Early T-cell precursor acute lymphoblastic leukaemia (ETP ALL) is an aggressive malignancy of unknown genetic basis. We performed whole-genome sequencing of 12 ETP ALL cases and assessed the frequency of the identified somatic mutations in 94 T-cell acute lymphoblastic leukaemia cases. ETP ALL was characterized by activating mutations in genes regulating cytokine receptor and RAS signalling (67% of cases; NRAS, KRAS, FLT3, IL7R, JAK3, JAK1, SH2B3 and BRAF), inactivating lesions disrupting haematopoietic development (58%; GATA3, ETV6, RUNX1, IKZF1 and EP300) and histone-modifying genes (48%; EZH2, EED, SUZ12, SETD2 and EP300). We also identified new targets of recurrent mutation including DNM2, ECT2L and RELN. The mutational spectrum is similar to myeloid tumours, and moreover, the global transcriptional profile of ETP ALL was similar to that of normal and myeloid leukaemia haematopoietic stem cells. These findings suggest that addition of myeloid-directed therapies might improve the poor outcome of ETP ALL. This work shows that treatments used for acute myeloid leukaemia and targeted therapies could be used for early T-cell precursor acute lymphoblastic leukaemia. The early T-cell precursor (ETP) subtype of childhood acute lymphoblastic leukaemia (ALL) has a poor prognosis when treated with standard chemotherapy. Whole genome sequencing is used here to gain insights into the genetic basis of the condition. The results reveal a high frequency of activating mutations in genes regulating cytokine receptor and Ras signalling, lesions that disrupt haemopoiesis (many of which arise from chromosomal rearrangements that generate novel chimeric in-frame fusion genes), and inactivating mutations in histone modifying genes. This mutation pattern resembles that of myeloid malignancies, suggesting that myeloid-directed therapies such as high-dose cytarabine, or targeted therapies that inhibit cytokine receptor and JAK signalling, might be effective in ETP ALL.

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.

Genomic profiling has identified a subtype of high-risk B-progenitor acute lymphoblastic leukemia (B-ALL) with alteration of IKZF1, a gene expression profile similar to BCR-ABL1-positive ALL and poor outcome (Ph-like ALL). The genetic alterations that activate kinase signaling in Ph-like ALL are poorly understood. We performed transcriptome and whole genome sequencing on 15 cases of Ph-like ALL and identified rearrangements involving ABL1, JAK2, PDGFRB, CRLF2, and EPOR, activating mutations of IL7R and FLT3, and deletion of SH2B3, which encodes the JAK2-negative regulator LNK. Importantly, several of these alterations induce transformation that is attenuated with tyrosine kinase inhibitors, suggesting the treatment outcome of these patients may be improved with targeted therapy.

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.

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.

Key Points Approximately 20% to 25% of adults with B-ALL have Ph-like ALL with increased frequency of Ph-like ALL in adults with Hispanic ethnicity. Adult patients with CRLF2+ ALL have poor long-term outcomes; novel strategies are needed to improve the outcomes.

Somatic alterations of the lymphoid transcription factor gene PAX5 (also known as BSAP) are a hallmark of B cell precursor acute lymphoblastic leukemia (B-ALL), but inherited mutations of PAX5 have not previously been described. Here we report a new heterozygous germline variant, c.547G>A (p.Gly183Ser), affecting the octapeptide domain of PAX5 that was found to segregate with disease in two unrelated kindreds with autosomal dominant B-ALL. Leukemic cells from all affected individuals in both families exhibited 9p deletion, with loss of heterozygosity and retention of the mutant PAX5 allele at 9p13. Two additional sporadic ALL cases with 9p loss harbored somatic PAX5 substitutions affecting Gly183. Functional and gene expression analysis of the PAX5 mutation demonstrated that it had significantly reduced transcriptional activity. These data extend the role of PAX5 alterations in the pathogenesis of pre-B cell ALL and implicate PAX5 in a new syndrome of susceptibility to pre-B cell neoplasia.

Abstract CRLF2 rearrangements, JAK1/2 point mutations, and JAK2 fusion genes have been identified in Philadelphia chromosome (Ph)–like acute lymphoblastic leukemia (ALL), a recently described subtype of pediatric high-risk B-precursor ALL (B-ALL) which exhibits a gene expression profile similar to Ph-positive ALL and has a poor prognosis. Hyperactive JAK/STAT and PI3K/mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling is common in this high-risk subset. We, therefore, investigated the efficacy of the JAK inhibitor ruxolitinib and the mTOR inhibitor rapamycin in xenograft models of 8 pediatric B-ALL cases with and without CRLF2 and JAK genomic lesions. Ruxolitinib treatment yielded significantly lower peripheral blast counts compared with vehicle (P < .05) in 6 of 8 human leukemia xenografts and lower splenic blast counts (P < .05) in 8 of 8 samples. Enhanced responses to ruxolitinib were observed in samples harboring JAK-activating lesions and higher levels of STAT5 phosphorylation. Rapamycin controlled leukemia burden in all 8 B-ALL samples. Survival analysis of 2 representative B-ALL xenografts demonstrated prolonged survival with rapamycin treatment compared with vehicle (P < .01). These data demonstrate preclinical in vivo efficacy of ruxolitinib and rapamycin in this high-risk B-ALL subtype, for which novel treatments are urgently needed, and highlight the therapeutic potential of targeted kinase inhibition in Ph-like ALL.

Jun Yang and colleagues show that common variants in GATA3 are associated with risk of Ph-like acute lymphoblastic leukemia (ALL). They further show that these variants are associated with variation in GATA3 expression levels and with risk of ALL relapse. Recent genomic profiling of childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL) identified a high-risk subtype with an expression signature resembling that of Philadelphia chromosome–positive ALL and poor prognosis (Ph-like ALL). However, the role of inherited genetic variation in Ph-like ALL pathogenesis remains unknown. In a genome-wide association study (GWAS) of 511 ALL cases and 6,661 non-ALL controls, we identified a susceptibility locus for Ph-like ALL (GATA3, rs3824662; P = 2.17 × 10−14, odds ratio (OR) = 3.85 for Ph-like ALL versus non-ALL; P = 1.05 × 10−8, OR = 3.25 for Ph-like ALL versus non-Ph-like ALL), with independent validation. The rs3824662 risk allele was associated with somatic lesions underlying Ph-like ALL (CRLF2 rearrangement, JAK gene mutation and IKZF1 deletion) and with variation in GATA3 expression. Finally, genotype at the GATA3 SNP was also associated with early treatment response and risk of ALL relapse. Our results provide insights into interactions between inherited and somatic variants and their role in ALL pathogenesis and prognosis.

The spectrum of somatic alterations in hematologic malignancies includes substitutions, insertions/deletions (indels), copy number alterations (CNAs), and a wide range of gene fusions; no current clinically available single assay captures the different types of alterations. We developed a novel next-generation sequencing-based assay to identify all classes of genomic alterations using archived formalin-fixed paraffin-embedded blood and bone marrow samples with high accuracy in a clinically relevant time frame, which is performed in our Clinical Laboratory Improvement Amendments-certified College of American Pathologists-accredited laboratory. Targeted capture of DNA/RNA and next-generation sequencing reliably identifies substitutions, indels, CNAs, and gene fusions, with similar accuracy to lower-throughput assays that focus on specific genes and types of genomic alterations. Profiling of 3696 samples identified recurrent somatic alterations that impact diagnosis, prognosis, and therapy selection. This comprehensive genomic profiling approach has proved effective in detecting all types of genomic alterations, including fusion transcripts, which increases the ability to identify clinically relevant genomic alterations with therapeutic relevance.