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.

ABL kinase domain mutations have been implicated in the resistance to the BCR-ABL inhibitor imatinib mesylate of Philadelphia-positive (Ph+) leukemia patients.Using denaturing high-performance liquid chromatography and sequencing, we screened for ABL kinase domain mutations in 370 Ph+ patients with evidence of hematologic or cytogenetic resistance to imatinib.Mutations were found in 127 of 297 (43%) evaluable patients. Mutations were found in 27% of chronic-phase patients (14% treated with imatinib frontline; 31% treated with imatinib post-IFN failure), 52% of accelerated-phase patients, 75% of myeloid blast crisis patients, and 83% of lymphoid blast crisis/Ph+ acute lymphoblastic leukemia (ALL) patients. Mutations were associated in 30% of patients with primary resistance (44% hematologic and 28% cytogenetic) and in 57% of patients with acquired resistance (23% patients who lost cytogenetic response; 55% patients who lost hematologic response; and 87% patients who progressed to accelerated phase/blast crisis). P-loop and T315I mutations were particularly frequent in advanced-phase chronic myeloid leukemia and Ph+ ALL patients, and often accompanied progression from chronic phase to accelerated phase/blast crisis.We conclude that (a) amino acid substitutions at seven residues (M244V, G250E, Y253F/H, E255K/V, T315I, M351T, and F359V) account for 85% of all resistance-associated mutations; (b) the search for mutations is important both in case of imatinib failure and in case of loss of response at the hematologic or cytogenetic level; (c) advanced-phase chronic myeloid leukemia and Ph+ ALL patients have a higher likelihood of developing imatinib-resistant mutations; and (d) the presence of either P-loop or T315I mutations in imatinib-treated patients should warn the clinician to reconsider the therapeutic strategy.

Recent genomic studies have identified chromosomal rearrangements defining new subtypes of B-progenitor acute lymphoblastic leukemia (B-ALL), however many cases lack a known initiating genetic alteration. Using integrated genomic analysis of 1,988 childhood and adult cases, we describe a revised taxonomy of B-ALL incorporating 23 subtypes defined by chromosomal rearrangements, sequence mutations or heterogeneous genomic alterations, many of which show marked variation in prevalence according to age. Two subtypes have frequent alterations of the B lymphoid transcription-factor gene PAX5. One, PAX5alt (7.4%), has diverse PAX5 alterations (rearrangements, intragenic amplifications or mutations); a second subtype is defined by PAX5 p.Pro80Arg and biallelic PAX5 alterations. We show that p.Pro80Arg impairs B lymphoid development and promotes the development of B-ALL with biallelic Pax5 alteration in vivo. These results demonstrate the utility of transcriptome sequencing to classify B-ALL and reinforce the central role of PAX5 as a checkpoint in B lymphoid maturation and leukemogenesis. Analysis of 1,988 cases of B-cell acute lymphoblastic leukemia characterizes 23 subtypes defined by genomic features and shows that two of the subtypes have frequent PAX5 alterations.

Abstract Dasatinib is a potent BCR-ABL inhibitor effective in chronic myeloid leukemia and Ph+ acute lymphoblastic leukemia (ALL) resistant/intolerant to imatinib. In the GIMEMA LAL1205 protocol, patients with newly diagnosed Ph+ ALL older than 18 years (with no upper age limit) received dasatinib induction therapy for 84 days combined with steroids for the first 32 days and intrathecal chemotherapy. Postremission therapy was free. Fifty-three patients were evaluable (median age, 53.6 years). All patients achieved a complete hematologic remission (CHR), 49 (92.5%) at day 22. At this time point, 10 patients achieved a BCR-ABL reduction to < 10−3. At 20 months, the overall survival was 69.2% and disease-free survival was 51.1%. A significant difference in DFS was observed between patients who showed at day 22 a decrease in BCR-ABL levels to < 10−3 compared with patients who never reached these levels during induction. In multivariate analysis, BCR-ABL levels of < 10−3 at day 85 correlated with disease-free survival. No deaths or relapses occurred during induction. Twenty-three patients relapsed after completing induction. A T315I mutation was detected in 12 of 17 relapsed cases. Treatment was well tolerated; only 4 patients discontinued therapy during the last phase of the induction when already in CHR. In adult Ph+ ALL, induction treatment with dasatinib plus steroids is associated with a CHR in virtually all patients, irrespective of age, good compliance, no deaths, and a very rapid debulking of the neoplastic clone. This trial was registered at www.clinicaltrials.gov as #NCT00391989.

Purpose Philadelphia chromosome (Ph) –like acute lymphoblastic leukemia (ALL) is a high-risk subtype of childhood ALL characterized by kinase-activating alterations that are amenable to treatment with tyrosine kinase inhibitors. We sought to define the prevalence and genomic landscape of Ph-like ALL in adults and assess response to conventional chemotherapy. Patients and Methods The frequency of Ph-like ALL was assessed by gene expression profiling of 798 patients with B-cell ALL age 21 to 86 years. Event-free survival and overall survival were determined for Ph-like ALL versus non–Ph-like ALL patients. Detailed genomic analysis was performed on 180 of 194 patients with Ph-like ALL. Results Patients with Ph-like ALL accounted for more than 20% of adults with ALL, including 27.9% of young adults (age 21 to 39 years), 20.4% of adults (age 40 to 59 years), and 24.0% of older adults (age 60 to 86 years). Overall, patients with Ph-like ALL had an inferior 5-year event-free survival compared with patients with non–Ph-like ALL (22.5% [95% CI, 14.9% to 29.3%; n = 155] v 49.3% [95% CI, 42.8% to 56.2%; n = 247], respectively; P < .001). We identified kinase-activating alterations in 88% of patients with Ph-like ALL, including CRLF2 rearrangements (51%), ABL class fusions (9.8%), JAK2 or EPOR rearrangements (12.4%), other JAK-STAT sequence mutations (7.2%), other kinase alterations (4.1%), and Ras pathway mutations (3.6%). Eleven new kinase rearrangements were identified, including four involving new kinase or cytokine receptor genes and seven involving new partners for previously identified genes. Conclusion Ph-like ALL is a highly prevalent subtype of ALL in adults and is associated with poor outcome. The diverse range of kinase-activating alterations in Ph-like ALL has important therapeutic implications. Trials comparing the addition of tyrosine kinase inhibitors to conventional therapy are required to evaluate the clinical utility of these agents in the treatment of Ph-like ALL.

Abstract We report gene expression and other analyses to elucidate the molecular characteristics of acute lymphoblastic leukemia (ALL) in children with Down syndrome (DS). We find that by gene expression DS-ALL is a highly heterogeneous disease not definable as a unique entity. Nevertheless, 62% (33/53) of the DS-ALL samples analyzed were characterized by high expression of the type I cytokine receptor CRLF2 caused by either immunoglobulin heavy locus (IgH@) translocations or by interstitial deletions creating chimeric transcripts P2RY8-CRLF2. In 3 of these 33 patients, a novel activating somatic mutation, F232C in CRLF2, was identified. Consistent with our previous research, mutations in R683 of JAK2 were identified in 10 specimens (19% of the patients) and, interestingly, all 10 had high CRLF2 expression. Cytokine receptor-like factor 2 (CRLF2) and mutated Janus kinase 2 (Jak2) cooperated in conferring cytokine-independent growth to BaF3 pro-B cells. Intriguingly, the gene expression signature of DS-ALL is enriched with DNA damage and BCL6 responsive genes, suggesting the possibility of B-cell lymphocytic genomic instability. Thus, DS confers increased risk for genetically highly diverse ALLs with frequent overexpression of CRLF2, associated with activating mutations in the receptor itself or in JAK2. Our data also suggest that the majority of DS children with ALL may benefit from therapy blocking the CRLF2/JAK2 pathways.

The causes of the aggressive nature of BCR-ABL1-positive adult acute lymphoblastic leukemia (ALL) are unknown. To identify, at the submicroscopic level, oncogenic lesions that cooperate with BCR-ABL1 to induce ALL, we performed an investigation of genomic copy number alterations using single nucleotide polymorphism array, genomic polymerase chain reaction, and sequencing of candidate genes.Eighty-three patients with de novo adult Philadelphia chromosome (Ph) -positive ALL were enrolled onto institutional (n = 17) or Gruppo Italiano Malattie Ematologiche Maligne dell'Adulto Working Party delle Leucemia Acute (n = 66) clinical trials. Treatments included tyrosine kinase inhibitor (TKI) alone, conventional chemotherapy, or a combination of TKI and chemotherapy.A 7p12 deletion of IKZF1 (Ikaros) was identified in 52 (63%) of 83 patients. The pattern of deletion varied among different patients, but the two most common deletion types were loss of exons 4 to 7 in 31 (37%) of 83 patients and loss of exons 2 to 7 in 17 (20%) of 83 patients. Disease-free survival (DFS) was shorter in patients with IKZF1 deletion versus patients with IKZF1 wild type (10 v 32 months, respectively; P = .02). Furthermore, a significantly shorter cumulative incidence of relapse was recorded in patients with IKZF1 deletion versus patients with IKZF1 wild type (10.1 v 56.1 months, respectively; P = .001). Multivariate analysis confirmed the negative prognostic impact of IKZF1 deletion on DFS (P = .04).We conclude that IKZF1 deletions are likely to be a genomic alteration that significantly affects the prognosis of Ph-positive ALL in adults.

Mixed phenotype acute leukaemia (MPAL) is a high-risk subtype of leukaemia with myeloid and lymphoid features, limited genetic characterization, and a lack of consensus regarding appropriate therapy. Here we show that the two principal subtypes of MPAL, T/myeloid (T/M) and B/myeloid (B/M), are genetically distinct. Rearrangement of ZNF384 is common in B/M MPAL, and biallelic WT1 alterations are common in T/M MPAL, which shares genomic features with early T-cell precursor acute lymphoblastic leukaemia. We show that the intratumoral immunophenotypic heterogeneity characteristic of MPAL is independent of somatic genetic variation, that founding lesions arise in primitive haematopoietic progenitors, and that individual phenotypic subpopulations can reconstitute the immunophenotypic diversity in vivo. These findings indicate that the cell of origin and founding lesions, rather than an accumulation of distinct genomic alterations, prime tumour cells for lineage promiscuity. Moreover, these findings position MPAL in the spectrum of immature leukaemias and provide a genetically informed framework for future clinical trials of potential treatments for MPAL. A large-scale genomics study shows that the cell of origin and founding mutations determine disease subtype and lead to the expression of multiple haematopoietic lineage-defining antigens in mixed phenotype acute leukaemia.

Charles Mullighan, Jinghui Zhang and colleagues characterize a subtype of B-progenitor acute lymphoblastic leukemia with deregulated DUX4 and ERG. They find that aberrant DUX4 activation results in loss of ERG function, either through deletion or by the induction a novel transforming ERG isoform, ERGalt, that inhibits wild-type ERG activity. Chromosomal rearrangements deregulating hematopoietic transcription factors are common in acute lymphoblastic leukemia (ALL). Here we show that deregulation of the homeobox transcription factor gene DUX4 and the ETS transcription factor gene ERG is a hallmark of a subtype of B-progenitor ALL that comprises up to 7% of B-ALL. DUX4 rearrangement and overexpression was present in all cases and was accompanied by transcriptional deregulation of ERG, expression of a novel ERG isoform, ERGalt, and frequent ERG deletion. ERGalt uses a non-canonical first exon whose transcription was initiated by DUX4 binding. ERGalt retains the DNA-binding and transactivation domains of ERG, but it inhibits wild-type ERG transcriptional activity and is transforming. These results illustrate a unique paradigm of transcription factor deregulation in leukemia in which DUX4 deregulation results in loss of function of ERG, either by deletion or induced expression of an isoform that is a dominant-negative inhibitor of wild-type ERG function.

Abstract Chromosomal rearrangements are initiating events in acute lymphoblastic leukaemia (ALL). Here using RNA sequencing of 560 ALL cases, we identify rearrangements between MEF2D (myocyte enhancer factor 2D) and five genes ( BCL9 , CSF1R , DAZAP1 , HNRNPUL1 and SS18 ) in 22 B progenitor ALL (B-ALL) cases with a distinct gene expression profile, the most common of which is MEF2D-BCL9 . Examination of an extended cohort of 1,164 B-ALL cases identified 30 cases with MEF2D rearrangements, which include an additional fusion partner, FOXJ2 ; thus, MEF2D- rearranged cases comprise 5.3% of cases lacking recurring alterations. MEF2D- rearranged ALL is characterized by a distinct immunophenotype, DNA copy number alterations at the rearrangement sites, older diagnosis age and poor outcome. The rearrangements result in enhanced MEF2D transcriptional activity, lymphoid transformation, activation of HDAC9 expression and sensitive to histone deacetylase inhibitor treatment. Thus, MEF2D- rearranged ALL represents a distinct form of high-risk leukaemia, for which new therapeutic approaches should be considered.