Somatic TP53 mutations are highly prevalent in therapy-related acute myeloid leukaemia and myelodysplastic syndrome, which arise as complications of cytotoxic chemotherapy or radiotherapy; although it was believed that these TP53 mutations are directly induced by cytotoxic therapy, new data indicate that they predate cytotoxic therapy and that haematopoietic progenitors harbouring these pre-existing mutations may selectively expand after exposure to chemotherapy or radiotherapy. The clonal haematopoietic disorders known as therapy-related acute myeloid leukaemia (t-AML) and therapy-related myelodysplastic syndrome (t-MDS) typically develop 1 to 5 years after exposure to chemotherapy or radiotherapy. TP53 mutations are selectively enriched in t-AML/t-MDS, and were thought to be directly induced by cytotoxic therapy. Now Daniel Link and colleagues present genome sequencing data that suggest the TP53 mutations predate cytotoxic therapy. It appears that rare haematopoietic stem/progenitor cells in blood or bone marrow carry age-related TP53 mutations, and that these cells undergo clonal expansion only after selective pressure applied by chemotherapy. Therapy-related acute myeloid leukaemia (t-AML) and therapy-related myelodysplastic syndrome (t-MDS) are well-recognized complications of cytotoxic chemotherapy and/or radiotherapy1. There are several features that distinguish t-AML from de novo AML, including a higher incidence of TP53 mutations2,3, abnormalities of chromosomes 5 or 7, complex cytogenetics and a reduced response to chemotherapy4. However, it is not clear how prior exposure to cytotoxic therapy influences leukaemogenesis. In particular, the mechanism by which TP53 mutations are selectively enriched in t-AML/t-MDS is unknown. Here, by sequencing the genomes of 22 patients with t-AML, we show that the total number of somatic single-nucleotide variants and the percentage of chemotherapy-related transversions are similar in t-AML and de novo AML, indicating that previous chemotherapy does not induce genome-wide DNA damage. We identified four cases of t-AML/t-MDS in which the exact TP53 mutation found at diagnosis was also present at low frequencies (0.003–0.7%) in mobilized blood leukocytes or bone marrow 3–6 years before the development of t-AML/t-MDS, including two cases in which the relevant TP53 mutation was detected before any chemotherapy. Moreover, functional TP53 mutations were identified in small populations of peripheral blood cells of healthy chemotherapy-naive elderly individuals. Finally, in mouse bone marrow chimaeras containing both wild-type and Tp53+/− haematopoietic stem/progenitor cells (HSPCs), the Tp53+/− HSPCs preferentially expanded after exposure to chemotherapy. These data suggest that cytotoxic therapy does not directly induce TP53 mutations. Rather, they support a model in which rare HSPCs carrying age-related TP53 mutations are resistant to chemotherapy and expand preferentially after treatment. The early acquisition of TP53 mutations in the founding HSPC clone probably contributes to the frequent cytogenetic abnormalities and poor responses to chemotherapy that are typical of patients with t-AML/t-MDS.

A comprehensive molecular analysis of almost 1,000 pediatric subjects with acute myeloid leukemia (AML) uncovers widespread differences in pediatric AML as compared to adult AML, including a higher frequency of structural variants and different mutational patterns and epigenetic signatures. Future studies are needed to characterize the functional relevance of these alterations and to explore age-tailored therapies to improve disease control in younger patients. We present the molecular landscape of pediatric acute myeloid leukemia (AML) and characterize nearly 1,000 participants in Children's Oncology Group (COG) AML trials. The COG–National Cancer Institute (NCI) TARGET AML initiative assessed cases by whole-genome, targeted DNA, mRNA and microRNA sequencing and CpG methylation profiling. Validated DNA variants corresponded to diverse, infrequent mutations, with fewer than 40 genes mutated in >2% of cases. In contrast, somatic structural variants, including new gene fusions and focal deletions of MBNL1, ZEB2 and ELF1, were disproportionately prevalent in young individuals as compared to adults. Conversely, mutations in DNMT3A and TP53, which were common in adults, were conspicuously absent from virtually all pediatric cases. New mutations in GATA2, FLT3 and CBL and recurrent mutations in MYC-ITD, NRAS, KRAS and WT1 were frequent in pediatric AML. Deletions, mutations and promoter DNA hypermethylation convergently impacted Wnt signaling, Polycomb repression, innate immune cell interactions and a cluster of zinc finger–encoding genes associated with KMT2A rearrangements. These results highlight the need for and facilitate the development of age-tailored targeted therapies for the treatment of pediatric AML.

The recently introduced \href{dx.doi.org/10.1038/nbt.3519}{Kallisto}\cite{Bray} pseudoaligner has radically simplified the quantification of transcripts in RNA-sequencing experiments. However, as with all computational advances, reproducibility across experiments requires attention to detail. The elegant approach of Kallisto reduces dependencies, but we noted differences in quantification between versions of Kallisto, and both upstream preparation and downstream interpretation benefit from an environment that enforces a requirement for equivalent processing when comparing groups of samples. Therefore, we created the \href{https://github.com/RamsinghLab/arkas}{Arkas}\cite{Colombo} and \href{https://github.com/RamsinghLab/TxDbLite}{TxDbLite}\cite{TricheJr} R packages to meet these needs and to ease cloud-scale deployment of the above. TxDbLite extracts structured information directly from source FASTA files with per-contig metadata, while Arkas enforces versioning of the derived indices and annotations, to ensure tight coupling of inputs and outputs while minimizing external dependencies. The two packages are combined in Illumina's BaseSpace cloud computing environment to offer a massively parallel and distributed quantification step for power users, loosely coupled to biologically informative downstream analyses via gene set analysis (with special focus on Reactome annotations for ENSEMBL transcriptomes). Previous work (e.g. \href{https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-015-0862-3}{Soneson et al., 2016}\cite{Soneson}) has revealed that filtering transcriptomes to exclude lowly-expressed isoforms can improve statistical power, while more-complete transcriptome assemblies improve sensitivity in detecting differential transcript usage. Based on earlier work by \href{http://www.pnas.org/content/107/21/9546.full}{Bourgon et al., 2010}\cite{Bourgon}, we included this type of filtering for both gene- and transcript-level analyses within Arkas. For reproducible and versioned downstream analysis of results, we focused our efforts on ENSEMBL and \href{https://github.com/reactome}{Reactome}\cite{Reactome} integration within the \href{http://bioconductor.org/packages/release/bioc/html/qusage.html}{qusage}\cite{Yaari} framework, adapted to take advantage of the parallel and distributed environment in Illumina's BaseSpace cloud platform. We show that quantification and interpretation of repetitive sequence element transcription is eased in both basic and clinical studies by just-in-time annotation and visualization. The option to retain pseudoBAM output for structural variant detection and annotation, while not insignificant in its demand for computation and storage, nonetheless provides a middle ground between \emph{de novo} transcriptome assembly and routine quantification, while consuming a fraction of the resources used by popular fusion detection pipelines and providing options to quantify gene fusions with known breakpoints without reassembly. Finally, we describe common use cases where investigators are better served by cloud-based computing platforms such as BaseSpace due to inherent efficiencies of scale and enlightened common self-interest. Our experiences suggest a common reference point for methods development, evaluation, and experimental interpretation.

We present the molecular landscape of pediatric acute myeloid leukemia (AML), characterizing nearly 1,000 participants in Childrens Oncology Group (COG) AML trials. The COG/NCI TARGET AML initiative assessed cases by whole-genome, targeted DNA, mRNA, miRNA sequencing and CpG methylation profiling. Validated DNA variants revealed diverse, infrequent mutations with fewer than 40 genes mutated in >2% of cases. In contrast, somatic structural variants, including novel gene fusions and focal MBNL1, ZEB2, and ELF1 deletions, were disproportionately prevalent in young as compared to adult patients. Conversely, DNMT3A and TP53 mutations, common in adults, are conspicuously absent from virtually all pediatric cases. Novel GATA2, FLT3, and CBL mutations, recurrent MYC-ITD, NRAS, KRAS, and WT1 mutations are frequent in pediatric AML. Deletions, mutations, and promoter DNA hypermethylation convergently impact Wnt signaling, Polycomb repression, innate immune cell interactions, and a cluster of zinc finger genes associated with KMT2A rearrangements. These results highlight the need for, and facilitate the development of, age-tailored targeted therapies for the treatment of pediatric AML.

Genomic transposable elements (TEs) comprise nearly half of the human genome. The expression of TEs is considered potentially hazardous, as it can lead to insertional mutagenesis and genomic instability. However, recent studies have revealed that TEs are involved in immune-mediated cell clearance. Hypomethylating agents can increase the expression of TEs in cancer cells, inducing viral mimicry, causing interferon signalling and cancer cell killing. To investigate the role of TEs in the pathogenesis of acute myeloid leukaemia (AML), we studied TE expression in several cell fractions of AML while tracking its development (pre-leukemic haematopoietic stem cells, leukemic stem cells [LSCs], and leukemic blasts). LSCs, which are resistant to chemotherapy and serve as reservoirs for relapse, showed significant suppression of TEs and interferon pathways. Similarly, high-risk cases of myelodysplastic syndrome (MDS) showed far greater suppression of TEs than low-risk cases. We propose TE suppression as a mechanism for immune escape in AML and MDS. Repression of TEs co-occurred with the upregulation of several genes known to modulate TE expression, such as RNA helicases and autophagy genes. Thus, we have identified potential pathways that can be targeted to activate cancer immunogenicity via TEs in AML and MDS.

Over half of the human genome is comprised of transposable elements (TE). TE have been implicated in cancer pathogenesis. Despite large-scale studies of the transcriptome in cancer, a comprehensive look at TE expression investigating its relationship to various mutations and its role in predicting prognosis has not been performed. We characterized TE expression in 178 adult acute myeloid leukemia (AML) patients using transcriptome data from The Cancer Genome Atlas (TCGA). We identified significant dysregulation of TE, with distinct patterns of TE expression correlated to specific mutations and distinct coding gene networks. TP53 mutated AML had a unique TE expression signature and was associated with significantly suppressed expression of TE and various classes of non-coding RNA. We identified 17 candidate prognostic TE transcripts that can classify AML subtypes as either high or low risk. These 17 TE were able to further sub-stratify low risk AML (based on mutational profile and coding gene expression) into favorable and unfavorable prognostic categories. The expression signature of the 17 TE was able to predict prognosis in an independent cohort of 284 pediatric AML patients, and was also able to predict time to relapse in an independent dataset of relapsed adult cases. This first comprehensive study of TE expression in AML demonstrates that TE expression can be used as a biomarker for predicting prognosis in AML and also provides novel insights into the biology of TP53 mutated AML. Studies characterizing its role in other cancers are warranted.