 124 genes identified, 121 have not previously been associated with resistance to the four drugs we tested.Differential expression of a relatively small number of genes is associated with drug resistance and treatment outcome in childhood ALL.