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.

Chromosomal rearrangements of the human MLL/KMT2A gene are associated with infant, pediatric, adult and therapy-induced acute leukemias. Here we present the data obtained from 2345 acute leukemia patients. Genomic breakpoints within the MLL gene and the involved translocation partner genes (TPGs) were determined and 11 novel TPGs were identified. Thus, a total of 135 different MLL rearrangements have been identified so far, of which 94 TPGs are now characterized at the molecular level. In all, 35 out of these 94 TPGs occur recurrently, but only 9 specific gene fusions account for more than 90% of all illegitimate recombinations of the MLL gene. We observed an age-dependent breakpoint shift with breakpoints localizing within MLL intron 11 associated with acute lymphoblastic leukemia and younger patients, while breakpoints in MLL intron 9 predominate in AML or older patients. The molecular characterization of MLL breakpoints suggests different etiologies in the different age groups and allows the correlation of functional domains of the MLL gene with clinical outcome. This study provides a comprehensive analysis of the MLL recombinome in acute leukemia and demonstrates that the establishment of patient-specific chromosomal fusion sites allows the design of specific PCR primers for minimal residual disease analyses for all patients.

Purpose Blinatumomab is a bispecific T-cell engager antibody construct targeting CD19 on B-cell lymphoblasts. We evaluated the safety, pharmacokinetics, recommended dosage, and potential for efficacy of blinatumomab in children with relapsed/refractory B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia (BCP-ALL). Methods This open-label study enrolled children < 18 years old with relapsed/refractory BCP-ALL in a phase I dosage-escalation part and a phase II part, using 6-week treatment cycles. Primary end points were maximum-tolerated dosage (phase I) and complete remission rate within the first two cycles (phase II). Results We treated 49 patients in phase I and 44 patients in phase II. Four patients had dose-limiting toxicities in cycle 1 (phase I). Three experienced grade 4 cytokine-release syndrome (one attributed to grade 5 cardiac failure); one had fatal respiratory failure. The maximum-tolerated dosage was 15 µg/m2/d. Blinatumomab pharmacokinetics was linear across dosage levels and consistent among age groups. On the basis of the phase I data, the recommended blinatumomab dosage for children with relapsed/refractory ALL was 5 µg/m2/d for the first 7 days, followed by 15 µg/m2/d thereafter. Among the 70 patients who received the recommended dosage, 27 (39%; 95% CI, 27% to 51%) achieved complete remission within the first two cycles, 14 (52%) of whom achieved complete minimal residual disease response. The most frequent grade ≥ 3 adverse events were anemia (36%), thrombocytopenia (21%), and hypokalemia (17%). Three patients (4%) and one patient (1%) had cytokine-release syndrome of grade 3 and 4, respectively. Two patients (3%) interrupted treatment after grade 2 seizures. Conclusion This trial, which to the best of our knowledge was the first such trial in pediatrics, demonstrated antileukemic activity of single-agent blinatumomab with complete minimal residual disease response in children with relapsed/refractory BCP-ALL. Blinatumomab may represent an important new treatment option in this setting, requiring further investigation in curative indications.

Leukemias that harbor translocations involving the mixed lineage leukemia gene (MLL) possess unique biologic characteristics and often have an unfavorable prognosis. Gene expression analyses demonstrate a distinct profile for MLL-rearranged leukemias with consistent high-level expression of select Homeobox genes, including HOXA9. Here, we investigated the effects of HOXA9 suppression in MLL-rearranged and MLL-germline leukemias using RNA interference. Gene expression profiling after HOXA9 suppression demonstrated co–down-regulation of a program highly expressed in human MLL-AML and murine MLL-leukemia stem cells, including HOXA10, MEIS1, PBX3, and MEF2C. We demonstrate that HOXA9 depletion in 17 human AML/ALL cell lines (7 MLL-rearranged, 10 MLL-germline) induces proliferation arrest and apoptosis specifically in MLL-rearranged cells (P = .007). Similarly, assessment of primary AMLs demonstrated that HOXA9 suppression induces apoptosis to a greater extent in MLL-rearranged samples (P = .01). Moreover, mice transplanted with HOXA9-depleted t(4;11) SEMK2 cells revealed a significantly lower leukemia burden, thus identifying a role for HOXA9 in leukemia survival in vivo. Our data indicate an important role for HOXA9 in human MLL-rearranged leukemias and suggest that targeting HOXA9 or downstream programs may be a novel therapeutic option.

Pediatric acute myeloid leukemia (AML) and acute lymphoblastic leukemia (ALL) exhibit favorable survival rates. However, for AML and ALL patients carrying KMT2A gene translocations clinical outcome remains unsatisfactory. Key players in KMT2A-fusion-driven leukemogenesis include menin and DOT1L. Recently, menin inhibitors like revumenib have garnered attention for their potential therapeutic efficacy in treating KMT2A-rearranged acute leukemias. However, resistance to menin inhibition poses challenges, and identifying which patients would benefit from revumenib treatment is crucial. Here, we investigated the in vitro response to revumenib in KMT2A-rearranged ALL and AML. While ALL samples show rapid, dose-dependent induction of leukemic cell death, AML responses are much slower and promote myeloid differentiation. Furthermore, we reveal that acquired resistance to revumenib in KMT2A-rearranged ALL cells can occur either through the acquisition of MEN1 mutations or independently of mutations in MEN1. Finally, we demonstrate significant synergy between revumenib and the DOT1L inhibitor pinometostat in KMT2A-rearranged ALL, suggesting that such drug combinations represent a potent therapeutic strategy for these patients. Collectively, our findings underscore the complexity of resistance mechanisms and advocate for precise patient stratification to optimize the use of menin inhibitors in KMT2A-rearranged acute leukemia.

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.

Infections lead to substantial morbidity during treatment of acute lymphoblastic leukemia (ALL) in which the adaptive immune system gets severely affected, leading to declining serum immunoglobulin levels. The aim of this trial was to investigate whether intravenous immunoglobulin (IVIG) prophylaxis in pediatric patients with ALL prevents admissions for fever. This randomized controlled trial was a subtrial of the national Dutch multicenter ALL study. Patients aged 1-19 years with medium risk (MR) ALL were randomized into two groups receiving either IVIG prophylaxis (0.7 g/kg IVIG given every three weeks, starting day 22 after diagnosis) or well defined standard of care (control group). Between October 2012 until March 2019, 91 (51%) patients were randomly assigned to IVIG prophylaxis and 86 (49%) to the control arm. In the IVIG prophylaxis group there were 206 admissions for fever versus 271 in the control group (p=0.011). IVIG prophylaxis was not associated with bacteremia. However, IVIG prophylaxis was associated with significantly less admissions for fever with negative blood cultures compared to the control group (N=113 versus 200, p